支架支撐體系中貝雷梁的研究進展

魏永平，粟學平，丁振亞，胡械，伍豪

（1.中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510290；2.中交廣航局第五工程有限公司，重慶 401329）

隨著國家持續穩定發展，許多基礎設施建設也得到了井然有序的推進。南水北調、西氣東輸、三峽工程、青藏鐵路等多個項目正在建設或已建成。在此過程中，橋梁工程項目也占了較大的比例。隨著中國道路橋梁建設的持續發展，高墩、大跨度橋梁等結構類型與各種復雜的地質條件在實際工程中屢見不鮮，這對工程的設計與施工造成了嚴重的干擾。因此，根據不同的地質環境與施工條件，使用結構簡便、體系安全可靠、易于施工、經濟合理的施工方法來解決此類問題是當前橋梁建設方向的研究重點。

在實際橋梁施工中，常使用的方法一般是預制安裝法、懸臂澆筑法和支架現澆建筑法。使用預制安裝法時，會因構件之間有大量拼接的縱縫而需要大型吊掛運輸裝置，大大增加了施工費用。在懸臂施工時使用的施工機械設備會浪費部分空間，同時也會提高橋梁的高度，產生非必要的浪費。目前支架澆筑施工技術已成為公路橋施工技術中最普遍的一項。在采用該方式建造的過程中，使用的支撐結構仍以滿堂式支撐為主，但隨著國內施工技術的進一步發展，采用貝雷梁或貝雷梁和綜合滿堂式支撐的支撐結構已形成一種趨勢。

貝雷梁最初由二戰期間的英軍建筑兵制作并應用于軍隊。后于1965 年定型制造，并在全國得到大力發展，主要應用于城市交通運輸、建筑、水利等領域[1]。近年來，貝雷梁因結構簡單、施工簡便、安全可靠等優點被廣泛用于橋梁建設。其設計的好壞直接關系到實際工程中混凝土的澆筑及橋梁能否滿足設計要求，加之目前貝雷梁的實際應用尚處于發展初期，還沒有施工的系統性理論指導。因此，對貝雷梁進行力學特性、實際工程等方面的研究就顯得尤為重要。目前，國內外學者針對貝雷梁已經做了大量的研究，也取得了豐厚的研究成果。本文主要從理論研究和實際工程應用2 個方面對貝雷梁的研究現狀進行了總結。

1 理論研究

目前，國內外學者對貝雷梁進行了大量的研究，同時也取得了不少成果。在理論計算方面，張科輝[2]以森林山大橋為工程實例，詳細介紹了該工程采用的鋼管柱-貝雷梁組合支柱，并對其構件及材料進行了力學分析與計算，為相似工程的設計施工積累了經驗；在此之后，為研究組合支架在大型車站的適用性，祁鵬宇[3]對鋼管支柱-貝雷梁支架的剛度、強度、穩定性進行了分析計算，發現在豎向變形、地基承載力等方面均滿足施工要求，為類似的工程施工提供了指引。

在理論研究方面，只有少數學者采用傳統的數學與力學公式計算進行研究，而大多數學者常利用MidasCivil、ANSYS 等有限元軟件對貝雷梁進行分析。梁方[4]利用MidasCivil 有限元軟件對大跨度現澆梁的支架體系進行分析，研究表明，使用該軟件分析既能精確計算貝雷片和鋼管樁的數量、間距，又能使施工設計更加合理，為今后相似工程的設計施工提供了參考。仇天天等[5]利用MidasCivil 有限元軟件，對上承式與下承式“321” 型貝雷梁進行了靜力性能計算，并結合實際工程數據對比分析，得到如下結論：上承式與下承式貝雷梁結構的力學特點均為下旋桿受拉、上旋桿受拉，且跨中界面的位移和應力最大；在產生的內力、反作用力等結構響應中，上承式貝雷梁比下承式貝雷梁均勻。高忠虎等[6]根據某大橋門式墩的實際施工，利用MidasCivil 有限元軟件對鋼管支架、貝雷梁等展開了計算和分析，得出鋼管貝雷梁支架能夠滿足受力要求、加快施工進度、保障安全和性能的結論，為類似工程施工積累了理論經驗。

相比于MidasCivil 有限元軟件，專家們更常使用ANSYS 有限元軟件進行研究。符強等[7]以實際工作經驗為背景，通過ANSYS 軟件構建了貝雷梁支架的空間模型，對其剛性、抗拉強度做了測算，并對其內部結構進行了優化設計，結果表明，經過優化設計后的貝雷梁模型計算值和實測值誤差較小，且其結構受力更加合理，有利于實際工程中降低工程造價，縮短工期。杜瑞[8]借助ANSYS 軟件，以某鐵路的施工方案為基礎，研究了貝雷梁支架的強度及穩定性，研究發現，即使在最不利工況條件下，該支架系統仍滿足總體強度要求，并且總結了影響該支架系統穩定性的因素，為類似工程的施工提供了理論依據。為探究貝雷梁的強度與剛度受貝雷梁間節點剛度的影響規律，謝曉鵬等[9]使用ANSYS 軟件對結點實施了仿真，并對貝雷梁展開了有限元分析，結果顯示，在大跨度不變時，貝雷梁的最大位移和最大應力都隨著節點扭轉強度的增大而降低；而當跨度加大時，由于節點的強度差異所形成的最大位置差也將增加。許貴滿等[10]利用ANSYS軟件，對貝雷梁鋼便橋的三維模擬結構進行了解析，研究結果表明，貝雷梁的最大豎向偏移將隨著速度的加快而增大，貝雷梁內外側的變形有微小差異且加強弦桿對此無明顯改善效果。為探究保定某大橋貝雷梁支架的失穩原因，楊昌民等[11]借助ANSYS 有限元軟件，對該處貝雷梁支架進行了模擬與失穩計算，總結了導致此類工程發生失穩的原因，并且提出了預防貝雷梁失穩破壞的措施。

