桥梁建设工程中钢筋混凝土现浇梁施工临时支撑结构设计和施工技术发展较快，在该领域中施工经验和技术得到大力提升[1-5]。工程实践中，对现浇钢筋混凝土曲线箱梁采用钢管立柱贝雷梁进行施工时，需要对支架受力特征及其稳定性深入研究。本文根据工程实例，采用有限元计算软件对现浇钢筋混凝土曲线箱梁支架体系建立三维实体模型，进行静动力分析，所得结论为其他相类似的工程提供设计和施工依据。1工程概况下山河大桥为曲线形现浇箱梁并跨越清水河，桥梁与清水河斜交30°，桥梁全长126 m。桥梁横断面布置为4 m人行道、15.5 m车行道、0.5 m防撞护栏，共20 m；全桥共2联：3×18 m+2×20 m；上部结构第一联采用普通钢筋混凝土现浇连续箱梁，第二联采用预应力混凝土简支小箱梁。该桥处在峡谷河流地带，地势险要，施工场地狭小，为保证曲线箱梁施工安全、加快施工进度，研究决定采用钢管立柱贝雷梁支架施工。2钢管立柱贝雷梁支架承载力计算2.1支架结构设计支架采用钢管桩+贝雷梁+工字钢分配梁支架体系，支架采用Φ500×13 mm钢管，钢管顶架设I56B双拼作为主梁。箱梁底、侧模均采用覆膜竹胶模板，贝雷梁上横向铺设I16工字钢分配梁，间距为50 cm；分配梁上铺设纵向10 cm×10 cm方木，间距为30 cm。每跨现浇梁设2排钢管立柱，每排立柱在最不利工况下横向最大间距为5.0 m，纵向间距取18.0 m。在钢管立柱间按结构要求设置相应的纵、横向斜撑和水平横撑，布置原则为钢管立柱边跨设置两道斜撑进行加强，每道斜撑高度为4 m；中间立柱在上部同一水平位置4 m范围内设置一道斜撑。2.2支架载力稳定性计算桥梁横断面为单箱四室斜交式现浇钢筋混凝土结构，桥梁单跨长为18.0 m，宽度为20.0 m。箱梁荷载分区计算如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.038.F001图1箱梁荷载分区计算/cm组装完成贝雷片每标准段重量为350 kg，每道贝雷梁自重标准值为21 kN。该桥梁自重荷载划分单元进行计算，根据《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）[6]计算数据，箱梁分区荷载计算如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.038.T001表1箱梁分区荷载计算分区号面积/m2混凝土方量/m3自重/kN施工荷载/（kN/m2）荷载效应组合/kN备注S11.39325.074651.9245.5920.909箱室中腹板S21.09619.728512.9285.5719.464箱室边腹板S31.33123.958622.9085.51 132.105箱室顶板与底板S40.82514.850386.1005.5768.240翼缘板按照《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50—2019）[7]要求，现浇梁荷载取1.2倍系数计算：Gkn=1.2×Gn （1）式中：Gkn——计算区域的荷载设计值（kN）；Gn——对应计算区域的荷载值（kN）。代入数据，Gk1=1 105.091 kN，Gk2=863.357 kN，Gk3=1 358.526 kN，Gk4=921.888 kN。根据《结构力学》[8]中荷载传递及分配原则，确定每道贝雷梁上分担的荷载及贝雷梁自重为：Fn=Gkn/3+1.2×贝雷梁自重（2）式中：Fn——对应计算区域的贝雷梁分配荷载值（kN）。代入数据可得F1=393.564 kN，F2=312.985 kN，F3=478.042 kN，F4=308.517 kN。2.2.1贝雷梁内力计算该支撑体系取用单层贝雷梁，不同计算单元所对应的贝雷梁上均布荷载值为：qn=Fn/贝雷梁跨度 （3）式中：qn——对应计算区域的贝雷梁上线荷载（kN/m）。代入数据，q1=21.865 kN/m，q2=17.388 kN/m，q3=26.558 kN/m，q4=17.140 kN/m。取最不利荷载q3=26.558 kN/m进行计算。贝雷梁所受荷载可简化为均布线荷载，根据公式求解可得，荷载作用下贝雷梁弯矩最大值：Mmax=q3l2/8 （4）式中：Mmax——荷载作用下贝雷梁弯矩最大值（kN·m）；l——对应计算区域贝雷梁计算跨度（m），取18 m。荷载作用下贝雷梁剪力最大值：Qmax=q3l/2 （5）代入数据可得，Mmax=1 075.594 kN·m，Qmax=239.021 kN。2.2.2双拼工字钢分配梁承载力计算工字钢分配梁主要将贝雷梁及上部荷载安全有序地传递至下部各钢管立柱，分配梁为56b工字钢双拼与钢管立柱连接，根据箱梁宽度将分配梁设置为4跨连续梁；采用有限元计算软件剪力双拼工字钢梁的有限元模型进行计算。