１５４ 管理施工 城市道桥与防洪 ２０１１年６月第６期 贝雷架作为桥梁承重支架应用时的支点设置方法及加固研究 孙九春 （腾达建设集团股份有限公司，上海２００１２２） 摘要：尽管贝雷架在现浇桥梁结构中得到了广泛应用，但由于贝雷支架支撑点设置不当引起的事故却时有发生。针对这种 情况，该文首先从理论角度出发分析了支点设置于竖杆处的必然性，然后指出了几种常用的支点设置方法，并分析了这些设 置方式的利弊和应用条件，最后结合实例讨论了支点设置方式对贝雷架力学状态的影响，并提出了合适的加固处理方案。实 践证明这种处理方式是可行的，对今后的施工有一定的指导意义。 关键词：贝雷架；支点；加固；容许内力 中图分类号：Ｕ４４５．３５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９—７７１６（２０１１）０６－０１５４—０４ ０前言 装配式公路钢桥具有可分解、运输拆装方便、 条件下部结构基础与贝雷支架竖杆支撑点可 能不一致，使得支点无法设置于竖杆下方。另外， 人们对贝雷架支点不设置于竖杆处的危害认识不 清，忽略了其严重性。 构件通用互换，以及强度高等特点，目前广泛应用 于临时桥梁的架设。装配式公路钢桥主要由桁架 片、端柱、底座、横梁、桥面板、加强弦杆、连接片、 销轴等组成，如图１所示。其中作为便桥主要构件 的桁架片（以下简称“贝雷架”）是一个平面桁架 单元，主要由弦杆、竖杆、斜杆组成，其承载力大， 结构灵活，拆装方便，可多次重复使用，因此在桥 梁施工中得到广泛应用。 １ 贝雷架支点设置于竖杆节点的理论依据 由于贝雷架作为桁架计算较为复杂，因此广 大的施工人员一般将贝雷架简化为一根梁，运用 结构力学的方法计算出梁的弯矩、剪力，其最大弯 矩、最大剪力分别小于贝雷架的容许弯矩、容许剪 力时即认为满足受力要求，从而大大方便了贝雷 架的计算。因此，贝雷架的容许弯矩和容许剪力是 评判贝雷架是否安全的标准，而使用容许弯矩与 容许剪力的前提是贝雷架的支点位于竖杆上。 贝雷架的容许弯矩、容许剪力一般采用《装配 式公路钢桥多用途使用手册》（以下简称《手册》） 中提及的桁架容许内力。《手册》中假定各片贝雷 架之间通过销轴传递轴力和剪力，每片贝雷架的 结构内力相应可简化为由纯弯曲与纯剪切两部分 叠加而成，容许弯矩由纯弯曲模式下弦杆的容许 承载能力决定，容许剪力由纯剪切模式下斜杆或 竖杆的容许承载能力决定。根据假定的计算模型 （见图２、图３），依据单根构件的容许承载能力，可 计算出贝雷架的容许弯矩和剪力，具体内容可参 见文献［１】。 ０ 一Ｑ ０ 图１ 贝雷桥主要构件组成图 虽然贝雷架在现浇桥梁结构中得到了广泛应 用，但由于现浇桥梁结构支架的复杂性，施工过程 中往往只关注贝雷架整体的安全性，而对于贝雷 支架支撑点的设置却很少注意，实际上目前所发 生的贝雷架事故中有多起是由于贝雷架支点设置 不当引起的。运用现有贝雷便桥的计算理论设计 贝雷支架时，对贝雷支架的支撑点设置有着严格 的要求，即支点只能位于竖杆下方，但在实际施工 过程中有大量的工程未按照上述要求实施，许多 情况下支点直接位于弦杆上，这是由多种因素造 成的。客观上讲，由于施工的复杂性搭设支架时受 ： ０ ＋Ｑ ＼／ ０ 卜 收稿日期：２０１１－０３～ｌ７ 作者简介：孙九春（１９７６一），男，山东潍坊人，硕士，工程师，副 总工程师，从事桥梁工程施工技术研究工作。 图２纯剪切模型图 １５６ 管理施工 城市道桥与防洪 ２０１１年６月第６期 定大小的局部弯矩和剪力存在，也是弦杆自身可 以承受一定支点反力的。这种情况下可将贝雷架 视作桁架分析，若贝雷架各构件均满足相应的容 许应力，则这种支点设置也是可以的。但是应当注 意，－该类型的节点受力状态与贝雷架的容许内力 计算模式不符，设计时不能套用原来的容许剪力 模式，应当按照桁架的受力模式进行计算分析。