支架支撑体系中贝雷梁的研究进展

魏永平，粟学平，丁振亚，胡械，伍豪

（1.中交广州航道局有限公司，广东 广州 510290；2.中交广航局第五工程有限公司，重庆 401329）

随着国家持续稳定发展，许多基础设施建设也得到了井然有序的推进。南水北调、西气东输、三峡工程、青藏铁路等多个项目正在建设或已建成。在此过程中，桥梁工程项目也占了较大的比例。随着中国道路桥梁建设的持续发展，高墩、大跨度桥梁等结构类型与各种复杂的地质条件在实际工程中屡见不鲜，这对工程的设计与施工造成了严重的干扰。因此，根据不同的地质环境与施工条件，使用结构简便、体系安全可靠、易于施工、经济合理的施工方法来解决此类问题是当前桥梁建设方向的研究重点。

在实际桥梁施工中，常使用的方法一般是预制安装法、悬臂浇筑法和支架现浇建筑法。使用预制安装法时，会因构件之间有大量拼接的纵缝而需要大型吊挂运输装置，大大增加了施工费用。在悬臂施工时使用的施工机械设备会浪费部分空间，同时也会提高桥梁的高度，产生非必要的浪费。目前支架浇筑施工技术已成为公路桥施工技术中最普遍的一项。在采用该方式建造的过程中，使用的支撑结构仍以满堂式支撑为主，但随着国内施工技术的进一步发展，采用贝雷梁或贝雷梁和综合满堂式支撑的支撑结构已形成一种趋势。

贝雷梁最初由二战期间的英军建筑兵制作并应用于军队。后于1965 年定型制造，并在全国得到大力发展，主要应用于城市交通运输、建筑、水利等领域[1]。近年来，贝雷梁因结构简单、施工简便、安全可靠等优点被广泛用于桥梁建设。其设计的好坏直接关系到实际工程中混凝土的浇筑及桥梁能否满足设计要求，加之目前贝雷梁的实际应用尚处于发展初期，还没有施工的系统性理论指导。因此，对贝雷梁进行力学特性、实际工程等方面的研究就显得尤为重要。目前，国内外学者针对贝雷梁已经做了大量的研究，也取得了丰厚的研究成果。本文主要从理论研究和实际工程应用2 个方面对贝雷梁的研究现状进行了总结。

1 理论研究

目前，国内外学者对贝雷梁进行了大量的研究，同时也取得了不少成果。在理论计算方面，张科辉[2]以森林山大桥为工程实例，详细介绍了该工程采用的钢管柱-贝雷梁组合支柱，并对其构件及材料进行了力学分析与计算，为相似工程的设计施工积累了经验；在此之后，为研究组合支架在大型车站的适用性，祁鹏宇[3]对钢管支柱-贝雷梁支架的刚度、强度、稳定性进行了分析计算，发现在竖向变形、地基承载力等方面均满足施工要求，为类似的工程施工提供了指引。

在理论研究方面，只有少数学者采用传统的数学与力学公式计算进行研究，而大多数学者常利用MidasCivil、ANSYS 等有限元软件对贝雷梁进行分析。梁方[4]利用MidasCivil 有限元软件对大跨度现浇梁的支架体系进行分析，研究表明，使用该软件分析既能精确计算贝雷片和钢管桩的数量、间距，又能使施工设计更加合理，为今后相似工程的设计施工提供了参考。仇天天等[5]利用MidasCivil 有限元软件，对上承式与下承式“321” 型贝雷梁进行了静力性能计算，并结合实际工程数据对比分析，得到如下结论：上承式与下承式贝雷梁结构的力学特点均为下旋杆受拉、上旋杆受拉，且跨中界面的位移和应力最大；在产生的内力、反作用力等结构响应中，上承式贝雷梁比下承式贝雷梁均匀。高忠虎等[6]根据某大桥门式墩的实际施工，利用MidasCivil 有限元软件对钢管支架、贝雷梁等展开了计算和分析，得出钢管贝雷梁支架能够满足受力要求、加快施工进度、保障安全和性能的结论，为类似工程施工积累了理论经验。

相比于MidasCivil 有限元软件，专家们更常使用ANSYS 有限元软件进行研究。符强等[7]以实际工作经验为背景，通过ANSYS 软件构建了贝雷梁支架的空间模型，对其刚性、抗拉强度做了测算，并对其内部结构进行了优化设计，结果表明，经过优化设计后的贝雷梁模型计算值和实测值误差较小，且其结构受力更加合理，有利于实际工程中降低工程造价，缩短工期。杜瑞[8]借助ANSYS 软件，以某铁路的施工方案为基础，研究了贝雷梁支架的强度及稳定性，研究发现，即使在最不利工况条件下，该支架系统仍满足总体强度要求，并且总结了影响该支架系统稳定性的因素，为类似工程的施工提供了理论依据。为探究贝雷梁的强度与刚度受贝雷梁间节点刚度的影响规律，谢晓鹏等[9]使用ANSYS 软件对结点实施了仿真，并对贝雷梁展开了有限元分析，结果显示，在大跨度不变时，贝雷梁的最大位移和最大应力都随着节点扭转强度的增大而降低；而当跨度加大时，由于节点的强度差异所形成的最大位置差也将增加。许贵满等[10]利用ANSYS软件，对贝雷梁钢便桥的三维模拟结构进行了解析，研究结果表明，贝雷梁的最大竖向偏移将随着速度的加快而增大，贝雷梁内外侧的变形有微小差异且加强弦杆对此无明显改善效果。为探究保定某大桥贝雷梁支架的失稳原因，杨昌民等[11]借助ANSYS 有限元软件，对该处贝雷梁支架进行了模拟与失稳计算，总结了导致此类工程发生失稳的原因，并且提出了预防贝雷梁失稳破坏的措施。

