水电工程设计论文：某水电站工程压力钢管及钢岔管设计

第一篇：水电工程设计论文：某水电站工程压力钢管及钢岔管设计

水电工程设计论文：

某水电站工程压力钢管及钢岔管设计

【摘要】根据某水电站工程的工程规模和特点、结合主要的设计计算研究压力钢管和钢岔管的布置设计,使其结构布置安全、合理、经济,满足运行要求。

【关键词】某水电站;压力钢管;设计

1.工程概况从调压井后直接压力管道。压力管道内径4.6m,主管全长804.473m,由上平洞段、上下转弯段、斜井段和下平洞段组成,上下转弯段转弯半径为15m,考虑施工方便,斜井段坡度1:0.8391。上平洞段长10.0m,断面中心点高程1812.700m;上弯段长度为13.09m,断面中心点高程1812.700m~1807.342m;斜井段长度为277.304m,断面中心点高程

1807.342m~1594.915m;下弯段长度为13.015m,断面中心点高程1594.915m~1589.557m;下平洞段长度为451.312m,断面中心点高程1589.557m~1587.300m;明管段长度为39.752m,断面中心点高程1587.300m(水轮机安装高程)。压力钢管外采用C20素混凝土衬砌,抗冻标号F200,抗渗标号W6,衬砌厚度0.6m。

岔管及支管为明钢管,外包C25钢筋砼。1#岔管是一分为二的卜型内加强月牙肋岔管,分岔角70°,主锥、支锥各由三节锥管过渡;2#岔管是一分为二的卜型内加强月牙肋岔管,分岔角72°,主锥、支锥各由三节锥管过渡。岔管的设计内水压力3.25 N/mm2(包括水击压力)。与1#岔管相连接的主管内半径2.3 m,1#岔管公切球内半径2.7 m,与1#岔管相连接的支管内径分别为1.7m和1.1m。与2#岔管相连接的主管内半径1.7 m,2#岔管公切球内半径2.0 m;与2#岔管相连接的支管内半径1.1 m,支管间距15m。

3.材质选择

压力管道主管段管径4.6m,支管管径1.1m,岔管最大直径5.4m,最大内水压325m。由于钢管的HD 值较大,从结构应力分布、抗外压稳定、制作卷板能力、焊接工艺和经济性等综合比较决定,钢材采用高强钢。埋管采用段采用16MnR钢,由于岔管受力极其复杂,岔管肋板为三向受力结构,还需采用耐层状撕裂钢,通过对钢材生产质量、性能、价格和使用运行情况的分析比较, 1#钢岔管和2#钢岔管最终采用满足设计要求的80Kg级压力容器钢;其特点是:(1)强度高,能适应和满足岔管的不良应力分布,减少管壁厚度和钢材用量;(2)经调质和退火处理后,化学成份合金含量适中,焊接热裂纹敏感性能较好,且碳含量及碳当量低,改善了岔管的焊接条件和性能,预热温度和残余应力的消除要求较低;(3)肋板钢材含硫量小于0.8% ,Z向抗层状撕裂性能良好,断面收缩率大于25%。

4.结构计算

4.1 计算荷载。

(1)外水压力:考虑正常蓄水位的内水外渗和该部位地下水,并根据该段Ⅲ类围岩情况,考虑折减系数0.7。压力管道起始点的外水压力为0.28MPa,末点的外水压力为0.11MPa,整个压力管道段的外水压力为0.11MPa～1.73MPa。

(2)考虑3台机瞬间丢弃负荷沿程最大水锤压力+相应内水压,通过过渡过程分析,岔管段设计内水压力(包括水击压力)为3.25MPa。整个压力管道段的内水压力为0.55MPa~3.25MPa。

(3)施工期灌浆压力:回填灌浆压力采用0.2~0.3MPa;接触灌浆压力采用0.1MPa。

4.2 荷载组合。

(1)运行期(荷载组合):内水压力(含水击压力)+弹抗。

(2)检修期(荷载组合):外水压力。

(3)施工期(荷载组合):灌浆压力。

4.3 压力管道的工程地质条件。

洞室埋深40~120m,围岩主要处在新鲜～弱风化岩体内,属Ⅲ类围岩,建议K0

=3000N/cm3。桩号0+730~0+769m过沟段,成洞条件差,须采取强支护措施。1620m高程以下压力管段有滴水渗水现象,须采取防腐措施。

4.4 计算成果。

4.4.1 埋管段。本工程中压力管道段的进出口段不满足最小覆盖围岩要求,按明管设计,中间部分按埋管设计。通过各种工况的计算,压力管道的出口的壁厚由内压控制,按锅炉公式计算;压力钢管的中间部分的壁厚由外压控制。

压力钢管抗外压稳定分析首先是要确定外水压力的大小。外水压力至今还缺少理论计算公式,只能根据地形地质条件、工程类比等综合确定。外水来源有2种,一是地表水下渗产生外水压力;二是隧洞内水外渗形成外水压力。外水压力与地下水位线无明显联系,而与隧洞内水外渗直接相关,跟随隧洞充水和放空时内水升降稍有滞后的上升和消落。考虑正常蓄水位的内水外渗和该部位地下水,并根据该段Ⅲ类围岩情况,考虑外水折减系数0.7。