根 据 雷架容许内力计算模式要求，支点位于竖杆 下方的，如图４中的ａ．与ｂ．所示，支点反力可以采 ３支点不在竖杆处时的处理方法 如果支点不在竖杆处，虽然支撑点处的贝雷 梁剪力计算值、弯矩计算值小于容许弯矩和容许 剪力，但由于该片贝雷架各构件间的力学分配情 况与容许内力值计算时所对应的力学分配模型不 符，各构件的受力情况是不能采用原来的容许弯 矩和容许剪力进行控制的。在贝雷架呈现出明显 的桁架受力特性情况下，应按照贝雷架的结构形 用其容许剪力控制。而对于边支点位于弦杆下方 或斜杆交点处的，如图５中的ａ．与ｂ．所示，则不能 采用该值控制。这种情况下不仅要分析弦杆的局 部弯矩和剪力是否满足要求，还应建立桁架的计 算模型，分析其他构件是否满足受力要求。 ２．２贝雷架中支点 贝雷架中支点是指贝雷架纵向采用多跨连续 梁形式布置时除去两个端支点以外的其他支点， 这些支点处一般既要承受较大支点反力，同时又 要承受较大的负弯矩，常见的中支点形式如图４ｃ． 所示。中支点处由于负弯矩导致的弦杆正应力ｏｒ 较大，甚至接近于『 １。 一方面根据【 ］＝ｏｒ ＋ｏｒ ，若Ｏｒ 较大，则有 较 小，弦杆容许的局部弯矩较小，同时根据 ＝ Ｖ ‘＋３ｒ ≤１．１【 ］可知，当 ＝［ ］时，７－≤（１．２１—１） ［ｏｒ］／３＝０．０７×２７３＝１９．１１（ＭＰａ），即构件可以容许 的剪应力非常小。贝雷架的弦杆为双拼ｌ０号槽钢， 根据 ＝ Ｉｔ ，可知当 ＝ｆＯｒ１时其容许的剪力Ｑ≤ １９．１ １×２× ：２×１９．Ｓ １ １×１９８ｏ０×５．３／２３５：１７．０７（ｋＮ）， 与２１０（ｋＮ）的容许剪力相比该工况下弦杆可以承 受的支点反力很小。由此可知，当贝雷架中支点负 弯矩比较接近容许弯矩时，由于可容许的局部弯 曲应力 和剪应力 较小，稍有不慎极有可能导 致弦杆应力过大而破坏，因此即使该处贝雷架满 足容许内力的要求，中支点也应当避免采用图 ５ｃ．所示。同时连续梁中支点需承担的荷载比同 等跨度的简支梁要多，若采用图５ｂ．的支点布置 形式，则该反力只能由支点上方的单根竖杆承 担，承载能力较小；而如果采用图５ｃ．的形式，则 该反力可由支点上方的两根竖杆共同承担，从而 大大提高了中支点的抗剪能力，因此从受力角度 出发，图５ｃ．所示支点布置形式是最佳的中支点 设置方法。 式进行有限元分析，并根据计算结果采取适当的 处理。 例如某现浇箱梁跨越河道，原施工方案采用 贝雷架作为承重支架，在纵向上采用两跨贝雷架 简支布置的方式，每跨贝雷架两端的竖杆支撑于 基础上，跨与跨之间纵向不连接，每跨１２ ｍ，横桥 向布置为８排。而在实际施工时考虑到其他因素纵 桥向采用了（１１．２５＋１２）１３１的连续布置形式，且中间 支点和一个端支点均不在竖杆上。由于贝雷架的 实际布置形式与原设计形式有较大的差别，且支 点不在竖杆位置，传统的将贝雷桁架简化为梁的 计算模式由于偏差过大，无法满足现有结构的分 析。为确保结构安全，运用有限元软件对贝雷架的 实际受力性能进行了模拟，其中每片贝雷架的弦 杆、腹杆、斜杆采用梁单元模拟，梁单元之间根据 实际连接状态采用刚接，贝雷架之间根据销轴连 接方式模型中采用了铰接以模拟其实际的受力性 能，因此实际的贝雷架支架为刚接与铰接的组合 体。根据上述实际情况作了有限元模型，其计算结 果如图６、７、８所示。 图６贝雷架模型及支点示意图 ｝目 、： 图７贝雷架位移图（单位：ｍ） ｊ ：：：＝ 磊兰蒌 曩 …。～ 一 Ｉｉ■ … 图８贝雷架正应力图（单位：ＭＰａ） ３．１贝雷架受力特点分析 从图７、图８贝雷架的变形情况来看，右侧的支 撑点由于位于贝雷架竖杆下方，因此该片贝雷架 仍然保持了梁的力学特性，各构件的力学分配情 ２０１１年６月第６期 城市道桥与防洪 管理施工 １５７ 况与贝雷架容许内力的计算模型是基本一致的。 