□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(yàn)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(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)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(duì)泄洪洞漸變段進(jìn)行混凝土澆筑施工過程計(jì)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(chǎng)實(shí)際施工情況，對(duì)漸變段施工中腳手架安全性進(jìn)行驗(yàn)算分析，研究結(jié)果表明能夠滿足各項(xiàng)規(guī)程的要求，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

泄洪洞；漸變段；腳手架；安全性；驗(yàn)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(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(jìn)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?dāng)嗝娴倪^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(jì)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(yàn)算的必要性

腳手架施工設(shè)計(jì)依據(jù)《簡明施工計(jì)算手冊(cè)》《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)，施工中不允許超過設(shè)計(jì)荷載。渡槽設(shè)計(jì)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(qiáng)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(jìn)行安全驗(yàn)算。

4　腳手架安全驗(yàn)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(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)，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(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。

圖1　計(jì)算截面示意圖

4.1計(jì)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(jī)具運(yùn)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(yàn)算

4.2.1荷載計(jì)算

便于分析起見，在計(jì)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(gè)假定對(duì)于一次澆筑完成的頂拱是恰當(dāng)?shù)?，因?yàn)榛炷辽形闯跄?，?yīng)力重分布現(xiàn)象不明顯。

進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，永久荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.20，可變荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.40。

立桿荷載計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3　立桿荷載計(jì)算結(jié)果表

4.2.2強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算

立桿強(qiáng)度根據(jù)下式驗(yàn)算：

立桿穩(wěn)定性根據(jù)下式驗(yàn)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取205 N/mm2。

穩(wěn)定系數(shù)φ由構(gòu)件的長細(xì)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(xì)比；l0—立桿計(jì)算長度；i—回轉(zhuǎn)半徑1.50 cm；k—計(jì)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(jì)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(shí)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(qiáng)度及穩(wěn)定性滿足要求。

4.2.3支架抗風(fēng)驗(yàn)算

風(fēng)荷載作用下立桿的彎矩按下式計(jì)算：

其中：la立桿縱距，l0為立桿計(jì)算長度，ωk為橫向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(shí)，立桿穩(wěn)定性按下式進(jìn)行驗(yàn)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(qiáng)度與剛度驗(yàn)算

底模下部支點(diǎn)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(jìn)行驗(yàn)算。

單位寬度模板力學(xué)性能及計(jì)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值：fm=205 MPa。

模板強(qiáng)度及剛度分別按以下兩式進(jìn)行驗(yàn)算：

故模板強(qiáng)度及剛度均滿足要求。

4.4板下縱向鋼管剛度驗(yàn)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(jìn)行驗(yàn)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(jì)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值：f鋼=205 MPa。

縱向鋼管剛度按下式計(jì)算：

故縱向鋼管剛度滿足要求。

4.5地基承載力計(jì)算

5　結(jié)論

根據(jù)前述計(jì)算結(jié)果可知，該工程擬采用的滿堂支架結(jié)構(gòu)對(duì)漸變段下游斷面來說能夠滿足要求，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

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（責(zé)任編輯：劉青）

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