卢玉强 ，张海龙 ，黄启胜

（1.中国水利水电第十三工程局有限公司，山东 德州 253009；2.山东省水利工程局，山东 济南250013；3.东平县银山镇水利服务队，山东 东平 271513）

界河渡槽工程是山东省胶东引黄调水工程的一个大型渡漕，位于烟台招远市境内，全长2021m。渡槽设计采用上承式预应力混凝土拉杆拱结构，为国内首次应用，其中最大跨度为50.6m，高26.3m，共有21跨。拱肋采用C50钢筋混凝土矩形断面（1.4m×0.8m），拱肋上设14道C40钢筋混凝土排架柱作为矩形渡槽的竖向支撑。拱肋间设C40钢筋混凝土拱横梁和拱斜撑，其断面分别为为0.6m×0.6m和0.5m×0.5m。为抵消拱座水平推力，两端拱座采用预应力钢筋混凝土拉杆（0.6m×0.6m）连接，每根拉杆内设四束低松弛钢绞线 （fptk=1860MPa）。拱肋轴线为抛物线，矢高 f=10.5m，跨度l=47m。抛物线方程为：

拱上渡槽每跨分为四段，其中：17.97m跨槽身位于拉杆拱的跨中部位，14.47m跨槽身位于拉杆拱的两侧，3.57m跨槽身位于拉杆拱两跨的中间部位，在拉杆拱渡槽的两个端跨各有一段16.265m跨槽身。渡槽采用聚丙稀纤维混凝土，聚丙稀纤维掺入量为 0.9kg/m3，混凝土强度等级C40，抗冻等级F200，抗渗等级W4。

本工程采用碗扣式脚手架支撑，拉杆拱承重支架搭设高度达25～30m，上部支撑荷载达 500t，并且工程邻近大海，受风荷载的影响较大。通过对支架的稳定性、强度和刚度验算，确定支架塔设的宽度、行距、步距、剪刀撑布置等，控制支架竖向和侧向变形量，并确定荷载预压的程序、预拱度的留设、支架卸落程序等，为本工程的难点。

1 上部荷载及地基承载力

1.1 上部支撑荷载

拱肋模板自重为2.0kN/m2,拉杆模板自重为1.0kN/m2;钢筋混凝土单片拱肋自重为1470kN，单个拉杆自重为441kN，排架 2～7自重分别为 98.2kN、79.1kN、47.1kN、41.1kN、28.2kN、26.7kN；施工人员、料具运输堆放荷载为1.0kN/m2；倾倒混凝土时产生的竖向荷载为2.0kN/m2；振捣混凝土时产生的竖向荷载为2.0kN/m2；风荷载为0.5 kN/m2。

1.2 荷载分项系数

各种荷载的分项系数见表1。

表1 荷载分项系数表

1.3 地基承载力

现场对第三跨进行了重型钎探，钎探位置如图1所示，钎探结果见表2。

图1 钎探位置示意图

表2 地基承载力钎探结果汇总表kPa

2 现场检测

2.1 材性检测

为便于准确计算分析，在工程现场随机抽取脚手架钢管试样进行单向拉伸试验。经检测，钢管截面规格为 Φ48×3.0mm，属非标准截面 （脚手架规范要求为Φ48×3.5mm），实测钢材极限强度平均值为 385MPa，且该钢管没有屈服阶段，名义屈服强度可按0.85fu考虑，即 fy=0.85×385=327.25MPa，则设计强度为 f=327.25/1.111=294.6MPa，取 290MPa。

2.2 试压应变检测

结合50.6m跨支架进行现场试压应变检测,在拱肋下部两排立管上共设置了20个检测点 (见图2)。检测的目的:一方面可以用来检验前期支架的工作性能,发现问题与不足,指导后期施工;另一方面也可以验证理论分析的可靠性,找出经济合理的模型体系。

预压荷载按设计永久荷载的110%考虑,设计永久荷载考虑内容为:外露于双排架顶梁之外的拱肋、拉杆和拱上排架,没有考虑拱肋之间的横梁和斜撑重量。

预压荷载共计4910kN,采用均布加载,分三次施加:第一次施加2500kN,第二次施加1610kN,第三次施加800kN。每次施加荷载后进行应变读数,应变检测采用CS-1型应变仪。

