江邊水電站現(xiàn)澆板梁型鋼八字撐設(shè)計(jì)與施工

董文超

(中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，廣西桂林 541315)

1 工程概況

江邊水電站啟閉機(jī)平臺(tái)板梁按設(shè)計(jì)要求采取現(xiàn)澆形式，啟閉機(jī)平臺(tái)高程為1796.5 m，閘室流道底板高程為1776.0 m，板梁沿壩軸線方向凈跨為8 m，板梁由兩根0.8 m×1.2 m(寬×高)梁和0.25 m厚鋼筋混凝土板形成封閉交通平臺(tái)，如圖1所示。

圖1 現(xiàn)澆板梁結(jié)構(gòu)形式（單位：cm）

2 方案選擇

水電工程施工現(xiàn)澆板梁通常采取搭設(shè)腳手鋼管承重排架或預(yù)埋型鋼形成施工平臺(tái)承重兩種方法，兩種方案的選擇一般視具體施工部位結(jié)構(gòu)形式、材料耗用量、是否干擾相關(guān)部位施工等綜合因素，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析和比較，并選取符合相應(yīng)工程的施工方案。

江邊水電站啟閉機(jī)平臺(tái)板梁尺寸相對(duì)較小且覆蓋范圍不大，但高度比較高，距閘室流道底板高度為20.5 m，若采用搭設(shè)腳手鋼管承重排架，從搭設(shè)難度、安全性、材料耗用方面考慮均不利于施工。根據(jù)以往水電工程的施工經(jīng)驗(yàn)，除特殊部位無法用其他方案取代以外，一般承重排架搭設(shè)高度不宜超過12 m(兩根鋼管長(zhǎng)度)。為此，本工程采取預(yù)埋型鋼形成施工承重平臺(tái)的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)形式

結(jié)合江邊水電站混凝土施工隊(duì)伍慣用工法，型鋼采用Ⅰ16工字鋼制作，型鋼平臺(tái)以上采用10 cm×10 cm方木，面板采用1.8 cm厚竹夾板，具體結(jié)構(gòu)如圖2，圖3所示。

3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

荷載計(jì)算主要考慮板梁、模板、方木自重靜荷載和施工人員、設(shè)備，振搗、傾倒混凝土的活荷載，活荷載取4.0 kN/m。靜荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2，活荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4。按所有荷載均由6根Ⅰ16工字鋼承重，以單根梁和2.9 m寬板為計(jì)算對(duì)象，靜荷載:

活荷載:

荷載傳遞過程:板梁→面板→方木→工字鋼。

1)工字鋼受力分析。

圖2 型鋼承重架結(jié)構(gòu)形式（單位：cm）

圖3 1—1剖面圖（單位：cm）

水平工字鋼主要承受抗彎、抗剪，斜撐工字鋼主要承受軸線抗壓，工字鋼八字撐整體從結(jié)構(gòu)形式上屬于超靜定結(jié)構(gòu)體系，為簡(jiǎn)化計(jì)算，將水平工字鋼視為三跨等跨連續(xù)梁，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4所示。

圖4 水平工字鋼計(jì)算簡(jiǎn)圖（單位：cm）

2)抗彎驗(yàn)算。

根據(jù)《建筑工程計(jì)算速查手冊(cè)》中“三跨等跨連續(xù)梁的彎矩計(jì)算系數(shù)及公式”跨中最大彎矩:

支座最大彎矩:

彎矩圖如圖5所示。

選跨中彎矩和支座彎矩最大值進(jìn)行計(jì)算，選取工字鋼型號(hào)，安全系數(shù)取1.2，則有截面抵抗矩:

Ⅰ16工字鋼截面抵抗矩為141 cm3，根據(jù)現(xiàn)有的庫(kù)存材料，選取3根16工字鋼3×141=423 cm3＞305.8 cm3，滿足規(guī)范要求。

