06-高空大跨度悬臂牛腿模板承载力安全分析-额河(郭新强)

论文征集高空大跨度悬臂牛腿模板承载力安全分析郭新强（新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局）摘要：本文概述了特殊地理和气候条件下的水电施工模板安装工艺及安全校核，该工程发电取水口闸井为了保护生态采用三层取水方案，闸井高83.5m，左侧牛腿外挑4.0m,右侧牛腿外挑3.0m,结构复杂，为了能与主体工程同时发挥效益，施工工期紧，存在诸多不安全因素，如何采取有效施工工艺，保证施工安全是闸井施工的一个关键点和难点，本文对闸井牛腿模板安装工艺及安全性进行了校核，供同类工程参考。关键词：特殊地理和气候条件高空荷载承载力应力一．引言本工程地处新疆西北部，根据历年气象记录，多年平均气温为2.7℃，极端最高气温40.1℃，极端最低气温-49.8℃，混凝土技施总量近300万m3，在这种不利气候条件下进行混凝土施工，年内有效施工期短，为了在预定的节点工期内发挥工程效益，挡水建筑物和引水发电系统就必须独立施工，从而形成主体工程形象进度滞后于闸井混凝土浇筑，进而闸井后期面临高空作业、立模备仓施工难度较大。该工程发电引水系统及电站厂房布置在右岸岸边，闸井后直接接高压钢管，采用一洞四机的布置方案，为有压圆洞，发电引用流量207.28m3/s。发电引水洞由进口引渠段、闸井段、斜井段、下平洞段和岔管段组成，闸井进水口底板至坝顶总高83.5m。闸井段由拦污栅段、事故门井段和竖井段组成。闸井总长度45.5m，采取上、中、下三层引水，上、中、下层进水口上下垂直布置，各进水口后接竖井，水流由竖井底部进入发电洞。闸井牛腿立模备仓过程闸井牛腿混凝土浇筑完成后二．模板安装工艺当闸井主体从建基面浇筑达到41m后，高程就达到了照片中右下角所示的山体平台，此后混凝土泵车将移至该平台作业，41m平台以下脚手架在拦污栅、事故门槽二期混凝土浇筑完成后将被全部拆除。闸井施工临空面较高，从底板至坝顶高度达到83.5m，脚手架持续上升将带来较大的安全隐患。为了解决此问题，决定在41m平台五个闸墩之间埋设工字钢，形成二次作业平台，在此基础上重新搭设脚手架，降低脚手架因高度过大而坍塌的风险，为后续闸井顶部NT1模板L1梁模板施工提供安全、便利、可靠的基础保障。三．NT1模板支撑承载力计算（一）荷载受力分析：1.牛腿混凝土自重：G1=21×(1.5+3)×3×2×25KN/m3=337.5(KN)2.安全系数取1.3，含模板、钢筋、施工人员重力及混凝土浇筑时产生的荷载。G2=1.3×G1=1.3×337.5=438.75(KN)3．最终荷载G=G1+G2=337.5+438.75=776.25(KN)4.根据受力分析（压缩和抗弯组合构件）：外力分析：∑MA=0,FBy×3-776.25×1.5=0,FBy=388.125(KN)FAy=FBy=388.125（KN）AXF=BXF=45tgFBy=388.125(KN)内力分析：N=AXF=388.125（KN）M=4FL=43×25.776=582.19KN·M（二）承载力强度校核：外挑悬臂牛腿单根支撑梁为工20a，斜撑材料为工20a；工20a查表得，A=35.6cm2，WZ=2369.9cm3，d=7㎜，IZ=2369cm4，SZ=136.1cm3危险截面最大正应力校核：maxσ=-AN+ZWM=-2310×6.3510×125.388+3610×9.236910×19.582=136.64Mpa＜［σ］=160Mpa故，满足最大正应力的允许值。综上所述，该梁满足强度要求，因此该梁是安全的。四．L1梁模板支撑承载力计算（一）荷载受力分析：1.L1梁结构尺寸（取最长的梁进行分析）：长5m×宽1m×高1.7m2.L1梁混凝土自重：G=5×1×1.7×25KN/m3=212.5(KN)3.安全系数取1.3，含模板、钢筋、施工人员重力及混凝土浇筑时产生的荷载。4.最终荷载G=G1+G2=212.5+1.3×212.5=488.75(KN)5.外力分析：∑MA=0,FBy×5-488.75×2.5=0，FBy=244.375（KN）AyF=ByF=244.375（KN）AXF=BXF=37tgFBy=324.30(KN)内力分析：N1=N2=AXF=324.30(KN)M=4FL=45×75.488=610.94KN·MAB（二）承载力强度校核：简支梁支撑梁单根为工20a，斜撑材料为工20a；工20a查表得，A=35.6cm2，WZ=2369.9cm3，d=7㎜，IZ=2369cm4，SZ=136.1cm3危险截面正应力校核：maxσ=-AN+ZWM=-2310×6.3510×30.324+3610×9.236910×94.610=166.69Mpa虽然maxσ＞［σ］=160Mpa，工程上允许最大正应力略超过允许正应力，只要最大正应力不超过允许正应力的5%，所以还是安全的,160160-69.166=4.2%＜5%故，该简直梁满足最大强度要求，因此该梁是安全的。五．结语实践证明，本工程闸井顶部结构施工通过NT1模板和L1梁模板的应用，不仅不占用主体工程的直线施工工期，特别是41m处预埋槽钢搭设二次平台的施工思路，当平台以下脚手架拆除后，既降低了脚手架因高度过大而坍塌的风险，又为后续施工提供了安全可靠的操作空间，也为库区提前下闸蓄水提供了空间支持。虽然此施工方案在常规工艺的基础上加大了预埋钢材和支撑方木的用量，但是相应减少了二次平台以下脚手架的钢管用量，和库区提前一年蓄水发电相权衡利弊，创造的经济利益和安全效益证明此方案是可取的。参考文献：〔1〕武汉大学，大连理工大学，河海大学，水工钢结构，第3版，中国水利水电出版社，1995〔2〕河海大学，大连理工大学，西安理工大学，清华大学，水工钢筋混凝土结构学，第3版，中国水利水电出版社，1996作者简介：郭新强、男、1980年11月出生、新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局、工程师、乌市扬子江路241#、830000、13999250030、[e-mail]。