图2 支架应变检测点示意图

2.3 试压变形检测

在50.6m跨支架施压过程中，还利用DS3型精平水准仪进行了沉降观测，沉降量较小。

3 计算原理

鉴于支架杆件的组成特点，在充分考虑永久荷载、施工活荷载、水平风荷载及荷载组合基础上，项目部委托有关单位采用空间杆系有限单元法和空间梁柱有限单元法进行了计算。

其基本原理是：以杆件为基本单元，以节点位移为基本未知量，先由杆件内力与节点位移之间的关系建立单元刚度矩阵，然后根据各节点平衡及变形协调条件建立结构的节点荷载和节点位移间关系，形成结构总刚度矩阵和总刚度方程。总刚度方程是以节点位移为未知量的线性方程组，引入边界条件后，求解出各节点位移值。最后由杆件单元内力与节点位移间关系求出杆件内力。

4 计算结果

4.1 支架搭设方案

拉杆拱支架采用碗扣式脚手架搭设，剪刀撑和局部不合模数的支架采用普通脚手架搭设，支架搭设方案为：

支架搭设范围为45m×7.3m，横向9排，纵向76排。其中：横向尺寸为0.9m×4+1.0m×1+0.9m×3=7.3m，见图 3和图 5；纵向尺寸为 0.6m×75=45.0m，见图 3和图 4；竖向尺寸为 1.2m×20=24.0m，见图 4和图 5；纵向斜撑在支架两个外侧立面由底至顶连续设置，采用扣件式脚手架管搭设，见图4；横向斜撑沿纵向每隔3m设一道，由底至顶层呈之字型连续布置，采用扣件式脚手架搭设，见图3；水平斜撑分别在标高7.2m、14.4m、19.2m和顶部各设一层，采用扣件式脚手架搭设，见图4和图 5。

图3 支架平面图

4.2 简化法立杆承载力验算

Φ48×3.0钢管的参数：截面积A＝424mm2，惯性矩I＝1.078×105mm4，抵抗矩 W＝4.493×103mm3，回转半径 i＝15.95mm，自重 3.328kg/m。

根据WDJ碗扣型多功能脚手架使用说明书，支撑立杆的设计允许荷载：横杆竖向步距为1.2m时，每根立杆可承受最大竖直荷载为30kN。

图4 支架正立面及纵向斜撑图

图5 支架侧立面及横向斜撑图

1）不组合风载时的稳定性验算

当无风载参与组合时，根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》提供的简化计算方法，采用下式进行稳定计算：

式中：f为立杆的抗压强度设计值；

N为立杆计算范围内的轴心力设计值；

A为立杆的毛截面积；

2）组合风载时的稳定性验算

当风载参与组合时，根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》提供的简化计算方法，采用下式进行稳定计算：

Φ为轴心受压构件的稳定系数。

立杆所受轴力设计值：

N＝18.46kN＜30kN，满足要求。

长细比λ＝L/i＝1200/15.95＝75.2。

查得稳定系数Φ＝0.719。

稳定验算如下：

式中：Mw为计算立杆段风荷载产生的弯矩，按Mw＝ 1.4×0.9qwkh2/10确定；

h为步距；

qwk为作用在立杆上的线风荷载标准值，按qwk＝ωkd计算；

ωk为风荷载标准值（kN/m2）；

d为立杆外径；

W为钢管截面抵抗矩。

立杆所受轴力设计值

N＝18.28 kN＜30kN，满足要求。

长细比λ＝L/i＝1200/15.95＝75.2。

查得稳定系数Φ＝0.719。

稳定验算如下：

+＝60.16MPa＜f＝290MPa，满足要求。

5 结 语

根据设计方案、计算数据和检测结果进行施工，取得了较好的施工效果，确保紧后工序的顺利、安全地进行，达到设计和技术规范要求，对于高度较高和荷载较大的支撑，有较好的应用前景。