基于Midas/Civil的現(xiàn)澆箱形梁門式鋼管貝雷梁支架設(shè)計(jì)與驗(yàn)算

謝靈運(yùn) （中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京 100000）

支架法現(xiàn)澆施工是現(xiàn)澆梁施工的常用施工方法之一。通常，支架法有柱式支架法、梁式支架法和梁柱式支架3大類。貝雷梁鋼管支架屬于梁柱式支架法，其優(yōu)點(diǎn)在于材料通用性強(qiáng)、施工靈活性強(qiáng)、拼裝、拆除操作均為方便。與其他支架法相比，克服了拼裝繁瑣和受力不均等缺點(diǎn)，且工程造價(jià)較低、施工速度快。

趙進(jìn)東[1]對鋼管貝雷梁支架施工技術(shù)進(jìn)行了較為細(xì)致的研究，提出了貝雷梁支架的施工工藝。劉學(xué)明和姚長見[2,3]對介紹了鋼管柱-貝雷梁支架的合理運(yùn)用和驗(yàn)算方法，并基于某城市立交橋工程實(shí)例分析得出了普遍適用的貝雷梁布置方案。唐青華[4]為探討軟土地區(qū)現(xiàn)澆梁式支架合理的施工布置方案，提出了專門適用于軟土地區(qū)的雙層貝雷梁支架施工關(guān)鍵技術(shù)方案，并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益分析。韋建昌[5]對貝雷梁支架的支架預(yù)壓、支架變形控制等支架結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行了設(shè)計(jì)和驗(yàn)算，提出了相應(yīng)的關(guān)鍵施工布置方案。趙濤[6]以實(shí)際工程為例，從貝雷梁支架的布置方案、檢算方法等方面對山嶺地區(qū)的貝雷梁支架施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。丁勇[7]對鐵路橋梁在軟弱地基上的鋼管立柱貝雷梁支架施工技術(shù)進(jìn)行了較為細(xì)致的研究。何永昶[8]對曲線現(xiàn)澆連續(xù)梁中的超高大跨度鋼管柱及貝雷梁支架體系進(jìn)行了施工技術(shù)應(yīng)用研究。Li F[9]以黃家灣雙線超大橋道岔連續(xù)梁支架為研究方案，根據(jù)工程特點(diǎn)優(yōu)化支架施工方案，闡述了支架安裝工藝，指出了連續(xù)梁道岔安全控制要點(diǎn)。張科輝[10]以森林山大橋連續(xù)箱梁作為工程實(shí)例，并利用基礎(chǔ)力學(xué)和材料力學(xué)知識對鋼管柱貝雷梁組合支架進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算。

鑒于眾多學(xué)者對貝雷梁支架在工程施工中的支架設(shè)計(jì)及施工方案布置的總結(jié)。也由于貝雷梁支架具有傳統(tǒng)支架所不具備的一些優(yōu)勢，有必要對貝雷梁支架進(jìn)行進(jìn)一步的研究。本文基于Midas/Civil軟件對現(xiàn)澆箱形梁門式鋼管貝雷梁支架進(jìn)行受力計(jì)算建模，并與相應(yīng)規(guī)范及材料特性取值進(jìn)行對比。

1 工程概況及工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

該立交橋位于安徽省境內(nèi)，是主線建設(shè)大道與某國道的立交工程，主要包含左右幅的主線橋。立交橋位于建設(shè)大道K7+766～K8+020段。立交橋橋梁左幅起止樁號 K7+823.5～K8+020，右幅起止樁號K7+766～K8+020。左幅跨徑組合為 30+35+30×4m，全長 196m，橋?qū)?12.5m,右幅跨徑組合為 30×3+35+30×4m，全長2253.5m，橋?qū)?2.5m。立交箱梁頂寬為12.5m；翼緣懸挑長度為2.0m，梁高1.7m；頂板厚度0.22m，底板厚度0.20m。

1.2 工程地質(zhì)條件

該立交橋工程地質(zhì)條件為：巖體較破碎，工程地質(zhì)條件復(fù)雜。巖層傾向 160?！?20。，傾角 15?！?5。，巖體層面整體較緩。場地基巖發(fā)育有兩組優(yōu)勢節(jié)理，以閉合隱節(jié)理為主，貫通性多較差，結(jié)構(gòu)面結(jié)合較差。一般節(jié)理面間距0.2m～0.4m，節(jié)理裂隙張開度1～3mm，表面粗糙，一般無充填或泥質(zhì)膠結(jié)。其中第一組節(jié)理產(chǎn)狀為312。∠80。，節(jié)理密度為1～4條／m；第二組節(jié)理產(chǎn)狀為 65?！?0。，節(jié)理密度為2～4條／m，為硬性結(jié)構(gòu)面結(jié)合差。