计算可以得到分配梁各截面弯矩和剪力如图2、图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.038.F002图2弯矩/（kN·m）10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.038.F003图3剪力/kNQmax=872.071 kN，Mmax=636.331 kN·m；50c双拼工字钢有效截面面积As=2×139 cm2，截面抗弯模量Wx=2×2 080 cm3。根据《钢结构设计规范》（GB 50017—2020）[9]验算钢结构构件抗剪和抗弯承载力，支座处反力最大值Fmax=Qmax=1 623.61 kN，作为钢管立柱稳定性计算荷载。2.3钢管立柱与基础承载力计算根据《路桥施工计算手册》[10]，取作用在钢管桩上的最不利荷载进行验算，选用直径为500 mm钢管，根据《钢结构设计规范》（GB 50017—2020）[9]相关规定对钢管进行稳定性分析。3支架结构受力特性分析3.1建立结构数值模型为了验证结果及直观观察支架结构各部件受力状况，建立钢管立柱贝雷梁支架三维数值分析模型，支撑体系采用梁单元模拟。根据《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）[6]中规定的荷载效应组合方式，将施工可变荷载与现浇箱梁混凝土自重进行组合，为了方便建模计算，通过改变混凝土密度法，将施工荷载按永久荷载控制组合效应施加到结构上。3.2数值计算及分析有限元模型建立完毕，进行处理计算。计算结果中主要考察体系的应力、轴力以及位移。结构组合应力云图如图4所示，结构整体位移云图如图5所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.038.F004图4结构组合应力云图10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.038.F005图5结构整体位移云图经计算分析可知，钢管立柱支座反力最大值为1 940.5 kN，初步设计计算结果为1 632.978 kN；钢管立柱局部组合最大应力值为132.2 MPa，出现在柱端节点处，属于应力集中现象；结构体系整体组合应力最大值为570.6 MPa，出现在贝雷梁下弦杆与双拼工字钢分配梁搭接处，该应力为下弦杆以弯曲应力为主的应力集中现象；贝雷梁在荷载作用下跨中最大竖向位移为33 mm，与计算结果基本吻合。4特征值屈曲分析基于数值计算软件对钢管立柱贝雷梁支架结构体系进行模态分析，结构体系自振频率如表2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.038.T002表2结构体系自振频率阶数频率值阶数频率值1阶2.6526阶5.9032阶3.6147阶6.4773阶3.8118阶6.9444阶4.2559阶7.9435阶5.23810阶8.013Hz分析支架结构体系模态振型可知，1阶振型为水平平动，自振频率为2.652 Hz；2阶振型与3阶振型均出现扭转伴有水平平动现象，自振频率分别为3.614 Hz和3.811 Hz；观察其余高阶振型，以下部钢管立柱振动为主，贝雷梁刚性较大未见明显振动。在结构特征值屈曲分析中，第一阶振型是结构失稳破坏主要形式，第二和第三阶振型考察结构体型设计的合理性，钢管立柱贝雷梁支架失稳时为顺桥向破坏，破坏形式为钢管立柱屈曲失稳。分析结构前10阶自振频率可知，自振频率变化比较平稳，未产生明显的刚度突变现象。5支架施工关键技术分析该箱梁现浇段处在曲线范围，整个箱梁底板标高设计为外高内低，支架搭设时需要确保钢管立柱顶标高统一，同时确保贝雷梁顶标高一致且垂直工字钢分配梁，贝雷梁与分配梁之间采用限位器固定，限位器采用L50×50 mm等肢角钢加工而成，杜绝将贝雷梁与工字钢分配梁焊接或将贝雷梁之间栓接改成焊接。贝雷梁需要在地面由单片贝雷片拼装成稳定的梁体后，采用吊车进行吊装，贝雷梁拼装过程中不得将栓接或销接改成焊接；每排立柱与贝雷梁之间为斜交，贝雷片的节点无法作用在分配梁上，为确保结构受力稳定性，实际施工时要针对该处节点采用I10工字钢进行加固，确保贝雷片上下弦杆不产生集中受力。钢管立柱基础处于河道内，施工时需将表面淤泥清除至持力层，并确保持力层在水流冲击和长期浸水条件下的稳定，混凝土基础顶面预埋钢板必须平整，符合误差要求。6结语数值分析结果与初步计算结果相吻合，证明初步计算结果的可靠性及计算机仿真计算的可行性；钢管贝雷梁支架结构承载力满足各项要求，结构刚度分布较均匀、受力特征明确、整体稳定性较好。结构屈曲失稳形式为钢管立柱局部屈曲或贝雷梁下弦杆与分配梁搭接处局部抗弯屈服；施工时应根据钢结构构造设计要求对高度较高的钢管立柱进行加强，贝雷梁下弦杆应设置局部加强弦杆。