某泄洪洞漸變段施工中腳手架安全驗算分析

□宋艷青（鄭州水務(wù)建筑工程股份有限公司）

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某泄洪洞漸變段施工中腳手架安全驗算分析

□宋艷青（鄭州水務(wù)建筑工程股份有限公司）

某水庫是大（2）型水庫，設(shè)計洪水標準采用500 a一遇，水庫是以防洪為主，結(jié)合灌溉、供水，兼顧發(fā)電的大型水庫。水庫包括主壩、副壩、溢洪道、泄洪洞、輸水洞、電站等。泄洪洞布置在主壩左側(cè)，包括引渠段、控制段、洞身段、消能工程段等部分。在對泄洪洞漸變段進行混凝土澆筑施工過程計劃采用扣碗式腳手架作為支撐。文章基于相關(guān)規(guī)范及結(jié)合現(xiàn)場實際施工情況，對漸變段施工中腳手架安全性進行驗算分析，研究結(jié)果表明能夠滿足各項規(guī)程的要求，達到設(shè)計標準。

泄洪洞；漸變段；腳手架；安全性；驗算分析

1　水庫概況

某水庫規(guī)模為大（2）型，是以防洪為主，結(jié)合灌溉、供水，兼顧發(fā)電的大型水庫。工程主要建筑物包括主壩、副壩、溢洪道、泄洪洞、輸水洞、電站等。水庫設(shè)計洪水標準采用500 a一遇，相應(yīng)洪水位418.36 m。水庫主要建筑物有主壩、副壩、溢洪道、泄洪洞和輸水洞，次要建筑物有電站、交通道路、橋梁等，臨時建筑物導(dǎo)流洞等。泄洪洞布置在主壩左側(cè)，總長約664.50 m，包括引渠段、控制段、洞身段、消能工程段等部分。進口洞底高程為360.00 m，控制段閘室采用有壓短管型式，洞身段采用無壓城門洞型隧洞，出口消能方式采用挑流消能。

2　水庫泄洪洞漸變段基本情況

水庫泄洪洞漸變段為塔架方形流道與泄洪洞城門洞過水斷面的過渡帶，長12 m，上游端頂拱跨度6.50 m，頂部方變圓，混凝土襯砌厚度1.20 m。

計劃該段邊頂拱一次澆筑完成，然后再澆筑底板，邊墻采用普通鋼模板。采用滿堂腳手架作為支撐，上部安裝間距0.50 m的漸變龍骨，再鋪設(shè)縱向鋼管，安裝直徑20 mm的環(huán)向鋼筋，其上安裝寬100 mm的普通鋼模板作為頂拱襯砌模板。

3　漸變段施工中腳手架安全驗算的必要性

腳手架施工設(shè)計依據(jù)《簡明施工計算手冊》《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》進行設(shè)計，施工中不允許超過設(shè)計荷載。渡槽設(shè)計活荷載最大為20 kN/m2，施工中要求堆載不得超過該值。

腳手架的小橫桿、大橫桿和立桿是傳遞垂直荷載的主要構(gòu)件。而剪刀撐、斜撐和連墻件主要是保證腳手架整體剛度和穩(wěn)定性，并且加強抵抗垂直和水平作用的能力。而連墻件則承受全部的風(fēng)荷載，扣件則是架子組成整體的聯(lián)結(jié)件和傳力件。為了保證施工安全，腳手工架搭設(shè)前須進行安全驗算。

4　腳手架安全驗算分析

滿堂腳手架的豎向立桿和縱橫向橫桿間排距均為0.60 m，步高0.60 m，豎桿支撐巖石基礎(chǔ)上，下設(shè)0.15 m×0.15 m的鋼墊板。

分別取漸變段上游斷面和下游斷面，選擇混凝土最厚部位進行計算。計算時，外加0.20 m的超挖引起的超填量。由圖1可知，上游斷面拱頂部位混凝土最厚，為2.55+0.2=2.75 m，故取該點進行計算。

圖1　計算截面示意圖

4.1計算參數(shù)

