泉港分洪闸除险改建工程启闭机房施工计算

泉港分洪闸除险改建工程启闭机房施工计算【摘要】本文介绍泉港分洪闸除险改建工程启闭机房施工。在汛期闸室已过水，施工排架不能从闸底板直接搭设的条件下，考虑在启闭机房下部闸墩埋设型钢，以支撑大型钢梁平台作为启闭机房梁、板的承重结构方案，既避开汛期导致的施工困难，又保证了总工期的按时实现。【关键词】启闭机房大型钢梁施工排架承载应力1、工程概况泉港分洪闸位于赣江下游西岸肖江入赣江的入口处。该闸于1958年建成。由于防洪标准的提高及该闸已运行四十余年的老化病害现状，原闸已不能满足防洪和分洪要求。根据《提防工程设计规范》（GB50286-98）和《工程建设强制性条文》的有关规定，经设计论证，江西省赣抚大堤泉港分洪闸除险改建工程采用移址改建方案。分洪闸由紧邻老闸室下游侧新建闸室、启闭机房、交通桥、下游消力池、上游消力池及海漫、上下游左右翼墙等项目组成。分洪闸为开敞式，每孔净宽12m，闸室长25m，墩厚2m，闸顶高程37.90m，闸底板高程21.22m。启闭机房室内高程37.90m,屋面高程41.60m，总宽4.40m,总长71m，启闭机房每跨采用两根大梁简支在闸墩上,截面尺寸0.4×1.4m(宽×高)。启闭机基础（梁、板）均为现浇砼、五跨简支梁结构，启闭机梁砼按设计分缝隔仓进行，砼方量约为130m3。本工程开工时间为2001年12月10日，根据合同文件总工期的要求，竣工时间为2002年12月31日，整个工程历时12个月（其中汛期5.5个月），跨二个年度，其中工程施工主要安排在两个枯水期进行，汛期主要进行安全渡汛，并安排少量具备条件的项目进行施工。由于启闭机房的施工需待闸室砼浇筑完成后进行，而2002年3月1日进入汛期，届时导流明渠已封堵，利用老闸调节洪水，即新闸室开始过水，故启闭机房需安排在汛期施工。2、施工方案的选择2.1钢管承重排架根据启闭机房施工特点，可在闸底板上搭设钢管脚手架作为启闭机房施工的承重排架。由于工期紧，需同时进行五跨启闭机房的施工，这要求需要大量的钢管及配套施工材料，且闸室已过水，经计算，钢管脚手架阻水面积过大，影响过流，方案不可行。2.2预制梁板方案考虑启闭机房现浇方案施工排架的困难，且启闭机房主梁为坐落在闸墩36.5m高程平台上的简支结构，故可在闸室左岸场坪上进行启闭机房主梁的预制，待预制梁达龄期后进行吊装。启闭机房主梁的吊装可利用新闸交通桥作为通道，用吊机从交通桥上进行吊装。但根据施工总进度的安排，新闸交通桥的安装时间为2002年7月，考虑新闸交通桥主梁安装完成后需进行湿接缝及桥面铺装的砼浇筑，且交通桥砼待强后吊机方可上桥进行启闭机房主梁的施工，并考虑启闭机房单根主梁重达20T，吊装半径近10m，对吊机要求甚高。如此，在工期及施工方案上难以满足要求。2.3大型钢梁平台承重结构在闸墩（边墩）最后一层砼浇筑过程中，于闸墩（34.45m高程）位置预埋工字钢、槽钢等型钢支座，在其上部架设大型钢梁平台作为启闭机梁、板现浇砼的承重结构。大型钢梁可利用新闸交通桥作为通道进行吊装。图1大型钢梁承重施工排架布置示意图（单位：mm）综合工期隐响、施工成本、施工可行性等多种因素考虑，利用成都现有的大型钢梁作为承重结构平台方案优于前两种所述方案。3、大型钢梁承重结构施工方法及计算在闸墩34.45m高程预埋型钢，作为大型钢梁的支撑牛腿。大型钢梁采用现有800×700mm组合钢梁，钢梁由2根钢板焊接的工字钢组成，工字钢之间用角钢连接。大型钢梁就位时，利用新闸交通桥作为施工通道，采用12T吊机吊装，吊装时需保证钢梁中心线与启闭机房主梁中心线对齐，两根钢梁中心线之间距离为4m，用槽钢［14连接（槽钢间距为60cm，在横梁正下方槽钢间距缩小），钢管脚手架支撑于槽钢上，作为模板的支撑排架。