江边水电站现浇板梁型钢八字撑设计与施工

董文超

(中国水利水电第八工程局有限公司，广西桂林 541315)

1 工程概况

江边水电站启闭机平台板梁按设计要求采取现浇形式，启闭机平台高程为1796.5 m，闸室流道底板高程为1776.0 m，板梁沿坝轴线方向净跨为8 m，板梁由两根0.8 m×1.2 m(宽×高)梁和0.25 m厚钢筋混凝土板形成封闭交通平台，如图1所示。

图1 现浇板梁结构形式（单位：cm）

2 方案选择

水电工程施工现浇板梁通常采取搭设脚手钢管承重排架或预埋型钢形成施工平台承重两种方法，两种方案的选择一般视具体施工部位结构形式、材料耗用量、是否干扰相关部位施工等综合因素，进行经济技术分析和比较，并选取符合相应工程的施工方案。

江边水电站启闭机平台板梁尺寸相对较小且覆盖范围不大，但高度比较高，距闸室流道底板高度为20.5 m，若采用搭设脚手钢管承重排架，从搭设难度、安全性、材料耗用方面考虑均不利于施工。根据以往水电工程的施工经验，除特殊部位无法用其他方案取代以外，一般承重排架搭设高度不宜超过12 m(两根钢管长度)。为此，本工程采取预埋型钢形成施工承重平台的方案进行设计、施工。

3 结构设计

3.1 结构形式

结合江边水电站混凝土施工队伍惯用工法，型钢采用Ⅰ16工字钢制作，型钢平台以上采用10 cm×10 cm方木，面板采用1.8 cm厚竹夹板，具体结构如图2，图3所示。

3.2 结构计算

荷载计算主要考虑板梁、模板、方木自重静荷载和施工人员、设备，振捣、倾倒混凝土的活荷载，活荷载取4.0 kN/m。静荷载分项系数取1.2，活荷载分项系数取1.4。按所有荷载均由6根Ⅰ16工字钢承重，以单根梁和2.9 m宽板为计算对象，静荷载:

活荷载:

荷载传递过程:板梁→面板→方木→工字钢。

1)工字钢受力分析。

图2 型钢承重架结构形式（单位：cm）

图3 1—1剖面图（单位：cm）

水平工字钢主要承受抗弯、抗剪，斜撑工字钢主要承受轴线抗压，工字钢八字撑整体从结构形式上属于超静定结构体系，为简化计算，将水平工字钢视为三跨等跨连续梁，计算简图如图4所示。

图4 水平工字钢计算简图（单位：cm）

2)抗弯验算。

根据《建筑工程计算速查手册》中“三跨等跨连续梁的弯矩计算系数及公式”跨中最大弯矩:

支座最大弯矩:

弯矩图如图5所示。

选跨中弯矩和支座弯矩最大值进行计算，选取工字钢型号，安全系数取1.2，则有截面抵抗矩:

Ⅰ16工字钢截面抵抗矩为141 cm3，根据现有的库存材料，选取3根16工字钢3×141=423 cm3＞305.8 cm3，满足规范要求。

图5 水平工字钢弯矩图

3)抗剪验算。

根据《建筑工程计算速查手册》中“三跨等跨连续梁的剪力计算系数及公式”，支座最大剪力 Vmax= －0.600q1l－0.617q2l=－102.2 kN，剪力图如图6所示。

图6 水平工字钢剪力图

则工字钢抗剪强度τmax=Vmax/3(Ix/Sx×d)=102200/3×(138 ×6)=41.1 N/mm2＜［τ］=125 N/mm2。

水平工字钢抗剪满足要求。

4)斜撑支杆抗压验算。

支座反力根据端支座弯矩∑MA=0和∑MB=－54.8 kN·m，且FA=FD，FB=FC，联立解方程得FB=151.5 kN，斜撑支杆的轴力根据 FB支座反力计算 RD=151.5×1.414=214.3 kN，斜杆轴心压力如图7所示。

图7 斜杆抗压受力分析图

斜撑支杆的容许压力按照σ=N/ψA计算。

其中，N为受压斜杆的轴心压力设计值，N=214.3/3=71.4 kN;ψ为轴心受压斜杆的稳定系数，由长细比l/i查表得到，ψ=0.84;A为受压斜杆净截面面积，A=26.1 cm2;σ为受压斜杆受压应力计算值，经计算得32.6 N/mm2;［f］为受压斜杆抗压强度设计值，f=215 N/mm2。σ =N/ψA≤［f］，斜杆抗压满足要求。

5)斜撑支杆的焊缝计算。

斜撑支杆采用焊接方式连接，对接焊缝强度计算公式为:

