贝雷桁架受力研究

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【摘要】贝雷桁架具有可分解、能快速架设、装配简单和可多次重复利用等优点。但是，作为一种组合结构，与一般的整体结构有不同之处，其承载能力的计算方法还不成熟。本文通过理论计算，对贝雷桁架结构的支点位置进行分析，提出了计算和应用中应该注意的问题。

【关键词】贝雷桁架承载能力支点位置研究

中图分类号： TV223 文献标识码： A

1 引言

贝雷桁架具有可分解、能快速架设、装配简单和可多次重复利用等优点，可以适应各种不同的吊装场合、吊重和尺寸要求。常被利用拼装架桥机、导梁、龙门吊架、悬臂浇筑挂篮、塔柱、拱架、便桥等桥梁施工临时承重结构，是一种较为理想的万能构件。

但是，作为一种组合结构，与一般的整体结构有不同之处，其承载能力的计算方法还不成熟。其一，在实际中，工程技术人员一般只计算弦杆的应力，或只计算贝雷桁架断面的力矩，这样就掩盖了计算时可能出现的问题，致使工程中发生安全事故。其二，在工程施工实际应用中，计算的支点位置往往与实际支点位置不一致，或因为条件限制使得支点不得不设置在不利部位，使贝雷桁架在局部承受较大应力以致失稳。

2 计算和分析支点位置对贝雷桁架结构的承载能力的影响

根据查阅资料，目前尚无对贝雷桁架的支点位置进行研究的相关文献。本文通过理论计算，对贝雷桁架结构的承载能力和支点位置进行分析，提出了计算和应用中应该注意的问题。根据工程施工现状，贝雷桁架的支点一般布置如下图1所示的5个部位。

图1贝雷桁架常用支点位置示意图

本例采用两片标准1.5×3.0m贝雷桁架长度(6m)进行模拟计算，先用手工计算其能承受的最大均布荷载，再采用midas对计算的荷载在2种不同荷载和5种不同支点情况下进行模拟验算。

2.1 采用普通手工计算贝雷桁架受力

从《公路施工手册》上查得标准1.5×3.0m贝雷桁架的有关数据[1]：

桁架惯性矩I=250497.2cm4，桁架抵抗矩W=3578.5cm3，桁架容许弯矩[M]=788.2KN·m，桁架容许剪力[Q]=245.2KN，桁架容许弯曲应力[σ]=210MPa，桁架容许剪应力[τ]=120MPa。

2.1.1、按容许弯矩推算贝雷桁架能承担的最大均布荷载：

由M=ql2/8得：q=8 [M] / l2=8×788.2÷62=175.2KN/m

2.1.2、按容许剪力推算贝雷桁架能承担的最大均布荷载：

q=2[Q]/l=2×245.2÷6=81.7 KN/m

施工时为确保安全一般取小值进行验算，后面荷载分别取值175.2KN/m 和81.7 KN/m进行贝雷桁架模拟验算。

2.1.3、贝雷桁架变形计算(取值81.7 KN/m)：

fmax=Pl3/48EI=2×245.2×1000×60003/(48×2.1×105×250497×104)=4.2mm。[2]

2.2采用midas模拟在不同支点的受力情况

模拟计算时为了与实际应用情况一致，采用4片贝雷桁架作为一个整体进行计算，均布荷载取值时减去贝雷桁架自重，贝雷桁架偏心时通过单点集中荷载保证支点处承受剪力一致，确保荷载情况和支点跨径完全相同。对于支点在端竖杆对应位置工况时，一般很难出现另一支点位于下一片贝雷桁架端竖杆处的情况发生，故在取支点位置时取在相邻两片贝雷桁架的端竖杆上(跨径L=5.81m，在为保证工况一致，在均布荷载取值时增加系数k=6002÷5812=1.07)，力学模型按照相邻支点2片贝雷桁架长度设置，5种工况分别是:①-①支点在下弦杆接头范围; ②-②支点在下弦杆端竖杆和节点板中间位置上; ③-③支点在端竖杆对应位置上; ④-④支点在中竖杆对应位置上; ⑤-⑤支点在下弦杆节点板处。