钢管抗外压设计有3种:光面管、锚筋式钢管和加劲环式钢管。采用光面管抗外压对高水头电站不太经济;锚筋式钢管便于洞内混凝土回填,但锚筋与钢管焊点多,影响钢管质量;考虑到本工程水头较高,故采用加劲环式钢管抗外压。管壁抗外压稳定分析采用米塞斯公式计算。计算结果表明,管壁厚度对抗外压的影响远不如加劲环间距、高度和厚度的影响大,且加劲环自身的抗外压值一般要低于管壁抗外压值。管壁厚度主要由内水压力控制,加劲环参数由外水压力决定,为了充分发挥两者的作用,宜在管壁满足抗内压的条件下加密、加高、加厚加劲环。加劲环间距一般为管壁厚度的60～240倍,加劲环太密的缺点一是制作、焊接工作量大,二是混凝土不易浇筑密实,影响浇筑质量;加劲环高度受开挖洞径制约,增加高度势必增大开挖洞径;加劲环厚度与管壁厚度相差不宜过大,以利于施焊。

经综合比较,斜井段及下平洞段从上至下采用16MnR钢,厚度为22 mm~28mm。加劲环间距分别为2000mm、1000mm、700mm、1000mmm、2000mm,高度200mm,采用与管壁相同的钢材。

4.4.2 岔管段及支管段。岔管是由锥管、柱管、肋板(梁)焊接而成,是一种板壳组合结构,其在内水压力作用下应力分布和变形很不均匀。在运行工况下,管内壁承受3.25 MPa内水压力;各管节厚度及梁厚度均扣除2mm的锈蚀磨损裕度。对本工程岔管的计算优化过程和结果表明,管壳上发生应力集中的部位在管壳母线的转折处,在一定的平面布置条件下,岔管管壳应力集中的程度取决于管壳母线间的转折角大小,在符合规范及设计要求的前提下调整角度,可极大地改善管壳应力集中的程度,从而使管壳应力分布趋于均匀。

岔管的体型庞大,结构复杂,1#岔管主锥体最大直径2.7 m,2#岔管主锥体最大直径2.0 m。钢岔管和支管按明管计算,设计情况下膜应力区允许应力取0.5σs,局部应力区允许应力取0.8σ。计算结果见表1:

综上所述,本工程压力钢管根据不同管段所受内、外压力不同,确定压力钢管壁厚设计是合理的。根据工程的特点,结合主要的设计计算布置钢岔管,结构布置安全、合理、经济,满足运行要求。压力钢管的环间管壳及加劲环有足够的安全储备.能够满足工程需要,安全可靠。另外,要求施工时尽量保证钢管的焊接质量以及加劲环与混凝土的浇筑质量.以提高压力钢管的承压能力。

第二篇：沉管端钢壳施工工艺研究论文

1工程概况

端钢壳安装在沉管管节的2个端头，与管节混凝土浇筑为整体，其施工方法有一次整体浇筑的一次成型和分段施工的二次成型，一次成型适用于工法厂管节预制，二次成型适用于管节干坞法预制。本文阐述的一次成型端钢壳施工工艺主要借鉴港珠澳大桥岛隧工程，二次成型施工工艺主要参考洲头咀隧道工程。港珠澳大桥海底沉管隧道全长5.664km，由33个管节组成，共34个管节接头，标准管节长180m，宽37.95m，高11.4m，采用两孔一管廊截面形式，端钢壳采用一次性整体浇筑形式，有两种类型：A型（共34套）、B型（共32套），端钢壳尺寸为650mm×280mm的L形截面，主要由端部面板（24mm×620mm）、翼缘板（30mm×280mm）、加劲板及连接焊钉（准25mm）组成。

2一次成型端钢壳施工工艺

一次成型端钢壳是指管节端钢壳采用整体式设计，在管节混凝土浇筑时安装就位并调整到设计要求的精度，管节预制完成后即可使用，无需进行面板安装、灌浆及防腐等二次施工。施工工艺流程：端钢壳制作→端钢壳拼装→端钢壳安装固定→端钢壳调整→端钢壳防腐。

2.1端钢壳制作

为提高端钢壳的加工制作精度，单个端钢壳由专业钢结构制作厂家分14块在工厂内制作，如图3所示。为方便制作过程的变形控制，端钢壳所有材料均使用数控下料，采用专业工装拼装固定后再进行分段焊接成型。考虑到沉管预制在岛上施工，为保证端钢壳对接接头的焊接质量及控制单块构件的变形，在考虑构件装车运输全体下，将部分较小的端钢壳加工成型后对接成整体，减少后期现场拼装、焊接的工作量。根据端钢壳加工分块的特点，到达预制厂时为10大块。

