钢管贝雷梁在现浇支架中的应用实例

钢管贝雷梁在现浇梁支架中的应用
中铁十四局集团二公司孙昌雨
关键词：钢管贝雷梁支架
内容提要：以台江分离大桥现浇箱梁施工为案例，介绍了采用钢管贝雷梁进行现浇梁支架的设计，着重对贝雷梁、支架、基础、模板、方木等进行验算，并通过预压验证；通过对台江分离大桥现浇支架的设计及计算，为障碍地区跨越既有道路的现浇梁施工方案提供了经验。

1.概述：
台江分离式大桥桥型布置为（30+2×40+30米）预应力砼等截面连续箱梁+(3×30米)预应力砼连续T。

下部构造：连续箱梁部分桥墩采用υ200的钢筋砼独柱式桥墩及υ150钢筋砼双柱式桥墩，υ220及υ160的钢筋砼钻孔灌注桩基础。

连续T梁部分桥墩采用υ150钢筋砼双柱式桥墩，υ160的钢筋砼钻孔灌注桩基础。

桥台为组合式台、钻孔灌注桩基础，U台、扩大基础。

本桥位于平曲线(R=1000m)的圆曲线及缓和曲线上。

桥梁跨越路宽28米的规划路，交叉点线位与规划路斜交角度为58°，交叉桩号为K2+334.334。

台现浇箱梁断面结构为单箱双室，左右幅分离。

箱梁断面结构示意图如下：
由于跨越通往制药厂的道路及水泥厂大门口，且水泥厂院墙及保安室在桥下，无法进行拆迁，为此，现浇方案拟采用钢管加贝雷梁方式搭设支架，以期跨越道路及未拆迁的房屋。

2.荷载计算（顺桥向）：
①翼板：q翼=[（0.15+0.5）/2×2.5]×2×26.25×1.2=51.19kN/m
②顶板重量：
Ⅲ-Ⅲ断面：0.26×7×26.25×1.2=57.33kN/m
Ⅲ-Ⅳ处断面：[0.45×7×26.25×1.2+57.33]/2=78.28kN/m
③腹板：
Ⅲ-Ⅲ断面：[0.6×1.88×3+0.8×0.3×2+0.25×0.25×2]×26.2×1.2=125.65 kN/m
Ⅲ-Ⅳ处断面：[（0.9×1.55×3+0.8×0.3×2+0.25×0.25×2）×26.2×1.2+125.65]/2=138.27 kN/m
④底板：
Ⅲ-Ⅲ断面：0.26×7×26.25×1.2=57.33 kN/m
Ⅲ-Ⅳ处断面：[0.4×7×26.25×1.2+57.33]/2=72.77kN/m
端头实心段：7×2.4×1.2×26.25=529.2kN/m
⑤模板：0.7×12×1.2=10.08 kN/m（内外模按照0.7KN/m2考虑）
⑥行人及砼冲击5×12×1.2=72 kN/m（按照5kN/m2考虑）
3.主承重贝雷梁计算
主承重梁采用贝雷梁，根据跨径布置及受力分析选择贝雷梁的片数。

3.1纵向线性受力计算：
Ⅲ-Ⅲ断面
q合=（q翼+ q腹+ q顶+ q底+ q模+ q行）=51.19+57.33+125.65+57.33+10.08+72=373.6kN/m Ⅲ-Ⅳ处断面：
q合=（51.19+78.28+138.27+72.77+10.08+72）=422.6kN/m
端头实心段：
q合=（51.19+529.2+10.08+72）=662.5kN/m
3.2平面布置及纵向跨径布置
由于台江分离大桥跨越通往制药厂道路及水泥厂大门口道路，在支架布置时必须充分考虑不影响通行；同时，水泥厂门卫值班室在红线范围内，无法拆除，支架不得布置在门卫房位置，综合考虑各种影响条件，平面布置以12m及15m跨径为主，在跨越既有道路时，跨径进行部分调整，平面布置如下：
纵向荷载分布见下图。

