齊曉成

（中鐵十六局集團(tuán)有限公司，北京 100000）

1 工程概況

溫州市域鐵路S2線是溫州軌道交通線網(wǎng)中東北至西南的一條徑向線，全長63.618km，設(shè)車站20座，其中地下站1座，其余均為高架站，平均站間距3.267km。線路共劃分為10個(gè)標(biāo)段，本標(biāo)段為S2線一期工程SG10標(biāo)段，處于S2線最南端，全長5781.74m，包含三站三區(qū)間、折返線及代建段。

2 貝雷架的特點(diǎn)

現(xiàn)澆梁貝雷支撐體系主要由貝雷架、支撐架、加強(qiáng)弦桿、工字鋼、鋼立柱等組成。作為主要構(gòu)件的貝雷架是一個(gè)平面桁架單元，主要由弦桿、豎桿、斜桿組成，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)輸方便、架設(shè)快速、分解容易、互換性好、適應(yīng)性強(qiáng)，其組成的支撐體系構(gòu)件少、重量輕、成本低，但承載能力大、結(jié)構(gòu)剛性強(qiáng)、疲勞壽命長。

3 現(xiàn)澆梁貝雷架的布置

3.1 30m簡支梁貝雷架布設(shè)

跨度30m簡支梁現(xiàn)澆支架采用18排雙層上下弦桿加強(qiáng)型貝雷片形式，線路兩側(cè)最外排由11片3m標(biāo)準(zhǔn)桁架拼裝而成，中間區(qū)域由9片3m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組成，最大計(jì)算跨度25.0m，貝雷梁上采用12工字鋼橫向分配梁，間距40cm均勻布置在桁架上，單根長度12m。橫向分配梁上鋪箱梁底板，底、側(cè)模采用鋼模板。

下橫梁采用單根長12m的雙拼I45a工字鋼，與鋼管柱之間采用活絡(luò)頭進(jìn)行連接。鋼管柱支撐采用φ630螺旋鋼管，厚10mm，每端4個(gè)，中心間距均為2.74m，鋼管柱之間采用16#槽鋼連接，并以抱箍的形式與墩身形成可靠連接。上下兩層貝雷片沿線路方向每隔6m橫向設(shè)置一道整體加固，采用20工字鋼并用U型螺栓固定，下層貝雷片每隔6m設(shè)置一道花架加強(qiáng)。

20m和28.9m簡支梁全部按此方案進(jìn)行施工。

3.2 貝雷架支撐體系受力驗(yàn)算

貝雷梁按三排雙層或雙排雙層進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)置加強(qiáng)弦桿（上下層均設(shè)置）。

3.2.1 荷載分析

對于跨度30m、線間距4.3m箱梁，中間22.7m梁段為等截面，兩側(cè)各2.0m梁段為I-I～I(xiàn)I-II的變截面，接著兩側(cè)各0.5m梁段為II-II～I(xiàn)II-III的變截面，最后兩側(cè)各1.1m梁段為VIII-VIII等截面。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，支架所受豎向荷載分為：1）梁重：中部M1（22.7m范圍），端 部M1’（3.6m）；2）模 板：M2=149t；3）模板下方的分配梁：M3=10t；4）施工人員、材料及機(jī)具荷載按2kN/m2考慮，混凝土振搗荷載按2kN/m2考慮，合計(jì)4kN/m2。

強(qiáng)度檢算中恒載分項(xiàng)系數(shù)取1.2，活載分項(xiàng)系數(shù)取1.4；剛度檢算中按恒載的標(biāo)準(zhǔn)值考慮，活載不計(jì)。

梁重根據(jù)分區(qū)（A區(qū)、B區(qū)及C區(qū)）進(jìn)行橫向分?jǐn)偅妶D1。

圖1 端部的梁重橫向分?jǐn)傁禂?shù)（單位：mm）

3.2.2 貝雷梁檢算

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，貝雷梁所受豎向荷載分為：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）人員、機(jī)具及混凝土振搗荷載：q4=43.6kN/m。

梁重的橫向分布按分區(qū)進(jìn)行簡化計(jì)算，每個(gè)區(qū)域內(nèi)梁重荷載均分至所在區(qū)域的貝雷梁上，其他荷載按橫向均攤簡化計(jì)算。

C區(qū)以兩片貝雷梁為一組，則一組貝雷梁的自重為4kN/m。經(jīng)過檢算可知，C區(qū)貝雷梁組的最大彎矩為3576.8kN/m，小于容許彎矩6750kN.m；最大剪力為643.6kN，大于容許剪力490.5kN（超限31%）。上述容許剪力是鋼管墩支撐在貝雷梁接頭處的情況，且反映的是貝雷梁整體的受力性能，不是局部桿件的受力狀況。兩側(cè)的鋼管墩并未支撐在貝雷梁接頭處，這嚴(yán)重降低了貝雷梁的承載能力，故需要對鋼管墩支撐點(diǎn)進(jìn)行加固。

C區(qū)貝雷梁組的最大豎向變形為17.0mm，小于跨度的l/400，故剛度滿足要求。此項(xiàng)變形為彈性變形，不包含安裝間隙等帶來的非彈性變形。

B區(qū)以三片貝雷梁為一組，則一組貝雷梁的自重為6kN/m。經(jīng)過檢算可知，B區(qū)貝雷梁組的最大彎矩為4959.0kN/m，小于容許彎矩9618.8kN/m；最大剪力為856.2kN，大于容許剪力698.9kN（超限22%）。上述容許剪力是鋼管墩支撐在貝雷梁接頭處的情況，且反映的是貝雷梁整體的受力性能，不是局部桿件的受力狀況。兩側(cè)的鋼管墩并未支撐在貝雷梁接頭處，這嚴(yán)重降低了貝雷梁的承載能力，故需要對鋼管墩支撐點(diǎn)進(jìn)行加固。