2.2端钢壳拼装

端钢壳拼装分为三部分，一是在工厂内预拼装，二是在预制厂拼装场地拼装，三是在预制厂厂房内拼装。预制厂拼装场地拼装指端钢壳运输到达预制厂后，为减少安装对接的工作量，加快端钢壳安装进度，在拼装场地专用拼装台座上，提前将B1+B2、B3+B4、B9+B10对接成整体再运输至预制厂厂房内，拼装完成后，端钢壳共分为7块。预制厂厂房内拼装指在端钢壳安装前，提前将端钢壳转运至厂房内，将（B1+B2+B3+B4）、（B7+B8+B9+B10+B11+B12）在厂房内进行拼装、焊接、调整平整度，提前对焊接点进行焊缝检测，以减少在钢筋笼上的对接工作量，拼装完成后，端钢壳共分为4块，分别为底板1块、墙体2块、顶板1块。

2.3端钢壳安装固定

顶板钢筋绑扎完成后，为便于端钢壳安装，提前将钢筋笼向前顶推1m，在测量放样出端钢壳定位基准线后开始安装。端钢壳安装采用先底板、后侧墙、再顶板的安装顺序，对底板端钢壳与墙体端钢壳接头进行对接、焊接及打磨。顶板端钢壳安装前，提前对底板与墙体接头平整度及焊缝进行检测，再根据测量台架上的放样点，安装顶板端钢壳，并固定于钢筋笼上，随钢筋笼一起顶推至浇筑坑。

2.4端钢壳调整

端钢壳调整共分为3个阶段：体系转换后、模板安装后、混凝土浇筑过程中。钢筋笼顶推至浇筑坑，完成体系转换后，通过全站仪测量，按底板、侧墙、顶板的顺序，采用手拉葫芦将端钢壳整体初调至基准线。端钢壳初调到位，安装模板端模系统，通过端钢壳与端模支撑系统上的定位螺栓对端钢壳进行精调，并调节端模支架的支撑螺栓，使支撑与端钢壳紧贴、固定。仔细检查各支撑螺栓的预紧状况，然后再次对端钢壳进行全面复测，确认平整度满足要求后，用角钢将端钢壳与钢筋笼进行焊接加固。在管节混凝土浇筑过程中，对端钢壳进行全过程实时监测，根据测量数据通过调节支撑螺栓对端钢壳的平整度进行微调，确保端钢壳质量。

2.5端钢壳防腐处理

端钢壳除在钢结构厂内进行防腐处理外，在管节顶推到浅坞，完成预应力施工后，对所有焊接位置及表面重新进行防腐处理，端钢壳防腐按永久钢结构等级标准执行，采用热浸锌70μm重度防腐涂装，并在底板内侧钢结构上附加牺牲阳极保护，外侧设置5mm预留腐蚀厚度。

3二次成型端钢壳施工工艺

二次成型端钢壳指在管节混凝土浇筑时先安装端钢壳主体结构，等管节预制完成后再整体安装端钢壳面板，最后需在端钢壳主体与面板之间灌注高强砂浆。端钢壳的现场安装分3次进行：第一次在浇筑混凝土底板前安装下段，第二次在浇筑上层结构前安装上段，第三次是待混凝土充分固化后安装端钢壳面板。二次成型端钢壳施工工艺流程为：端钢壳制作→端钢壳下段工字钢安装→端钢壳上段工字钢安装→端钢壳面板安装→端钢壳防腐→端钢壳注浆。

3.1二次成型端钢壳制作

二次成型端钢壳工字钢及钢面板分开加工制作，考虑到端钢壳整体尺寸、加工误差、运输便利、现场拼装和精度控制等因素，将工字钢分9段加工，钢面板按设计图纸分块加工制作。

3.2二次成型端钢壳下段工字钢安装

在进行端钢壳下段工字钢安装前，先进行测量放线，再将端钢壳下段工字钢吊至安装位置，以中心线、半宽/全宽轮廓线定位，直立面用线锤吊点定位和照对边墙上的斜度线进行粗安装。粗安装完成后，安装支撑台架。支撑台架除了支撑端钢壳外，同时提供安装端钢壳的操作平台，并能夹紧端钢壳半成品部件，使半成品固定在正确的位置上，安装支撑架还要抵抗浇筑混凝土时的侧向推力。支撑台架安装完成后，将直立面与支撑台架和沉管侧板固定，下梁的下翼缘固定于沉管底板和现场预埋件上，上翼缘按照现场预埋件的间隔固定于短柱上，固定完成后，进行端钢壳下段工字钢的精调和沉管底板混凝土的浇筑。

3.3二次成型端钢壳上段工字钢安装

底板混凝土浇筑完成后，开始安装端钢壳上段工字钢，首先在支撑台架上标注端钢壳安装线，复核其半宽、全宽、高度、对角尺寸的正确性，将两侧的端钢壳根据倾斜度进行固定，然后将上面水平两段安装固定在支架上，用测量仪整体测量端钢壳的平整度和倾斜度，再焊接必要的定位马板和准备必要的定位工具固定整个端钢壳。整个端钢壳固定后，先将两侧的拼缝焊接好，再依次焊接剩余的3个接头，待UT探伤检验合格后进行侧墙和顶板混凝土浇筑。

