贝雷梁组合钢管柱现浇简支箱梁支架体系的设计及检算

贝雷梁组合钢管柱现浇简支箱梁支架体系的设计及检算

温雪松

中铁二十五局集团有限公司 广西柳州 545007

摘 要：文章结合施工案例介绍利用贝雷梁组合钢管柱组合安装为现浇箱梁支架体系设计思路，详细对支架体系进行受力检算，可为同类桥梁现浇箱梁施工提供参考。

关键词：桥梁施工 现浇箱梁 组合支架 设计检算

1 工程概况

贵南高铁某双线大桥，中心里程DK289+589，桥梁孔跨布置采用：2×32m双线变宽连续梁、2×32m双线简支梁、2×32m单线简支梁、2×32m双线变宽连续梁+2×32m七线简支梁+2×32m七线+三个站台简支梁，全长208.7m。桥墩采用圆端形桥墩、门式刚架墩，桥台采用矩形空心桥台、单线实体台，全桥均采用钻孔桩基础。采用通桥（2013）2322A-VI图的双线简支箱梁共6孔，即： 32m梁6孔，采用现浇简支箱梁。

桥梁总体施工方案为

（1）根据桥区现场总体情况，本标段双线单孔无砟简支梁将采用钢管柱贝雷梁支架进行现浇，本桥群施工配置内、外模24米孔1套，32米孔2套，相应底模共6套，钢管及贝雷梁支架24米孔1套，32米孔2套。简支梁根据各孔实际情况安排施工顺序。

（2）模板采用现浇箱梁定型模板，模板及其模板桁架采用25t汽吊配合50吨履带吊车安装，模板拆除分节段吊装移孔，混凝土采用集中拌制，8m³混凝土运输车运输，2台以上混凝土泵车对称均匀布料，插入式振捣棒振捣。

（3）梁体灌注顺序为先底板、再腹板、最后顶板及翼缘板，顶板分条，腹板分层的方式，由下坡端向上坡端斜坡分层灌注；钢绞线张拉采用两端对称张拉，张拉时采用张拉应力和伸长量作为控制指标，管道灌浆采用真空灌浆。

2简支箱梁支架体系设计方案

大桥箱梁施工工期紧，质量要求高，采用钢管柱贝雷梁支架现浇法进行箱梁施工，该方法施工简便，工艺成熟，工序要点易掌握，能有效保证箱梁施工安全、进度及质量。

（1）贝雷支架现浇梁施工就是利用贝雷片组装成箱梁施工的支撑平台，在贝雷架上进行箱梁模板安装、模板预压、钢筋安装、砼浇注、预应力初张拉等施工项目。它与移动模架的区别在于，支撑系统与模板系统是分离的，且没有液压和走行系统。贝雷支架经受力检算后，必须能满足制梁过程的各种荷载及形变。

（2）针对最不利的墩高14.5m，跨度32.4m的梁，贝雷片均采用1.5*3m标准件；支架体系设计方案采用双层贝雷梁布置。

贝雷梁支架主要材料表

图2－1贝雷梁组合钢管柱支架顺桥布置图

图2-2支架顺桥向断面图

3搭设支架

3.1支架搭设施工

1）支架钢柱位置及连接

（1）设计墩顶宽度为3.4米，以此为投影线，则靠墩钢柱距墩顶投影线1.1米，距墩身中心线2.8米。故墩身承台需沿线路方向需向两边各扩大0.8，横桥向无需扩大，但最外侧钢柱需另起钢柱基础，采用上述预制混凝土基础。桥台承台基础横桥向需向两侧各扩大0.9m，向顺桥向扩大0.5m。

（2）24.6m简支箱梁桥跨采用钢管贝雷梁支架，纵向设计3排（24.6米跨）/3排（34.6米跨）Ф600mm×10mm钢管立柱，立柱标准节配6m、3m、2m、1m、0.5m管节，根据梁高采用不同管节进行配备，立柱顶、底部采用法兰接长。