B區(qū)貝雷梁組的最大豎向變形為15.8mm，小于跨度（25.1m）的l/400，故剛度滿足要求。此項(xiàng)變形為彈性變形，不包含安裝間隙等帶來的非彈性變形。

3.2.3 下橫梁檢算

下橫梁采用2I45b工字鋼，支撐在鋼管墩頂部，承受貝雷梁傳遞下來的荷載。由檢算結(jié)果可知，下橫梁最大彎曲應(yīng)力為126.6MPa，小于容許應(yīng)力[σ]=215MPa（Q235鋼）；最大剪應(yīng)力為90.1MPa，小于容許應(yīng)力[τ]=125MPa（Q235鋼）。

下橫梁懸臂末端的變形為0.5mm，下橫梁跨間的最大變形為2.4mm，小于跨度（2.74m）的1/400，故剛度滿足要求。

3.2.4 鋼管墩檢算

由下橫梁檢算結(jié)果可知，鋼管墩最大軸力為1716.8kN。鋼管墩平均高度為12.5m，按兩端鉸接（偏于安全）進(jìn)行檢算，鋼管墩的壓縮變形為5.4mm。

1）強(qiáng)度驗(yàn)算。鋼管墩為φ630×10mm，其允許的承壓力[N]=1716.8kN，強(qiáng)度滿足要求。

2）穩(wěn)定性驗(yàn)算。鋼管回轉(zhuǎn)半徑i=0.219m，長細(xì)比λ=57.08。查GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]表G-1，φ=0.836。檢算壓桿的應(yīng)力（忽略鋼管自重）σ=101.0MPa，故穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

3.2.5 精細(xì)有限元分析

3.2.5.1 分析模型

箱梁自重及施工荷載通過模板、貝雷梁、下橫梁傳遞到鋼管墩，鋼管墩支撐在承臺(tái)上，因此為了簡便，建模時(shí)僅考慮貝雷梁、下橫梁和鋼管墩。計(jì)算模型中橫向加固體系采用I20每隔6m設(shè)置一道，采用U型螺栓進(jìn)行固定；貝雷梁底部每3m采用一道花架進(jìn)行橫向連接。

單個(gè)貝雷梁桁架內(nèi)部各桿件焊接成為一個(gè)整體，而每個(gè)貝雷梁之間通過銷鉸連接。如果將貝雷梁全部按桁架單元模擬，則不能準(zhǔn)確反應(yīng)桿件的受力特性。根據(jù)貝雷梁的構(gòu)造特點(diǎn)，按照“剛-鉸混合”方式模擬比較符合其受力特性，即焊接的各內(nèi)部桿件按梁單元處理，而各桁架之間按鉸接處理（釋放其轉(zhuǎn)角自由度）。

考慮橫橋向風(fēng)力作用，參考相關(guān)規(guī)范，檢算風(fēng)力如下：

1）橫向風(fēng)壓。最大風(fēng)速V風(fēng)=26.7m/s（相當(dāng)于10級）；基本風(fēng)壓W0=445.5Pa；橫向風(fēng)壓W=579Pa。實(shí)際檢算時(shí)，取橫向風(fēng)壓為0.6kPa。

2）面積系數(shù)。μ2＝1（對模板）；μ2＝0.4（對貝雷梁）。

3）檢算風(fēng)力：F=μ2WA（A=HL，H為迎風(fēng)面高度，m；L為迎風(fēng)面寬度，m）

3.2.5.2 靜力分析

按照3.2.1中的荷載進(jìn)行加載，并計(jì)入橫橋向風(fēng)力作用。貝雷支架整體的豎向變形為31.6mm，該變形是貝雷梁、下橫梁和鋼管墩三者變形之和，不包含安裝間隙等帶來的非彈性變形。

鋼管墩未支撐在貝雷梁接頭處時(shí)，在這些支撐處用2根10號槽鋼進(jìn)行加固。對于鋼管墩支撐在貝雷梁接頭處的情況，考慮到剪力較大，同樣采用2根10號槽鋼進(jìn)行加固。

貝雷梁弦桿、豎桿和斜桿的材質(zhì)為16Mn，容許應(yīng) 力[σ]=310MPa；加固槽鋼的材質(zhì)為Q235，容許應(yīng)力[σ]=215MPa。從加固后的計(jì)算結(jié)果可以看出，鋼管墩支撐處的貝雷梁下弦桿最大應(yīng)力為145.4MPa，小于容許應(yīng)力[σ]=310MPa；加強(qiáng)豎桿（10號槽鋼）中的最大應(yīng)力為177.8MPa，小于容許應(yīng)力[σ]=215MPa。因此，通過局部加固可以確保貝雷支架局部桿件的受力安全性。

3.2.5.3 穩(wěn)定性分析

按照3.2.1中的荷載加載，并計(jì)入橫橋向風(fēng)力作用。最小穩(wěn)定系數(shù)25.4，一階失穩(wěn)模態(tài)為鋼管墩的順橋向失穩(wěn)。由于穩(wěn)定系數(shù)較高，且施工時(shí)鋼管墩與墩柱采用抱箍進(jìn)行連接，故可認(rèn)為該貝雷支架的穩(wěn)定性滿足相關(guān)規(guī)范要求。