超高弧形结构底板角钢支撑创新与应用技术--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

超高弧形结构底板角钢支撑创新与应用技术

发表时间：2021/5/31 来源：《基层建设》2021年第2期作者：屈斌

[导读] 摘要：超高弧形结构底板上层钢筋直径大且密集、重量大、支撑高，通过对底板钢筋支撑进行研究分析，针对超高弧形结构底板上层钢筋施工提出以等边角钢立柱支撑为主的创新设计思路，采用等边角钢和钢筋组成底板钢筋施工支撑体系，该支撑体系安全可靠、施工方便、节约成本，在水利工程泵闸底板上层钢筋的施工具有广泛的推广应用价值。

        上海市水利工程集团有限公司上海市 201612
        摘要：超高弧形结构底板上层钢筋直径大且密集、重量大、支撑高，通过对底板钢筋支撑进行研究分析，针对超高弧形结构底板上层钢筋施工提出以等边角钢立柱支撑为主的创新设计思路，采用等边角钢和钢筋组成底板钢筋施工支撑体系，该支撑体系安全可靠、施工方便、节约成本，在水利工程泵闸底板上层钢筋的施工具有广泛的推广应用价值。
        关键词：弧形结构、等边角钢、立柱设计、支撑技术
        前言
        钢筋支撑技术在水利工程泵闸底板钢筋施工中应用非常普遍，随着水利工程建设的发展，泵闸底板平面尺寸越来越大、底板结构设计较厚、结构配筋过于保守，钢筋支撑技术已不能满足超高弧形结构底板施工，针对弧形结构底板超高的特点,专门对底板支撑技术进行创新优化设计，提出超高弧形结构底板角钢支撑技术，利用BIM技术对角钢支撑体系设计,进行支撑受力验算，分析角钢支撑系统的稳定性以及角钢支撑技术的施工和应用效果。
        1、引用工程概况背景
        某泵闸工程底板为C30混凝土坞式结构，断面呈折线型，中部设弧形凹槽结构，底板宽度25.6m，顺水流方向长度30m，底板底高程-5.0m，内外河齿槽最低处高程-5.8m,内外河侧底板顶高程-2.6m，弧坎处高程-1.0m，底板厚度2.4~4m；弧形结构圆弧半径R5700mm,弧长9655mm,弧底高程-2.925m,弧底距底板底部2.075m；底板上层纵向钢筋为C32@125mm，横向钢筋为C25@200mm。
        2、支撑稳定的影响因素
        底板上层钢筋直径大且密，钢筋自重增加了钢筋立柱承受荷载，除上部荷载外，影响支撑稳定的因素还与支撑材料自身承载能力、支撑高度、布置间距、加固方式以及垫脚块强度有关。支撑材料抗弯强度越高，承载能力就越强；而支撑立柱间距越大，支撑立柱在单位面积上所分担的荷载越大，上部荷载超过支撑立柱承受能力就会发生弯扭而失稳；支撑立柱是底板支撑系统中承担上部荷载的主要组成部分，支撑杆件特性受细长比变化而承载能力降低，支撑高度较大，严重影响底板支撑的稳定性和承载能力；
        3、底板支撑系统优化
        底板支撑系统由立柱、水平杆、顶拉杆、斜拉杆经组合焊接而成，由于角钢可组合成不同的受力结构，针对超高弧形结构底板，为提高支撑系统的承载能力，选用∟40*40mm和∟50*50mm等边角钢作为支撑立柱进行布置优化，在角钢立柱顶端一侧水平焊接100mm的短角钢，用于顶拉杆的焊接固定，以便绑扎定位横向受力筋，而在角钢立柱底端焊接钢垫脚，达到增大底部支撑面积而均匀分担上部荷载的目的。

