公培志 黃振洋 袁瑞希

摘要 在一些跨城市河流、橋梁樞紐的小型橋梁結(jié)構(gòu)施工方案中，臨時(shí)橋梁貝雷梁的便橋應(yīng)用面比較廣泛。鋼便橋結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，會(huì)產(chǎn)生車輛動(dòng)荷載、人員靜荷載等各種較大動(dòng)靜態(tài)荷載，存在一定工程安全隱患，因此事先對(duì)其荷載進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析論證是必要的。因施工周期短，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量要求高，文章基于MIDAS Civil有限元軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析，對(duì)上下弦桿加強(qiáng)型貝雷梁設(shè)計(jì)與普通型貝雷梁設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)鋼便橋整體受力情況、材料強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等進(jìn)行分析，計(jì)算結(jié)果表明，該上下弦桿加強(qiáng)型貝雷梁總體的材料強(qiáng)度、剛度系數(shù)等性能均較普通型貝雷梁整體有所提升，為實(shí)際工程開發(fā)應(yīng)用設(shè)計(jì)提供了寶貴參考。

關(guān)鍵詞 鋼便橋；臨時(shí)支架；有限元模擬；貝雷梁

中圖分類號(hào) U448.36文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）23-0139-03

0 引言

隨著現(xiàn)代技術(shù)手段的運(yùn)用，我國在陸上和道路交通工程應(yīng)用實(shí)踐方面的創(chuàng)新技術(shù)研究得到快速發(fā)展，其中，貝雷梁便橋的橋梁技術(shù)及應(yīng)用研究取得了迅速地發(fā)展，在國內(nèi)公路與水上綜合交通建設(shè)施工實(shí)踐領(lǐng)域研究中得到普遍地應(yīng)用。東南沿海地區(qū)要進(jìn)行一些大跨江運(yùn)河橋梁隧道項(xiàng)目和溝壑高架橋隧道工程等，許多隧道工程項(xiàng)目上的隧道橋梁建設(shè)施工，常常都需要進(jìn)行建設(shè)貝雷架鋼混凝土便橋。鋼便橋結(jié)構(gòu)因具有移動(dòng)極為便捷安全、施工靈活、高強(qiáng)度、耐用及可靠高效等多種設(shè)計(jì)特點(diǎn)，因此在許多場(chǎng)合范圍里都得到過較廣泛地應(yīng)用^[1]。普通型貝雷梁架由于本身具有的受力結(jié)構(gòu)形狀較簡(jiǎn)單、運(yùn)輸或移動(dòng)十分方便、載重量占比略大、互換性比較好、適應(yīng)變形性能更強(qiáng)等眾多性能特點(diǎn)，也曾在世界眾多復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)體系中得到廣泛運(yùn)用。而上下弦桿加強(qiáng)型貝雷梁的結(jié)構(gòu)形式較為靈活，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行不同方案的優(yōu)化和改進(jìn)，同時(shí)這種結(jié)構(gòu)的施工周期相對(duì)較短，能夠節(jié)省施工成本和時(shí)間。該文針對(duì)兩種不同的設(shè)計(jì)方案，建立了MIDAS Civil有限元模型進(jìn)行分析，結(jié)果表明，上下弦桿加強(qiáng)型貝雷梁鋼便橋強(qiáng)度、剛度和承載能力有所提升且布置更為合理，為該工程提供了安全可靠的施工方案，同時(shí)為其他相似鋼便橋的施工提供了借鑒和參考^[2-4]。

1 工程概況

渡槽工程壩址位于中國云南昆明市的某壩址處，建成通水或在工程投入運(yùn)行約兩年后就可以基本實(shí)現(xiàn)水資源的供給，可以說是逐步地解決好了整個(gè)滇北西南中流區(qū)水資源短缺等瓶頸問題，具有比較顯著且重要直接的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效應(yīng)價(jià)值和自然生態(tài)效益。渡槽為單箱單室等高度變截面梁，梁高4.69 m，梁頂寬5 m，底板寬4.4 m，梁頂板厚度為30 cm，底板厚度為45 cm，腹板厚度為40 cm。

2 總體施工方案

渡槽施工由于工期緊張、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)選擇一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且施工周期短的施工方案?，F(xiàn)滿足要求的支架體系為貝雷梁搭設(shè)的鋼便橋支架體系?，F(xiàn)采用普通型貝雷梁和上下弦桿加強(qiáng)型貝雷梁兩種設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行優(yōu)選，從而使貝雷梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，達(dá)到施工要求。