3.3贝雷梁挠度计算
根据不同跨度支架设置，计算并选定贝雷片数量，计算见下表：
根据计算，贝雷梁片数分别为10、16、18片三种结构。

计算贝雷梁挠度选取最不利情况下计算，计算如下：
⑴15米跨径挠度计算
选取3-4跨剪力最大跨计算：
荷载总重：Q=Q1+Q2=2335.94+4041.86=6377.8kN
腹板及顶底板重量为：Q翼=q翼×15=51.19×15=767.85kN
底板下每片贝雷片承受荷载为：（6377.8-767.85）/14=400.71kKN
每片贝雷片上荷载按照平均分布：q贝=400.71/15+0.9=27.614kN/m
跨中挠度按照简支梁计算：
f=5×ql4/(384×EI)=5×27.614×11.754/(384×2.1×10^11×250500×10-8)
=13mm＜l/400=11750/400=29.4mm
⑵12米跨径挠度计算
选取5-6跨剪力最大跨计算：
荷载总重：Q=Q1+Q2=2414.27+2264.93=4679.2kN
腹板及顶底板重量为：Q翼=q翼×15=51.19×15=767.85kN
底板下每片贝雷片承受荷载为：（4679.2-767.85）/8=488.92kN
每片贝雷片上荷载按照平均分布：q贝=488.92/12+0.9=41.64kN/m
跨中挠度按照简支梁计算：
f=5×ql4/(384×EI)=5×41.64×10.54/(384×2.1×1011×250500×108)
=10.3mm＜l/400=10500/400=26.25mm
⑶18米跨径挠度计算
选取9-10跨剪力最大左边缘计算：
荷载总重：Q=Q1+Q2=3261.52+4757.68=8019.2kN
根据贝雷片布置，荷载由20片贝雷梁均担。

每片贝雷片上荷载按照平均分布：q贝=（8019.2/20）/18+0.9=25.65kN/m 跨中挠度按照简支梁计算：
f=5×ql4/(384×EI)=5×25.65×15.54/(384×2.1×1011×250500×10-8)
=36.72mm＜15500/400=38.75mm
4.主承重梁工钢计算
根据贝雷梁分布及剪力最大位置，计算主承重工钢上的剪力及弯矩。

4.1 10片贝雷梁的计算
选取受力最大点5#支点计算
10片贝雷梁5#支点处荷载布置
经计算：R1=R3=770.725kN R2=926.82kN Mmax=219.93kN ·m Qmax=926.82kN
主承重工钢采用双40b 工钢焊接，焊接样式如下：
16
13
144
400
焊接缝
焊接缝
双40b 工钢焊接大样图
40b 工钢：I=22781cm 4 W=1139cm 3
[σ]=145Mpa [τ]=125MPa
σ=M/W=219.93×103
/(1139×2×10-6
)=96.5Mpa ＜[σ]，满足要求。

τmax=Qmax/A=926.8×103
/(94.07×2×10-4
)=49.2Mpa ＜[τ]，满足要求。

根据计算，5、6、7、8、13、14、15、16#支点均采用相同结构型式。

4.2 16片贝雷梁的计算
⑴选取16片贝雷梁受剪力最大4#支点计算 受力分析如下：
4#支点16片贝雷梁荷载分布
经计算：R1=R4=739.844kN R2=R3=1343.126kN
M1=-241.41kN ·m M2=-372.71kN ·m M2-3=309.35kN ·m Qmax=1343.126kN 主承重工钢采用双40b 工钢焊接，焊接样式如下：
16
13
144
400
焊接缝
焊接缝
双40b 工钢焊接大样图
40b 工钢：I=22781cm 4
W=1139cm 3
[σ]=145Mpa [τ]=125MPa σ=M/W=372.71×103
/(1139×2×10-6
)=163.6Mpa ＞[σ]，不能满足要求 故对该双工钢采取外侧帮焊10mm 钢板方式加强。

350
帮焊10mm 钢板加强
帮焊10mm 钢板加强
1613
144
400
焊接缝
焊接缝
双40b 工钢帮焊加强图
I=52708cm 4 W=2635cm 3
σ=M/W=372.71×103
/(2635×10-6
)=141.4Mpa ＜[σ]，满足要求。

τmax=Qmax/A=1140.39×103
/(94.07×3×10-4
)=40.4Mpa ＜[τ] 根据弯矩图计算知，帮焊范围为箱梁底板中心两侧各3.5m 。

根据计算，4、17#支点采用相同结构形式。

⑵16片贝雷梁20#支点计算
受力分析如下：
20#支点荷载分布
经计算：R1=R3=981.56kN R2=1124.74kN
Mmax=-306kN·m Qmax=1621.89kN
主承重工钢采用双40b工钢焊接，40b工钢：I=22781cm4 W=1139cm3
[σ]=145Mpa [τ]=125MPa
σ=M/W=306×103/(1139×2×10-6)=134.3Mpa＜[σ]，满足要求
τmax=Qmax/A=1124.74×103/(94.07×3×10-4)=59.78Mpa＜[τ]，满足要求。

