多跨连续箱式梁桥施工“贝雷梁-盘扣架”组合支撑受力性能分析

摘要：结合某多跨连续箱式梁桥现浇支架法施工，对贝雷梁-盘扣架组合支撑在箱式梁桥中的设计应用和受力性能进行分析，形成了整套组合支撑技术体系。通过理论计算和数值分析验证了支撑方案的可靠性和安全性，提出施工技术要点和注意事项，确保了项目顺利实施，提升了该类组合支撑体系的应用水平。

关键词：贝雷架；盘扣架；箱式梁桥；现浇结构；数值分析

1 " 工程概况

天津至潍坊高速铁路济南联络线商惠滨2号特大桥，其647#～653#墩为多跨连续梁桥结构。采用等高度、变截面单室箱梁结构，箱梁顶宽为12.6m，底部宽度为5.5m，中心线处梁高为3.11m。梁端顶板、底板及腹板局部向内侧进行加厚，顶板厚度为36～67cm，底板厚度为30～70cm，腹板厚为45～105cm，按折线变化。

2 " 组合支撑系统设计

2.1 " 确定设计方案

综合考虑到施工环境、梁桥截面型式及尺寸、工期及费用、安全性等因素，拟采用多榀贝雷梁作为支撑平台，上承盘扣式满堂支撑架的形式，搭设高空支模平台。

具体设计方案为：箱梁底板及翼缘板位置从上到下依次布置：15mm厚竹胶板→10cm×10cm木枋→I10工字钢分配梁→Φ60.3mm×3.2mm盘扣式支撑架→I10工字钢分配梁→单层普通型贝雷梁→2I56a工字钢主横梁→

Φ630mm×10mm钢管立柱。其中钢管立柱支撑在桥墩承台或桩基础上，钢管立柱法兰盘与预埋钢板进行焊接连接。

1.2 " 组合支撑系统结构

组合支撑体系纵向木枋在底板和翼缘板下间距为30cm，腹板下间距为20cm。针对变截面箱梁顶板、腹板及翼缘板等不同位置梁体自重差异较大的问题，将I10工字钢分配梁和盘扣架立杆纵向间距在跨中设为120cm，两端加厚段间距设为60cm和90cm。将盘扣架立杆在翼缘板和底板下横向间距设为120cm，腹板下设为60cm，水平杆步距设为150cm，顶层水平杆步距设为50cm。贝雷梁间距按对称布置。钢管立柱纵向布置4排，横向间距为3m，横向连接采用[16a槽钢剪刀撑。

2 " 支撑系统受力分析

2.1 " 梁截面分区

考虑到梁桥纵、横向荷载变化较大，为方便荷载计算，选取典型特征梁桥截面划分为A、B、C三个区域。梁截面分区计算示意图如图1所示。

2.2 " 胶合板和木枋的受力计算

根据《建筑施工承插型盘扣式钢管脚手架安全技术标准》（JGJ/T 231）及《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ 162），依次对15mm厚胶合板、10cm×10cm木枋进行极限状态受力分析，受力结果分别见表1和表2。

表1和表2中，竹胶板截面上的弯曲应力均低于15MPa，剪切应力均不超过1.8MPa，形变量不超过计算跨度的1/400。木枋的最大弯曲应力、剪切应力分别为10.87MPa、1.36MPa，均未超过规范允许值。因此本方案中竹胶板和木枋的强度、刚度均满足设计要求。

2.3 " 盘扣式支撑架受力计算

2.3.1 " 荷载分析

工字钢分配梁承担由纵向方木传递的集中力，并支撑在盘扣架立杆之上。按承载能力极限状态和正常使用极限状态，计算各区域的最不利荷载，具体结果见表3。

2.3.2 " 建立有限元模型

选取连续梁跨中和梁端2个截面（1-1和1-2），并采用Midas/Civil建立各截面I10工字钢模型。采用“杆单元”模拟受力杆件，工字钢与立杆按铰接约束，遵循Mises应力屈服准则，I10工字钢模型如图2所示。

2.3.3 " 有限元模型分析

根据有限元模型，计算得到I10型工字钢应力及变形，截面最大组合应力为90.4MPa、剪应力为65.5MPa、竖向位移为0.5mm，均不超过型钢梁最大允许应力和变形，满足规范和设计要求。I10工字钢截面应力及竖向变形如图3所示。

盘扣式钢管脚手架立杆承受来自I10工字钢分配梁的反力，根据有限元模型计算得到各立杆承受的支反力，立杆所承受的最大轴力值为46kN。同时考虑立杆、横杆及斜杆的自重增大系数为1.05，得到最大轴力计算值为48.3kN。盘扣架立杆支座反力如图4所示。

