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水电站边坡治理施工脚手架工程

日期：2021/9/6 Click：663

结果表明:脚手架应力和变形的各项控制指标均在规范允许范围内，计算结果偏于安全。本文已经采用规范法对脚手架体系进行了计算，且计算结果偏于安全，为了简化计算同时方便快速建模，脚手架节点采用midasgen默认的刚性连接属性，计算结果如图3－图6所示。

以西昌某水力发电站边坡管理施工脚手架工程为背景，在计算脚手架水平杆、立杆和墙壁部件等强度、挠度和稳定性的同时，利用有限软件midasgen分析脚手架系统各负荷作用下的内力和变形。结果表明:脚手架应力和变形的各项控制指标均在规范允许范围内，计算结果偏于安全。

水电站坝工程通常位于深切峡谷地区，岸坡挖掘形成大量高陡坡，为高空作业提供施工平台，大型紧固件式脚手架频繁使用。脚手架工程作为高边坡开挖支护施工中常用且重要的临时设施，其安全问题一直是脚手架设计和施工的重难点。本文通过参考相关规范和利用有限元软件两种方式对脚手架体系进行荷载计算和静力分析，得到各主要工况下脚手架体系各构件及连墙件的内力及变形。这两种静力分析方法概念明确，操作简单，在掌握各种负荷的作用下，脚手架构成部件和重要节点的应力应变、墙壁部件的应力应变、脚手架系统的安全性具有重要意义，同时使用两种方法进行比较分析

1脚手架参数

结合工程实践和施工规范，脚手架设计采用双排紧固件式钢管脚手架，立杆纵距La=1.5m，立杆横距Lb=1.5m，横杆间距s=1.5m，作业层0.5m，横杆间距h=1.8m。钢管采用Q235-A级钢，尺寸为48×3.5，其材质符合现行国家标准碳结构钢GB/T700-2006的规定，如表1所示。脚手架地面设置纵横扫除杆，扫除杆离地面0.3m，配置必要的斜撑、剪刀撑加固。连墙件采用25mm螺纹钢筋，按照2步3跨进行布置，钢筋入岩角度a为水平下倾45°，入岩深度La=0.8m，节点域到锚固点之间的距离Lb=0.25m，外套一根短架并灌注M25水泥砂浆进行锚固，短架管与小横杆采用扣件连接，斜向下搭接一根短架管，与小横杆立杆均采用扣件连接，连墙件设置如图1所示。

脚手板为5cm厚的木脚手板，其自重标准值为0.35kN/m2。施工负荷在脚手架纵向30m、上层15m的范围内设置4层木脚手板，同时作业2层，每层配置4台钻头，最多配置8台钻头进行考虑。采用YXZ70A钻机，其自重为0.85t，每台钻机配备3名工作人员，施工人员自重标准值按每人75kg计算，钻机平面配置载荷作用范围在2立杆纵距和1立杆横距范围内。西昌地区基本风压采用0.20kN/m2，环境为B类地面粗糙度，风压高度变化系数取1.14。将脚手架视为桁架，风荷载体型系数为桁架挡风净投影面积与桁架轮廓面积的比较，当脚手架挂2000目密眼网时，挡风系数默认值为0.8。风荷载标准值为Wk=0.7×0.8×1.14×0.2=0.13kN/m2。

2脚手架设计计算

2.1水平棒和立柱

限于篇幅，只给出边坡脚手架水平棒和立柱计算结果，如表2所示。

2.2墙体零件

边坡支护施工中，锚杆钻孔产生的钻头设备、人员自重和钻头反作用力会影响墙体零件，因此考虑到风荷载、钻头和施工人员自重和钻头反力的共同作用，对墙体零件进行计算分析《岩土锚(索)技术规程》CECS22-2005规定:锚的倾斜角应避免水平为-10°~10°的土层锚的设计和施工规范CECS22-90规定:倾斜锚的倾斜角得小于12°，不得大于45°，最好是15°~35°。因此，可以假设钻孔角度β为25°。

3脚手架模拟计算

脚手架钢结构部分的自重程序自动计算，但考虑到紧固件、绞线、绳卡等重量，通过计算一个步距和跨度范围内的脚手架单元的重量，脚手架整体结构可以取得1.15倍的自重放大系数。其馀恒载和活载参考规范理论计算结果值。目前，国内对紧固件节点半刚性连接的研究已经取得了一部分成果4-7，但总体上还不完善，还没有形成完整成熟的理论体系，用有限元方法对脚手架进行的分析在一定数量上，脚手架节点连接属性是刚性连接的8本文采用规范法计算脚手架系统，计算结果安全，为了简化计算，迅速建模，脚手架节点采用midasgen默认的刚性连接属性，计算结果如图3-图6所示。

从图中可以看出，水平杆件在永久和可变荷载标准值作用下产生的最大挠度值为1.85mm，而水平杆的跨度为1.5m，满足要求。脚手架纵向横杆跨度中最大的正弯矩为0.38km，纵向水平杆和立杆节点的最大负弯矩为0.61knm，脚手架钢管的最大应力为115.77MPa，满足强度要求。模拟计算结果较规范计算结果偏小，造成差异的原因主要有以下几方面:模型中节点设置为刚性连接，脚手架水平杆件按照多跨连续梁整体计算，而规范分别按照铰接简支梁和三跨连续梁计算，因此，模拟结果较计算结果偏小;模型中脚手板直接建模，板单元与横向和纵向水平杆共同作用，自重由两者共同分担，降低横向水平杆件荷载;模型中所采用的荷载工况并非最不利工况，可能导致分析结果偏小。墙体部件的计算结果如图7、图8所示，单个墙体部件支架的反力计算结果见表3。结果表明：沿墙件轴向最大拉力为13.03kN，符合锚力要求。

4结语

本文通过安全技术规范和数值模拟对高边坡脚手架水平杆件、立杆、扣件及连墙件进行计算，对杆件在最不利荷载组合下的内力、挠度变形及应力进行分析和验算，对连墙件在施工荷载、机械自重和风荷载作用下的内力进行锚固力验算，主要得出以下结论:(1)从规范计算结果和MidasGen分析结果来看，杆件内力基本较小，变形和应力均在规范允许范围内，结果偏于安全，强度有较大储备，可认为脚手架安全性能满足要求。(2)规范计算法得到的墙体部件的轴向力为13.2kN，模拟分析法得到的结果为13.03kN，计算值基本一致，墙体部件的内力大小受脚手架体的强度和刚性的影响小，影响墙体部件内力的主要因素是风荷载、钻头和施工人员的自重和钻头的反力，在上述荷载的共同作用下，其轴向拉伸标准值可以满足锚定力的要求。

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