3.4二次成型端钢壳面板安装

待侧墙和顶板混凝土浇筑完成后，即可开始进行端钢壳面板的安装。首先用测量仪检查端钢壳在浇筑混凝土后的变形情况，用测量仪定出止水板的安装线，将安装线用洋冲孔打在端钢壳的上下翼缘上；其次在端钢壳H钢的下翼缘焊接2个卡码，用吊码将止水板吊入卡码中，在端钢壳H钢的上翼缘再焊接2个卡码卡住止水板，卸下吊卡，用卡码和铁楔固定好并点焊；最后采取从中间向两边、从下而上进行的安装顺序，将已焊好螺栓并开好焊接坡口的止水板吊装定位，顶紧于定位板上，并随时检查与安装线的对应，每延米间用钢直尺检查平整度。定位焊应牢固，无缺陷，焊接前将焊缝周围清洁干净，先焊接头隔板处的塞焊，再从中间向两边逐段焊接。第一块止水板焊完后，测量其变形情况，确认施工方式能达到要求后再装焊其它钢面板，过程中边装焊边测量，保证精度要求。

3.5二次成型端钢壳防腐

端钢壳制作安装完成后，进行防锈、防腐蚀处理，防腐涂层包括端钢壳面板施工完成以后所有的外露表面，首先进行一道底漆施工，采用702环氧富锌底漆（20μm厚），再进行2道防锈漆施工，采用846环氧沥青厚浆型防锈漆（250μm厚）。3.6二次成型端钢壳注浆在端钢壳面板姿态和平整度复测满足要求的情况下，进行端钢壳注浆，端钢壳注浆采用M40水泥砂浆，将端钢壳腹板和面板之间的空腔填充，灌注压力控制在0.3～0.5MPa。水泥砂浆灌注从下至上，从中间至两边，分步对称缓慢均匀进行。每一隔腔的灌注应待其相应的排气孔持续流出水泥浆5s后方可封闭排气孔，封孔后持续加压灌注10～20s后封闭灌注孔。注浆完成后，及时将注浆孔及排气孔封焊，并将焊疤打磨平整。

4工艺比选

通过以上一次成型和二次成型的工艺分析可知，一次成型端钢壳存在施工费用低、施工工期短等优点，适用于工厂化、流水施工管节预制；二次成型施工工序繁杂，施工工期较长，施工费用较高，适用于分段施工的干坞预制。以下从施工方法、施工成本、施工工期、质量控制和安全保证等方面进行对比分析。

5结语

本文通过对两种典型沉管预制法端钢壳施工工艺的介绍，总结、分析了两种端钢壳的特点和适用范围。从分析可知，两种端钢壳施工工艺均可行，各具优劣，但比较而言，一次成型端钢壳施工工艺作为端钢壳施工的一种新型工艺，适应性强，工期短，成本低，对于管节预制数量多的沉管施工更具优势，可为今后工厂化管节预制及其他类似工程提供参考。

第三篇：地铁预应力长轨枕钢模的设计论文

摘要:通过对国内常用的地铁预应力混凝土长轨枕钢模型的结构分析，结合郑州地铁2号线的技术要求和公司多年来生产普通预应力轨枕和高速岔枕的成功经验，研制成功并应用了新的钢模结构、气囊式横孔成孔器、橡胶复合铁挡板等工艺配件，解决了地铁长枕尺寸精度差、横孔周围和端部蜂窝麻面严重的现象，使地铁长枕尺寸精度和外观上都了一个档次，顺利通过了铁总质检中心的型式试验和业主的进场验收。

关键词:地铁长枕;钢模;工装;研制

1研究背景

地铁预应力长轨枕(以下简称地铁长枕)，作为地铁线路常用的基础部件，随着地铁建设里程的快速延长，需求量也日益增多，但目前在流水机组法地铁长枕的生产过程中，普遍存在套管位置精度超标、坡度不合格、外观质量差，特别是横孔周围和端部因为密封不严漏浆造成的外观质量差，有时甚至发生被施工单位退货的情况，影响地铁线路的正常施工。我公司有幸中标了郑州地铁2号线的地铁长枕、短轨枕和岔枕的供应。由于地铁和大铁的业主不同，所以对产品要求的理解也不尽相同，地铁相对于大铁对于产品的外形尺寸的要求基本相同，但外观要求更为严格一点。我公司在大铁普通预应力混凝土轨枕和高速岔枕钢模型的基础上，集各种钢模型的优点，研制出了一种新型地铁长枕钢模型，其主要创新在于:

①使用机加工的端平板和定位螺栓，保证其塑料套管的位置和承轨面坡度;

②利用橡胶复合铁挡板中橡胶的特性对轨枕端部进行密封;

;③利用充气后横孔成孔器的膨胀对钢模侧孔实现密封，放气后成孔器收缩又可顺利取出。

通过以上措施的实施，生产出的地铁长枕，外观基本没有气孔，非常漂亮。得到了同行和业主、监理的高度评价。研制出的一种橡胶成孔器已经申请了国家专利(专利号ZL201621326772.5)。

2地铁长枕的钢模研制

2．1地铁长枕简介

地铁长枕分2.1米和2.2米两种型号，由四根高强度螺旋肋钢筋、数道箍筋、4个塑料套管和C60混凝土组成。塑料套管根据扣件系统要求设置在轨枕中心线两侧，相对尺寸公差小于±1mm，两承轨面向内设1∶40的坡度，表面缺陷(气孔、粘皮、麻面等)的长度≤10、深度≤5，要求十分严格。

