钢管柱贝雷梁支架力学性能探析

李　钢

(敦煌铁路有限责任公司，甘肃 敦煌　736200)

贝雷梁支架是一种由贝雷架通过螺栓固结起来，组装而成的一种支架形式。随着施工工艺的发展，钢管柱贝雷梁式支架被广泛应用在桥梁的建设当中。贝雷梁支架灵活性好，能够组合出不同的长度，安全可靠且施工工艺成熟[1-3]。钢管立柱与贝雷梁支架结合后，既满足了贝雷梁支架的支撑要求，又能减弱对桥下既有线路的影响，多用于跨越既有市政道路或河流处桥梁的建设。钢管柱贝雷梁支架的广泛应用过程中也伴随着支架的稳定性，安全性，经济适用性等问题[4-7]。钢管柱贝雷梁支架体系的力学性能检验是一个重要的工序，Midas Civil是一款常用的有限元分析软件，利用Midas Civil对整个钢管柱贝雷梁支架进行准确的受力模拟[8]，检算支架的受力状态是否符合要求，性能能否满足实际应用的需要。通过一系列的检算，对钢管柱贝雷梁支架施工的顺利完成具有重要的指导意义。

1　工程概况

本工程所建桥梁为新建横跨某市市政道路连续刚构桥梁，桥跨结构形式为(24+32+24)连续梁预应力混凝土简支梁，桥梁中心里程为JK0+660.33，整桥全桥长89.15 m，桥宽64.86 m，由四片梁体拼接而成，中间部分设置2 cm沉降缝，桥梁分布形式为2墩2台。该连续刚构中跨梁段采用钢管立柱和贝雷梁支架搭设。中跨支架横桥向总宽度为65.4 m，每幅纵桥向总长度为12 m+12 m，全桥共设置3排钢管立柱，每排设置17个立柱。立柱基础采用钢筋混凝土扩大基础。钢管立柱跨距为11.9 m。钢管立柱直径为630 mm，壁厚为10 mm；钢管立柱顶分配梁采用2HN600×200型钢腹板贴焊10 mm厚钢板；加固贝雷片为“321”型标准贝雷片，单元构件尺寸为3 m×1.5 m(长×高)；贝雷片间距45 cm布设；贝雷架上部布置Ⅰ12b工字钢,边跨满堂支架上方使用48 mm的双拼钢管用作底模分配梁；在模板分配梁上部直接铺设截面为10 cm×10 cm方木，方木间距30 cm，方木上铺设1.5 cm厚竹胶板。贝雷梁长度24 m，横桥向有4片梁，贝雷梁位于梁体底板下，每片梁底共计32片，荷载分布宽度为横桥向15.7 m。横桥向受力最大的中间贝雷梁在成桥时梁体自重以及模板人员施工等全部荷载为计算的最不利荷载。

2　钢管柱贝雷梁支架方案

2.1　荷载与工况组合

荷载计算按照单根分配梁的线形荷载进行计算，且单根分配梁的纵向间距取平均值0.73 m。

2.2　贝雷梁检算模型建立及检算

2.2.1模型建立

表1　荷载与工况组合一览表

由表1计算结果将荷载按照相应的横向位置施加到分配梁上(见图1)。

2.2.2计算结果及结论

利用Midas Civil进行有限元仿真计算，并加以相应的荷载分析，结果如表2所示。

表2　钢管柱贝雷梁计算结果

2.3　型钢横梁受力检算

表3　型钢横梁计算结果

根据有限元仿真计算，三拼工字钢的计算结果如表3所示。需要说明的是此处输出的结构杆件断面的弯曲应力为上下缘应力绝对值取大而得。

2.4　钢管立柱受力检算

由有限元计算结果得知荷载作用下工字钢传递给钢管立柱的最大反力在中间支柱处，此处在有限元模型中使用双支座来模拟单根钢管的支撑位置，这样可有效避免单支点带来的应力集中问题。所以单根钢管立柱承受的荷载为：1 428+1 471=2 899 kN。

2.4.1轴向应力计算

考虑1.2倍的安全系数1.2×148.7=178.44 MPa<[σ]=215 MPa,满足要求。

2.4.2稳定性验算

其中，D为钢管外径;d为钢管内径。

其中，μ为杆件长度系数,取2.0×0.9=1.8(按两端自由考虑折减0.9的系数)；l为杆件几何长度，取3 m。

查GB 50017—2003钢结构设计规范附表C-2，φ=0.953。

故钢管立柱稳定性满足要求。

2.5　基础局部承压检算

钢管受到最大压力为2 899 kN，该力直接作用于混凝土条形基础上，考虑局部承压可能造成破坏，需要对混凝土条形扩大基础的局部承压进行验算，根据《公路桥涵设计规范》，素混凝土局部承压计算公式为：

Nc≤0.6×β×Ra×Ac。

其中，Ra为承台混凝土标号，这里取C30抗压设计强度20.1 MPa；β为混凝土局部承压提高系数，其值通常大于1；Ac为混凝土局部承压面积，Ac=3.14×0.315×0.315=0.312 m2。

则混凝土局部承压的最小容许承载力为：

[Nc]max=0.6×β×Ra=0.6×1×20 100×0.312=3 762.7 kN，

Nc=2 899 kN<[Nc]=3 762.7 kN。

混凝土条形扩大基础局部承压满足要求。

2.6　中跨分配梁受力检算

根据有限元仿真计算，贝雷梁上部工字钢分配梁的计算结果数据如表4所示，需要说明的是此处输出的结构杆件断面的弯曲应力为上下缘应力绝对值取大而得。钢管柱贝雷梁支架力学性能的检算是系统的多方面的工作，包括贝雷梁杆件的检算、型钢梁的受力检算、钢管立柱受力检算和稳定性验算，还涉及到基础的局部承压计算。利用有限元软件选取合理单元类型，准确模拟荷载在支架上的分布是整个检算过程中的关键。文中通过Midas Civil，对钢管柱贝雷梁支架进行建模计算，正确的反映了各构件的应力应变情况，满足要求并指导施工顺利进行。

表4　中跨分配梁受力检算结果　MPa

3　结语

钢管柱贝雷梁支架优势明显，在桥梁施工中被广泛使用。钢管柱贝雷梁支架的力学性能检算对工程的施工提供了重要的指导作用，保证了支架的安全性和稳定性，使工程安全顺利进行。为支架力学性能检算提供了参考，同时对同类工程也有一定的指导意义。

参考文献：

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[6]袁安森.郑徐客专钢管柱和贝雷梁组合支架现浇箱梁施工技术[J].中国招标,2016(22):38-40.

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