牛祥恒，袁 遠

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710065)

現場澆筑混凝土梁施工技術相對成熟，需要在支架上搭設模板并安裝鋼筋骨架，待澆筑混凝土達到設計強度后張拉預應力。鋼梁同樣可以采用支架法進行現場組拼并進行工地連接。對于多聯橋梁，采用支架施工的優(yōu)點即支架拆除后可以周轉使用，無需大型起重設備，施工過程中無體系轉換。支架雖然作為臨時結構，但為了保證施工過程中的安全性，需要計算施工荷載作用下的強度和剛度，同時支架的基礎應可靠，構件結合要緊密并有足夠的縱橫斜撐，使支架作為整體抵抗荷載。支架在受荷后將產生變形，在安裝前要進行計算并設置預拱度，使結構標高滿足設計要求。

支架結構形式分為滿堂式支架與梁柱式支架，其中梁柱式支架的承重梁支承在臨時墩上形成多跨連續(xù)支架。這種支架結構可以應用于大跨徑橋梁的現場施工，且地基處理費相對較低。貝雷梁作為通用裝配式施工器材，具有施工速度快，承載力可靠等優(yōu)勢，常用于支架施工中的承重梁。貝雷梁的受力分析可按平面受力模型進行驗算，但這種計算模型忽略了貝雷梁之間的空間效應。有研究人員建立了空間有限元模型對貝雷梁的穩(wěn)定和強度分別做了研究，認為提高貝雷梁橫向布置數量或集中布置于中心位置，可提高梁柱式支架貝雷梁的承載力與穩(wěn)定性。為了對平面受力模型驗算貝雷梁的結果進行校核，本文建立了梁柱式支架的空間有限元模型，并對貝雷梁的受力性能進行討論。

1 工程概況

三門峽黃河公鐵兩用大橋預應力混凝土箱梁由小里程到大里程方向分左右兩幅，共4聯。該公路預應力混凝土箱梁為空間彎橋，位于鐵路橋梁上方，施工支架需借助鐵路梁進行支承。該現澆混凝土箱梁采用C50混凝土，截面為單箱單室，單幅橋梁頂寬17.75 m，梁底寬7.25 m，梁高2.5 m，兩側各懸臂長3.5 m。本次采用梁柱式支架支承模板，該支架系統(tǒng)由鋼管立柱、柱間連接系、柱頂分配梁、貝雷梁、模板系統(tǒng)組成，以某段梁柱式支架的布置形式為例，支承柱間的跨徑布置為6 m+25.5 m+6 m。本次使用的貝雷梁為一種新型I型桁架，桁高2 m，由上下弦桿、豎桿及斜桿焊接而成。標準節(jié)段長4 m，端支承節(jié)段長度分為2 m與1.5 m兩種，該桁架各構件材質為Q345B。上下弦桿的端部設置陰陽接頭，鋼銷材料采用30CrMnTi，直徑為59.5 mm。

澆筑混凝土的過程中，上部荷載包括混凝土自重、模板自重及人員施工荷載，該荷載組合形成的作用施加到模板的鋪底橫梁上，再由鋪底橫梁傳遞到貝雷梁中。柱頂分配梁上橫向共有23片貝雷梁，通過貝雷梁的分配作用，再將上部荷載傳遞到鋼管立柱中。

2 貝雷梁的設計條件

為了便于計算，對混凝土箱梁的截面進行劃分。根據該劃分區(qū)域分別計算混凝土自重、模板自重以及施工荷載。本次采用容許應力法，各個荷載的分項系數均為1.0，即考慮最不利的荷載組合工況為：荷載組合=1.0×混凝土自重+1.0×模板荷載+1.0×人員料具堆放荷載+1.0×振搗混凝土荷載。鋼筋混凝土密度按26.5 KN/m3考慮，底模板總重111.3 t，側模板總重133.9 t，人員機具堆放荷載按1.0 KPa計入，混凝土振搗荷載按2.0 KPa計算。根據以上參數可以計算不同區(qū)域傳遞到下方鋪底橫梁中最不利組合產生的作用力P1～P10。

根據上面分析的傳力路徑可知，貝雷梁主要對上部混凝土澆筑荷載及模板重量進行分配。為了能有效承擔上部混凝土梁的澆筑荷載，腹板位置下方的貝雷梁間距需要加密。貝雷梁布置形式，將貝雷梁作為鋪底橫梁的支承點，再將上部傳遞的節(jié)點力P1～P10施加到鋪底橫梁上，對其進行受力分析即可得到傳遞到貝雷梁上的支反力，該支反力即為貝雷梁上的設計荷載。