2.2.1、均布荷载取值175.2KN/m进行模拟验算

计算采用的均布荷载q=175.2 KN/m－0.9 KN/m×12÷6 KN/m =173.4 KN/m。

2.2.1.1、采用midas模拟计算在不同支点位置情况下的弯曲应力对比数据如表1所示。

表1弯曲应力对比数据表

通过以上对比数据可以看出，采用本荷载(175.2KN/m)，实际弯曲应力均大于容许弯曲应力，支点在中竖杆对应位置上和端竖杆对应位置上应力最小，支点在下弦杆上应力最大。

2.2.1.2、采用midas模拟计算在不同支点位置情况下的剪应力对比数据如表2所示。

表2剪应力对比数据表

通过以上对比数据可以看出，采用本荷载(175.2KN/m)，除支点在端竖杆对应位置时，其余支点位置实际剪应力均大于容许剪应力，支点在下弦杆接头范围应力最大。

2.2.1.3、采用midas模拟计算在不同支点位置情况下的变形对比数据如表3所示。

表3变形对比数据表

通过以上对比数据可以看出，采用本荷载(175.2KN/m)，实际变形除支点在下弦杆和下弦杆节点板处，基本均小于容许变形，支点在端竖杆对应位置上变形最小。

2.2.2、均布荷载取值81.7KN/m进行模拟计算

计算采用的均布荷载q=81.7 KN/m－0.9 KN/m×12÷6 KN/m =79.9 KN/m。

2.2.2.1、采用midas模拟计算在不同支点位置情况下的弯曲应力对比数据如表4所示。

表4弯曲应力对比数据表

通过以上对比数据可以看出，采用本荷载(81.7KN/m)，支点在端竖杆对应位置和中竖杆对应位置上应力最小，远小于容许弯曲应力，支点在其余部位实际弯曲应力均大于容许弯曲应力，支点在下弦杆上应力最大。

2.2.2.2、采用midas模拟计算在不同支点位置情况下的剪应力对比数据如表5所示。

表5剪应力对比数据表

通过以上对比数据可以看出，采用本荷载(81.7KN/m)，支点在端竖杆对应位置上和中竖杆对应位置上剪应力最小，远小于容许剪应力，其余支撑位置实际剪应力均大于容许剪应力，支点在下弦杆接头范围应力最大。

2.2.3.3、采用midas模拟计算在不同支点位置情况下的变形对比数据如表6所示。

表6变形对比数据表

通过以上对比数据可以看出，采用本荷载(81.7KN/m)，实际变形均小于容许变形，支点在端竖杆对应位置上变形最小，支点在下弦杆节点板处变形最大。

3 结论

3.1、手工计算时按容许弯矩推算贝雷桁架承载能力安全隐患大，但按容许剪力推算贝雷桁架承载能力又趋于保守。手工计算时建议按容许剪力提高1.4倍进行计算，如果支点设置在端竖杆对应位置时，手工计算时可按容许剪力提高1.75倍进行计算，在节约经济条件下同时满足1.3的安全系数。

3.2、从计算中，贝雷桁架最合理的支点位置是支点在中竖杆和端竖杆的对应位置，在设计时要完全避免支点设置在弦杆的其它任何部位，如实在无法避开需设置在弦杆部位时，应尽量将支点设置在下弦杆节点板处，但贝雷桁架的承载能力将下降至1/3。

3.3、计算考虑的是点受力，但实际施工时，贝雷桁架下基本采用分配梁作为支撑，均为面受力，支点在下弦杆接头范围时实际两侧端竖杆均参与共同受力，其实贝雷桁架下弦杆接头处的超大弯曲应力和剪应力不存在，故贝雷桁架最合理的支点位置是支点在下弦杆接头范围时的面受力。

参考文献：

[1]杜荣军.建筑施工脚手架实用手册.北京：中国建筑工业出版社，1994.

[2]周水兴等.路桥施工计算手册.北京：人民交通出版社，2001.