贝雷桁架在坝顶梁施工中的应用

贝雷桁架在坝顶梁施工中的应用

谭万开 

（中国水利水电第十工程局有限公司，四川都江堰  611830）

摘要：旬阳水电站冲砂泄洪闸坝顶梁采用贝雷桁架支撑技术，保障了分期过流节点目标，缩短工期，节约工程成本，降低安全风险。

关键词：贝雷桁架；坝顶梁；应用；

1 工程概述

旬阳水电站工程位于陕西旬阳县城南约2km处，为汉江上游陕西境段干流规划的第五个梯级水电站，距上游安康水电站约57km，下距蜀河水电站、丹江口水电站分别为55km和255km。旬阳水电站开发任务为以发电为主，兼顾航运，并促进地方经济社会发展。

枢纽自左至右依次布置为安装装卸间、主机间、左导墙、左五孔泄洪冲砂闸、右导墙、右7孔冲砂泄洪闸、右岸非溢流坝段等。左五孔冲砂泄洪闸坝段坝顶门机梁为矩形梁，梁中心线位于坝下0+4.75，梁高3m，宽2.5m，净跨14m，梁槽段2m，梁长18m，净空高28m；下游固端梁为矩形梁，梁中心线位于坝下0+35.25，梁高2.4m，宽4.5m，净跨14m，梁槽段2m，梁长18m，净空高35.5m。

2 支架型式的确定

因一些特定原因致工程多次停工，复工后达到既定的过流节点目标，工期十分紧张，坝顶固端梁在闸墩施工完成后再进行施工，不能满足分期过流目标。加之坝顶固端梁净空高≥28m，综合分析后确定采用闸墩预埋型钢贝雷桁架支撑方式。

3 支架型式设计

3.1 模板型式

坝顶固端梁采用厚δ=20mm胶合面板拼装组成，板底设80×80×3mm方钢，间距25cm。

3.2 支撑体系

支撑结构采用在闸墩墙预埋I20b工字钢（上下叠合），间距60cm，L=200cm，闸墩混凝土外悬挑43cm，工字钢混凝土内端部采用2根“∩”型Ф28钢筋作压环埋入混凝土中。

结合现场材料及后期拆除的需要，预埋型钢上铺两层4I20b工字钢分配横梁，用10mm钢板焊成整体，工字钢L=6.0m，两层工字钢横梁间设80t卸荷砂桶，砂桶间距1.2m。在上层工字钢分配梁上设置限位卡，防止贝雷片侧移和倾覆。