各種材料的容重及彈性模量等參數(shù)如表1所示。

表1　材料特性值表

鋼管截面特性如表2所示。

表2　鋼管截面特性表

施工人員、機具運輸及堆放荷載取值為F1=3.00 kN/m2。

振搗混凝土產(chǎn)生的荷載取值為F2=2.00 kN/m2。

泵送混凝土?xí)r沖擊所產(chǎn)生的荷載取值為F3=2.00 KN/m2。

4.2支架立桿驗算

4.2.1荷載計算

便于分析起見，在計算過程中假定混凝土為理想流體材料，即材料顆粒之間不存在剪應(yīng)力，這個假定對于一次澆筑完成的頂拱是恰當?shù)?，因為混凝土尚未初凝，?yīng)力重分布現(xiàn)象不明顯。

進行強度驗算時，永久荷載分項系數(shù)取1.20，可變荷載分項系數(shù)取1.40。

立桿荷載計算結(jié)果如表3所示。

表3　立桿荷載計算結(jié)果表

4.2.2強度及穩(wěn)定性驗算

立桿強度根據(jù)下式驗算：

立桿穩(wěn)定性根據(jù)下式驗算：

示中：N—單根立桿所承受的軸向壓力；φ—軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)；A—鋼管橫截面面積；f—鋼材的抗壓強度設(shè)計值，取205 N/mm2。

穩(wěn)定系數(shù)φ由構(gòu)件的長細比λ通過查《扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》附錄C而得。

式中：λ—長細比；l0—立桿計算長度；i—回轉(zhuǎn)半徑1.50 cm；k—計算長度附加系數(shù)，其取值1.16；μ—考慮腳手架整體穩(wěn)定因素的單桿計算長度系數(shù)，按《扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》采用，取最不利組合時2.00；h—立桿步距0.60 m。

故：l0=1.155×2×0.60=1.39 m。

查《扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》，內(nèi)插得穩(wěn)定系數(shù)φ=0.74。

故支架強度及穩(wěn)定性滿足要求。

4.2.3支架抗風(fēng)驗算

風(fēng)荷載作用下立桿的彎矩按下式計算：

其中：la立桿縱距，l0為立桿計算長度，ωk為橫向風(fēng)荷載標準值。

式中：μZ—風(fēng)壓高度變化系數(shù)，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》內(nèi)插得1.098，另乘以1.40的修正系數(shù)，得μZ=1.54；μS—腳手架風(fēng)荷載體形系數(shù)，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》取1.30；ω—腳手架擋風(fēng)系數(shù)，取0.09；W0—基本風(fēng)壓，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，計算中取洛陽市50年一遇風(fēng)壓0.40 MPa。

考慮風(fēng)荷載效應(yīng)時，立桿穩(wěn)定性按下式進行驗算：

式中：N1—永久荷載組合下的單根立柱荷載效應(yīng)值，67.06× 0.36=24.14 kN；

N2—可變荷載組合下的單根立柱荷載效應(yīng)值，7×0.36= 2.52 kN。

代入數(shù)據(jù)，得：

綜上可知支架抗風(fēng)穩(wěn)定性滿足要求。

4.3模板強度與剛度驗算

底模下部支點為規(guī)則排列的橫向φ20 mm螺紋鋼，故模板按照均布荷載作用下3跨單位寬度的連續(xù)單向板進行驗算。

單位寬度模板力學(xué)性能及計算參數(shù)如下：

彈性模量E=2.06×105MPa。

荷載：q=（2.55+0.20）×2.40×9.80×0.30=19.40 KN/m。

支撐模板的φ20 mm螺紋鋼的中心間距：l=0.50 m。

鋼模板抗彎強度設(shè)計值：fm=205 MPa。

模板強度及剛度分別按以下兩式進行驗算：

故模板強度及剛度均滿足要求。

4.4板下縱向鋼管剛度驗算

縱向鋼管承受模板傳遞的均布荷載，按照3跨連續(xù)梁進行驗算。

縱向鋼管橫斷面為圓形外徑48 mm，壁厚3.50 mm，其力學(xué)性能及計算參數(shù)如下：①彈性模量E=2.06×105MPa；②截面慣性矩：I=12.187 cm4；③荷載：q=19.4+（0.38+0.048）×0.5=19.61 kN/m；④縱向鋼管中心間距（按最不利?。簂=0.50 m；⑤鋼管抗彎強度設(shè)計值：f鋼=205 MPa。

縱向鋼管剛度按下式計算：

故縱向鋼管剛度滿足要求。

4.5地基承載力計算

5　結(jié)論

根據(jù)前述計算結(jié)果可知，該工程擬采用的滿堂支架結(jié)構(gòu)對漸變段下游斷面來說能夠滿足要求，達到設(shè)計標準。

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（責(zé)任編輯：劉青）

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