某起吊贝雷架受力分析

■张 寅 ■东华工程科技股份有限公司，安徽 合肥 230024

1 工程概述

某桥施工中，将鞍座运输到主塔外侧起吊点位置后，拟采用贝雷架拼装悬臂支架起吊。起重设备采用8吨卷扬机和滑轮组，贝雷架为双悬臂6排单层结构(单臂为3排单层)。本工程参照中华人民共和国国家现行标准规范和规程进行设计。本文采用有限元软件MIDAS/GEN对贝雷架的起吊过程进行受力分析验算。

2 贝雷架的性能指标及组成部分

2.1 本工程采用国产贝雷架，性能指标如表1所示

表1 国产贝雷架的性能指标

2.2 贝雷架的组成部分

2.2.1 桁架

桁架由上、下弦杆、竖杆及斜杆焊接而成，上下弦杆的端部有阴阳接头，接头上有桁架连接销孔。桁架的弦杆由两根10号槽钢(背靠背)组合而成，在下弦杆上，焊有多快带圆孔的钢板，在上、下弦杆内有供与加强弦杆和双层桁架连接的螺栓孔，在上弦杆内还有供连接支撑架用的四个螺栓口，其中间的两个孔是供双排或多拍桁架同时节间连接用的，靠两端的两个孔是跨节间连接用的。多排桁架做梁或柱使用时，必须用支撑架加强上下两节桁架的结合部。

在下弦杆上，设有4块横梁垫板，其上方有凸榫，用以固定横梁在平面上的位置:在下弦杆的端部槽钢的腹板上海设有两个椭圆孔，供连接抗风拉杆使用。桁架竖杆均用8#工字钢制成，在竖杆靠下弦杆一侧开有一个方孔，它是供横梁夹具固定横梁时使用的。桁架构件的材料为16Mn，每片桁架中270kg。

2.2.2 桁架连接销及保险销

桁架连接销供连接相邻两桁架用，重量为3kg，在锥度一段有一个插保险销用的小孔。

2.2.3 加强弦杆

主要用来加强桁架弦杆的承载能力，材料，断面与桁架上弦杆相同，构造上，加强弦杆螺栓孔座板与桁架弦杆上孔的座板高低位置不同，一个加强弦杆用两个弦杆螺栓与桁架弦杆相连。

2.2.4 弦杆螺栓

用以加强弦杆与桁架间的连接栓规格为M36×18，材质为16Mn，抗剪力为150KN，拉力为80KN。

2.2.5 桁架螺栓

用以上下层桁架的连接，比弦杆螺栓长，它的构造均与弦杆螺栓相同。

2.3 起吊贝雷架的整体尺寸

起吊贝雷架长度方向由14个贝雷架单体拼接而成，贝雷架单悬臂为3排单层(双悬臂，6排单层结构)，支座分别为2排双层，整体尺寸如图1所示。

图1 起吊贝雷架的整体尺寸

3 验算内容及其荷载

3.1 验算内容

本次验算主要包括鞍座从起吊点位置(即悬臂4m位置)起吊过程中贝雷架最大挠度以及最大应力。

3.2 荷载

贝雷片自重:300kg，q=1kN/m

主索鞍重:P1=28t=280kN

起吊行车及吊具总重P2=6t=60kN

根据《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)，可取静载系数为1.2，动载系数1.4，则贝雷架起吊点所受集中荷载(贝雷架自重荷载可在MIDAS/GEN软件中设置):

P=1.4×P1+1.2×P2=1.4×280+1.2×60=464KN

4 建模计算过程

本报告采用大型有限元软件MIDAS/GEN进行建模计算。MIDAS/GEN具有多国的规范数据库，人机交互友好，建模方便快捷。

4.1 材料特性

弦杆类型 截面材料上、下弦杆 10号槽钢(背靠背)16Mn竖杆及斜杆 8#工字钢

4.2 几何模型

几何模型创建过程如下:(1)定义截面类型、单位以及用户坐标系;(2)通过桁架建模助手以及删除、建立单元命令建立单个贝雷架的模型;(3)采用阵列命令建立贝雷架的双悬臂截面;(4)利用建立单元命令增加贝雷架的横向连接;(5)将连接好的贝雷架阵列形成整体贝雷架;(6)利用(2)～(5)步骤，建立起吊贝雷架的双层贝雷架支座。

4.3 单元选择

贝雷架的上下弦杆采用梁单元，斜杆与竖杆采用桁架单元。

4.4 定义边界条件以及荷载

(1)对于起吊贝雷架的双层贝雷架支座下方做固结处理;(2)设置自重荷载，Z向自重系数取-1.2;(3)将起吊点所受的集中荷载平均分配到起吊处的六个节点上，即464/6=77.33KN。

4.5 后处理模式

当建模完毕之后，即可运行MIDAS/GEN的后处理模式，即有限元计算。经过计算，起吊贝雷架的最大挠度出现在起吊悬臂的端部，最大挠度为17.49mm，如图2所示;最大应力出现在悬臂支撑点处，最大应力为243.56MPa，如图3所示。

图2 贝雷架挠度计算结果

图3 贝雷架应力计算结果

5 结论与建议

通过以上验算可以得出以下结论:贝雷架悬臂端的最大挠度为17.49mm＜6000/200=30mm，满足要求;贝雷架最大应力为243.56MPa，小于16Mn钢材的屈服点345MPa。在贝雷架吊装的使用过程中建议:加强贝雷架之间的横向连接;起吊鞍座时尽量慢速匀速起吊，减少动荷载的作用;由于跨度较大，建议在贝雷架的两边加设足够缆风绳，以提高贝雷架的整体稳定性。

［1］孙九春，卢瑛.贝雷架作为桥梁承重支架应用时的理论分析与实践应用研究［J］.上海公路，2010(01).

［2］史西华.利用贝雷架作现浇混凝土结构模板支撑架平台［J］.山西建筑，2012(05).

［3］吴小强，李盛斌.基于midas软件的连续梁桥结构边界条件的分析［J］.电子测试，2013(19).