2．2国内生产工艺现状及存在的问题

目前国内生产地铁长枕的生产基本上全部采用流水机组法生产工艺，钢模为2×5的结构形式，为成本考虑，采用6mm的Q235钢板拼焊而成，塑料套管直接安装在上面，铁挡板与钢模壳体之间采用大间隙配合，横孔成孔器采用钢管加工而成，与钢模侧孔采用小间隙配合。这种结构的钢模生产出来的产品存在承轨部位平面度超标，套管位置不准确，外观蜂窝麻面多等诸多问题。

2．3钢模及工艺配件的方案设计

经过分析，承轨部位套管位置、坡度平面度超差的根本原因，在于钢模相应位置的刚度不足在焊接过程中变形所致，端部和横孔周围蜂窝麻面的主要原因在于钢模和工艺配件之间的缝隙过大，混凝土在振动过程漏浆严重造成的。为此，我们分别制定了如下技术方案并进行了深入讨论。

2．4方案研究和确定

2．4.1模壳设计

模壳提出了如下两种方案:①沿用国内通用的结构形式，采用6mm钢板拼焊而成，只是在承轨部位使用20mm厚的经过机械加工的钢板。②基于成本和质量的双重考虑，采用五段折弯模壳焊接成型，承轨部位结构同方案①。方案①的优点在于工艺成熟、成本较低，承轨部位尺寸保证率高，但缺点在于焊接和打磨工人技术参差不齐，难免出现模壳纵向拼焊处坑凹不平，产品在放松应力过程中造成掉角掉块，影响外观。方案②大大减少了纵向的焊缝长度，可有效避免方案①出现的问题，但难点在于模壳折弯时的精度控制。不过经过试验，技术熟练的工人使用数控弯折机可以轻松实现标准要求。为产品外观考虑，选择方案②。

2．4.2套管定位方式的设计

套管定位方式有三种方案:①涨套定位，即套管套在圆锥弹簧卡上，利用弹簧卡向外的涨力实现套管的定位。②橡胶螺栓定位，在灌注混凝土之前把套管旋转固定在钢模壳体的橡胶螺栓上面。③螺栓定位，也是在灌注混凝土之前，两人配合，将螺栓穿过钢模底板的定位套，一人固定螺栓，一人旋转固定套管，将套管固定在钢模上面。以上三种方案安装在20mm厚的钢板上都能保证套管的定位精度，但由于是流水机组法生产工艺，在放松应力时，轨枕会相对于钢模壳体沿纵向移动，所以方案①是行不通的。方案②的缺点在于脱模时需要通过产品自身重量和橡胶螺栓脱离，如果脱模困难，翻模机多次起降容易造成产品掉角掉块。方案③的缺点是施工过程复杂，需要两人配合。经过试验，单根橡胶螺栓要脱离套管，需要40kg的力量，所以使用方案②在脱模环节还有可能存在脱模困难的问题，故最终选择方案③。

2．4.3铁挡板的设计

通常，轨枕长模设计时在两节轨枕之间预留40－60mm的间隙，为避免混凝土在浇筑振动过程中漏浆，生产过程中使用铁挡板四周与模壳端部内侧进行密封。铁挡板则为中部钻有通过预应力钢丝孔的4mm钢板，地铁长枕在脱模后要使用钎子和锤子使铁挡板与轨枕脱离，清理完毕后，同预应力钢丝一起放入钢模，再次利用。经过多次反复，铁挡板势必发生变形，与钢模壳体之间产生缝隙，导致混凝土浆体在振动过程中外流，端部出现蜂窝麻面。经过反复讨论，决定在轨枕与轨枕之间采用全截断框加铁挡板复合橡胶的方案进行这个问题的解决，原理是用铁挡板靠近边部的部分紧贴轨枕模壳端部形成密封，密封面积大大增大，另外在铁挡板与模壳接触的一面复合上4mm厚的橡胶，利用橡胶的弹性和两铁挡板之间橡胶挡板向外的涨力，将铁挡板紧紧的顶在模壳端部，使铁挡板与模壳之间没有一点间隙。

2．4.4成孔器的设计

地铁长枕钢模在产品图纸相应位置，或钻或割加工有分别穿过钢模主梁、模壳等6块钢板的圆孔，生产地铁长枕的厂家全部都是在混凝土浇筑前使用钢管穿入钢模的圆孔中，这6个圆孔为了和钢管配合好，保证在混凝土振动过程中不漏浆或少漏浆，都要把配合间隙做的很小，这样就导致混凝土振动完毕后，钢管拔出困难或者拔不出来，再次穿入时也很困难的情况。随着生产的延续，就不得不把圆孔孔径扩大，导致漏浆，横孔周围出现大量的蜂窝麻面，外观十分难看。我们发明的充气气囊式橡胶棒，和自行车轮胎一样，但也具有一定强度，在插入横孔后，将气充到一定压力，橡胶棒把钢模上的孔密封起来，等到混凝土振动完毕，将气放掉，很容易就能把它从钢模内抽出来。即降低了劳动强度，由提高了产品质量和生产效率。

3地铁长枕钢模的主要技术特点

(1)使用经过机械加工的端平板和定位螺栓的套塑料套管定位方式，保证了承轨部位的平面度和塑料套管的定位精度;

