贝雷架在现浇梁模板支撑体系中的应用

齐晓成

（中铁十六局集团有限公司，北京 100000）

1 工程概况

温州市域铁路S2线是温州轨道交通线网中东北至西南的一条径向线，全长63.618km，设车站20座，其中地下站1座，其余均为高架站，平均站间距3.267km。线路共划分为10个标段，本标段为S2线一期工程SG10标段，处于S2线最南端，全长5781.74m，包含三站三区间、折返线及代建段。

2 贝雷架的特点

现浇梁贝雷支撑体系主要由贝雷架、支撑架、加强弦杆、工字钢、钢立柱等组成。作为主要构件的贝雷架是一个平面桁架单元，主要由弦杆、竖杆、斜杆组成，特点是结构简单、运输方便、架设快速、分解容易、互换性好、适应性强，其组成的支撑体系构件少、重量轻、成本低，但承载能力大、结构刚性强、疲劳寿命长。

3 现浇梁贝雷架的布置

3.1 30m简支梁贝雷架布设

跨度30m简支梁现浇支架采用18排双层上下弦杆加强型贝雷片形式，线路两侧最外排由11片3m标准桁架拼装而成，中间区域由9片3m标准节组成，最大计算跨度25.0m，贝雷梁上采用12工字钢横向分配梁，间距40cm均匀布置在桁架上，单根长度12m。横向分配梁上铺箱梁底板，底、侧模采用钢模板。

下横梁采用单根长12m的双拼I45a工字钢，与钢管柱之间采用活络头进行连接。钢管柱支撑采用φ630螺旋钢管，厚10mm，每端4个，中心间距均为2.74m，钢管柱之间采用16#槽钢连接，并以抱箍的形式与墩身形成可靠连接。上下两层贝雷片沿线路方向每隔6m横向设置一道整体加固，采用20工字钢并用U型螺栓固定，下层贝雷片每隔6m设置一道花架加强。

20m和28.9m简支梁全部按此方案进行施工。

3.2 贝雷架支撑体系受力验算

贝雷梁按三排双层或双排双层进行设计，设置加强弦杆（上下层均设置）。

3.2.1 荷载分析

对于跨度30m、线间距4.3m箱梁，中间22.7m梁段为等截面，两侧各2.0m梁段为I-I～II-II的变截面，接着两侧各0.5m梁段为II-II～III-III的变截面，最后两侧各1.1m梁段为VIII-VIII等截面。

根据相关规范，支架所受竖向荷载分为：1）梁重：中部M1（22.7m范围），端 部M1’（3.6m）；2）模 板：M2=149t；3）模板下方的分配梁：M3=10t；4）施工人员、材料及机具荷载按2kN/m2考虑，混凝土振捣荷载按2kN/m2考虑，合计4kN/m2。

强度检算中恒载分项系数取1.2，活载分项系数取1.4；刚度检算中按恒载的标准值考虑，活载不计。

梁重根据分区（A区、B区及C区）进行横向分摊，见图1。

图1 端部的梁重横向分摊系数（单位：mm）

3.2.2 贝雷梁检算

根据相关规范，贝雷梁所受竖向荷载分为：1）模板：q1=49.67kN/m；2）梁重：跨中q2=173.904kN/m，梁端q2’=326.133kN/m；3）模板下方的分配梁：q3=3.333kN/m；4）人员、机具及混凝土振捣荷载：q4=43.6kN/m。

梁重的横向分布按分区进行简化计算，每个区域内梁重荷载均分至所在区域的贝雷梁上，其他荷载按横向均摊简化计算。

C区以两片贝雷梁为一组，则一组贝雷梁的自重为4kN/m。经过检算可知，C区贝雷梁组的最大弯矩为3576.8kN/m，小于容许弯矩6750kN.m；最大剪力为643.6kN，大于容许剪力490.5kN（超限31%）。上述容许剪力是钢管墩支撑在贝雷梁接头处的情况，且反映的是贝雷梁整体的受力性能，不是局部杆件的受力状况。两侧的钢管墩并未支撑在贝雷梁接头处，这严重降低了贝雷梁的承载能力，故需要对钢管墩支撑点进行加固。

