MIDAS Civil在金桥水电站泄洪排漂闸现浇板梁受力计算中的应用

周 燕

（中国水利水电第四工程局有限公司，青海 西宁 810007）

西藏金桥水电站工程是西藏自治区“十二五”能源发展规划重点项目，也是西藏自治区“十三五”的能源接续项目。现浇板梁施工是工程施工中的重要环节，通过MIDAS Civil建模及动态演示得知设计的支撑系统存在的不足和富裕度，结合相关优化设计方案使施工做到经济、安全。本文通过MIDAS Civil对其受力情况进行分析。

1 工程概况

金桥水电站位于西藏自治区那曲市嘉黎县境内，上距嘉黎县100 km，下距忠玉乡10 km，嘉（黎）—忠（玉）公路从首部枢纽及厂区通过，交通便利。金桥水电站是易贡藏布干流上规划的第5个梯级电站，为引水式电站，工程的主要任务是在满足生态保护要求的前提下发电，并促进地方经济社会发展。

水库正常蓄水位为3425.00 m，死水位为3422.00 m，水库总库容38.17万m3，调节库容11.83万m3；首部枢纽建筑物最大坝高26 m，电站总装机容量66 MW（3×22 MW），年发电量3.88亿kW·h，保证出力13.5 MW，年利用小时5873 h。电站属Ⅲ等中型工程，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。工程区地震基本烈度为Ⅶ度，地震设防烈度为Ⅶ度。工程枢纽主要建筑物由左岸堆石混凝土坝、泄洪冲沙闸、排漂闸、右岸岸边式电站进水口，引水发电隧洞、调压井、压力管道、地下发电厂房及开关站等建筑物成。

2 现浇板梁施工简述控制

2.1 施工工序

泄洪闸及排漂闸混凝土浇筑施工工序：焊接工字钢脚座→起吊工字钢至混凝土已成形平台→焊接加固工字钢及安放找平纵梁→安装横梁→铺装方木及胶合板→模板校核并加固→钢筋制安→整体验收→混凝土浇筑施工。

2.2 工字钢脚座焊接、吊装

泄洪闸及排漂闸梁板混凝土浇筑3411.40 m和3415.70 m高程，平台处布置I18工字钢进行支撑，桩号坝下0+12.55～坝下0+013.55处支撑系统用双支I18的工字钢进行支撑，其余高程梁板布置单支I18工字钢进行布置。工字钢基础脚座采用30 cm×30 cm×2 cm钢板，钢板切割完成后在钢筋加工厂与工字钢进行满焊。焊接完成后由载重汽车运输至现场由塔机吊运至平台处安装。桩号坝下0+12.55～坝下0+013.55处双支工字钢在高程3414.53 m布置人字撑。

2.3 纵梁安放

支撑工字钢安装加固完成后，在支撑工字钢顶部高程3418.05 m、3418.55 m高程处，布置两根纵梁工字钢，纵梁工字钢上部布置横跨流道的横向I18找平工字钢。闸室梁与梁之间的现浇混凝土板，支撑系统采用布置在纵梁上部的I16工字钢进行支撑，顶部设置2根横梁以及上部安放纵向找平工字钢[1]。

2.4 模板铺装

现浇混凝土梁板浇筑，采用1.2 cm厚的胶合板，胶合板背部设置7 cm×4 cm方木，方木布置间距为20 cm。现浇梁处的模板安装完成后，方木背部采用φ50钢管进行对拉。现浇板部位模板制安，采用在工字钢上铺设方木，方木上部铺设胶合板进行。所有模板制安完成后在模板下口及模板间使用高压缩橡胶带，以保证缝面严密，浇筑不漏浆。模板的安装、定位、拆卸、转移等工作主要是人工进行，以减少塔机的用量。

拆模时检查混凝土面，对有缺陷部位，利用模板上的工作平台及时消缺，并对下层定位锥孔洞进行封堵。

3 MIDAS Civil软件结构受力分析

MIDAS Civil是针对结构设计，特别是分析预应力箱型桥梁、悬索桥、斜拉桥等特殊的桥梁结构形式，同时可以进行非线性边界分析、水化热分析、材料非线性分析、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析。为能够迅速、准确地完成类似结构的分析和设计，以填补结构分析、设计软件市场的空白，而开发的“土木结构专用的结构分析与优化设计软件”[2]。