（3）每排6根，钢管柱排间距为9.60m（24.6m跨）/13.4m（34.6米跨），每排柱间距1.8m×2+2.6m+1.8m×2，各排钢管之间用[10槽钢剪刀撑连接。

（4）钢柱采用法兰接长，钢柱标准件双头均设有法兰。

（3）立柱顶部设安装砂桶，进行标高调整和支架拆除；砂桶顶部用2根Ⅰ45b工字钢做分配梁。

（4）分配梁上布设7组贝雷梁21排，每三排贝雷梁连成一组，同组贝雷片采用花窗进行连接，分布情况分别为0.9m+1.55m+0.9m+0.25m+5×0.9m+0.25m+0.9m+1.55m+0.9m=11.7m，贝雷梁上部布设100*100@300方木长13m做垫梁，其上部再安装模板。

5）立柱采用Φ600无缝钢管，壁厚为10mm，根据轨顶高程及钢承台高程推算立柱高度，立柱高度用标准管节为12m、6m，然后用2m、1.5m、1m、0.5m管节作为调节进行加长，采用25T汽车吊对钢管立柱进行吊装施工，立柱钢管横向之间设置10cm槽钢斜撑作为连接件。下层横向连接槽钢距承台顶面为200cm，然后采用Z字进行布设。Z字连接距柱底2米，每3m一道，有效保证立柱稳定。

6）承台立柱采用在承台上预埋10mm厚钢板固定，钢板底部采用焊接J型Φ22螺纹钢预埋件固定在承台内部（共8根，参照上节预制混凝土基础）。其余基采用预制混凝土基础。钢板上焊接钢筋与混凝土固结。

7）在墩身中部用[14槽钢设抱箍一道，靠墩身钢柱与抱箍采用[12槽钢焊接连接，焊接处用钢板加强。

8）落梁砂桶采用Φ589和Φ560，壁厚为10mm无缝钢管加工而成，高0.6m。装砂后可调整为0.9m，实际安装时最低调整至0.7米，最高调整到0.9米，用以调整线路纵坡。安装在立柱顶面，采用法兰进行连接，砂桶内采用干燥砂子，拆除底模时松掉卸砂孔螺栓，采用高压水枪对砂漏四周漏砂孔冲水卸砂。

9）砂漏调整完成后，沿横向砂漏顶部安设2根Ⅰ45b工字钢分配梁（45b#工字钢要求进行整体焊接，焊缝距离为1m，焊缝长度为10cm），长为14m。分配梁主要起着将上部荷载分配到钢管立柱上同时受力的作用。下横梁分配梁固定采用在砂漏顶面焊接钢板档块方式。

贝雷梁由单层双排贝雷片组成，共布设7组，每三片贝雷片连成一组，组中心距分别为0.9m+1.55m+0.9m+0.25m+5×0.9m+ 0.25m+0.9m+1.55m+0.9m=11.7m，每组贝雷片对应端头采用标准支撑架进行连接，在其I45b工字钢分配梁正上方竖向增加10#双槽钢作为加强竖杆，为了保证贝雷梁安装后稳定，贝雷安装完成后采用10#槽钢横向连接。贝雷梁上部采用长13.6m、100*100方木作为垫梁，垫梁间距采用30cm，方木采用25t汽车吊至贝雷梁顶上。垫梁同贝雷梁采用U型卡连接牢固，以免滑动。

3.2支架预压

3.2.1目的

1）为保证施工安全、提高现浇梁质量，在箱梁支架搭设完毕、箱梁底模铺好后，对支架进行预压。

2）预压目的如下：

（1）检验支架及基础承载力是否满足受力要求；

（2）消除支架及地基的非弹性变形；

（3）得到支架的弹性变形值作为施工预留拱度的依据之一，同时测出地基沉降，为采用同类型的桥梁施工提供经验数据。

3.2.2支架预压程序

1）预压重量为浇筑混凝土重量的110%。加载时按照设计荷载的0、60%、100%、110%分三级加载，测出各测点加载前后的高程。加载110%后所测数据与加载前所测数据支架日沉降量小于2.0毫米（不含测量误差）时，表明地基及支架已基本沉降到位，可进行卸载，再分别按加载级别的反顺序卸载，并分别测出每级荷载下各测点的高程值。

