浅析两河口水电站进水塔纵横梁混凝土施工支撑体系

浅析两河口水电站进水塔纵横梁混凝土施工支撑体系

蒋有生

中国水利水电第十六工程局有限公司  福建福州  350000

摘要：为了寻求最优化的混凝土模板支撑体系结构，两河口进水塔门机轨道梁浇筑介绍运用概念设计的原则指导结构选型，通过过程来检查变形情况，对结构方案检查承载力、变形、稳定性的对比分析。经过优化设计后的型钢支撑体系结构承载力和稳定性大大提高，在实际工程应用中，降低施工干扰提供了类似的参考。

关键词：门机轨道梁；支撑体系；理论设计；结构选型；施工技术

1 引言部分

目前，高空轨道梁混凝土施工优化调整在水工建筑物中难点，关系到一个工程的重之重。现在大多采用现浇混凝土施工，结构构件是在模板的支撑下进行混凝土浇筑、振捣及养护施工。模板支撑体系是施工中的一种临时结构，其强度和稳定性不仅关系到结构的成形，更关系到施工的安全。鉴于其重要性，科学合理的模板支撑体系方案设计正越来越引起人们的重视。科学合理的结构方案是建立在对结构受力状态和结构性能的准确把握基础上，本文介绍了在概念设计基础上进行结构选型，通过一个作业面施工，最终经优化而形成合理方案的整个过程。

2 工程概况

两河口水电站进水口采用岸塔式，位于距坝轴线上游约230m处的右岸岸坡上。6孔进水口呈“一”字型布置，塔顶设置交通桥与边坡平台连通，由坝顶602#公路与外界相通。进水塔建基面高程2760.00m，塔顶高程2875.00m，塔体前缘总宽度159.8m，顺水流方向长33.0m，塔高115.0m。

进水塔前半部为拦污栅及叠梁门段，每孔进水口共设有4孔拦污栅，拦污栅孔口尺寸3.8m×66.0m（宽×高），叠梁门孔口尺寸3.8m×31.5m（宽×高）。栅墩间除胸墙外，还设置横撑连接，以加强拦污栅结构的整体性。为了增强拦污栅段的抗震能力，在拦污栅段和主塔体之间采用隔墙和纵撑连接。拦污栅闸后为主塔体，采用喇叭型进口，内设检修闸门槽、快速闸门槽和通气孔，通气孔后与压力管道渐变段相接。检修闸门尺寸6.6m×7.8m（宽×高）；快速闸门尺寸6.0m×7.5m（宽×高）；通气孔断面尺寸6.0m×2.0m（长×宽）。

塔体后半部分(引)0-011.60桩号以后，分别设有油泵室廊道、门机轨道梁、T梁，油泵室廊道（分缝处）由3根工型梁拼接，门机轨道梁跨度10m，底宽1.2m，上宽1.5m（设0.3m宽牛腿），轨道梁高2.8m，混凝土约38.514m3，总重约96.34t（分层浇筑1m重量约33.9t）。

3 工程特点

（1）工期短、一次性投入大、周转次数少；

（2）结构跨度大、平面尺寸大、工程体量大，由此提出合理施工方案是保证项目施工顺利完成的关键。

4 方案选择

轨道梁因体积大、重量大，如采用预制方式，吊装无法满足，故考虑分两次浇筑（第一次1.0m，第二次1.8m），支撑体系采用以“定位锥、钢牛腿+纵向型钢+横向型钢+承重排架”的支撑方案；门机轨道梁混凝土支撑体系如下：

门机轨道梁：在轨道梁下部埋设3组G4040型钢牛腿（间距0.6m），钢牛腿上部纵向铺设2×I25b，横向铺设I56a@60cm，上部承重排架间排距为60cm×75cm×90cm。