3.1大型钢梁承载校核3.1.1大型钢梁承载计算启闭机房37.90m高程梁、板砼自重计算（按一跨计算）L1=33600kgL2=9450kgL3=2100kg底板=18975kg∑砼自重=L1+L2+L3+底板=641.25kNb、人行荷载按100kg/m2计算：52.8kNc、施工荷载按100kg/m2计算：52.8kNd、大型钢梁自重翼缘板：1129.46kg腹板：1261.23kg长加劲肋板：201.97kg短加劲肋板：48.23kg加劲角钢（共7道），∠60×60×6按5.721kg/m计：294.059kg∑①+②+③+④+⑤=2934.94kg则∑总荷=a+b+c+d=77.62T，考虑安全系数及承载富余量，并加上模板自重等荷载，计算时按100T计。3.2.2大型钢梁承载应力计算在承载应力计算时，可把大型钢梁简化为两根工字钢，将荷载均分到两根工字钢上，对其进行应力校核运算。计算简图如下：故q=20833N/mMmax=ql2/8=374994N·mW=［BH3—（B-b）h3］/6H=2727388mm3I=WH/2=954585833mm4则σ=Mmax/W=137N/mm2＜215N/mm2挠度f=5ql4/384EI=28.6mm＜l/400=30mm剪应力τmax=V(BH2/8-Bh2/8+bh2/8)/Ib=20.8N/mm2＜125N/mm2根据计算结果，应力值均在承载允许值内，能满足启闭机房主梁的施工要求。3.2闸墩预埋型钢承载校核闸墩预埋槽钢采用［20，钢桁梁一个端头下预埋4根，槽钢穿过闸墩，露头30cm，共长为2.60m。左、右两边墩只迎水面伸出闸墩30cm，伸入闸墩1.40m，故只有1.70m，槽钢顶面、底面均用钢板连接成一个整体，以加强槽钢的整体性及承载能力。其中预埋型钢位置有一处穿过弧形闸门槽，悬臂80cm，考虑受力，在这里预埋采用钢板焊接的工字钢，工字钢高40cm。为防止预埋槽钢只有一边受力时（一侧进行启闭机房主梁的施工，另一侧未同时进行施工）对闸墩混凝土产生破坏，在闸墩内的槽钢顶部设两根暗梁，暗梁紧贴闸墩钢筋设置。3.2.1预埋[20槽钢应力计算在闸墩34.45m高程预埋[20槽钢，槽钢长2.6m伸出闸墩面30cm，大型钢梁承载均分到槽钢上，对其进行应力校核运算。预埋示意图及计算简图如下：F=100T/16=62500N弯矩Mmax=FL=62500×0.3=18750N·m剪力V=F=62500N截面抵抗矩W=［BH3-(B-b)h3］/6H=168428mm3惯性矩I=WH/2=16842876mm4正应力σ=Mmax/W=111.32N/mm2＜215N/mm2剪应力τmax=hV(Btf+htw/4)/2twI=43.5N/mm2＜125N/mm2挠度f=FL3/3EI=0.16mm满足承载要求3.2.2预埋焊接工字钢应力计算焊接工字钢用厚12mm钢板作翼缘板，厚10mm钢板作腹板，伸出墩面部分焊接加劲肋，提高工字钢的承载能力，工字钢预埋示意图及截面如下图：F=100T/8=125000N弯矩Mmax=FL=125000×0.8=100000N·m截面抵抗矩W=［BH3-(B-b)h3］/6H=899153mm3惯性矩I=WH/2=179830613mm4正应力σ=Mmax/W=111N/mm2＜215N/mm2剪应力τmax=V(BH2/8-Bh2/8+bh2/8)/Ib=36.5N/mm2＜125N/mm2挠度f=FL3/3EI=0.58mm