(2)铁挡板复合了橡胶，解决了轨枕因端部漏浆产生的蜂窝麻面;

(3)发明的充气式橡胶棒，创新性的解决了地铁长枕生产过程中成孔器安装移出困难，周边漏浆严重的问题。

4生产工艺和注意事项

使用本钢模及工艺配件生产地铁长枕的生产过程和使用通用地铁长枕钢模的生产工艺基本相同，但应注意以下几点:①安装铁挡板前，需要检查铁挡板是否变形严重，复合的橡胶是否与铁挡板脱离，并在有橡胶的一面涂上脱模剂备用;②铁挡板安装时，把复合有橡胶的一面朝向模壳;③橡胶棒在班后要充气存放，使用前要检查其是否漏气。如果出现漏气，则不得使用。

5结论

通过新型地铁长枕钢模的成果研制，实现了塑料套管的精确定位，铁挡板与模壳端部及橡胶棒与横孔的良好密封，完全避免了因为混凝土漏浆原因产生的蜂窝麻面。使用新型钢模后，不仅产品质量得到了有效控制，生产效率明显提高，工人劳动强度明显降低，每套钢模的生产节奏从8分钟缩短到了5分钟。生产出的产品得到了业主、监理和施工单位的一致好评，使地铁长枕的产品质量迈上了一个新的台阶。经过相关单位的广为宣扬，许多兄弟厂家到我公司进行参观学习，此技术现已被广泛使用。

参考文献

［1］中铁二院工程集团有限责任公司．02100－S－GD－04－01郑州市轨道交通2号线整体道床轨枕［S］．

［2］中华人民共和国铁道部．TB/T2190－2013混凝土轨枕［S］．

［3］周光辉，李建设，常盼阳．一种充气型地铁枕模型:中国，ZL201621326772.5［P］．

作者：杨阳单位：汝州郑铁三佳水泥制品有限公司

第四篇：钢坝闸在罗浮山旅游文化的引水工程应用论文

摘要:针对罗浮山旅游文化广场引水工程的建设目标，通过钢坝闸、气盾坝、液压升降坝3种景观闸坝进行分析对比，确定了钢坝闸方案。钢坝闸具有造型美观、安全可靠、运行方便等优点，对景观要求较高的水闸工程设计有一定的参考价值。

关键词:钢坝闸;景观;罗浮山;应用

1工程概况

罗浮山旅游文化广场及游客服务中心项目位于罗浮山风景名胜区与长宁镇交汇处，引水工程建设主要为了解决罗浮山文化广场景观用水的需要，从澜石河引水至广场以改善广场的水环境和水质。引水渠道下游新建景观水闸1座，设计过闸流量为70.35m3/s。景观水闸设计闸室为单孔，净宽9.0m，闸门高3.5m，采用底横轴驱动翻板闸门———钢坝闸，利用液压启闭装置控制，控制房布置于闸室左岸。

2闸型的选择

本工程位于罗浮山国家级风景名胜区，新建景观水闸的主要功能为抬高河道水位，改善河道水环境、水生态、水景观。目前常用的景观闸坝主要有钢坝闸、气盾坝、液压升坝，新建景观水闸通过以上3种闸坝形式进行方案比选。2.1钢坝闸水闸形式采用底轴驱动卧倒式翻板钢闸门，俗称钢坝闸门，是城镇河流生态景观设计中采用的一种可调控溢流坝，由土建结构、带固定轴的钢制坝体、驱动装置等组成［1］。钢坝适用于河道孔口较宽(10～100m)而水位差比较小的工况(1～6m)。钢坝闸门关闭时升起闸门挡水，开启时平卧于闸底行洪，挡水时可以调节角度，闸门门顶可溢流过水，形成人工瀑布的景观效果。闸门可精确控制开启角度，水位可以任意调节。2.2气盾坝气动盾形闸门系统，简称气盾坝，由美国发明，至今已应用30多年［2］，气盾坝通过水气囊充气，支撑起挡水盾板，实现蓄水运行。通过对充气压力的调节，调整挡水盾板的支撑角度，控制所需的挡水高度。近年来，经过不断改进，气盾坝挡水高度可达8～10m，溢流时挑流效果好，过水均匀，跌水落差大，可形成良好的瀑布景观。2.3液压升降坝液压升降坝是采用自卸汽车力学原理并结合支墩坝水工结构形式的一种新型活动坝［3］，同时具备挡水和泄水功能。液压升降坝由面板、固定支撑杆、液压缸、液压泵站和混凝土基础底板组成。液压坝坝面形式多变，可采用平板形、弧形、机翼形等结构;面板高度可随意调节、并可定制同步升降功能。挡水高度基本与普通活动坝类似，而坝体长度不受限制。2.4方案比较。经计算分析，本工程液压升降坝造价最低，气盾坝次之，钢坝闸最高，但钢坝闸挡水高度调节灵活，景观效果最好，考虑到本工程景观水闸地处风景名胜区，且闸门宽度较窄，地基条件较好，推荐采用钢坝闸方案。