2 实际工程应用

除了对贝雷梁的特性进行理论研究外，还有诸多学者针对贝雷梁在实际工程中的应用展开了大量研究。赵建民[12]详细阐述了石家庄市某工程的设计与验算过程，该工程充分利用钢管柱贝雷梁架设快捷、适应性强、承载力大等优点，解决了大面积、大跨度现浇框架梁板的施工难题，为今后类似问题的处理积累了经验；邱官发[13]根据某铁路高架车站施工案例，详细阐述了单跨双层贝雷梁的应用，这种措施具有改善施工效率、减少施工过程中脚手架不稳定风险等优点，为类似工程的设计和施工积累了经验；马帅等[14]对支撑下降点进行了跟踪观察，发现支撑非变形均低于6 mm，梁底板混凝土的外平整性均低于5 mm，而且其曲线流畅、轮廓清晰，未发现任何裂纹，从而证实了该方法在实际施工中是很有效的；张志华[15]以上海市某工程为背景，详细阐述了该工程采用贝雷梁施工的原因，并对施工方案的内力和稳定性进行了验算，介绍了施工过程的控制点和控制措施，为以后类似工程的施工积累了经验。

上述研究均针对贝雷梁的单独应用，而在实际工程中，常采用贝雷梁与其他支架组合支撑，因此也有很多研究围绕着组合支撑展开。陈志勇[16]对钢管桩与贝雷梁在实际施工中的组合使用进行了研究，发现组合支架具有施工便捷、安全可靠的优点，有助于克服雨季洪水和风阻的影响；在此基础之上，刘学明等[17]基于某立交桥工程，结合相关规范和理论分析，系统地阐述了钢管柱贝雷梁的验算方法和施工工艺，提出了经济适用的贝雷梁布置方案；苏伟业[18]基于某实际工程，对复杂地质环境条件下钢管柱体-贝雷梁的使用展开研究，发现此类支架体系不易受地质条件、空间高度等的限制，且具有简便易操作、搭建速度快、施工成本低、安全可靠等优点；以某六连拱渡槽实际工程为研究背景，温江凡等[19]基于应力、形变等参数的控制，分析了贝雷梁组合拱架在几种结构中的应用情况，得出了最合理实用的结构形式，且其相较于其他结构形式，更有利于减小最大竖向变形；魏勇刚[20]对某大跨度桥梁的设计施工过程进行了详细阐述，并提出贝雷梁和平行弦桁架组合支架体系，该支架体系受项目区地质条件、地基承载力的影响较小，且具有经济适用、灵活的优势，有利于复杂软土地基地区的施工；以某实际工程为例，史艳等[21]采用满堂支柱、贝雷梁等按一定的方法构成支柱系统，该支柱系统在施工中可节约大量材料，且在架设和拆除方面非常方便快捷，具有一定的推广价值；杨泉勇[22]针对贵州某工程项目，开展了贝雷梁-钢管柱设计与施工应用的研究，利用有限元软件进行了稳定性、地基承载力等参数的计算，并应用于实际工程，结果表明，该贝雷梁支撑体系能很好地满足要求，并且在施工过程中有很好的应用。

3 结论

目前，国内外学者针对贝雷梁的特性及其在实际工程中的应用，采用理论公式计算、有限元软件数值模拟等方法进行了大量研究，取得了丰硕的成果。这些成果对更好地了解贝雷梁特性、形成更加规范的贝雷梁施工工艺等具有重要的意义。

本文主要从理论研究和实际工程应用2 个方面对贝雷梁的研究成果进行了总结，得出以下结论：①贝雷梁支架具有施工方便、工期短、安全可靠、经济合理等优点，能够较好地适用于地基承载力弱、山区及施工条件差的地区，对大跨度梁、高墩梁等工况条件下的施工有较好的应用。②使用数值模拟软件能够较为精准地计算贝雷梁的各项参数，使施工设计更加合理；且可以利用软件对贝雷梁模型进行优化设计，使其模型计算值更贴近于实测数值、结构受力更合理，有益于减少实际工程中的造价并缩短施工工期。③通过对贝雷梁在实际工程中应用的研究，发现了组合支架在施工过程中可灵活调整、能满足复杂地区的施工，并提出了相应的检验方法与施工工艺；特别是钢管柱-贝雷梁组合设计具有承载力大、安全可靠、适应能力强等优点，能够克服大跨度、大面积现浇梁的施工问题，且能够有效减小风阻力与雨季行洪等不利条件的影响。