根据计算，2、3、18、19、20均采用相同结构形式。

4.3 18片贝雷梁的计算
⑴最大受力点10#计算
18片贝雷梁平面布置
经计算：R1=R4=1056.045kN R2=R3=1408.11kN
M1=-430.66kN·m M1-2=46.19kN·m M2=-437.03kN·m M2-3=250.38kN·m Qmax=1408.11kN
主承重工钢采用三根40b工钢焊接，焊接样式如下：
16
13
144
400
焊接缝
焊接缝
双40b 工钢焊接大样图
144
40b 工钢：I=22781cm 4
W=1139cm 3
[σ]=145Mpa [τ]=125MPa σ=M/W=437.03×103
/(1139×3×10-6
)=127.9Mpa ＜[σ] τmax=Qmax/A=1408.11×103
/(94.07×3×10-4
)=49.9Mpa ＜[τ]
根据计算：9、10、11、12#均采用相同结构型式。

5.承重钢管计算:
根据各支架受力计算，支架共分三种种结构型式，分别计算如下：
5.1第一种结构形式：
该形式适用于支架2、3、5、6、7、8、13、14、15、16、18、19、20，结构类型为下部3根直径υ325mm ，壁厚为8mm 的钢管，上部为双40b 工钢。

下部钢管结构如下：
双40b 工钢焊接图
焊接缝
焊接缝
400
144
13
16
Qmax=1124.74kN ，钢管[N]=210Mpa
N=Q/S=1124.7/(0.325×3.14×0.008)=137.76Mpa ＜[N]，满足要求。

5.2第二种结构形式：
该形式适用于4、17#支架，下部为4根直径υ325mm ，壁厚为8mm 的钢管，上部为双40b 工钢帮焊。

结构型式如下：
Qmax=1343.126kN，钢管[N]=210Mpa
N=Q/S=1343.126/(0.325×3.14×0.008)=164.5Mpa＜[N]，满足要求。

5.3第三种结构形式：
该形式适用于9、10、11、12支架，下部为4根直径υ425mm，壁厚为8mm的钢管，上部为三条40b 工钢。

结构型式如下：
Qmax=1408.11KN，钢管[N]=210Mpa
N=Q/S=1408.11/(0.425×3.14×0.01)=131.9Mpa＜[N]，满足要求。

6.支架净空要求
根据支架计算及所需材料，贝雷片上采用上铺方木及模板，高度预留为50cm，贝雷片高度为150cm，下设双40工钢高度，另跨路施工搭设的安全防护网等必须在支架下不小于50cm等，支架底标高要求为设计标高下5.4m。

梁顶设计标高平均为175.1m，支架底标高要求不得超过169.8m，地面标高平均为164.2m，满足5m净空要求。

7、底模强度计算
箱梁底部采用高强度竹胶板，板厚1.2cm，竹胶板方木背肋采用5cm×10cm方木，间距均按照中到中25cm布置。

考虑梁端为最不利荷载分布，取梁端进行验算。

验算模板强度采用b=200mm平面竹胶板（1m
为计算单元）
7.1模板力学性能
弹性模量：E=0.1×105Mpa
截面惯性矩：I=bh3/12=100×1.23/12=14.4cm4
截面抵抗矩：w=bh2/6=100×1.22/6=24cm3
截面面积：A=bh=100×1.2=120cm2
7.2计算
计算仅考虑腹板及顶底板重量
q合=529.2kN/m
q=200.26/7+5=80.6kN/m2
q’=q×b=16.12kN/m,
跨中最大弯矩：M=ql2/8=0.126kN/m
弯拉应力：σ=M/W=0.126×103/24×10-6=5.2Mpa＜[σ]=11Mpa
竹胶板拉应力满足要求
挠度;f=5ql4/384EI
=(5×16.12×0.24)/(384×0.1×1011×14.4×10-8)=0.23mm＜L/400=0.5mm.
综合上述竹胶板满足要求。