        图1 角钢布置及受力单元组合      图2 角钢支撑系统细部优化
        4、支撑技术对比分析
        在受力特点上，钢筋主要用于承受混凝土结构抗拉破坏，而等边角钢多考虑利用其良好的抗弯扭性能；在材料特性上，钢筋断面呈圆形，钢筋支撑各杆件交叉连接为点接触焊接，焊接面较小，而角钢两翼板相互垂直，角钢支撑设计增加了系统各杆件之间的焊接可靠性；在安全稳定上，角钢立柱间采用水平拉杆纵横加固，提高了角钢支撑系统的侧向刚度，使角钢支撑系统较钢筋支撑更加稳定；在经济效益上，∟50*50*5等边角钢单位长度理论重量小于Ф25mm钢筋，更有利于降低施工成本，因此，角钢支撑方案较钢筋支撑方案更有利于超高弧形结构底板上层钢筋的施工。
        5、角钢支撑安全稳定性分析
        从角钢支撑系统可以看出，角钢立柱承受着底板上层全部荷载，由于其截面特性，脊背使角钢具有较高的抗弯扭能力，角钢立柱间距合理设计使单位支撑面积上的荷载小于角钢立柱支撑承载能力，避免支撑弯扭变形。由于等边角钢灵活的组合性被广泛用于钢架制作、加固、支撑用途，在底板支撑系统中将等边角钢布置封闭式、半闭合式、开放式结构，组合为更加稳定的受力单元。在角钢立柱之间采用角钢水平拉杆进行刚性拉结形成水平拉结层，达到降低角钢立柱长细比的目的，限制角钢立柱弯扭变形失稳，并设置斜拉杆对角钢立柱进行竖向加固，以加强角钢支撑的整体刚度，保证支撑系统的稳定性，能进一步提高角钢支撑的承载能力。
        6、超高结构底板支撑技术
        6.1支撑立柱角钢设计
        底板上层钢筋支撑高度为2.36~3.96m，为减少支撑立柱的弯扭变形，选用∟40*40*4和∟50*50*5热镀锌等边角钢用作支撑系统中的主要承载结构，底板标高-2.6m以下结构布置∟40*40*4等边角钢，底板标高-2.6m以上结构采用∟50*50*5等边角钢支撑，每根角钢立柱高度根据其安装位置进行计算后配料，角钢立柱按照1m间距侧焊于底板下层钢筋固定。

        图3 底板角钢支撑系统图
        6.2水平拉杆角钢设计
        水平拉杆采用∟40*40*4等边角钢按照安装高度纵下横上设置，垂直交叉焊接于角钢立柱一侧，纵向水平拉杆向下安装，横向水平拉杆向上安装。底板厚度2.4m应在距底板顶底1.2m设置一层水平拉杆,横向水平拉杆顶标高-3.80m；底板厚度达到4.0m应在距底层水平拉杆1.4m增设一层水平拉杆，上层横向水平拉杆顶标高为-2.40m。水平拉杆的设置约束了角钢立柱的弯扭变形，在角钢立柱之间形成刚性拉结层，提高角钢支撑系统的整体刚度。

        图4 角钢水平拉杆布置示意图
        6.3顶拉杆的优化设计
        顶拉杆能保持角钢立柱上段相对位置，通过其安装高程进行弧形结构圆弧控制，且有利于横向受力筋的绑扎固定，采用直径Ф25mm的螺纹钢焊接于角钢立柱托架上，顶拉杆仅纵向布置，横向则通过固定在纵向顶拉杆上的横向受力筋形成网状拉结层，以减少角钢立柱上部荷载。
        6.4斜拉杆的加固设计
        为了竖向加强底板支撑系统的稳定，采用Ф18mm螺纹钢筋作斜拉杆，在角钢支撑系统中应从角钢立柱底脚斜向角钢立柱顶端隔跨设置，至少斜跨三排角钢立柱宽度，纵横布置在角钢立柱的另一侧，倾斜角度控制在45°~60°。
        7、角钢支撑技术应用
        7.1角钢立柱定位
        利用BIM技术建立角钢支撑三维模型，根据每排角钢立柱的高度，在