2 現(xiàn)澆支架布置方案選定

箱梁施工采用鋼管支架現(xiàn)澆，支架最大跨徑為15m，支架結(jié)構(gòu)自上而下分別為：支架模板系統(tǒng)，工14橫向分配梁間距@30cm，單層加強(qiáng)型貝雷片主縱梁，2工56a主橫梁，鋼管立柱，鋼管立柱間采用2[25a平聯(lián)和斜撐連接。

端橫梁處立柱縱向間距為4m，其余處立柱縱向間距為5.5m。鋼管立柱間采用2[25a平聯(lián)河斜聯(lián)，每升高5m設(shè)置一道平聯(lián)，兩平聯(lián)之間設(shè)置一道斜聯(lián)，形成平斜聯(lián)系統(tǒng)。端橫梁下采用10排貝雷梁，間距0.45m；中隔梁下采用3排排貝雷梁，間距0.45m；中間段間距為0.9m。順橋向14#工字鋼分配梁是上部結(jié)構(gòu)及翼緣板碗扣架的擱置基礎(chǔ)，其標(biāo)準(zhǔn)間距采用30cm。跨度在10～15m之間，按15m最不利進(jìn)行驗(yàn)算，貝雷梁支架布置圖如圖1所示。

圖1 貝雷梁支架布置圖

3 基于Midas/Civil支架結(jié)構(gòu)受力分析

3.1 荷載選取

根據(jù)本工程概況及現(xiàn)澆箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在支架施工過程中主要考慮如下荷載。

①箱梁重量：15.85×25=396.3kN/m，其中，箱梁最大截面積：15.85 m2，空腹段截面面積10.49m2；混凝土容重：25kN/m3；箱梁高 1.7m，頂板厚 0.22m，底板厚0.20m。

②模板重量：0.5×15.3+0.3×10.8=10.9kN/m，其中，每延米箱梁的內(nèi)外模板面積分別為15.3m2和10.8m2；模板荷載標(biāo)準(zhǔn)值：內(nèi)模板0.5kN/m（2含支撐重量），外模板 0.3kN/m2。

③型鋼：工14單重0.17kN/m，工56a單重1.06kN/m。

④單個(gè)321貝雷片重量：1.0kN/m。

⑤施工荷載：2.0kN/m2。

3.2 有限元模型建立

依據(jù)工程概況、支架布置方案、荷載選取及材料屬性，采用Midas/Civil商業(yè)有限元軟件建立貝雷梁支架有限元受力分析模型。鋼管立柱采用φ609×16mm無縫鋼管。端橫梁處立柱縱向間距為4m，其余處立柱縱向間距為5.5m。端橫梁下采用10排貝雷梁，間距0.45m；中隔梁下采用3排排貝雷梁，間距0.45m；中間段間距為0.9m。順橋向14#工字鋼分配梁是上部結(jié)構(gòu)及翼緣板碗扣架的擱置基礎(chǔ)，其標(biāo)準(zhǔn)間距采用30cm。為適應(yīng)箱梁縱坡、橫坡變化的特點(diǎn)，在貝雷梁柱式支架上搭設(shè)碗扣式腳手架，如此可以方便的精確調(diào)整模板標(biāo)高和拆卸模架，為箱梁施工線形控制提供便利。翼緣板處立桿橫向間距90cm，底板、腹板處立桿橫向間距為60cm，縱向間距與橫向分配梁間距相同。橫桿步距最大1.2m。

貝雷梁與樁頂橫梁采用彈性連接，樁頂橫梁與鋼管樁頂采用剛性連接。梁端采用鉸接。采用結(jié)構(gòu)分析軟件Midas/Civil分析其受力情況，建立的貝雷梁支架有限元計(jì)算模型如圖2。

圖2 貝雷梁支架有限元計(jì)算模型

3.3 計(jì)算結(jié)果及受力分析

3.3.1 貝雷梁計(jì)算結(jié)果及受力分析

根據(jù)荷載條件及材料特性取值，在Midas/Civil軟件中進(jìn)行相應(yīng)的荷載設(shè)置，可計(jì)算出貝雷梁的組合應(yīng)力、剪應(yīng)力和位移如圖3～圖5所示。

