1 工程概况

　　郑州华谊兄弟电影小镇E1号楼项目位于郑州市中牟县北部，北侧为金水大道南辅路，东侧为文信路，总建筑面积65 000m²。E1号楼(影院舞台)地下1层，地上4层，为现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系，地上结构高度23.2m，舞台坑底标高-7.300m，其中平面位置轴为此次贝雷架高支模区域，其东西向19.4m，南北向36.3m，面积约700m²，此部位结构尺寸及架体搭设高度如表1所示。

　　高支模区域结构最大离地高度30.5m，最小跨度>18m，最大截面梁集中线荷载自重标准值47.25kN/m，跨度34.1m，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程^[1,2]。

　　  

　　表1 结构尺寸及架体搭设高度 

　　 

　　 

　　

　　采用钢柱支撑+贝雷架^[3,4,5]作为支模架形式，贝雷架为单排单层加强型，尺寸为3m×1.5m，加强型弦杆由2根[10背靠背组合而成，竖杆采用I8,16Mn钢材，每片加强型桁架重430kg。

　　贝雷架悬空安装在标高18.960m楼层梁上，上部铺设I16，作为钢管立杆支座。钢柱支撑采用609×16钢管柱，东西向双排布置共10根，钢柱间纵横向布置[16a斜撑;最大截面梁南北端部正下方牛腿上各设置1根短钢柱支撑。

　　钢柱支撑上布置2号(南、北各1道)和3号主贝雷架，2号贝雷架东西向放置，3号贝雷架南北向放置，其标高一致且相互垂直，每根贝雷梁均由3榀加强型贝雷架拼接而成，每榀间隔450mm。

　　1 号贝雷架南北向布置，放置于2号贝雷架之上且相互垂直，1号贝雷架南北两端搁置在标高18.960m楼层梁上，由19榀加强型贝雷架组成，每榀间隔900mm，最西侧3榀连接成一体，其余每2榀架体连接成一体。贝雷架位置关系如图1所示，支模体系实景如图2所示。

　　

　　图1 支撑体系三维示意  

　　 

　　

　　图2 支撑体系实景  

　　 

　　2 理论计算及数值模拟

　　2.1 理论计算

　　采用结构力学求解器对各贝雷架进行内力和变形计算，贝雷架简化为连续梁，作用荷载按规范要求取值，内力计算时取荷载效应基本组合，变形计算时取荷载效应标准组合。各贝雷架计算模型与控制部位如图3所示。

　　

　　图3 贝雷架计算模型  

　　 

　　由《装配式钢桥多用途使用手册》^[6]可知，进行单片贝雷架内部杆件内力分析时，贝雷架可简化为内部静定的桁架，贝雷架单元之间通过销轴传力，弯矩完全由弦杆承受，剪力完全由腹杆承受且双斜杆平分，弦杆内力按式(1)计算，腹杆内力按式(2)、式(3)计算，贝雷架各杆件内力如图4所示。

　　弦杆内力:

　　

　　 

　　斜腹杆内力:

　　

　　 

　　端竖杆内力:

　　

　　 

　　

　　图4 贝雷架体受力计算简图  

　　 

　　2.2 数值模拟

　　采用有限元分析软件SAP2000，建立组合式贝雷架数值分析模型，对该支撑体系进行整体分析。

　　1)单元选取、荷载取值与材料类型

　　贝雷架弦杆、斜腹杆、端部竖腹杆、每榀架体间的连接架及钢管均采用线单元中的框架截面，荷载主要包括贝雷架结构自重、钢管扣件支模架自重(2kN/m²)、钢筋混凝土自重、施工活荷载(2kN/m²)，梁板部位采用不同厚度截面单元，施工活荷载施加在钢筋混凝土面单元上，贝雷架弦杆和腹杆均采用Q345B钢材，连接架及钢管支模架采用Q235B钢材。

　　2)分析结果

　　根据GB 50068—2018《建筑结构可靠性设计统一标准》^[7]考虑荷载基本组合，对结构进行加载分析和设计。

　　结构变形如图5所示。由图5可知，结构构件变形满足规范要求。考虑1.3恒荷载+1.5活荷载的荷载组合，构件应力比如图6所示。由图6可知，杆件应力比均满足规范要求。

　　

　　图5 结构变形(单位:mm)  

　　 

　　

　　图6 构件应力比  

　　 

　　3 试验监测

　　为最大限度地保证施工安全，需实时掌握施工过程中整个高支模体系关键部位内力与变形情况，对高支模体系进行监测，如发现监测数值超出预警值，则需采取紧急措施。分析监测数据，掌握支模体系关键部位在施工过程中的内力与变形情况，同时与理论计算结果进行对比，验证或改进支模方案。

　　3.1 监测方法及监测点布置

　　应力、应变监测采用规格120-5AA电阻式应变片，灵敏度系数为2，监测数据由数据采集仪采集，采集仪与传感器之间通过信号线连接，数据采集仪与计算机之间通过无线方式连接，采集仪采集的数据传送至已预装监测软件的计算机上，各仪器连接如图7所示。

　　

　　图7 监测流程 

　　 