圖5 水平工字鋼彎矩圖

3)抗剪驗(yàn)算。

根據(jù)《建筑工程計(jì)算速查手冊(cè)》中“三跨等跨連續(xù)梁的剪力計(jì)算系數(shù)及公式”，支座最大剪力 Vmax= －0.600q1l－0.617q2l=－102.2 kN，剪力圖如圖6所示。

圖6 水平工字鋼剪力圖

則工字鋼抗剪強(qiáng)度τmax=Vmax/3(Ix/Sx×d)=102200/3×(138 ×6)=41.1 N/mm2＜［τ］=125 N/mm2。

水平工字鋼抗剪滿足要求。

4)斜撐支桿抗壓驗(yàn)算。

支座反力根據(jù)端支座彎矩∑MA=0和∑MB=－54.8 kN·m，且FA=FD，F(xiàn)B=FC，聯(lián)立解方程得FB=151.5 kN，斜撐支桿的軸力根據(jù) FB支座反力計(jì)算 RD=151.5×1.414=214.3 kN，斜桿軸心壓力如圖7所示。

圖7 斜桿抗壓受力分析圖

斜撐支桿的容許壓力按照σ=N/ψA計(jì)算。

其中，N為受壓斜桿的軸心壓力設(shè)計(jì)值，N=214.3/3=71.4 kN;ψ為軸心受壓斜桿的穩(wěn)定系數(shù)，由長(zhǎng)細(xì)比l/i查表得到，ψ=0.84;A為受壓斜桿凈截面面積，A=26.1 cm2;σ為受壓斜桿受壓應(yīng)力計(jì)算值，經(jīng)計(jì)算得32.6 N/mm2;［f］為受壓斜桿抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，f=215 N/mm2。σ =N/ψA≤［f］，斜桿抗壓滿足要求。

5)斜撐支桿的焊縫計(jì)算。

斜撐支桿采用焊接方式連接，對(duì)接焊縫強(qiáng)度計(jì)算公式為:

式中:N——斜撐支桿的軸向力，N=71.4 kN;

lw——斜撐支桿的周長(zhǎng)，取336 mm;

t——斜撐支桿焊縫的厚度，t=5 mm;

ft——對(duì)接焊縫的抗拉或抗壓強(qiáng)度，取185 N/mm2。

經(jīng)過計(jì)算得到焊縫最大應(yīng)力σ=42.5 N/mm2＜185 N/mm2，滿足要求。

3.3 工字鋼承重平臺(tái)制作、吊裝

工字鋼八字撐在地面按照設(shè)計(jì)安裝尺寸單榀焊接成型，水平工字鋼盡可能采用整根工字鋼制作，若需焊接加長(zhǎng)，其接頭處應(yīng)位于斜撐支桿附近，且工字鋼腹板及寬度方向用不小于工字鋼腹板厚度的鋼板焊接，焊縫厚度不小于5 mm，焊縫質(zhì)量嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)夾渣、凹陷、氣孔、裂縫等及時(shí)補(bǔ)焊。為便于工字鋼承重架以上木架結(jié)構(gòu)安裝施工，在斜撐上距水平工字鋼以下約1 m處，用φ20圓鋼對(duì)稱焊接形成吊耳，后期用腳手鋼管搭設(shè)形成操作平臺(tái)。

工字鋼承重架吊裝采取現(xiàn)場(chǎng)施工540門機(jī)吊裝，為防止吊裝過程中變形，在工字鋼兩邊跨中間位置用φ25螺紋鋼與斜撐支桿焊接固定。單榀工字鋼八字撐吊裝就位后，調(diào)整鋼架高度、水平位置，利用閘墩結(jié)構(gòu)筋、錨筋等將各端部固定牢靠，待6榀工字鋼支架全部固定好后，在水平工字鋼頂面用φ25鋼筋將6榀鋼架焊接連成整體，鋼架吊耳內(nèi)穿φ48腳手鋼管，間排距1.0 m×1.0 m，鋼管上部鋪10 cm×10 cm方木，間距60 cm，頂部鋪設(shè)1.8 cm厚竹夾板并用馬釘固定，形成施工操作平臺(tái)，供板梁模板施工。