圖3 貝雷梁結(jié)構(gòu)組合應(yīng)力圖

圖4 貝雷梁結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力圖

由圖3可知，貝雷梁結(jié)構(gòu)的最大組合應(yīng)力值（絕對值）為 190.7MPa，且 190.7MPa＜[σ]=205MPa，因此，最大組合應(yīng)力值滿足規(guī)范要求。

由圖4可知，貝雷梁結(jié)構(gòu)的最大剪應(yīng)力值（絕對值）為 49.8MPa，且 49.8MPa ＜[τ]=120MPa，因此，最大剪應(yīng)力值滿足規(guī)范要求。

由圖5可知，貝雷梁結(jié)構(gòu)的最大位移值為24.3mm，且 24.3mm＜15000/400=37.5mm，因此，最大位移值滿足規(guī)范要求。

圖5 貝雷梁結(jié)構(gòu)位移圖

3.3.2 鋼管立柱計(jì)算結(jié)果及受力分析

根據(jù)相應(yīng)的荷載條件及材料特性進(jìn)行取值，可計(jì)算出鋼管立柱的組合應(yīng)力、最大支反力和最大位移如圖6～圖8所示。

圖6 鋼管立柱組合應(yīng)力

圖7 鋼管立柱最大支反力

由圖6可知，鋼管立柱的最大組合應(yīng)力（絕對值）為 33.6MPa，且 33.6MPa＜[σ]=205MPa，因此，最大組合應(yīng)力值滿足規(guī)范要求。由圖7可知，鋼管立柱的鋼管最大支反力為587.2kN。由圖8可知，鋼管立柱的鋼管最大位移為2.7mm。

4 結(jié)論

本文采用商業(yè)有限元軟件Midas/Civil對立交現(xiàn)澆梁門式鋼管貝雷梁支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力建模，根據(jù)軟件所顯示的結(jié)果，說明了該貝雷梁支架符合相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工規(guī)范。文中主要對貝雷梁結(jié)構(gòu)和鋼管立柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較為細(xì)致的受力分析，得出以下結(jié)論。

圖8 鋼管立柱最大位移

①貝雷梁結(jié)構(gòu)的最大組合應(yīng)力值、最大剪應(yīng)力值和最大位移值均滿足相應(yīng)規(guī)范和材料特性要求。

②鋼管立柱的最大組合應(yīng)力、最大支反力和最大位移值也滿足相應(yīng)的施工規(guī)范及結(jié)構(gòu)受力要求。

③貝雷梁支架具有適用性廣、受地形限制較少等優(yōu)勢，可以充分利用原有承臺作為支撐鋼管樁。

④現(xiàn)澆梁門式鋼管貝雷梁支架在保證施工經(jīng)濟(jì)性要求的同時(shí)，還能在跨中不設(shè)置鋼管樁，可減少鋼管用材量，并縮短施工工期。

[1]趙進(jìn)東.鋼管貝雷梁支架在漳河特大橋道岔連續(xù)梁中的施工技術(shù)研究[J].安徽建筑,2016,23(01):183-185+227.

[2]劉學(xué)明,劉世忠.鋼管柱-貝雷梁支架體系施工工藝及設(shè)計(jì)檢算[J].鐵道建筑,2016(09):43-46.

[3]姚長見.貝雷梁支架系統(tǒng)檢算及在橋梁施工中應(yīng)用[J].低溫建筑技術(shù),2013,35(01):87-88.

[4]唐青華.軟土地區(qū)現(xiàn)澆箱梁橋梁式支架比選研究[J].交通科技,2016(06):5-8.

[5]韋建昌.貝雷梁支架設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)[J].西部交通科技,2012(09):44-46.

[6]趙濤.貝雷梁支架制梁技術(shù)在鐵路簡支梁施工中的應(yīng)用[J].國防交通工程與技術(shù),2012,10(S1):134-135+118.

[7]丁勇.鋼管立柱貝雷梁支架在軟弱地基現(xiàn)澆箱梁施工中的應(yīng)用——以甬臺溫鐵路永嘉高架站特大橋?yàn)槔齕J].建筑,2010(08):53-55.

[8]何永昶.超高大跨度鋼管柱及貝雷梁支架體系在曲線現(xiàn)澆連續(xù)梁中的應(yīng)用[J].上海鐵道科技,2016(01):85-88.

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