3钢坝闸设计

3.1设计方案本工程钢坝闸设计为单孔，主要由钢闸门门体、启闭设备和配套土建工程3部分组成。钢坝闸闸孔尺寸为9m×3.5m(宽×高)，设计水头为3.7m(门顶溢流按最大0.2m)，门叶为竖向悬臂受力结构，厚为0.207～0.45m;闸门采用底横轴驱动方式启闭，底轴外径为0.65m，按扭转弯曲受力条件设计，底轴中部设1个支铰点，底轴与门叶采用焊接方式连接，底轴与底板及底槛通过开放式铰座连接固定。底轴与穿墙套管、门叶与侧墙处设置封闭止水条，闸门上游底槛与底轴处设底水封1道，同时在闸墙临水侧采用大理石贴面。闸门采用单边启闭方式，控制室布置在闸室左岸，净宽为2.5m，配置800kN液压启闭机1台，功率为15kW。为保障闸门运行的可靠性，控制室内设锁定装置，固定闸门，并设潜污泵，及时排出积水。土建工程主要由闸室、控制室和消能设施组成。闸下消能采用底流式消能，消力池采用下挖式消力池，消力池后设置海漫和防冲槽。3.2设计体会及建议1)钢坝闸采用底轴驱动，水压力通过门叶传递到底轴，再通过底轴传递给两端的铰座，通常闸门跨度较大，产生的扭矩较大，要求钢闸门底轴具有较高的强度和钢度。2)本工程采用最新的第4代钢坝闸，闸门采用开放式铰支座，虽然适应基础变形的能力有了一定提高，但是过大的基础不均匀沉降仍会导致铰座会卡死底轴，闸门无法正常启闭，闸室设计宜采用整体式单孔式结构，若闸基地质条件较差，需采用桩基础或复合地基进行处理，严格控制基础不均匀沉降，并加强变形监测。3)钢坝闸为厂家专利技术，设备造价高，由于闸门跨度大，通常不设检修闸门，应按照免维修、少维护的要求进行设计，除了控制闸门制造和安装精度外，比较关键的问题是钢闸门的封闭止水，止水部位主要有:底轴与闸底槛、底轴与穿墙套管、门叶与侧墙等。尤其应加强底轴与穿墙套管止水设计，止水材料通常采用橡皮止水，要求具有良好的耐磨性能，同时橡皮压缩量不超过5mm，若压缩量过大，底轴旋转时橡皮容易翻转，导致启闭的摩阻力增大。4)为了减小门叶与侧墙的摩阻力，侧墙墙面宜采用光滑的大理石或新型材料贴面。

4结语

罗浮山旅游文化广场引水工程在满足防洪、引水的基本功能上，把生态景观与工程相结合，改善渠道及周边生态环境，对美化水环境、促进人水和谐具有重要作用。钢坝闸整体美观，成为了罗浮山旅游区的一个动态的音符和休憩的节点，为罗浮山锦上添花。随着城镇化脚步不断加快，水环境、水景观建设的需求不断提高，钢坝闸作为一种新型的景观闸，具有造型美观、安全可靠、运行方便等优点，具有良好的发展前景。

参考文献:

［1］王宁，王金龙，李淑芹．城市河道综合治理中的大型钢坝闸应用———以山东淄博为例［J］．中国水利，2017，24(8):48－49．

［2］陈东清．气动盾形闸门系统技术研究与应用［M］．北京:中国水利水电出版社，2015．

［3］陈业银，任华春，朱水生．液压升降坝工作原理及结构性态分析［J］．水电能源科学，2012，30(7):69－72．

［4］徐强，饶英定，徐礼锋．底轴驱动翻板闸门在水闸工程中的应用［J］．江西水利科技，2014，40(1):17－20.

第五篇：关于高墩大跨径连续钢构桥梁结构抗震设计分析论文

摘要：随着我国交通事业的发展，高墩大跨径连续钢构桥梁在交通道路建设中运用的越来越多，尤其是我国西南、西北地区，盘山公路等已经不能满足经济发展需要。但由于地形较为复杂，在道路建设中多采用桥梁，再加上山区为地震多发地带，因而对桥梁设计要求极为严格。高墩大跨径连续钢构桥梁结构的设计具有良好抗震能力，分析其抗震设计，对于其完善与发展具有重要意义。

关键词：高墩；大跨径：连续钢构梁；抗震设计高墩大跨径连续钢构桥简介

钢构桥结构较为特殊，是将墩台与主梁整体固结。其承担竖向荷载时，主梁通过产生负弯矩减少跨中正弯矩。桥墩作为钢构桥的主体部分，主要承担水平推力、压力以及弯矩三种力。墩梁固结形式较为特殊，可通过节省抗震支座减少桥墩厚度，借助悬臂施工从而省去体系转换，减少了施工工序。该结构可保持连续梁无伸缩缝，使行车平顺。此外还具有无需设置支座和体系转换功能，桥梁结构在顺桥向和横桥向分别具有抗弯和抗扭刚度，为施工提供具有便利。高墩大跨径连续钢构桥形式优缺点并存，其缺点在于受混凝土收缩、墩台沉陷等因素影响，结构中可产生附加内力。作为高柔性墩，可允许其上部存在横向变位。其优点在于弱化墩台沉降所产生的内力，并减轻其对结构的影响。

