基于Midas/Civil的現澆箱形梁門式鋼管貝雷梁支架設計與驗算

謝靈運 （中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司，北京 100000）

支架法現澆施工是現澆梁施工的常用施工方法之一。通常，支架法有柱式支架法、梁式支架法和梁柱式支架3大類。貝雷梁鋼管支架屬于梁柱式支架法，其優點在于材料通用性強、施工靈活性強、拼裝、拆除操作均為方便。與其他支架法相比，克服了拼裝繁瑣和受力不均等缺點，且工程造價較低、施工速度快。

趙進東[1]對鋼管貝雷梁支架施工技術進行了較為細致的研究，提出了貝雷梁支架的施工工藝。劉學明和姚長見[2,3]對介紹了鋼管柱-貝雷梁支架的合理運用和驗算方法，并基于某城市立交橋工程實例分析得出了普遍適用的貝雷梁布置方案。唐青華[4]為探討軟土地區現澆梁式支架合理的施工布置方案，提出了專門適用于軟土地區的雙層貝雷梁支架施工關鍵技術方案，并進行了經濟效益分析。韋建昌[5]對貝雷梁支架的支架預壓、支架變形控制等支架結構受力情況進行了設計和驗算，提出了相應的關鍵施工布置方案。趙濤[6]以實際工程為例，從貝雷梁支架的布置方案、檢算方法等方面對山嶺地區的貝雷梁支架施工關鍵技術進行了研究。丁勇[7]對鐵路橋梁在軟弱地基上的鋼管立柱貝雷梁支架施工技術進行了較為細致的研究。何永昶[8]對曲線現澆連續梁中的超高大跨度鋼管柱及貝雷梁支架體系進行了施工技術應用研究。Li F[9]以黃家灣雙線超大橋道岔連續梁支架為研究方案，根據工程特點優化支架施工方案，闡述了支架安裝工藝，指出了連續梁道岔安全控制要點。張科輝[10]以森林山大橋連續箱梁作為工程實例，并利用基礎力學和材料力學知識對鋼管柱貝雷梁組合支架進行了結構設計及驗算。

鑒于眾多學者對貝雷梁支架在工程施工中的支架設計及施工方案布置的總結。也由于貝雷梁支架具有傳統支架所不具備的一些優勢，有必要對貝雷梁支架進行進一步的研究。本文基于Midas/Civil軟件對現澆箱形梁門式鋼管貝雷梁支架進行受力計算建模，并與相應規范及材料特性取值進行對比。

1 工程概況及工程地質條件

1.1 工程概況

該立交橋位于安徽省境內，是主線建設大道與某國道的立交工程，主要包含左右幅的主線橋。立交橋位于建設大道K7+766～K8+020段。立交橋橋梁左幅起止樁號 K7+823.5～K8+020，右幅起止樁號K7+766～K8+020。左幅跨徑組合為 30+35+30×4m，全長 196m，橋寬 12.5m,右幅跨徑組合為 30×3+35+30×4m，全長2253.5m，橋寬12.5m。立交箱梁頂寬為12.5m；翼緣懸挑長度為2.0m，梁高1.7m；頂板厚度0.22m，底板厚度0.20m。

1.2 工程地質條件

該立交橋工程地質條件為：巖體較破碎，工程地質條件復雜。巖層傾向 160?！?20。，傾角 15?！?5。，巖體層面整體較緩。場地基巖發育有兩組優勢節理，以閉合隱節理為主，貫通性多較差，結構面結合較差。一般節理面間距0.2m～0.4m，節理裂隙張開度1～3mm，表面粗糙，一般無充填或泥質膠結。其中第一組節理產狀為312。∠80。，節理密度為1～4條／m；第二組節理產狀為 65?！?0。，節理密度為2～4條／m，為硬性結構面結合差。

2 現澆支架布置方案選定

箱梁施工采用鋼管支架現澆，支架最大跨徑為15m，支架結構自上而下分別為：支架模板系統，工14橫向分配梁間距@30cm，單層加強型貝雷片主縱梁，2工56a主橫梁，鋼管立柱，鋼管立柱間采用2[25a平聯和斜撐連接。

端橫梁處立柱縱向間距為4m，其余處立柱縱向間距為5.5m。鋼管立柱間采用2[25a平聯河斜聯，每升高5m設置一道平聯，兩平聯之間設置一道斜聯，形成平斜聯系統。端橫梁下采用10排貝雷梁，間距0.45m；中隔梁下采用3排排貝雷梁，間距0.45m；中間段間距為0.9m。順橋向14#工字鋼分配梁是上部結構及翼緣板碗扣架的擱置基礎，其標準間距采用30cm。跨度在10～15m之間，按15m最不利進行驗算，貝雷梁支架布置圖如圖1所示。

圖1 貝雷梁支架布置圖

3 基于Midas/Civil支架結構受力分析

3.1 荷載選取

根據本工程概況及現澆箱梁的結構特點，在支架施工過程中主要考慮如下荷載。

①箱梁重量：15.85×25=396.3kN/m，其中，箱梁最大截面積：15.85 m2，空腹段截面面積10.49m2；混凝土容重：25kN/m3；箱梁高 1.7m，頂板厚 0.22m，底板厚0.20m。

②模板重量：0.5×15.3+0.3×10.8=10.9kN/m，其中，每延米箱梁的內外模板面積分別為15.3m2和10.8m2；模板荷載標準值：內模板0.5kN/m（2含支撐重量），外模板 0.3kN/m2。