考虑实际工程中立杆加工缺陷、锈蚀等，钢管计算直径取60.0mm、壁厚取3mm。根据《建筑施工承插型盘扣式钢管脚手架安全技术标准》（JGJ 231），立杆上部可调螺杆伸出顶层水平杆长度取最大允许值为650mm，顶层步距为500mm，计算得到单根立杆稳定承载力为95.89kN，大于单根立杆所承受的最大轴力值，立杆稳定承载力满足要求。

3 " 组合支架系统力学性能分析

3.1 " 建立有限元模型

根据设计方案，采用Midas/Civil软件建立梁柱支撑有限元模型。采用“梁单元”模拟受力杆件，遵循Mises应力屈服准则，钢管立柱与底部承台基础和管桩连接采用固结约束，其他连接采用铰接约束。工字钢梁、钢管立柱等采用Q235钢材，贝雷梁采用Q345钢材，材料参数按实测进行取值。自上至下依次为：I10工字钢分配梁→纵向贝雷梁（普通型）→2I56a工字钢主横梁→Φ630mm×10mm钢管立柱。组合支架Midas模型如图5所示。

3.2 “梁柱”支架受力分析

3.2.1 " 组合支架截面最大应力及变形分析

考虑到现浇混凝土及支架自重、施工人员及设备、集中堆载、冲击荷载、风荷载等，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行最不利荷载效应组合，依次计算得到纵向贝雷梁、2I56a工字钢主横梁的截面组合应力和变形云图。各构件截面最大应力及变形见表4。

从表4可以看出，纵向贝雷梁截面组合应力、剪切应力和竖向变形最大值分别为255.6MPa、111.4MPa和22.65mm，均不超过纵向贝雷梁（Q345钢）的最大容许应力和允许变形。2I56a工字钢主横梁的截面组合应力和剪切应力最大值分别为100.6MPa、54.3MPa，均不超过Q235钢材的最大容许应力，最大竖向变形为5.2mm，小于其计算跨度的1/400，符合设计要求。

3.2.2 " 钢管立柱和[16槽的截面应力分析

根据有限元模型，得到钢管立柱的最大轴力为1257.57kN，[16槽钢的最大轴力为81.6kN。考虑最不利荷载工况和风荷载效应，得到钢管立柱的稳定系数为0.674，截面最大应力为95.8MPa；[16槽钢的稳定系数为0.854，截面最大应力为160.2MPa。钢管立柱和[16槽的截面应力均不超过Q235钢最大容许应力，具有较高的结构安全系数。钢管立柱和[16槽钢的轴力图分别如图6和图7所示。

3.3 " 桩基承载力及承台验算

根据设计方案，组合支撑体系两端钢管立柱支撑在桥墩承台上，跨中钢管立柱由桩基础支承。根据有限元模拟，得到跨中钢管立柱的最大支反力为941.4kN。依照《建筑桩基技术规范》（JGJ 94）和桥址地层情况计算打桩深度，得到柱桩基础入土深度为30m时设计承载力为988.4kN，承载满足设计要求。

通过有限元模拟得到承台位置钢管立柱支反力最大值为900.9kN，把沿支座处钢板宽顺桥向等效为板。依照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362）进行桥墩承台抗冲切验算，计算得到桥墩承台厚度为3m时抗冲切承载力为28692kN，满足抗冲切要求。钢管立柱支反力如图8所示。

综上，组合支架系统施工受力仿真模拟和理论计算结果表明，纵向贝雷梁、2I56a工字钢主横梁、钢管立柱及其横向剪刀撑的施工受力、稳定性及变形等均满足材料强度要求和施工变形控制要求。柱桩基础入土深度为30m、柱墩承台厚度为3m时，能够满足组合支架系统承载力要求。

4 " 结束语

本研究依托实际工程项目，针对现浇支架法进行箱式梁桥施工存在的困难，提出采用“贝雷梁-盘扣架”组合支撑的方案，分别对其模板支撑系统和组合支架系统的施工受力、稳定性和变形等进行了分析。

仿真模拟和理论计算结果表明，箱形梁桥纵、横向自重差异较大时，箱梁腹板、翼缘、底板下采用不同的立杆间距，能够确保施工安全、且节约成本。组合支架纵向增设竖向支撑、横向增设剪刀撑，有利于提高组合支撑系统整体承载力和稳定性。研究成果为项目实施提供技术保障，形成了整套组合支撑技术体系，提升了其应用水平，为桥梁施工技术的发展提供借鉴。

参考文献

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