贝雷梁支架结构计算

（兰州交通大学，甘肃 兰州 730000）

0 引言

贝雷梁是由立杆、上下弦杆以及腹杆组成的桁架体系结构，作为在现浇支架、施工便桥以及公路、桥梁建设中广泛应用的临时结构形式，贝雷梁不同跨径形式的布置对应的支座反力不同，因此对贝雷梁不同跨径下的分析研究是很有必要的。

殷兴杰[1]以某现浇连续梁桥为背景工程，对贝雷架进行了设计并对其承载力进行了分析；程强[2]对比分析了采用有限元软件梁单元与传统手算的结果差异性；梁远森[3]等人对“321”贝雷梁钢便桥静力性能进行了分析；符强[4]等人研究了贝雷梁施工支架检算及变形量预测在Ansys 中的应用；周力毅[5]以某高架桥为例，总结了贝雷梁体系支架施工的经验。

1 工程概况

新建铁路北京至沈阳客运专线（兴隆西至沈阳段）公铁立交工程位于河北省承德市安匠乡，与京沈客运专线交叉，桥址平面位于缓和曲线（起始桩号：K0+151.167，终止桩号：K0+186.167）及直线（起始桩号：K0+186.167，终止桩号：K0+195）上，本桥线面铁路以浅埋隧道通过，隧道上方地基承载能力不足，既有路不满足通行条件。为满足通行条件，本次设计为原位改建既有路，隧道上方以桥梁方式通过。桥梁全长37.0m，共一联，孔跨布置为：1-30m 预应力混凝土简支小箱梁，桥面连续。梁高1.6m，采用2 片边梁。2片中梁，湿接缝40cm；桥台采用柱式台，单排桩2 根，桩径1.5m；桥面铺装为：4cm 细粒式密级配沥青混凝土（AC-13C）+6cm 中粒式密级配沥青混凝土（AC-20C）+10cm 厚C50 防水混凝土。

本桥下穿铁路以浅埋隧道通过，隧道上方地基承载能力不足，既有路不满足通行条件，为满足通行要求，隧道上方以桥梁方式通过；桥梁在桥位处现浇需在浇筑时搭设支架，支架既要满足桥梁现浇要求，又要避绕下方浅埋隧道，经多方案比选，跨径组合为3m+24m+3m。

2 贝雷梁支架结构设计

贝雷梁在桥台上支点布置方式：首先在各支座垫石之间采用方木满垫，高度与支座垫石顶面平齐，上铺12471mm（长）×600mm（宽）×10mm（厚）找平钢板，钢板上焊接双拼工32a 工字钢，工字钢顶面在焊接12471mm（长）×600mm（宽）×10mm（厚）钢板作为贝雷梁的支撑平面。

贝雷梁在新增条形基础支点布置方式：首先在新增条形基础顶面铺设13856mm（长）×600mm（宽）×10mm（厚）找平钢板，钢板上焊接双拼工40 工字钢，工字钢顶面在焊接13856mm（长）×600mm（宽）×10mm（厚）钢板作为贝雷梁的支撑平台。

每片小箱梁下布置7 片贝雷梁，每片贝雷梁高150cm。贝雷梁两侧支点分别固定在两侧桥台上，中间两个支点固定在新增条形基础上。由于贝雷梁边跨跨径太小，边跨/中跨比为1/8，为增加贝雷梁两端的稳定性，本次支架设计在两端桥台处增设贝雷梁压力架。压力架主要由Φ32 精轧螺纹钢和工12 工字钢组成，Φ32 精轧螺纹钢总长270cm，其中下端锚固在桥台上，锚固深度为60cm，外露210cm，上端固定在贝雷梁顶面上的工12 工字钢上。工12 工字钢布置在贝雷梁顶面，共2 排。

贝雷梁支架图如图1所示。

图1 支架立面图（单位：cm）

3 支架结构分析

3.1 有限元模型

采用Midas/Civil 有限元分析软件，对跨线桥支架在不同跨径结构下的力学性能进行有限元分析。考虑到贝雷梁是通过单片贝雷片在各端部用插销连接，故需要释放Y 方向的转动自由度。单片贝雷梁横向连接用角钢花架连接，故需要释放Rx 方向自由度。贝雷梁支架桥台处采用简支支撑，在新增基础上设置竖向支撑。该模型单元总数2348 个，节点1131 个。

3.2 荷载组合

贝雷梁支架荷载组合取最不利组合计：恒载取1.2 倍安全系数，活载取1.4 倍安全系数[6]，考虑最不利情况为混凝土全部浇筑完毕的情况，荷载组合如表1所示。

表1 荷载组合

3.3 计算结果

3.3.1 贝雷梁支架强度验算

贝雷梁支架的强度验算结果如图2、3

图2 支架断面图（单位：cm）

图3 贝雷梁支架最大应力包络图图

由图2、3 可知：贝雷梁支架最大应力在距端部3m 的新增基础上，最大压应力229.8MPa，小于Q345 钢材抗压强度设计值fd=275MPa，贝雷架最大剪应力89.6MPa，小于钢材抗剪强度设计值fvd=160MPa，满足规范要求；

3.3.2 贝雷梁支架刚度验算

贝雷梁支架经有限元软件计算得最大竖向位移为-29.5mm（“-”表示向下），小于规范规定[7][8]的L/400=600mm，满足规范要求。

3.3.3 贝雷梁支点反力计算

由于贝雷梁支架边跨跨径太小，边跨/中跨比为1/8，支架端点出现向上的反力（每片贝雷梁的反力）如图6所示；为了增加贝雷梁支架两端的稳定性，在桥台处增设压力架，压力架主要由Φ32 精轧螺纹钢和工12 工字钢组成，精轧螺纹钢，其中下端锚固在桥台上，上端固定在贝雷梁顶面上，如图4所示。

图4 贝雷梁支架最大剪力包络图

端支点反力合力为N=-577.24kN，每根精轧螺纹钢所受轴向拉力为：F=-144.31kN，

Φ32 精轧螺纹钢截面积为：A=804.2mm2

4 结语

本文对贝雷梁支架进行了结构计算，分别从强度、刚度方面进行了力学分析，其最大压应力229.8MPa，最大剪应力89.6MPa，最大竖向位移为-29.5mm；结果表明各项指标均满足规范要求，但是由于贝雷梁支架施工需避绕下穿铁路隧道，所以选择了不合理跨径，端支点支反力负值，对贝雷梁支架支点处压力架进行力学分析，通过本次力学分析得到了一下结论：

1）选择合理的跨径组合，边跨比中跨的值应尽可能接近一；

2）选择不合理跨径时，端支点出现支反力，需要抵消向上的反力，否则现浇箱梁的两端翘曲。

3）预拱度设置：贝雷梁支架变形控制为40mm，箱梁底模板标高的预拱度为贝雷梁支架理论变形值（用预压实测值验证）与设计预拱度之代数和。

图5 贝雷梁支架挠度图

图6 支座反力

图7 压力架结构立面图