因此该片贝雷架可以按照上述容许内力值进行控 制。对于中间支点和左侧支点而言，由于支点不在 竖杆上，支点所在的贝雷架变形呈现出明显的桁 架特点，与梁的变形相差较大，且荷载越大相差越 大，该片贝雷架各构件间的力学分配与容许能力 缩短跨度，如图９Ｂ所示 （３）由于中支点增加了竖 杆后，一侧斜杆由于刚接作用受力仍较大，为此沿 该斜杆方向在其两侧用［２５ｂ槽钢加固，如图９Ｄ所 示。考虑到加固杆件无法与贝雷架焊接成整体，一 般情况下采用磨光顶紧的方法，因此只能传递轴 向压力作用，在有限元模型中该构件简化为两端 值对应的分配模型有较大的差别。因此该处贝雷 铰接的梁。贝雷架加固方法如图９所示。 架不能按照梁的容许能力法进行控制，只能按照 桁架分析。 ３．２贝雷架节点处理方法 由上述分析结果可知，贝雷架中支点附近的 图９贝雷架加固示意图 正应力高达７３８ ＭＰａ，远远超出了其２７３ ＭＰａ的容 由加固分析结果可知，加固后贝雷架的应力 许承载能力，因此该贝雷架极不安全。考虑到贝雷 满足相关要求，同时加固后的贝雷架其力学特性 架的布置已经无法更改，因此需对既有贝雷架进 仍然与梁相一致，因此仍可以采用容许内力对贝 行加固。对比贝雷架左侧支点和中支点，从受力状 雷架整体进行控制。在现浇梁施工前对该贝雷架 况来看，尽管二者均不在竖杆下方，左侧支点处贝 进行了加固，实践证明加固后的贝雷架安全可靠， 雷架的应力虽然较大但仍在容许应力范围内，是 确保了结构施工的安全性。 可以接受的。而中支点处之所以有如此高的应力， 主要有三方面的原因：（１）是简支布置改成连续 ４ 结语 布置后力的分配发生了变化，即边支点反力降低 贝雷架作为一种多用途构件，在桥梁现浇支 ２５％，中支点反力增大５０％；（２）是较大支点反力 架中得到了广泛应用，但其支点必须位于竖杆处 导致 较大；（３）是该处负弯矩较大，相应的ｏｒ 较 的要求了贝雷架在复杂条件下的应用，在特 大。上述三重因素的叠加使得中支点处构件局部 定情况下突破这一是可行的，可大大拓展贝 应力较大，而中支点区域以外的贝雷架结构其应 雷架的应用范围。但是对于贝雷架支点不设置在 力仍然满足要求，因此加固的对象主要是没有竖 竖杆处的工况必须进行可靠的分析以确保结构的 杆的支点区域。 安全性，特别是当荷载较大时必须对贝雷架进行 加固方式主要为三种：（１）由于竖杆主要受压， 有限元模拟，并根据计算结果采取适当的加固措 且受力方向为竖向，其他方向的荷载可不予考虑， 施处理后方可应用，否则应当慎用。 因此考虑在没有竖杆的支点处增设竖杆，竖杆采 用双拼［２５ｂ槽钢磨光后顶紧上下弦杆，起到传递 竖向压力的作用。端支点受力较小采用一对槽钢 参考文献 即可，如图９Ａ所示；中支点受力较大需增设２对槽 ［１］黄绍金，刘陌生．装配式公路钢桥多用途使用手册【Ｍ】．北京：人 民交通出版社，２００２． 钢，如图９Ｃ所示。（２）为减少由于简支改连续造成 ［２］孙九春，卢瑛．贝雷架作为桥梁承重支架应用时的理论分析与 的剪力增大效应，根据实际情况增设一处支点以 实践应用研究［Ｊ］．上海公路，２０１０，（１）． 总投资５０亿元的长吉南线改建工程开工 近日，长吉南线（莲花山段）改建工程在吉林春市开工。此路段在长吉图区域发展以及长吉一体 化中占有至关重要的位置。该项目总投资５Ｏ多亿元，将改建８条路段，建成后道路等级将由国家的一 二级公路提升为一级市政道路。 此次开工改造的公路集中在长春莲花山生态旅游度假区，位于长春、吉林两市结合部，是长、吉两市 中轴带的核心节点。其“五横六纵”路网西连长春，东接吉林，南北是双阳、净月等地直达空港的便捷通 道，改造后的路面、绿化带、人行步道、节能灯等设施将体现出国际化、人性化的特点，将使长、吉两市整 体综合环境得到进一步提升。
