小半径曲线现浇箱梁贝雷支架组合设计与计算

郭太山 钱小龙 张 凯 李容基

（自贡市城市建设投资开发集团有限公司，四川 自贡 643000）

随着科学技术的进步，贝雷支架组合已应用于土木工程各个领域[1]，在桥梁工程中，梁式桥、拱式桥、斜拉桥等更是得到了广泛使用。对于地面平坦搭设高度小的桥梁，采用满堂支架法；而当地面高差起伏较大或支架搭设高度大时，则使用贝雷支架组合更为合理。

众多学者从不同角度研究了贝雷支架的设计与施工，其中，孙九春[2]依托具体工程采用数值模拟的方法对贝雷组合支架进行模拟，分析了贝雷支架对拱桥结构稳定性的影响；付浩[3]介绍了斜拉桥贝雷支架的施工方案。而针对梁式桥中现浇箱梁贝雷支架的研究更为成熟，栾传宝[4]开展了贝雷支架高仿真数值模拟，验证了支架设计结构的准确性；邓林[5]通过支架体系模拟与现场加载试验，相互印证了支架的安全性。目前，针对连续弯桥贝雷支架的研究，如秦文学[6]采用有限元方法模拟了空间弯桥超高支架，解决了双层空间弯桥部分钢管立柱直接立于既有的铁路梁上的难题。为了进一步研究弯桥贝雷支架的设计及稳定性，本文依托某复杂条件下小半径曲线现浇箱梁桥，运用有限元软件模拟分析钢管桩+贝雷梁+碗扣支架组合体系稳定性，为类似工程提供参考。

1 工程概况

该桥上部结构为（4×20）连续箱梁，现浇箱梁梁高1.5m，直腹板，单箱双室截面，梁顶宽9m，梁底宽6m，悬臂长1.5m。现浇箱梁横断面如图1 所示，曲线现浇箱梁桥平面布置如图2 所示。0#墩与3#墩之间三跨现浇箱梁段采用钢管桩+贝雷梁+碗扣支架组合施工。

图1 现浇箱梁横断面图

图2 曲线现浇箱梁桥平面布置图

2 支架设计

由于地面高差起伏较大且支架搭设高度较大，采用钢管桩+贝雷梁+碗扣支架组合体系施工。单元自下而上结构形式为：钢筋混凝土基础+ 426×5.5mm 钢管立柱+双拼Ⅰ56b工字钢承重横梁+2 组双排、1 组三排单层不加强贝雷主梁+Ⅰ14 工字钢分配梁+碗扣式脚手架+10×10cm 横向方木+Φ48×3.0mm 纵向钢管+1.5cm 厚胶合板底模。Φ426 钢管平联采用Ⅰ14，平联高3m，间距3m。

所用材料主要技术参数：

（1）混凝土容重：G=26kN/m3；（2）钢材弹性模量：E=2.1×105MPa；（3）Q235 钢抗拉、抗压强度[σ]=215MPa，抗剪强度[τ]=125MPa；（4）容许挠度ω：l/400。

3 钢管桩+贝雷梁+碗扣支架计算分析

3.1 有限元模型建立

采用有限元软件Midas civil 建立钢管桩+贝雷梁+碗扣支架计算模型，鉴于贝雷架上满堂碗扣支架布置形式与落地满堂碗扣支架布置一致，且高度较低，在3m 以内，为减少建模单元数，该部分不建模，直接按照梁体荷载分布，人群施工荷载，模板支架荷载布置在贝雷片上的Ⅰ14 分配梁上模拟，支架模型如图3 所示。

图3 支架模型

支架计算中采用的系数：（1）荷载临界系数：4.0；（2）静载的安全系数：1.2；（3）活载的安全系数：1.4。

支架系统模型的荷载工况如下：

本次建模均以面荷载方式加载，经计算，腹板荷载为39kN/m2，翼缘板荷载为5.2kN/m2～11.7kN/m2线性递增，顶、底板荷载为17.4kN/m2均衡布置，为建模方便，支架水平直线布设；模板自重软件自动计算，人员、机具荷载及混凝土冲击荷载按2.5kN/m2考虑；风荷载按气象提供历年最大风速17m/s 计算，20m 跨径含跨中调节单元每排计6 片贝雷片，纵桥向共4 排支点，则单桩水平风载经计算为5.775kN。

对 以 上 荷 载 按 以 下 组 合 考 虑：（1）1.2D+1.4L；（2）0.9D+1.4L；（3）D+L。

3.2 计算结果

3.2.1 分配梁验算

图4 为Ⅰ14 工字钢分配梁组合应力、剪应力与位移分布云图，由图可知，组合最大应力为154MPa＜215MPa，最大剪应力为55.6MPa＜120MPa，均满足要求。

图4 Ⅰ14 工字钢分配梁模拟分析结果

3.2.2 贝雷片验算

图5 为贝雷片组合应力、剪应力、位移与轴力分布云图，由图可知，组合最大应力为269MPa＜290MPa，最大剪应力为104MPa＜120MPa，均满足要求。

图5 贝雷片模拟分析结果

3.2.3 纵梁验算

图6 为Ⅰ40b 纵梁组合应力、剪应力与位移分布云图，由图可知，组合最大应力为76.2MPa＜215MPa，最大剪应力为18.6MPa＜120mPa，均满足要求。

图6 Ⅰ40b 纵梁模拟分析结果

3.2.4 横梁验算

图7 为双拼Ⅰ56b 横梁组合应力、剪应力与位移分布云图，由图可知，组合最大应力为133MPa＜215Pa，最大剪应力为32MPa＜120mPa，均满足要求。

图7 双拼Ⅰ56b 横梁模拟分析结果

3.2.5 立柱验算

图8 为高20mΦ426 钢管立柱组合应力与剪应力分布云图，由图可知，组合最大应力为203MPa＜215Pa，最大剪应力为6.7MPa＜120mPa，均满足要求。

图8 高20mΦ426 钢管立柱模拟分析结果

3.3.6 支架整体稳定性验算

图9 为支架稳定性分析结果图，计算结果表明：两种模态整体稳定系数为4.08，4.08 均大于4，满足规范要求。

图9 支架稳定性模拟分析结果

4 结论

4.1 钢管桩+贝雷梁+碗扣支架的分配梁、贝雷片、纵梁、横梁、立柱及支架整体计算结果均在规范容许范围内，支架的整体稳定系数均大于4，表明该钢管桩+贝雷梁+碗扣支架具有良好的稳定性。

4.2 该地区风荷载较大且该工程部分支架高度较高，应尽量避开大风季节施工。