C区贝雷梁组的最大竖向变形为17.0mm，小于跨度的l/400，故刚度满足要求。此项变形为弹性变形，不包含安装间隙等带来的非弹性变形。

B区以三片贝雷梁为一组，则一组贝雷梁的自重为6kN/m。经过检算可知，B区贝雷梁组的最大弯矩为4959.0kN/m，小于容许弯矩9618.8kN/m；最大剪力为856.2kN，大于容许剪力698.9kN（超限22%）。上述容许剪力是钢管墩支撑在贝雷梁接头处的情况，且反映的是贝雷梁整体的受力性能，不是局部杆件的受力状况。两侧的钢管墩并未支撑在贝雷梁接头处，这严重降低了贝雷梁的承载能力，故需要对钢管墩支撑点进行加固。

B区贝雷梁组的最大竖向变形为15.8mm，小于跨度（25.1m）的l/400，故刚度满足要求。此项变形为弹性变形，不包含安装间隙等带来的非弹性变形。

3.2.3 下横梁检算

下横梁采用2I45b工字钢，支撑在钢管墩顶部，承受贝雷梁传递下来的荷载。由检算结果可知，下横梁最大弯曲应力为126.6MPa，小于容许应力[σ]=215MPa（Q235钢）；最大剪应力为90.1MPa，小于容许应力[τ]=125MPa（Q235钢）。

下横梁悬臂末端的变形为0.5mm，下横梁跨间的最大变形为2.4mm，小于跨度（2.74m）的1/400，故刚度满足要求。

3.2.4 钢管墩检算

由下横梁检算结果可知，钢管墩最大轴力为1716.8kN。钢管墩平均高度为12.5m，按两端铰接（偏于安全）进行检算，钢管墩的压缩变形为5.4mm。

1）强度验算。钢管墩为φ630×10mm，其允许的承压力[N]=1716.8kN，强度满足要求。

2）稳定性验算。钢管回转半径i=0.219m，长细比λ=57.08。查GB 50017-2017《钢结构设计规范》[1]表G-1，φ=0.836。检算压杆的应力（忽略钢管自重）σ=101.0MPa，故稳定性满足规范要求。

3.2.5 精细有限元分析

3.2.5.1 分析模型

箱梁自重及施工荷载通过模板、贝雷梁、下横梁传递到钢管墩，钢管墩支撑在承台上，因此为了简便，建模时仅考虑贝雷梁、下横梁和钢管墩。计算模型中横向加固体系采用I20每隔6m设置一道，采用U型螺栓进行固定；贝雷梁底部每3m采用一道花架进行横向连接。

单个贝雷梁桁架内部各杆件焊接成为一个整体，而每个贝雷梁之间通过销铰连接。如果将贝雷梁全部按桁架单元模拟，则不能准确反应杆件的受力特性。根据贝雷梁的构造特点，按照“刚-铰混合”方式模拟比较符合其受力特性，即焊接的各内部杆件按梁单元处理，而各桁架之间按铰接处理（释放其转角自由度）。

考虑横桥向风力作用，参考相关规范，检算风力如下：

1）横向风压。最大风速V风=26.7m/s（相当于10级）；基本风压W0=445.5Pa；横向风压W=579Pa。实际检算时，取横向风压为0.6kPa。

2）面积系数。μ2＝1（对模板）；μ2＝0.4（对贝雷梁）。

3）检算风力：F=μ2WA（A=HL，H为迎风面高度，m；L为迎风面宽度，m）

3.2.5.2 静力分析

按照3.2.1中的荷载进行加载，并计入横桥向风力作用。贝雷支架整体的竖向变形为31.6mm，该变形是贝雷梁、下横梁和钢管墩三者变形之和，不包含安装间隙等带来的非弹性变形。

钢管墩未支撑在贝雷梁接头处时，在这些支撑处用2根10号槽钢进行加固。对于钢管墩支撑在贝雷梁接头处的情况，考虑到剪力较大，同样采用2根10号槽钢进行加固。

贝雷梁弦杆、竖杆和斜杆的材质为16Mn，容许应 力[σ]=310MPa；加固槽钢的材质为Q235，容许应力[σ]=215MPa。从加固后的计算结果可以看出，钢管墩支撑处的贝雷梁下弦杆最大应力为145.4MPa，小于容许应力[σ]=310MPa；加强竖杆（10号槽钢）中的最大应力为177.8MPa，小于容许应力[σ]=215MPa。因此，通过局部加固可以确保贝雷支架局部杆件的受力安全性。

3.2.5.3 稳定性分析

按照3.2.1中的荷载加载，并计入横桥向风力作用。最小稳定系数25.4，一阶失稳模态为钢管墩的顺桥向失稳。由于稳定系数较高，且施工时钢管墩与墩柱采用抱箍进行连接，故可认为该贝雷支架的稳定性满足相关规范要求。