8、背肋计算
因荷载大，计算其下的5cm×10cm方木背肋，最大跨径0.6m，中对中0.25m。

E=11×103MPa I=bh3/12=416.67cm4 W=bh2/6=83.33cm3 A=bh=50cm2
q=16.12+0.7=16.82kN/m
跨中最大弯距：ql2/8=16.82×0.62/8=0.757kN.m
弯应力：σ=M/W=0.757/0.08333=9.1MPa〈[σ]=14.5MPa
挠度：f=5ql4/384EI=0.31mm〈1/400=1.5mm
总上背肋方木受力满足要求。

9、小横梁强度计算
横向小梁采用1cm×10cm方木，间距中到中60cm，梁端部为3cm，根据贝雷片的布置，最大跨度为1.1m，因此，梁中部承受荷载面积为0.6m×1.1m，为最不利荷载，进行验算。

E=11×103MPa I=bh3/12=833.3cm4 W=bh2/6=166.7cm3 A=bh=100cm2
小横梁上平均荷载为：q=24.5kN/m2
横向小梁上线向荷载为q小=24.5×0.6=14.7kN/m
跨中最大弯距：ql2/8=14.7×1.052/8=2.22KN.m
弯应力：σ=M/W=2.22/0.1667=13.3MPa〈[σ]=14.5MPa
挠度：f=5ql4/384EI=0.41mm〈1/400=2.75mm
满足要求
10、翼缘板处计算
翼缘板上背肋及小横梁设置同腹板，翼缘重量为14.2kKN/m2，远小于腹板重量，满足要求。

11.地基承载力设计
根据支点计算结果，取最不利荷载进行地基验算。

基础分为整体及独立基础，除12、13支点基础按照整体基础验算外，其余均按照独立基础进行验算。

基础采用C25片石混凝土。

根据指点的布设及上部结构类型，基础分为四种类型，一种为1.5m×8m，上部为三根钢管，适用于2、3、5、、6、7、14、15、16、18、19、20支点；一种为1.5m×8m，适用于4、17及8、9支点；一种为1.5m ×11m，上部为四根钢管，适用于10、11支点，一种为2m×11m整体基础，适用于12和13支点。

11.1基础类型一
该形式适用于2、3、5、6、7、14、15、16、18、19、20#支架，基础形式为1.5m×8m，高度为1m。

结构型式如下：
基础立面图基础断面图取最大受力支架20#进行计算，Q=3087.85kN。

基底需承载力为σ=N/A=（3087.85+1.5×8×1×25）/（1.5×8）=282.3Kpa
承载力取值需大于300Kpa。

11.2基础类型二
⑴适用于4、8、9、17#支架形式，基础形式为1.5m×8.5m，高度为1m。

结构型式如下：
基础立面图基础断面图
取最大受力支架4#进行计算，Q=4165.94kN。

基底需承载力为σ=N/A=（4165.94+1.5×8.5×1×25）/（1.5×8.5）=352Kpa
承载力取值为大于380Kpa。

11.3基础类型三
该形式适用于10、11支架，基础形式为1.5m×11m，高度为1m。

结构型式如下：
基础立面图基础断面图取最大受力支架4#进行计算，Q=4928.31kN。

基底需承载力为σ=N/A=（4928.31+1.5×11×1×25）/（1.5×11）=323.7Kpa
承载力取值需大于350Kpa。

11.4基础类型四
该形式适用于12、13支架，基础形式为整体基础，尺寸为2.m6×11m，高度为1m。

结构型式如下：
基础立面图基础断面图取最大受力进行计算，Q=3377.46×2=6754.92kN。

基底需承载力为σ=N/A=（6754.92+2.6×11×1×25）/（2.6×11）=261.2Kpa
承载力取值需大于300Kpa。

12.跨路门架防护设计
因现浇箱梁跨越两条道路，且车流量较大，为防止安全隐患发生，门架处必须进行安全防护，设置隔离墩，防落网及各种反光标示等。

13.贝雷梁顶部找平、调坡设计
因现浇梁底需进行坡度调整及预拱度调整，贝雷梁无法进行调平，且考虑落架施工简单，贝雷梁上部采用碗扣支架顶底托找平。

本方案在台江分离大桥现浇中得到应用，顺利通过120%荷载预压，贝雷梁变形小于20mm，支架无变形，基础未出现下沉、裂缝现象，在2008年11月28日顺利完成混凝土现浇施工。

参考文献：1.公路桥涵施工技术规范（JTJ041-20000）,交通部，人民交通出版社
2.公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）,交通部，人民交通出版社
3.路桥施工计算手册，周水兴、何兆益、邹毅松等，人民交通出版社
4.结构力学
5.材料力学。