其突出受力结构表现为桥墩与桥梁固结为整体，通过共同承受荷载进而较少负弯矩；该桥梁结构受力合理，抗震与抗扭能力强，具有整体性好，桥型流畅等优点。作为高柔性桥墩，可允许桥墩纵横向存在合理变位。桥梁震害的具体表现

2.1 支座

在地震中支座损坏极为常见，支座遭到破坏后能够改变力的传递，进而影响桥梁其它结构的抗震能力，其主要破坏形式有移位、剪断以及支座脱落等。

2.2 上部结构

上部结构遭受震害主要是移位，即纵向、横向发生移位。移位部位通常位于伸缩缝处，具体表现为梁间开脱、落梁、顶撞等。有资料显示，顺桥向落梁在总数中所占比例高达90%，由于这种落梁方式会撞击到桥墩侧壁，对下部结构造成巨大冲击力，因而破坏力极大。

2.3 下部结构

桥梁的下部包含基础、桥墩以及桥台，其遭受破坏后可导致桥梁坍塌，且震后修复难度大，基本不能再投入使用。受水平力影响，薄弱的截面经过反复震动后受到严重破坏。延性破坏多指长细的柔性墩，表现为混凝土开裂、塑性变形，其产生原因为焊接不牢、部件配设不足等。脆性破坏多指粗矮桥墩，表现为钢筋切断，究其原因为墩柱剪切强度不足。桥台多表现为滑移、颠覆。基础的破坏表现为不均匀沉陷、桩基剪切等，其破坏具有隐蔽性，修复难度极大。桥梁震害原因

造成桥梁震害原因较多，主要有地震强度过大，超出桥梁的抗震设防标准；桥梁所处的地理位置不佳，致使地基变形；此外认为原因也可导致桥梁抗震能力不足，例如设计不合理，原材料质量不达标，施工出现操作失误等。高墩大跨径连续钢构桥结构的抗震设计分析

4.1 重视高墩大跨径连续钢构桥的总体布置

地震时桥墩顶部位移较大，采用连续钢构结构有助于减少落梁。墩梁固结为整体，则多余的约束可形成塑性铰，从而提高桥梁的抗震能力。建设高墩桥时，受地理位置影响，易出现刚度和质量问题。合理调整相邻桥墩高度，对于连续梁桥，应尽可能保持其刚度相近，并根据桥墩刚度比与周期比进行严密计算，减少误差，增强高墩桥整体抗震能力。

4.2 选择合适桥墩

在地震中，桥墩形式影响桥梁结构，因而其设计与选型对于抗震安全性具有重要意义。地形与地貌均对桥墩设计产生影响，常见的桥墩形式有门架墩、双柱墩等，但抗弯与抗扭刚度较差，当桥墩超过30m时，易产生失稳现象。高墩大跨径连续钢构桥根据实际情况多采用空心薄壁墩（如图1、2所示）或者独柱T型墩，二者各个方向抗扭与抗弯刚度都较好，具有整体性好等优点。而独柱T型墩适用于高度低于60m时，其原理是将悬挑式盖梁与墩柱充分结合，其截面尺寸与刚度均较小。而心薄壁墩适用于高度低于80m时，外观与独柱T型墩相似，其截面尺寸与刚度均较大。高墩大跨径连续钢构桥的抗震计算

5.1 计算时所需考虑的因素

通常受地形、断层、桥身长度限制，应考虑多点激励的影响。同一地震，其在地表所呈现的反应不同，因而幅值、频谱特征各异，再加上空间变化复杂，因而需考虑多方面因素。

地震时，受到高墩自身质量或周期影响，可形成两个及其以上塑性铰，而忽略高阶振型会导致设计时出现误差，从而影响桥梁抗震时安全性，因而在设计时应将桥墩高阶振型的影响计算在内。

5.2 反应谱方法

在桥梁抗震分析中，反应谱方法较为常用，但其弊端在于地震时假设支座运动规律相同，没有考虑运动的不一致性。对于处于地形复杂的高墩桥而言，这种不合理的假设造成非线性问题出现较大误差。

5.3 随机震动法

该方法是公认的较为合理方法，其结合地震发生的概率，但是计算量较大，同样也会使非线性问题出现误差。随着科技的发展，随机震动虚拟激励法应运而生，不仅解决计算量的问题，同时确保计算的精度，具有效率高，使用方便等优势，在高墩桥梁设计中应用广泛，但在处理罕见地震时存在局限。高墩大跨径连续钢构桥抗震措施

6.1 重视桥墩台处档块设计

地震中抗震档块出现剪裂现象，表明其设计对于提高桥梁整体抗震能力具有重要作用。在设计过程中，应重视其余主梁刚度的比值、剪裂的程度，此外针对不同跨径与结构的桥梁，应根据实际需要设计不同尺寸的档块。

6.2 可对支座進行隔振处理

设计高墩桥梁时，可采用叠层、铅芯橡胶等隔震支座，在桥梁与桥墩的连接处增加柔性，从而降低对地震的反应。

综上所述，分析高墩大跨径连续钢构桥梁结构抗震设计，有助于完善桥梁总体设计，提高桥梁抗震能力，减少经济损失，并提高桥梁安全性。