2）综合考虑各种因素， 31.1m梁基准荷载为870t，外加现浇梁定型模板重量150t，共1020t。分别按照该值的0、60%、100%、110%分三级对支架分级加载预压，然后根据事先确定的测点测出各处标高值。算出支架总下沉值，计算弹性变形量和非弹性变形量。

3）23.1m梁基准荷载为616t加定型模板重112t，共重728t。分别按照该值的0、60%、100%、110%分三级对支架分级加载预压，然后根据事先确定的测点测出各处标高值。算出支架总下沉值，计算弹性变形量和非弹性变形量。

3.23支架预压及预拱度设置

加载材料使用混凝土预制块、用吊车吊至支架,分层码放,均匀加载。加载中由技术人员现场控制加载重量和位置，避免出现大的误差。

具体预压方案如下：

1）铺设箱梁底模板

铺设好箱梁底模板，将底模板顶面标高尽量调整到箱梁底设计标高，同时加强对模板下各层支架的检查，确保支架底传递荷载的支架与支架之间、支架与贝雷之间、支架与模板之间各相邻面接触紧密，无明显缝隙。

2）、布置测量标高点

为了解支架沉降情况，在加载预压之前测出各测量控制点标高，测量控制点按顺桥向布置5个测点，位置分别为0L、1/4L、1/2L、3/4L、L，各钢承台顶布设一点。24m梁除顺桥向5个点外还应在立柱顶部模板位置处再增设两点。

3）加载方法

采用混凝土预制块加载的方法进行预压，预压块数量及其种类见下图。堆载顺序为：由两侧向中间，由两端向跨中进行预压块摆放。

4）支架预压监测频率应符合下列规定：

（1）支架加载前，应监测记录点初始值。

（2）每级加载完成1h后进行支架的变形观测，以后间隔6h监测记录各监测点的位移量，当相邻位移平均值之差不大于2mm时，方可进行后续加载。

（3）全部预压荷载施加完成后，应间隔6h监测记录各监测点的位移量；当连续12h监测位移量平均值之差不大于2mm时，方可卸除预压荷载。

（4）支架卸除荷载6h后，监测记录各监测点位移量。

5）支架预压完成后，应根据监测数据计算分析基础沉降量和支架弹性变形量、非弹性变形量、非弹性变形量及平面位移量，评价支架安全性和确定立模标高，形成支架预压报告。

支架预拱度理论计算与设置

支架预拱都理论计算与设置

预拱度设置：预拱度考虑梁体混凝土自重引起的挠度，张拉预应力产生的上拱度，静活载挠度，确定跨中预拱度，纵向按二次抛物线设置。

4支架体系受力计算

4.1腹板正下方贝雷梁计算

1)将混凝土的重量考虑1.1倍的增大系数，人、机、料及其他施工附加荷载按箱梁底宽5m考虑，则每延米的荷载集度为：

所以参与计算的作用于支架上的荷载实际为：

2)为安全计，假定半个箱梁的重量及施工机具、模板重量均由腹板正下方的6片贝雷梁承受。

共6片，分2组，每组承受

折算到两排，则为60.3kN/m，贝雷梁每延米自重5.8kN/m，贝雷梁的计算跨度为27m，则跨中的最大弯矩为：

剪力为：

3）最大弹性挠度：

非弹性挠度估计为：

总挠度：49.8mm+17.2mm=67mm。

贝雷梁普通型的承载能力：弯矩3265.4KN.m，剪力490.5kN；

贝雷梁加强型型的承载能力：弯矩6750.0KN.m，剪力490.5kN；

容许挠度：

4）可见，加强型贝雷梁弯矩和弹性挠度均满足要求，但剪力超出要求，所以在支撑处必须用双竖杆，而且竖杆杆件不得变形最好予以加强，此时，再考虑到双层的斜杆数量比单层多一倍，剪力抵抗能力应当提高一倍，即