3.1 模型建立

泄洪闸闸室结构由C25混凝土、I16工字钢、I18工字钢、钢筋四种材料组成，其中框排架部分由I16工字钢、I18工字钢、钢筋建造，外围护墙体为C25混凝土构成，根据结构的受力性能和结构体系的构成方式，在保证结构性能指标不变的前提下，将模型做以下几方面的简化：①不考虑混凝土边墙的刚度；②模型不考虑地基对模型抗震性能和温度变化的影响，建模时将闸底全部固结。

使用大型结构有限元分析软件MIDAS Civil，对结构进行整体建模，使用323个梁单元模拟工字钢支架，使用36个桁架单元模拟次要支架和钢筋，模型建立过程中使用的基本材料参数，见表1。

表1 模型建立使用基本材料参数

3.2 荷载工况确定

本工程中，混凝土入仓时，先浇梁，后浇板，最终进行三个工况组合的结构验算[3]。

（1）工况一：钢架支撑系统搭设完成，考虑结构钢架自重、模版重量、施工荷载，以及风荷载。

（2）工况二：现浇梁，考虑结构（钢架+现浇梁）自重、施工荷载，以及风荷载。

（3）工况三：现浇板，考虑结构（钢架+现浇梁+现浇板）自重、施工荷载，以及风荷载。

由于横梁下不同区域混凝土浇筑的高度不同，所以混凝土自重荷载需根据混凝土浇筑高度不同分区确定。

模板与施工荷载Fz=-0.25 kN，风荷载Fy=0.22。分项系数自重取1.2，施工荷载取1.3，风荷载取1.4。

荷载工况表和应力工况表见表2、表3。

表2 荷载工况表

表3 应力工况表

3.2.1 工况一

（1）应力。在工况一的荷载条件下，钢架主梁部分的最大拉应力为35.07 MPa，最大压应力为-90.26 MPa。其他部分构件最大拉应力为0.76 MPa，最大压应力为-1.87 MPa。

（2）变形。在工况一的荷载条件下，钢架支撑系统竖向与水平向X/Y最大变形分别是2.70 mm和1.45/16.28 mm。

（3）支撑反力。在工况一的荷载条件下，钢架支撑系统竖向与水平向最大反力分别是1.68 t和0.0025 t。

3.2.2 工况二

（1）应力。在工况二的荷载条件下，钢架主梁部分的最大拉应力为123.26 MPa，最大压应力为-81.47 MPa，。其他部分构件最大拉应力为2.52 MPa，最大压应力为-7.65 MPa。

（2）变形。在工况二的荷载条件下，钢架支撑系统竖向与水平向X/Y最大变形分别是2.96 mm和0.56/13.96 mm。

（3）支撑反力。在工况二的荷载条件下，钢架支撑系统竖向与水平向最大反力分别是8.4 t和0.032 t。

3.2.3 工况三

（1）应力。在工况三的荷载条件下，钢架主梁部分的最大拉应力为257.24 MPa，最大压应力为-104.87 MPa。其他部分构件最大拉应力为4.48 MPa，最大压应力为-19.00 MPa。

（2）变形。在工况三的荷载条件下，钢架支撑系统竖向与水平向X/Y最大变形分别是3.14 mm和0.84/8.60 mm。

（3）支撑反力。在工况三的荷载条件下，钢架支撑系统竖向与水平向最大反力分别是15.41 t和0.06 t。

4 结果分析

4.1 应力分析

应力分析可知：厚度或直径＞（16 mm～35 mm），Q345的抗拉压强度设计值为295 MPa，各工况的最大拉压应力小于设计值，所以满足条件。钢材的强度设计值（N/mm2），见表4。

表4 钢材的强度设计值（N/mm2）

4.2 位移分析

工字钢挠度1/400，各方向位移均满足要求。Y方向的位移基本上是不变的，主要位移是风荷载引起的。位移工况表，见表5。

表5 位移工况表

4.3 支反力分析

根据支反力分析，总的来说上层钢架结构的强度满足要求。支反力工况表，见6。

表6 支反力工况表

5 结语

采用MIDAS Civil受力软件能够够好的解决支撑系统因计算不合理导致出现安全隐患及在校核设计方案存在的不足及富裕度，在经济方面也较为突出。西藏金桥水电站采用以上计算软件，节省了大量时间，而且施工相对方便，也节省了人力，同时加快了施工进度，确保了施工安全。为同类水电站基础施工提供了宝贵的借鉴经验。