　　重点监测受力控制部位腹杆的应力、应变及挠度控制部位的挠度。在控制部位的弦杆和腹杆布置应力、应变监测点，2,3号贝雷架分片编号平面布置如图8所示。

　　3.2 试验数据分析

　　分析监测数据，2,3号贝雷架随混凝土浇筑过程中的应变分别如图9,10所示。各监测点最大监测应变≤800με，对应应力≤165MPa，小于材料屈服强度，杆件均处于弹性状态。

　　

　　图8 2,3号贝雷架分片编号平面布置 

　　 

　　

　　图9 2号贝雷架监测点应变(支座处)  

　　 

　　

　　图1 0 3号贝雷架监测点应变(支座处) 

　　 

　　通过对2,3号贝雷架内的3榀架体监测数据对比分析，得到贝雷架梁在受力时每榀架体承载分配系数，如表2,3所示。

　　  

　　表2 2号贝雷架承载分配系数  

　　 

　　 

　　

　　由表2,3可知，监测值和数值模拟值间存在差异，有些部位甚至差异较大，这主要是由于在建立有限元模型时，因SAP2000功能限制，将1号架体与2号架体间的接触连接采用刚性连接替代，造成部分部位试验监测与数值模拟间差异较大。

　　  

　　表3 3号贝雷架承载分配系数  

　　 

　　 

　　

　　虽然模拟值和监测值有差异，但模拟值和监测值均可表明，2,3号贝雷架在受力时每榀贝雷架分配承担的荷载表现为不均匀分配，表中的均值项对分配系数的选取有一定参考意义。

　　4 理论计算、数值模拟及试验监测对比分析

　　将监测数据转换为应力后与理论计算、数值模拟进行对比，结果如图11,12所示，变形对比如表4所示。

　　

　　图1 1 2号贝雷架应力对比分析(支座处)  

　　 

　　

　　图1 2 北2号贝雷架4-2架体数据对比分析(跨中处)  

　　 

　　  

　　表4 1～3号贝雷架跨中变形对比  

　　 

　　 

　　mm

　　

　　由图11可知，理论计算基本大于数值模拟结果，而数值模拟结果大于试验监测值，这是因为对于贝雷架腹杆，理论计算采用的力学模型比数值模拟采用的模型更保守，同时，在理论计算和数值模拟过程中，均按相应规范采用荷载基本组合值进行计算，所以实际荷载小于计算过程中施加的荷载;由图12可知，贝雷架上、下弦杆部位的理论计算值与数值模拟值相近，这是因为在由贝雷架拼接而成的贝雷梁中，无论是理论计算模型还是数值模拟模型，弦杆在其中的受力状态均是主要承受拉压作用，能较好地反映弦杆实际受力状态，因此二者计算结果相近，同时理论计算值和数值模拟值均小于试验监测值，与监测值差异较大。在试验结束后，通过对相关试验实施人员询问和相应监测点位检查发现，此处监测点在应变片粘贴前未进行彻底磨光，应变片部分粘贴在表皮油漆、铁锈上，因此造成应力偏大。

　　由表4可知，1号架体理论计算值、数值模拟值、试验监测值较接近;2号架体理论计算值略小于数值模拟值，模拟值小于试验监测值;3号架体理论计算结果与试验监测结果相近，数值模拟结果同二者相差较大。这是由于1号架体跨度较大，在施加荷载前靠结构自重即可基本消除销钉间隙，对变形实际影响不大，试验监测值能较好地反映实际变形情况，而且由于理论计算值、数值模拟值、试验监测值三者相近，因此，可证明1号架体理论计算模型和数值模拟模型与实际情况相符;而2号架体跨度较小，在施加荷载时变形受销钉间隙影响较大，因此，2号架体试验监测值比实际偏大;3号架体在数值模型中未进行销钉连接处的杆端弯矩释放，将销钉连接简化为刚性连接，因此造成贝雷架整体刚度偏大，数值模拟结果偏小，又因3号架体跨度较大，受销钉间隙影响较小，因此试验监测值与实际变形相符，而理论计算模型与1号架体相同，因此理论计算值与试验监测值相近。

　　5 结语

　　1)贝雷架杆件均处于弹性变形状态，应力值均不大于其屈服强度的一半，即组合式贝雷架在施工阶段一直处于弹性阶段的安全状态，且承载力富裕度较大。

　　2)贝雷架在施工加载前应先消除销钉间隙的影响，则试验监测值能较好地反映实际变形;理论计算和数值模拟能较好地反映架体实际变形情况，计算结果可靠。

　　3)2,3号贝雷架在受力时，每榀贝雷架分配承担的荷载不符合均分原则，分配系数可参考均值项。数值模拟结果能一定程度地反映贝雷架在受力时分配荷载的不均匀情况，与试验监测值对比，模拟精度满足工程要求。

　　4)应力方面，多数计算结果比试验值保守，其中理论计算值大于数值模拟值，数值模拟值大于试验监测值，因此，考虑荷载的基本组合后，理论计算和数值模拟结果偏保守。

　　5)变形方面，跨度越小，挠度受销钉间隙的影响就越大，反之，影响就越小。