2.1 施工步驟

第一步：提前施工底部承臺(tái)。搭設(shè)底部盤扣架施工平臺(tái)，對(duì)后續(xù)鋼便橋施工提供平臺(tái)。

第二步：施工橋臺(tái)外側(cè)模板，每3 m澆筑一段，澆筑時(shí)，上部預(yù)留出20 cm的預(yù)埋鋼筋，繼續(xù)澆筑時(shí)，將錨固鋼筋與預(yù)埋鋼筋進(jìn)行焊接。

第三步：拼裝好貝雷梁，安裝好分配梁，鋪設(shè)橋面板，對(duì)橋梁兩側(cè)搭設(shè)盤口架式人工操作平臺(tái)。

第四步：支架搭架施工完成安裝后，進(jìn)行混凝土預(yù)壓，預(yù)壓構(gòu)件重量要按混凝土最大可施工承受荷載值的±1.1倍予以加載，加載施工及設(shè)備卸載作業(yè)應(yīng)全部按負(fù)荷分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分段進(jìn)行。

2.2 支架整體布置

根據(jù)渡槽周邊地質(zhì)環(huán)境及附屬建筑等條件，設(shè)計(jì)方案1結(jié)構(gòu)布置圖見圖1、圖2。支架布置順序?yàn)椋耗０濉侥尽鶬12.6工字鋼縱梁→I25工字鋼橫梁→貝雷梁（上下加強(qiáng)弦桿）。設(shè)計(jì)方案2結(jié)構(gòu)布置圖見圖3。支架布置順序?yàn)椋耗０濉侥尽鶬12.6工字鋼縱梁→I25工字鋼橫梁→普通型貝雷梁。

其中方案1中貝雷梁順橋向布置6片，橫橋向布置13片；方案2中普通型貝雷梁順橋向布置6片，橫橋向布置16片，貝雷梁?jiǎn)纹L(zhǎng)3 m，高1.7 m，通過花窗將貝雷片連接來加強(qiáng)穩(wěn)定性。在渡槽與貝雷片的連接處增設(shè)10#槽鋼豎桿增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3 支架仿真分析

采用Midas Civil建立有限元模型，對(duì)該支架受力進(jìn)行仿真分析，對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算^[1]。

建立橫梁、貝雷梁組成的整體空間模型。在渡槽與貝雷梁的支撐點(diǎn)處需要添加槽鋼單元用以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。橫梁與貝雷梁的連接方式使用彈性連接來確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。有限元模型如圖4～5所示。

（1）橫梁。經(jīng)計(jì)算，得到的工字鋼橫梁的各項(xiàng)結(jié)果如表1所示。

（2）I12.6工字鋼縱梁。仿真分析可得到分配梁的各項(xiàng)結(jié)果如表2所示。

（3）貝雷梁。經(jīng)分析，得到的結(jié)果見表3。

由表3可知，貝雷梁的強(qiáng)度和剛度均滿足要求。

4 便橋仿真分析

加強(qiáng)弦桿式貝雷梁鋼便橋考慮總質(zhì)量為55 t的罐車荷載^[5]，軸距為4 m+1.4 m，輪距1.8 m，考慮跨中中載、跨中偏載、支點(diǎn)中載、支點(diǎn)偏載四種情況建立模型如圖6～9所示。

（1）鋼便橋I12.6工字鋼縱梁仿真分析結(jié)果如表4所示。由表4可知，鋼便橋I12.6工字鋼縱梁滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）鋼便橋貝雷梁仿真分析結(jié)果如表5所示。由表5可知，鋼便橋貝雷梁滿足設(shè)計(jì)要求^[6]。

5 結(jié)論

以渡槽施工為例，借助MIDAS Civil有限元軟件分別對(duì)上下正弦桿加強(qiáng)型貝雷梁結(jié)構(gòu)和普通型貝雷梁結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行仿真模擬，對(duì)鋼便橋強(qiáng)度、剛度指標(biāo)及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性數(shù)據(jù)進(jìn)行有限元分析，得出了以下幾個(gè)結(jié)論：

（1）上下弦桿加強(qiáng)型貝雷梁強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性較普通型貝雷梁更優(yōu)秀。

（2）上下弦桿加強(qiáng)型貝雷梁耗材相對(duì)普通型貝雷梁更少，因此在施工時(shí)應(yīng)選擇更為經(jīng)濟(jì)的方案。

（3）該渡槽鋼便橋的設(shè)計(jì)能為工程設(shè)計(jì)提供參考。

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收稿日期：2023-06-14

作者簡(jiǎn)介：公培志（1998—），男，碩士在讀，研究方向：橋梁施工技術(shù)研究。