苏丹麦洛维大坝工程厂房进水口坝顶挑悬支撑分析
2014-11-14安伟伟
安伟伟
(华能新疆能源开发有限公司托什干河水电分公司，新疆阿克苏843500)
1 概述
苏丹麦洛维大坝厂房进水口坝段沿坝轴线长301 m。
挑悬斜面与水平面夹角成27.76°，挑悬结构从EL.294.395～EL.303.00 m，总高8.605 m。
坝顶混凝土总量为52 000 m3，分为5个坝段，块1～块4的长度均为58 m，块5的长度为69 m。厂房进水口支撑立面图见图1。
2 施工程序和分层分块
施工程序和分层分块的主要内容有2个部分:进水口坝顶上游挑悬平台和进水口下游坝顶公路悬臂。
2.1 进水口坝顶上游挑悬平台
根据进水口混凝土浇筑方案，进水口一期混凝土施工进行至高程281.00 m后，回填高程269.00～281.00m的压力钢管二期混凝土，最后由高程281.00 m逐层进行混凝土施工至坝顶。
依据下部结构和挑悬长度不同，进水口每块可分为5个部分，从右至左分别为:
1)进水口相邻坝块的连接挑悬部分。
2)压力钢管进口上部挑悬部分。
3)压力钢管进口上游鼻墩上部挑悬部分。
4)低位泄水孔进口上部挑悬部分。
5)低位泄水孔轨道侧墙上部挑悬部分。
厂房进水口支撑立面图见图1。
图1 厂房进水口支撑立面图
大体积混凝土先浇筑到EL.293.00 m，整个坝顶及挑悬结构分五层浇筑到顶。水平施工缝分别设于EL.296.00m，EL.298.30 m，EL.300.00 m 和EL.301.50 m。
分层高度分别为3.0 m，2.3 m，1.7 m，1.5 m和1.5 m。
2.2 进水口下游坝顶公路悬臂
整个坝顶公路悬臂贯穿整个进水口坝段，并沿坝轴线按不同块分别进行浇筑［1］。当进水口各块浇筑到EL.293.00 m时，开始进行相应坝块坝顶公路悬臂的施工。
坝顶公路悬臂分5层浇筑到顶，水平临时施工缝分 别 设 于 EL.296.00 m，298.30 m，300.00 m和301.50 m。
分层高度分别为3.0 m，2.3 m，1.7 m，1.5 m和1.5 m。
3 主要施工方法及程序
主要施工方法及程序主要包括:进水口坝顶上游挑悬平台和进水口下游坝顶公路悬臂。
3.1 进水口坝顶上游挑悬平台
进水口坝顶上游挑悬平台的内容包括:进水口相邻坝块的连接挑悬部分施工、压力钢管进口上游鼻墩上部挑悬部分施工、压力钢管进口上部挑悬部分施工、低位泄水孔轨道侧墙上部挑悬部分施工和低位泄水孔进口上部挑悬部分施工。
3.1.1 进水口相邻坝块的连接挑悬部分施工
进水口相邻坝块的连接挑悬部分施工见表1。
表1 进水口相邻坝块的连接挑悬部分施工程序
3.1.2 压力钢管进口上游鼻墩上部挑悬部分施工
压力钢管进口上游鼻墩上部挑悬部分施工程序见表2。
3.1.3 压力钢管进口上部挑悬部分施工
压力钢管进口上部挑悬部分施工程序见表3。
3.1.4 低位泄水孔轨道侧墙上部挑悬部分施工
低位泄水孔轨道侧墙上部挑悬部分施工程序见表4。
3.1.5 低位泄水孔进口上部挑悬部分施工
低位泄水孔进口上部挑悬部分施工程序见表5。
3.2 进水口下游坝顶公路悬臂
进水口下游坝顶公路悬臂内容包括:预埋件、立模和拆模。
表2 压力钢管进口上游鼻墩上部挑悬部分施工程序
表3 压力钢管进口上部挑悬部分施工程序
表4 低位泄水孔轨道侧墙上部挑悬部分施工程序
表5 低位泄水孔进口上部挑悬部分施工程序
3.2.1 预埋件
当进水口浇筑到EL.290.00～EL.293.00时，在EL.292.55 m高程处的下游侧，预埋多卡模板的爬锥，间距1.5 m。分 别 在 EL.295.50m，EL.297.80 m，EL.299.50m和EL.301.00 m高程处沿坝轴线方向预埋间距1.5 m的I20的工字钢梁，和沿坝轴线方向预埋间距1.5 m的钢筋格构柱，为悬臂施工时，支撑及斜拉固定模板，以及搭建临时施工平台做准备。
3.2.2 立模
悬臂底部模板利用焊接在预埋钢筋格构柱上的Ф20的钢筋作为拉杆内拉，并从I20的工字钢上用Ф48钢管搭架子进行支撑。
进水口各块侧模利用在相邻坝块平台上，通过架管排架侧向顶撑普通钢模。
3.2.3 拆模