式中:N——斜撑支杆的轴向力，N=71.4 kN;

lw——斜撑支杆的周长，取336 mm;

t——斜撑支杆焊缝的厚度，t=5 mm;

ft——对接焊缝的抗拉或抗压强度，取185 N/mm2。

经过计算得到焊缝最大应力σ=42.5 N/mm2＜185 N/mm2，满足要求。

3.3 工字钢承重平台制作、吊装

工字钢八字撑在地面按照设计安装尺寸单榀焊接成型，水平工字钢尽可能采用整根工字钢制作，若需焊接加长，其接头处应位于斜撑支杆附近，且工字钢腹板及宽度方向用不小于工字钢腹板厚度的钢板焊接，焊缝厚度不小于5 mm，焊缝质量严格按照施工规范进行检查，发现夹渣、凹陷、气孔、裂缝等及时补焊。为便于工字钢承重架以上木架结构安装施工，在斜撑上距水平工字钢以下约1 m处，用φ20圆钢对称焊接形成吊耳，后期用脚手钢管搭设形成操作平台。

工字钢承重架吊装采取现场施工540门机吊装，为防止吊装过程中变形，在工字钢两边跨中间位置用φ25螺纹钢与斜撑支杆焊接固定。单榀工字钢八字撑吊装就位后，调整钢架高度、水平位置，利用闸墩结构筋、锚筋等将各端部固定牢靠，待6榀工字钢支架全部固定好后，在水平工字钢顶面用φ25钢筋将6榀钢架焊接连成整体，钢架吊耳内穿φ48脚手钢管，间排距1.0 m×1.0 m，钢管上部铺10 cm×10 cm方木，间距60 cm，顶部铺设1.8 cm厚竹夹板并用马钉固定，形成施工操作平台，供板梁模板施工。

3.4 混凝土浇筑

板梁混凝土浇筑前，首先对型钢承重平台以上木架结构进行整体检查，包括方木的间排距，支撑杆的连接情况，以及木抄楔的固定情况，木抄楔须用铁钉将其固定牢靠，以免混凝土浇筑过程中模板振动而导致木抄楔脱落，木架失稳。在浇筑混凝土时，严禁振捣器直接碰撞模板、钢筋及预埋件，并控制混凝土浇筑速度、层厚及下料高度，本工程中启闭机平台板梁最大高度1.2 m，混凝土下料最大落差1.5 m，按两次浇筑，第二层浇筑间歇时间以下层混凝土不初凝为前提，并尽可能延长间歇时间，从而提高工字钢承重架整体安全稳定性，确保施工安全。

3.5 工字钢承重平台拆除

板梁混凝土浇筑完毕后，要按照《水工混凝土施工规范》及时采取养护、保温措施，板梁混凝土强度达到龄期后方可拆除工字钢承重平台及木架结构。

为方便工字钢拆除，在板梁混凝土浇筑前，在梁端底部预埋φ25吊环，采用吊篮法将工字钢沿混凝土表面割除，卷扬机配合将工字钢八字撑降至地面。

4 关键注意事项

采用预埋型钢做承重平台，其关键在于型钢的选择、计算，在施工中不仅需要通过计算确定型钢型号，而且要根据施工现有材料，后续施工方案中是否可以重复利用等因素综合选材，并严格按照金属焊接要求规范施工。

工字钢八字撑顶部承重平台高程的确定，根据梁底高程预留一定的龙骨方木、抄楔间隙，同时考虑混凝土浇筑分层对水平工字钢受力的影响，若浇筑分层线覆盖水平工字钢的厚度较薄，需预埋“U”形锚筋将水平工字钢端部锚固。

5 结语

通过江边水电站启闭机平台现浇板梁，采取型钢承重平台施工方案的应用，相对脚手钢管承重排架从施工成本、工期上有较大的优越性，同时避免采用脚手钢管承重架对底孔弧形闸门安装的影响，为工程整体施工进度顺利进展提供了保障，但并非所有工程中现浇板梁采取型钢承重平台施工方案为最优，实际施工中应根据各自工程施工特点，因地制宜，综合分析选取适合工程项目本身的施工方案。

［1］龙驭球.结构力学教程(Ⅰ)［M］.北京：高等教育出版社，2000.

［2］河海大学.水工钢筋混凝土结构学［M］.北京：中国水利水电出版社，1996.

［3］全国水利水电工程技术信息网组.水利水电工程施工手册·混凝土工程［M］.北京：中国电力出版社，2002.

［4］DL/T 5144-2001，水工混凝土施工规范［S］.

［5］《建筑工程计算速查手册》编委会.建筑工程计算速查手册 ［M］.武汉：华中科技大学出版社，2008.