        图5 顶拉杆上布置上层钢筋
        垫层上按角钢立柱安装间距对每一纵排角钢位置进行定位，将角钢立柱立于50×50×40mm预制垫块上，侧面与底板下层钢筋焊接，角钢立柱应同向相对间隔式布置，每排中相邻两根角钢立柱布置方式应避免一致，并应符合横排安装要求，使排与排之间相邻任意四根角钢立柱组成一个受力支撑单元，充分利用角钢的抗弯扭性能。
        7.2水平拉杆设置
        在∟50*50角钢立柱上标记角钢顶面安装高程控制线，先将∟40*40角钢调整为向下方向，使角钢脊线对准高程控制线与纵排∟50*50角钢立柱焊接，然后将∟40*40角钢垂直交叉布置在已安装的纵向角钢上向上安装，并与角钢立柱焊接，角钢的接长均采用对接法，在角钢接头处外置短角钢焊接加强，短角钢搭接长度每侧应大于角钢宽度，上层水平拉杆安装方法同下层。
        7.3顶拉杆安装
        采用直径Ф25mm的螺纹钢对角钢立柱上端锁口固定，由于顶拉杆直接承受了上部荷载，为解决顶拉杆与角钢立柱焊接可靠性，在纵排角钢立柱顶端焊接100mm的短角钢作托架，短角钢与角钢立柱接触面四面焊接，将Ф25螺纹钢筋放置于角钢立柱顶端托架内焊接固定，在顶拉杆上绑扎上层横向受力筋。
        7.4纵横斜拉杆的安装
        斜拉杆从纵横两个方向将相邻角钢立柱拉结在一起，将Ф18mm螺纹钢筋由角钢立柱底端斜跨三排角钢立柱至顶端间隔设置，与角钢立柱交叉处均应进行焊接，斜拉杆应根据布置跨度内的高度整根配料。
        8、角钢支撑效果评价
        等边角钢同钢筋可切割焊接，现场加工性强，成品采购便捷，但实践证明，角钢支撑技术较钢筋支撑系统在安全稳定性方面更具性能优势，不仅提升了支撑立柱的承载能力，而且有效降低角钢立柱的弯扭变形，增加了支撑立柱的支撑高度，满足了超厚底板对支撑高度的需求，角钢支撑系统安全稳定；经过分析，角钢支撑较钢筋支撑节约钢材约30%，在满足底板上层钢筋支撑要求的同时，在降低施工成本上效益显著。综上所述，底板支撑系统的创新优化设计，充分检验了角钢支撑技术实施的方案可行性，角钢立柱支撑系统在超高弧形结构底板施工中达到理想的技术经济效果。
        9、结束语
        等边角钢应用于底板支撑系统中，在承载能力、安全稳定、成本控制、施工便捷性等方面表现出明显的优势，针对设计复杂、高度更大的结构支撑技术仍需不断探索，应结合角钢支撑技术的创新理念，利用角钢单一或组合特性形成不同的受力结构进行空间组合技术的深入研究，不断提出结构支撑新技术，在工程各个领域广泛应用，提供结构支撑技术方案的多项性选择，以适应水利工程建设发展的需要，为类似超高弧形结构底板支撑施工提供有价值的技术支持和借鉴依据。
        参考文献：
        [1]陆波彭钦龙武勇.基于BIM的超厚筏板基础钢筋支撑施工技术[J].《四川建筑》2020（1）241-243页
        [2]王小红向晖贺东.超厚筏板中上层钢筋型钢支撑体系的应用[J].《安徽建筑》2010（6）143-144页
        [3]赵淑容郭涛张献栋.超厚筏板中上层钢筋型钢支撑施工应用[J].《工程质量》2014（10）24-27页
        [4]周广京.超厚筏板基础钢筋支撑体系分析与应用[J].《江西建材》2016(11)56-56页
        作者简介：屈斌（1988.3- ），男，汉，安徽合肥，本科，工程师，上海市水利工程集团有限公司，水利工程技术