2 實際工程應用

除了對貝雷梁的特性進行理論研究外，還有諸多學者針對貝雷梁在實際工程中的應用展開了大量研究。趙建民[12]詳細闡述了石家莊市某工程的設計與驗算過程，該工程充分利用鋼管柱貝雷梁架設快捷、適應性強、承載力大等優點，解決了大面積、大跨度現澆框架梁板的施工難題，為今后類似問題的處理積累了經驗；邱官發[13]根據某鐵路高架車站施工案例，詳細闡述了單跨雙層貝雷梁的應用，這種措施具有改善施工效率、減少施工過程中腳手架不穩定風險等優點，為類似工程的設計和施工積累了經驗；馬帥等[14]對支撐下降點進行了跟蹤觀察，發現支撐非變形均低于6 mm，梁底板混凝土的外平整性均低于5 mm，而且其曲線流暢、輪廓清晰，未發現任何裂紋，從而證實了該方法在實際施工中是很有效的；張志華[15]以上海市某工程為背景，詳細闡述了該工程采用貝雷梁施工的原因，并對施工方案的內力和穩定性進行了驗算，介紹了施工過程的控制點和控制措施，為以后類似工程的施工積累了經驗。

上述研究均針對貝雷梁的單獨應用，而在實際工程中，常采用貝雷梁與其他支架組合支撐，因此也有很多研究圍繞著組合支撐展開。陳志勇[16]對鋼管樁與貝雷梁在實際施工中的組合使用進行了研究，發現組合支架具有施工便捷、安全可靠的優點，有助于克服雨季洪水和風阻的影響；在此基礎之上，劉學明等[17]基于某立交橋工程，結合相關規范和理論分析，系統地闡述了鋼管柱貝雷梁的驗算方法和施工工藝，提出了經濟適用的貝雷梁布置方案；蘇偉業[18]基于某實際工程，對復雜地質環境條件下鋼管柱體-貝雷梁的使用展開研究，發現此類支架體系不易受地質條件、空間高度等的限制，且具有簡便易操作、搭建速度快、施工成本低、安全可靠等優點；以某六連拱渡槽實際工程為研究背景，溫江凡等[19]基于應力、形變等參數的控制，分析了貝雷梁組合拱架在幾種結構中的應用情況，得出了最合理實用的結構形式，且其相較于其他結構形式，更有利于減小最大豎向變形；魏勇剛[20]對某大跨度橋梁的設計施工過程進行了詳細闡述，并提出貝雷梁和平行弦桁架組合支架體系，該支架體系受項目區地質條件、地基承載力的影響較小，且具有經濟適用、靈活的優勢，有利于復雜軟土地基地區的施工；以某實際工程為例，史艷等[21]采用滿堂支柱、貝雷梁等按一定的方法構成支柱系統，該支柱系統在施工中可節約大量材料，且在架設和拆除方面非常方便快捷，具有一定的推廣價值；楊泉勇[22]針對貴州某工程項目，開展了貝雷梁-鋼管柱設計與施工應用的研究，利用有限元軟件進行了穩定性、地基承載力等參數的計算，并應用于實際工程，結果表明，該貝雷梁支撐體系能很好地滿足要求，并且在施工過程中有很好的應用。

3 結論

目前，國內外學者針對貝雷梁的特性及其在實際工程中的應用，采用理論公式計算、有限元軟件數值模擬等方法進行了大量研究，取得了豐碩的成果。這些成果對更好地了解貝雷梁特性、形成更加規范的貝雷梁施工工藝等具有重要的意義。

本文主要從理論研究和實際工程應用2 個方面對貝雷梁的研究成果進行了總結，得出以下結論：①貝雷梁支架具有施工方便、工期短、安全可靠、經濟合理等優點，能夠較好地適用于地基承載力弱、山區及施工條件差的地區，對大跨度梁、高墩梁等工況條件下的施工有較好的應用。②使用數值模擬軟件能夠較為精準地計算貝雷梁的各項參數，使施工設計更加合理；且可以利用軟件對貝雷梁模型進行優化設計，使其模型計算值更貼近于實測數值、結構受力更合理，有益于減少實際工程中的造價并縮短施工工期。③通過對貝雷梁在實際工程中應用的研究，發現了組合支架在施工過程中可靈活調整、能滿足復雜地區的施工，并提出了相應的檢驗方法與施工工藝；特別是鋼管柱-貝雷梁組合設計具有承載力大、安全可靠、適應能力強等優點，能夠克服大跨度、大面積現澆梁的施工問題，且能夠有效減小風阻力與雨季行洪等不利條件的影響。