贝雷桁架采用321型贝雷梁，材料为16锰钢，排距0.3m；贝雷桁架上分配梁Ⅰ14工字钢按照60cm间距依次铺设。支撑体系见图1

3.3 支架结构的设计与计算

3.3.1模板面板

按三跨连续梁对面板进行验算其抗弯强度和刚度

截面抵抗矩W=60×22/6=40cm3截面惯性矩I=60×23/12=40cm4

（1）荷载计算

静荷载：q1= 26×3×0.6+0.5×0.6 =47.1kN/m

活荷载：q2=10×0.6=6kN/m

（2）强度计算

q=1.2×47.1+1.4×6= 64.92kN/m

最大弯矩M=0.1ql2=405750N·mm

面板最大应力计算值σ=M/W=10.14N/mm2

σ<[f]=13 N/mm2 满足要求。

（3）挠度计算

ν=0.677ql4/(100EI)=0.33mm≤[ν]=250/250=1 满足要求。

3.3.2方钢

按照三跨连续梁计算，截面惯性矩I=91.45cm4，截面抵抗矩W=22.86cm3，

（1）荷载计算

静荷载：q1=26×0.25×3+0.5×0.25=19.63kN/m

活荷载：q2=10×0.25=2.5kN/m

（2）强度验算

均布荷载：q=1.2×q1+1.4×q2=1.2×19.625+1.4×2.5=27.05kN/m

最大弯矩：M=0.1ql2 =0.97kN·m

方钢最大应力计算值：σ=M/W=42.61N/mm2

σ<[f]=205N/mm2，满足要求。

（3）挠度验算

均布荷载：q=q1=19.63kN/m

ν=0.677ql4/(100EI)= 0.091mm≤[ν]=l/250=600/250=2.4mm，满足要求。

3.3.3梁底分配横梁

（1）荷载分析

根据《水电水利工程模板施工规范》（DLT 5110-2013）[1]取值

混凝土自重Gk=0.6×1.2×3×24=51.84KN   

钢筋和预埋件G=2×1.2×0.6=1.44KN         

模板自重gk=0.5×1.2×0.6=0.36KN    

振捣荷载q振=4×1.2×0.6=2.88KN        

施工人员和机具设备荷载q=2.5×1.2×0.6=1.8KN    

倾倒混凝土产生荷载Q=10×1.2×0.6=7.2KN   

取最不利荷载组合,荷载分项系数

p=[1.2×(51.84+1.44+0.36)+1.4×(2.88+1.8+7.2)]/5=81KN/5=16.2KN

（2）内力计算

按三跨连续梁计算 Mmax=-0.267pl=-1.30KN•m 

最大剪力Q=1.267p=20.53KN

截面抵抗矩Wx= Mmax/rf=1.30×100/(1.05×315×0.1)=3.92cm3

选用14#工字钢。

（3）强度与整体稳定性

14#工字钢自重弯矩：M0=-0.267pl=-0.004KN·m

弯应力：σ弯=(Mmax+M0)/rxwx=（1.298＋0.004）×100/（1.05×101.7）=12.19N/mm2＜f=145 N/mm2 ，满足要求。

剪应力：τ=FsmaxSx/(Ixtw)=20.53×58.4/（712×0.91）=18.5N/mm2＜fv=85 N/mm2 ，满足要求

（4）刚度  

ƒmax=1.883×pl3/(100EI)=0.006mm＜L/250=1.2mm，满足要求。

3.3.4贝雷桁架

贝雷桁设计时采用拉、压应力1.3×210=273MPa,剪应力1.3×160=208MPa

（1）荷载计算

验算支架强度、稳定性用（①+②+③）×1.2+（④+⑤+⑥）×1.4荷载组合。

钢筋混凝土重量2570KN ，模板重量60KN(估算)，支架体系自重100KN

施工人员及设备荷载产生的标准值：2.5×14×2.5=87.5KN

振捣混凝土时产生的荷载标准值：2.5×14×2=70KN

风荷载标准值按照计算，取风压高度变化系数，基本风压为0.25KN/㎡，模板风荷载体型系数为1.0。

=9.18KN

q=[1.2×(2570+60+100)+1.4×(87.5+70+9.2)]/14=250.67KN/m

（2）受力计算

取单层单片贝雷片的允许弯矩 [M]= 788.2KN·m，允许剪力 [Q]= 245.2KN，则9片贝雷片的允许弯矩 [M]= 7094KN·m，允许剪力 [Q]= 2207KN。

M=ql2/8=6141.42KN·m＜[M]= 7094KN·m；

Q=ql/2=1754.69KN＜[Q]= 2207KN；

ƒmax==5ql4/(384EI)=27mm＜[ƒ]= L/400=35mm，贝雷架满足要求。

3.3.5横梁工字钢

（1）荷载分析

同上贝雷桁架 k=9.18KN

P =[1.2×(2570+60+100)+1.4×(87.5+70+9.18)]/（2×9）=194.97KN

Mmax=-0.267pl=-57.26KN·m

Q=1.33P=259.31KN

截面抵抗矩Wx= Mmax/rf=57.26×100/(1.05×315×0.1)=173.12cm3

选用4根20b工字钢，Wx=250.2cm3。

（2）强度与整体稳定性验算

工字钢自重弯矩：=0.10KN·m

弯应力：σ弯=(Mmax+M0)/rxwx=（83.29＋0.10）×100/（1.05×250.2×4）=79.4N/mm2＜f=145N/mm2，满足要求。

剪应力：τ=FsmaxSx/(Ixtw)=31.63N/mm2＜fv=85 N/mm2，满足要求。

（3）刚度验算  

ƒmax=1.883× pl3 /(100EI)=2.92mm＜L/250=6.4mm，满足要求。

下层横梁计算同理上层横梁。

3.3.6 卸荷砂桶

  支架采用砂桶卸荷，单个砂桶承担的荷载80T。

图2  砂桶立面图（单位：mm）

砂桶顶心直径d0=325mm、d1=347mm；放砂孔径d2=30mm；顶心放入砂桶深度h0=75mm；降落高度H=80mm；砂的容许承压应力[σ]=10Mpa，预压后取30Mpa；砂桶壁厚=15mm。