3 貝雷梁設計方法對比分析

3.1 平面計算方法

平面桿系模型的優(yōu)點在于建模規(guī)模小，施加有效的節(jié)點力后可以迅速對各個構件做出判斷，缺點在于需要對空間作用效應進行假設，該計算結果具有不確定性。

根據支反力結果可知16#貝雷梁承擔最大的支反力，選取該片貝雷梁作為驗算對象。根據橋梁空間理論可知，梁在支點附近橫向分配作用較小，但在跨中區(qū)域橫向聯結系可以起到荷載橫向分配作用。因此，平面模型中貝雷梁支點位置的節(jié)點力仍采用支反力的峰值。為了考慮跨中位置橫向分配作用，認為貝雷梁密布區(qū)域5片貝雷梁(位于混凝土箱梁腹板澆筑位置，即圖3中4#～8#、16#～20#貝雷梁)平均承擔上部的荷載，因此對以上位置支反力求平均值作為模型跨中區(qū)域的節(jié)點力。模型支點至跨徑1/4截面的范圍按線性內插計算。圖1展示了該平面桿系有限元模型與荷載施加的情況，該模型包含了224個節(jié)點，328個梁單元。通過該桿系有限元模型可以對桿件的強度和穩(wěn)定進行驗算，同時也可以求出跨中位置的最大撓度。

圖1 貝雷梁平面桿系有限元模型

3.2 空間計算方法

空間桿系模型建立相對復雜，但可以反映整體結構的受力性能，有限元模型如圖2所示，其中考慮了下部鐵路箱梁的支承效應。該模型總共包含了5 343個節(jié)點，9 428個梁單元，模擬了鋼管立柱、柱間連接系、柱頂分配梁、貝雷梁以及模板下方的鋪底橫梁。鋪底橫梁與貝雷梁之間采用剛性連接進行傳力，貝雷梁與柱頂分配梁之間采用剛臂單元連接。為了模擬鉸接，釋放了扭轉自由度。剛臂單元容重為零，彈性模型為鋼材的104倍。鋼管立柱底部均采用鉸約束，上部混凝土箱梁、模板和其他上部施工荷載采用節(jié)點力施加于鋪底橫梁上。建模前可以對桿件節(jié)點和單元號排列進行規(guī)劃，利用Midas軟件提供的復制功能及表格參數化建模方式可快速建立貝雷梁和縱橫向連接系。

圖2 梁柱式支架空間桿系有限元模型

通過該模型，不僅可以得到不同貝雷梁間的撓度和內力，還可以對橫向聯系桿件和下部支承桿件同時進行強度驗算。

3.3 對比分析

空間模型雖然包含較多的桿單元，但在配置較好的PC機能迅速完成靜力計算。下面對兩種模型的撓度與內力計算結果進行分析。

撓度最大值出現在貝雷梁跨中位置，平面桿件模型計算得到跨中撓度為50.9 mm，空間桿件模型跨中最大撓度值為59.1 mm，可以看出兩個模型的撓度計算結果十分接近。根據變形結果可以看出空間模型中橫向聯系具有較好的橫向分配效應，貝雷梁縱橫向撓度類似板式受力結果，因此需要重視橫向連接系的布置，使貝雷梁間受力協(xié)調。

表1中列出了貝雷梁構件中的最不利軸力計算結果，其中正值代表拉力，負值代表壓力?？梢钥闯隹臻g模型得到弦桿的軸力結果偏大，斜腹桿計算結果接近，但豎腹桿結果相差較大，豎腹桿內力相差較大的位置位于支點位置。

表1 貝雷梁桿件計算軸力對比/KN

本次的計算結果誤差與平面桿系模型空間效應的假設有直接關系，若平面桿系中的荷載與約束產生變化，則平面桿系模型的計算結果會有較大的影響。因此對于相對復雜的貝雷梁布置方式或者上部結構較寬的情況，推薦采用空間桿系模型進行分析。

4 結 論

通過采用不同模型分析梁柱式支架貝雷梁的受力狀態(tài)，可以得到如下結論：

(1)采用平面桿系模型計算貝雷梁受力狀態(tài)時，假設密布區(qū)域的貝雷梁跨中位置平均分配上部傳遞的荷載。通過與空間桿件模型的結果進行校核，說明該假設可以反映最不利位置貝雷梁空間效應的受力情況。

(2)根據空間桿件模型的變形結果可以看出，橫向連接系使貝雷梁間傳力均勻，貝雷梁縱橫向撓度類似板式受力結果，需重視橫向連接系的布置。

(3)對于相對復雜的貝雷梁布置方式或者上部結構較寬的情況，推薦采用空間桿系模型進行分析，以反映實際結構的受力狀態(tài)。