贝雷桁架受力研究.doc

1、贝雷桁架受力研究【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

2、，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

3、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 1.53.0m 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 1.53.0m 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=788.2KNm，桁架容许剪力Q=245.2KN，桁架容许弯曲应力=210MPa，桁架容许剪应力=120MPa。 2.1.1、按容许弯矩推算贝雷

4、桁架能承担的最大均布荷载： 由 M=ql2/8 得：q=8 M / l2=8788.262=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=2Q/l=2245.26=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=2245.2100060003/(482.1105250497104)=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

5、，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=60025812=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:-支点在下弦杆接头范围; -支点在下弦杆端竖杆和节点板中间位置上; -支点在端竖杆对应位置上; -支点在中竖杆对应位置上; -支点在下弦

6、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/m0.9 KN/m126 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

7、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/m0.9 KN/m126 KN/m =79.9 KN/m。 2.2.2.1、采

8、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

9、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

10、，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.