砂桶承载力P=[σ]×A=[σ]πd02/4=30×3.14×3252/4/1000=2487KN＞80T，满足要求。

桶壁应力σ=4pd1H/[πd02(H+h0-d2)δ]=98＜140×1.3=182MPa，满足要求。

3.3.7预埋型钢

同上贝雷架k=9.18KN

单根预埋型钢最大竖向轴力  

P=[1.2×(2570+60+100)+1.4×(87.5+70+9.18)]/（2×5）=350.94KN

Mmax=-Pb=-87.74KN·m

截面抵抗矩： Wx= Mmax/rf=87.74×100/(1.05×315×0.1)=265.26cm3 

2根20b工字钢叠合，则Wx=640.37cm3，Ix=12807cm4。

弯应力：σ弯=(Mmax+M0)/rxwx=130.5N/mm2＜f=145 N/mm2 ，满足要求。

剪应力：τ=FsmaxSx/(Ixtw)=35.12N/mm＜fv=85N/mm2，满足要求。

挠度：ƒmax=pb2l(3-b/l)/6EI=0.17mm＜L/250=2mm，满足要求。

3.3.8 锚固计算

工字钢置于混凝土上，悬挑长度0.5m，锚固长度1.5m，压环钢筋直径Ф28，C30混凝土。 主梁上的力350.94KN，作用点离墙距0.25m。

（1）主梁受力计算

按照悬臂连续梁计算，主梁的截面惯性矩I=12807cm4，截面抵抗矩W=640.37cm3，截面积A=79cm2，重量m=62.2kg/m。

主梁自重荷载设计值 q=1.2×62.2×10=0.75kN/m

各支座对主梁的支撑反力由左至右分别为：

R1=424.5kN；R2=72.93kN；最大弯矩M

max=87.78kN·m

σmax=Mmax/γW+N/A=130.6N/mm22满足要求

式中：截面塑性发展系数γ=1.05，轴力N=0kN，截面积A=39.5cm2，钢材的抗弯强度设计值f=215N/mm2；

（2）主梁整体稳定性计算

σ= M/φbWx=87.78×106/(0.93×640370)=147.40N/mm2

（3）锚固段与闸墩混凝土连接

主梁与楼板压点的压环受力N=72.93kN

压环钢筋抗拉强度[f]按照《混凝土结构设计规范》[2]每个压环按2个截面计算吊环应力不应大于50N/mm2；压环钢筋设计直径d=28mm；压环截面积A=πd2/4=615.75mm2。    

采用双压环：

σ=N/2A=72.93×103/(615.75×2×2)=29.61N/mm2<[f]=50N/mm2满足要求。

主梁与楼板压点的压环一定要压在楼板下层钢筋下面，并要保证两侧30cm以上搭接长度。

4 混凝土施工

在支架搭设及底模板安装完成后，进行梁钢筋制安，根据图纸要求安装预埋件，经对支撑结构检验合格后进行混凝土浇筑。混凝土塌落度16～21cm，混凝土罐车运输至工作面。混凝土浇筑顺序为由梁两端向梁跨中部位均匀对称铺筑，以45°倾角向前推进，振捣控制好时间，不宜过长，不漏振，防止出现水纹和空洞，直至混凝土表面停止下沉，呈现平坦状，不出现显著气泡，表明已经振捣到位，振捣到位的混凝土再用橡皮锤轻击外侧模板。浇筑结束后，及时收光拉毛，拉毛后立即覆盖土工布进行洒水养护，防止混凝土因泌水过快而产生收缩裂缝。

5 混凝土施工

承重模板的拆除应在强度达到100%后进行拆除,支架拆除时按照“后支先拆，先支后拆，先拆除非承重部分，后拆除承重部分”的原则。模板及分配梁等采用吊篮作为拆除操作平台，每榀贝雷架拆散后，手拉葫芦拖移贝梁架至检修闸门槽处，采用布置于坝顶交通梁上的25t汽车起重机吊至坝顶解体装车。

6 结语

贝雷桁架具有结构简单轻便，运输方便，架设快速，分解容易的特点。同时具备承载能力大，结构刚性强，疲劳寿命长等优点。能根据实际需要的不同跨径组成各种类型和各种用途的支架等。旬阳水电站坝顶固端梁采用贝雷桁架施工，缩短了工期，保障了一期冲砂泄闸过流目标节点的实现，节约工程成本，降低安全风险。

参考文献

[1] 常焕生等.水利水电工程模板施工规范[S].中国电力出版社.2013

[2] 赵基达等.混凝土结构设计规汇聚[S].中国建筑工业出版社.2010

作者简介：

谭万开（1978.06～），男，四川中江人，本科，高级工程师，从事建设工程施工技术与管理工作。