3.4 混凝土澆筑

板梁混凝土澆筑前，首先對(duì)型鋼承重平臺(tái)以上木架結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體檢查，包括方木的間排距，支撐桿的連接情況，以及木抄楔的固定情況，木抄楔須用鐵釘將其固定牢靠，以免混凝土澆筑過程中模板振動(dòng)而導(dǎo)致木抄楔脫落，木架失穩(wěn)。在澆筑混凝土?xí)r，嚴(yán)禁振搗器直接碰撞模板、鋼筋及預(yù)埋件，并控制混凝土澆筑速度、層厚及下料高度，本工程中啟閉機(jī)平臺(tái)板梁最大高度1.2 m，混凝土下料最大落差1.5 m，按兩次澆筑，第二層澆筑間歇時(shí)間以下層混凝土不初凝為前提，并盡可能延長(zhǎng)間歇時(shí)間，從而提高工字鋼承重架整體安全穩(wěn)定性，確保施工安全。

3.5 工字鋼承重平臺(tái)拆除

板梁混凝土澆筑完畢后，要按照《水工混凝土施工規(guī)范》及時(shí)采取養(yǎng)護(hù)、保溫措施，板梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到齡期后方可拆除工字鋼承重平臺(tái)及木架結(jié)構(gòu)。

為方便工字鋼拆除，在板梁混凝土澆筑前，在梁端底部預(yù)埋φ25吊環(huán)，采用吊籃法將工字鋼沿混凝土表面割除，卷?yè)P(yáng)機(jī)配合將工字鋼八字撐降至地面。

4 關(guān)鍵注意事項(xiàng)

采用預(yù)埋型鋼做承重平臺(tái)，其關(guān)鍵在于型鋼的選擇、計(jì)算，在施工中不僅需要通過計(jì)算確定型鋼型號(hào)，而且要根據(jù)施工現(xiàn)有材料，后續(xù)施工方案中是否可以重復(fù)利用等因素綜合選材，并嚴(yán)格按照金屬焊接要求規(guī)范施工。

工字鋼八字撐頂部承重平臺(tái)高程的確定，根據(jù)梁底高程預(yù)留一定的龍骨方木、抄楔間隙，同時(shí)考慮混凝土澆筑分層對(duì)水平工字鋼受力的影響，若澆筑分層線覆蓋水平工字鋼的厚度較薄，需預(yù)埋“U”形錨筋將水平工字鋼端部錨固。

5 結(jié)語(yǔ)

通過江邊水電站啟閉機(jī)平臺(tái)現(xiàn)澆板梁，采取型鋼承重平臺(tái)施工方案的應(yīng)用，相對(duì)腳手鋼管承重排架從施工成本、工期上有較大的優(yōu)越性，同時(shí)避免采用腳手鋼管承重架對(duì)底孔弧形閘門安裝的影響，為工程整體施工進(jìn)度順利進(jìn)展提供了保障，但并非所有工程中現(xiàn)澆板梁采取型鋼承重平臺(tái)施工方案為最優(yōu)，實(shí)際施工中應(yīng)根據(jù)各自工程施工特點(diǎn)，因地制宜，綜合分析選取適合工程項(xiàng)目本身的施工方案。

［1］龍馭球.結(jié)構(gòu)力學(xué)教程(Ⅰ)［M］.北京：高等教育出版社，2000.

［2］河海大學(xué).水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，1996.

［3］全國(guó)水利水電工程技術(shù)信息網(wǎng)組.水利水電工程施工手冊(cè)·混凝土工程［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2002.

［4］DL/T 5144-2001，水工混凝土施工規(guī)范［S］.

［5］《建筑工程計(jì)算速查手冊(cè)》編委會(huì).建筑工程計(jì)算速查手冊(cè) ［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2008.