③型鋼：工14單重0.17kN/m，工56a單重1.06kN/m。

④單個321貝雷片重量：1.0kN/m。

⑤施工荷載：2.0kN/m2。

3.2 有限元模型建立

依據工程概況、支架布置方案、荷載選取及材料屬性，采用Midas/Civil商業有限元軟件建立貝雷梁支架有限元受力分析模型。鋼管立柱采用φ609×16mm無縫鋼管。端橫梁處立柱縱向間距為4m，其余處立柱縱向間距為5.5m。端橫梁下采用10排貝雷梁，間距0.45m；中隔梁下采用3排排貝雷梁，間距0.45m；中間段間距為0.9m。順橋向14#工字鋼分配梁是上部結構及翼緣板碗扣架的擱置基礎，其標準間距采用30cm。為適應箱梁縱坡、橫坡變化的特點，在貝雷梁柱式支架上搭設碗扣式腳手架，如此可以方便的精確調整模板標高和拆卸模架，為箱梁施工線形控制提供便利。翼緣板處立桿橫向間距90cm，底板、腹板處立桿橫向間距為60cm，縱向間距與橫向分配梁間距相同。橫桿步距最大1.2m。

貝雷梁與樁頂橫梁采用彈性連接，樁頂橫梁與鋼管樁頂采用剛性連接。梁端采用鉸接。采用結構分析軟件Midas/Civil分析其受力情況，建立的貝雷梁支架有限元計算模型如圖2。

圖2 貝雷梁支架有限元計算模型

3.3 計算結果及受力分析

3.3.1 貝雷梁計算結果及受力分析

根據荷載條件及材料特性取值，在Midas/Civil軟件中進行相應的荷載設置，可計算出貝雷梁的組合應力、剪應力和位移如圖3～圖5所示。

圖3 貝雷梁結構組合應力圖

圖4 貝雷梁結構剪應力圖

由圖3可知，貝雷梁結構的最大組合應力值（絕對值）為 190.7MPa，且 190.7MPa＜[σ]=205MPa，因此，最大組合應力值滿足規范要求。

由圖4可知，貝雷梁結構的最大剪應力值（絕對值）為 49.8MPa，且 49.8MPa ＜[τ]=120MPa，因此，最大剪應力值滿足規范要求。

由圖5可知，貝雷梁結構的最大位移值為24.3mm，且 24.3mm＜15000/400=37.5mm，因此，最大位移值滿足規范要求。

圖5 貝雷梁結構位移圖

3.3.2 鋼管立柱計算結果及受力分析

根據相應的荷載條件及材料特性進行取值，可計算出鋼管立柱的組合應力、最大支反力和最大位移如圖6～圖8所示。

圖6 鋼管立柱組合應力

圖7 鋼管立柱最大支反力

由圖6可知，鋼管立柱的最大組合應力（絕對值）為 33.6MPa，且 33.6MPa＜[σ]=205MPa，因此，最大組合應力值滿足規范要求。由圖7可知，鋼管立柱的鋼管最大支反力為587.2kN。由圖8可知，鋼管立柱的鋼管最大位移為2.7mm。

4 結論

本文采用商業有限元軟件Midas/Civil對立交現澆梁門式鋼管貝雷梁支架結構進行受力建模，根據軟件所顯示的結果，說明了該貝雷梁支架符合相應的結構設計和施工規范。文中主要對貝雷梁結構和鋼管立柱結構進行了較為細致的受力分析，得出以下結論。

圖8 鋼管立柱最大位移

①貝雷梁結構的最大組合應力值、最大剪應力值和最大位移值均滿足相應規范和材料特性要求。

②鋼管立柱的最大組合應力、最大支反力和最大位移值也滿足相應的施工規范及結構受力要求。

③貝雷梁支架具有適用性廣、受地形限制較少等優勢，可以充分利用原有承臺作為支撐鋼管樁。

④現澆梁門式鋼管貝雷梁支架在保證施工經濟性要求的同時，還能在跨中不設置鋼管樁，可減少鋼管用材量，并縮短施工工期。

[1]趙進東.鋼管貝雷梁支架在漳河特大橋道岔連續梁中的施工技術研究[J].安徽建筑,2016,23(01):183-185+227.

[2]劉學明,劉世忠.鋼管柱-貝雷梁支架體系施工工藝及設計檢算[J].鐵道建筑,2016(09):43-46.

[3]姚長見.貝雷梁支架系統檢算及在橋梁施工中應用[J].低溫建筑技術,2013,35(01):87-88.

[4]唐青華.軟土地區現澆箱梁橋梁式支架比選研究[J].交通科技,2016(06):5-8.

[5]韋建昌.貝雷梁支架設計與施工關鍵技術[J].西部交通科技,2012(09):44-46.

[6]趙濤.貝雷梁支架制梁技術在鐵路簡支梁施工中的應用[J].國防交通工程與技術,2012,10(S1):134-135+118.

[7]丁勇.鋼管立柱貝雷梁支架在軟弱地基現澆箱梁施工中的應用——以甬臺溫鐵路永嘉高架站特大橋為例[J].建筑,2010(08):53-55.

[8]何永昶.超高大跨度鋼管柱及貝雷梁支架體系在曲線現澆連續梁中的應用[J].上海鐵道科技,2016(01):85-88.

[9]Li F.On construction technique of continuous beam bracket at turnouts of Huangjiawan double-line super-large bridge[J].Shanxi Architecture,2015.

[10]張科輝.現澆連續梁鋼管柱貝雷梁組合支架應用設計[J].鐵道建筑技術,2015(08):18-22.