。

5）建立总体模型计算杆件的受力情况。采用的软件为ANSYS11.0。计算时建立了一片贝雷梁的模型，相应受载为33.05kN/m（含自重），ANSYS模型如图所示。

图4-1贝雷梁的ANSYS模型图

6）经计算，贝雷梁的最大变形（包含非弹性变形）为73.5mm，杆件的最大轴力发生在支点处的非标准杆件的竖杆上，达到212KN，斜杆的最大内力发生在支点内侧下层贝雷梁斜杆上，最大轴力为150.8KN。竖杆的理论容许承载力为210KN，斜杆的理论容许承载力为171.5KN，所以抗剪没有问题。但是考虑到支点处竖杆的内力较大，应该予以加强。

4.2底板正下方贝雷梁计算

从荷载上看，此处混凝土的重量荷载集度为58.4kN/m，从上面的计算可知，只用两片加强型贝雷梁即可（双层）。

4.3翼缘板下方贝雷梁设置

若按设计所示的箱梁外侧模浇筑混凝土，翼缘板下方贝雷梁只承受外侧模重及翼缘板混凝土重，假定外侧模重与底板混凝土重相当，而翼缘板混凝土重与顶板混凝土重相当，则此处的贝雷梁受力与底板下方混凝土受力一致，采用3片双层加强型贝雷梁足够。

4.4支垫横梁承载能力计算

杆件截面为2工45b。

经以上计算，除腹板正下方贝雷梁受力为65.8KN/m外（两片），其余基本一致，均为50KN/m（两片）。计算得到支反力如下：

腹板正下方贝雷梁支反力：383.5KN/片；

底板正下方贝雷梁支反力：279.9KN/片；

翼缘板正下方贝雷梁支反力：279.9KN/片。

用ANSYS建立支垫横梁的模型。

图4-2ANSYS支垫横梁模型图

图4-3支垫横梁变形图

图4-4支垫横梁正应力图

计算结果显示：从应力角度看是安全的，但是支垫横梁两侧的悬臂位移稍大，达到6mm。

得到的支反力即为钢管柱的受力，最大为中间4根立柱，大小为1196KN。

4.5立柱承载能力计算

（1）立柱的最大高度取为13m，外径600mm，壁厚10mm，承受的最大轴向压力约为1200KN。

（2）立柱必须在顺桥向至少在柱顶与桥墩可靠连接，此时的计算长度可取为13m。

（3）立柱截面面积：18535.4mm²，则立柱的轴向应力为64.7MPa。材料为q235，容许的轴向应力为140MPa。

（4）立柱抗弯惯性矩8.048×10⁸mm⁴，回转半径208.4mm。长细比为74.3，查得稳定系数0.818，则考虑稳定时的折算应力为79.1MPa，安全。但考虑到立柱较高，壁厚较薄，建议在顺桥向增加与桥墩的连接。

4.6柱基及地基承载力验算

立柱基础定为C20混凝土浇筑，立柱承受的轴向压力为1200KN，立柱底板面积取为0.64m²，可以求得柱基压强为1.875MPa。

C25砼力学性能指标：

混凝土轴心抗压强度设计值f_c=9.6Mpa

通过上面计算： ，满足要求。本方案立柱位于承台上，由于支架两端管柱位于承台上，承载力无需验算，中间柱基取1.75×3=5.25㎡，承受压力为1200KN，得地基承载力为228KPa＜300KPa（地基拟定承载力），地基承载力符合要求。

5结语

贝雷梁组合钢管柱现浇支架体系是桥梁工程施工中常用的支架体系，其应用具有可重复使用、效率高、中间消耗低等优点。在实施中，高大支模是危险性较大分部分项工程，需编制专项方案经论证并按相关规定施工验收后实施。

参考文献：《建筑施工临时支撑结构技术规范》JGJ300-2013

《建筑施工模板安全技术规范》JGJ162-2008

《建筑结构荷载规范》GB50009-2012