支撑体系剖视图

钢牛腿结构图

5 主要施工技术

5.1钢结构受力计算

一、轨道梁纵向型钢梁计算

（一）、基本参数

 （二）、梁截面计算

计算简图：

简支梁布置简图

承载能力极限状态：

q=γG(Gk×B+gk)+γQ×Qk×B=1.2×(37×0.65+1.041)+1.4×3×0.65=32.839kN/m

正常使用极限状态：

q'= Gk×B+gk+Qk×B=37×0.65+1.041+3×0.65=27.041kN/m

1、抗弯验算

Mmax=qL2/8=32.839×102/8=410.487kN·m

σ= Mmax/(γxW)=410.487×106/(1.05×2342.31×103)=166.904N/mm2≤[f]=205N/mm2

满足要求！

2、抗剪验算

Vmax=qL/2=32.839×10/2=164.195kN

τmax=Vmax[bh02-(b-δ)h2]/(8Izδ)=

164.195×1000×[166×5602-(166-12.5)×5182]/(8×65585.6×10000×12.5)=27.213N/mm

2≤[τ]=120N/mm2

满足要求！

3、挠度验算

νmax=5/384×(q'×L4)/(E×Ix) =5/384×(27.041×100004)/(206000×655856000)=26.061mm≤[ν]＝L/250 =10000/250=40mm

满足要求！

二、钢牛腿的受力计算

钢牛腿可简化为悬臂梁，悬臂梁末端受集中荷载作用，梁下部共设置4个钢牛腿，钢牛腿长度为40cm，外伸有效长度取20cm。

集中荷载F=66.7kN（3个中取最大值），同时考虑材料重量，为了简化计算，取集中荷载F=100KN

分别从工字钢的抗弯、抗剪、刚度三方面计算。

（1）支座反力F=100kN，即：剪力为Vmax=1.2×100=120kN。

（2）弯矩为M=1.2FL=1.2×120kN×0.2m=28.8kN·m。

Vs=1.2×120KN=144kN

（3）抗剪为τmax=[(Vs×Sz，max)]/(Iz×d)=144×103×（1/477）/12.5

=24.15N/mm2<110n>2

Q235钢的抗剪最小设计值为110N/mm2。

（4）抗弯W=M/σ，σ=M /Wz =28.8×106N·mm/1140×103mm3 =25.26N/mm2<215n>2。

（5）悬臂梁最大挠度υmax=VsL3/3EI=（144×103×3003）/（3×2.06×105×22780×104）=0.001mm。

综上所述：根据梁变形规定容许挠度为L/600，悬臂梁的许可挠度[υT]=（1/600）×2×300=1mm，因υmax<1mm，故钢牛腿选型满足要求。

三、高强螺栓受力计算

单个钢牛腿集中荷载F=66.7kN，单个高强螺栓受垂直于杆轴方向的剪力作用，剪力取p=66.7/2=33.34kN，单个牛腿采用定位锥进行固定，单个螺栓承受剪力N为50kN，则高强螺栓预拉力：

Nv=0.9×nf×u×P=0.9×1×0.3×355=100kN

式中：Nv为单个高强螺栓抗剪承载力设计值

      P为预拉力 查表值为355kN（M30高强螺栓）

      nf为摩擦面数量

      u为摩擦面抗滑移系数，取0.3

      0.9为螺栓受力非均匀系数

Nv＞p，选用单个M30高强螺栓满足剪力要求，为保证连接稳定性，选用2个M36高强螺栓固定。

本文暂不对施工排架进行计算。

5.2施工过程中钢结构变形及监控

为了确保施工数据的准确性及施工安全性，进行支撑体系受力全过程跟踪监测。

各钢横梁测点在混凝土浇筑开始后，压力急剧上升，混凝土浇筑完毕后，各钢横梁变形趋于稳定。过程中数据分析，数据均在可控范围内，与理论计算相符合。

6 效益与经济分析

通过总结这次轨道梁支撑体系的成效，不仅保证了施工质量和施工安全，也体现了如下效益与经济，为将来在无法预制梁的情况下，采用现浇模板支撑体系上积累了技术经验。简化模板支撑及安装工序，减少了对脚手架的投入。提高工作效率，工序大为简化，减小了工作量。

7结语

经过模板支撑体系对门机轨道梁的试行运用，经过优化设计后的模板支撑结构受力合理，承载力和稳定性大大提高，统计结果与实际监测情况较为符合荷载变化趋势基本一致，按照统计荷载值进行高支模体系的设计与校核，，符合施工期间荷载作用的规律。本文轨道梁支撑体系模型试验为实际工程中支模结构选型优化和支模体系创新研究提供了一种参考，能有效提高结构的安全性，且不失经济性，值得工程应用推广。

参考文献：

[1] 龙驭球，结构力学教程Ⅰ.

作者简介：

蒋有生（1988-），男，四川绵阳人，工程师，从事水利工程施工管理工作。