拆模遵循从上至下，从上游到下游的原则逐层进行。
从坝顶开始，待坝顶层混凝土强度达到要求后，拆除EL.301.50 m～EL.303.00 m层围楞支撑和普通钢模板，此后将该层预埋挑悬梁切断后，利用坝顶汽车吊将其吊运至坝顶，然后对该层的混凝土表面进行缺陷修补，并按同样方法，依次逐层将模板和支撑系统拆卸完毕。
4 厂房进水口悬臂支撑强度验算书
主梁采用焊接工字钢，最大跨度为10.50 m，下部布置轧制工字钢斜撑(I25a)和Ⅰ4槽钢，各钢支撑之间用100×6的角钢和Ф28钢筋焊接加固连成整体，由于主梁跨度大，必须对其进行强度验算［2］。验算内容包括:
1)主梁强度验算。
2)斜撑受压稳定验算。
4.1 主梁强度验算(STEEL BRACKET I)
4.1.1 主梁受力分析
主梁受力分析主要内容有:混凝土自重设计值g1(安全系数取1.2)、施工活荷载设计值q(安全系数取1.4)、施工振捣荷载设计值 x(安全系数取1.4)、钢梁自重设计值y(安全系数1.2)和主梁受力分析。
主梁采用焊接工字钢，其几何特性见图2。
图2 焊接工字钢横截面图
主梁剖面及荷载图见图3。
图3 主梁剖面及荷载图
4.1.1.1 混凝土自重设计值g1(安全系数取1.2)
STEEL BRACKET II型钢支撑自重设计值g2
g2=1.17 kN/m
4.1.1.2 施工活荷载设计值q(安全系数取1.4)
取施工活荷载标准值为k1=1kN/m2，则:
4.1.1.3 施工振捣荷载设计值x(安全系数取1.4)
取施工振捣荷载标准值为k2=kN/m2，则:
4.1.1.4 钢梁自重设计值y(安全系数1.2)
4.1.1.5 主梁受力分析
主梁受力分析见图4。
图4 主梁受力分析图
4.1.2 主梁内力图
主梁内力图见图5。
图5 主梁内力图
4.1.3 内力计算
考虑对主梁受力最不利状况，将主梁视为一端简支另一端固定梁进行内力计算，查一端简支另一端固定梁在分布荷载作用下各控制点的内力系数，计算各控制点内力如下:
各支座反力:
各控制点处剪力:
弯矩计算:
故最大弯矩取366.48kN/m
4.1.4 强度验算
4.1.4.1 弯应力强度验算
满足要求。
4.1.4.2 剪应力强度验算
满足要求。
4.1.4.3 折算应力强度验算
满足要求。
4.1.4.4 不需对主梁整体稳定性进行验算的情况
因主梁预埋在混凝土中，且有效长度达1 m，且各主梁与支撑均用斜缀条(Φ28的螺纹高强钢筋)焊接两两组合，故不需对主梁整体稳定性进行验算。
4.2 斜撑受压稳定验算
斜撑采用轧制工字钢I25a，为方便拼装，将斜撑工字钢看作两端铰接，且无侧向支撑的轴心受压杆件进行稳定验算。
其轴心压力N=F=413.158 kN。
4.2.1 斜撑参数
几何特性见图6。
图6 I25a横截面图
4.2.2 验算弯矩作用平面内的稳定性
查得φx=0.910。
满足要求。
4.2.3 验算弯矩作用平面外的稳定性
故在Y轴线上增加 Φ钢筋缀条，其间距为0.633 m，取其计算长度为63.3 cm。
即 λy=loy/iy=26.34＜［150］
按a类截面，查得φy=0.970。
满足要求。
4.2.4 强度验算
满足要求。
注:以上构件所用钢材均采用Q235，其力学性能如下:
抗拉、抗压、抗弯强度设计值:f=215N/mm2
抗剪强度设计值:fv=125N/mm2
图7 悬臂支撑强度验算图
5 结论
麦洛维大坝厂房进水口坝顶结构复杂，存在挑悬较缓、较长，施工高空水上作业，苏丹本国材料紧缺等不利因素。
采用焊接工字钢、工字钢、槽钢等组合方式的挑悬结构支撑设计，是适于厂房进水口挑悬结构支撑最安全、实用、安装方便的支撑方式。
另外，在今后的挑悬设计中应充分考虑斜撑强度设计，尽量减小主梁和斜撑的跨度，缀条设计更是不容忽视的问题，并对钢梁的整体问题性要有系统性的分析，使钢梁受力强度达到理想要求。
［1］胡清玲，韩锋.麒麟观拱坝溢洪道悬挑部位预制模板的设计与施工［J］.湖北水力发电，2009(01):50-52.
［2］黄泽栋.大型型钢混凝土悬挑墙梁临时支撑体系设计与施工［J］. 建筑技术，2008，39(07):510-512.
