某核電站雙殼結(jié)構(gòu)懸吊免拆施工技術(shù)獲獎科研報告

某核電站雙殼結(jié)構(gòu)懸吊免拆施工技術(shù)獲獎科研報告

摘

要：某核電站是目前我國自主研發(fā)的第三代壓水堆核電站，該堆型核電站避免大飛機(jī)撞擊，設(shè)計為雙殼結(jié)構(gòu)，外殼鋼筋密集、結(jié)構(gòu)截面尺寸大，雙殼間空間狹小，施工難度大。雙殼形成密閉空間，無材料倒運洞口。某核電5、6號機(jī)組采用懸吊免拆施工技術(shù)，解決了空間狹小、無法設(shè)置支撐體系、密閉空間封閉部位的施工，降低施工難度。同時，針對懸吊模板的設(shè)計、就位控制與加固，鋼筋混凝土施工方法進(jìn)行了研究，形成了一套成熟的施工工藝。

關(guān)鍵詞：核電站;懸吊免拆;模板

引言

核隨著核電工程的發(fā)展，我國自主設(shè)計的某三代核電站得到大力推廣。核電站由于其特殊性，存在大量設(shè)備提前引入，導(dǎo)致樓板無法按照傳統(tǒng)施工方法搭設(shè)支撐體系。部分區(qū)域為密閉空間，空間內(nèi)施工材料清理后，需要對預(yù)留洞口進(jìn)行封堵，人員無法進(jìn)入空間內(nèi)部。部分空間高度不足，人員無法操作，所有迫切需要研究一種新型施工工藝。

通過對某核電站雙殼結(jié)構(gòu)密閉空間樓板封閉懸吊免拆技術(shù)的研究和實踐，以一種鋼結(jié)構(gòu)免拆模板、與型鋼、鋼筋、高強(qiáng)螺桿等組合免拆工裝體系，順利完成了雙殼樓板封閉施工，形成一整套施工工藝。

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工程概況

雙殼結(jié)構(gòu)樓板為兩層，上層與下層樓板之間凈距700mm，其間無其他支撐。下層樓板板厚500mm，上層樓板跨度52.600m，板厚1800mm，上層樓板鋼筋為HRB500E/40mm，分為上中下垂直交叉共計10層。在上層樓板預(yù)留長度5.000m，寬3.500m二次澆筑區(qū)域，鋼筋預(yù)留100%接頭。

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方案確定

2.1常規(guī)施工方法

施工工藝流程：支撐架搭設(shè)→板底模板鋪設(shè)→施工縫處理及基層清理→測量定位放線→板底預(yù)埋件安裝與驗收→鋼筋綁扎→板頂預(yù)埋件安裝→模板支設(shè)→混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護(hù)→模板拆除。然而此類方法無法實施。主要存在以下問題。

1）兩層樓板間空間狹小，人員無法正常操作，樓板支撐體系安裝及拆除困難，施工效率低，安全風(fēng)險較高;

2）預(yù)留洞口封閉形成密閉空間，無人員出入通道。

2.2懸吊免拆施工方法

施工工藝流程：預(yù)埋鋼筋量測→懸吊模板設(shè)計加工→懸吊模板組裝提升→懸吊模板加固→施工縫處理→鋼筋綁扎→第一層混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護(hù)→施工處理→第二層混凝土澆筑。

采用懸吊免拆技術(shù)能避免常規(guī)方法的問題。

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操作要點

本工程基材混凝土強(qiáng)度C60，結(jié)構(gòu)鋼筋為HRB500E直徑40mm。懸吊模板鋼板材質(zhì)Q235B，鋼板厚度25mm，懸吊桿件分為兩部分，下部分與鋼板焊接為HRB400直徑20mm鋼筋，上部分為直徑160mm高強(qiáng)螺桿，此高強(qiáng)螺桿能承載9KN。

懸吊免拆施工技術(shù)主要施工工藝分為6階段進(jìn)行，各階段主要工作如下。

1）測量現(xiàn)場預(yù)留鋼筋位置，根據(jù)預(yù)留鋼筋位置對懸吊模板體系進(jìn)行設(shè)計，懸吊桿件與結(jié)構(gòu)鋼筋距離≥20mm。懸吊桿件間距≤650mm，為了懸吊模板能在雙屋面狹小空間中操作方便，將懸吊模板設(shè)計為等分4塊，每塊上設(shè)置4個吊耳，吊耳鋼筋采用直徑10mm熱軋光圓鋼筋制作，吊耳與鋼板焊接不小于50mm，焊接厚度3mm。

2）懸吊模板加工制作。對鋼板進(jìn)行切割，在車間按照設(shè)計圖紙進(jìn)行組裝加工。鋼板開孔22mm，鋼筋與鋼板采用穿孔塞焊，焊接處表面打磨平整度公差1.5mm。為了避免鋼筋與周邊預(yù)埋鋼筋位置沖突，同時在雙層屋面中可以調(diào)整位置，將鋼筋分為兩段，其中下段距離鋼板面500mm處設(shè)置絲頭。上段與其連接后最終長度1600mm。

3）懸吊模板的安裝，根據(jù)安裝圖要求，將懸吊模板運至雙層樓板間拼裝加固，拼裝完成后采用L50角鋼或直徑≥25mm。加固完成后，將懸吊桿件與剩余部分懸吊鋼筋采用I級配套套筒進(jìn)行連接，連接完成后外露絲扣≤2P。洞口上部垂直于洞口短邊架設(shè)4組工字鋼梁（根據(jù)現(xiàn)場實際可以增加），居中焊在鋼筋棍上。每組兩根I18工字鋼，兩根工字鋼凈間距20mm。通過6道高強(qiáng)拉桿吊設(shè)鋼模板（25mm鋼板）。工字鋼端頭下部放置兩根鋼梁下部放置兩根I18工字鋼，工字鋼采用鋼筋進(jìn)行點焊，便于鋼筋綁扎。由于現(xiàn)場鋼筋較為密集，若出現(xiàn)懸吊鋼筋與結(jié)構(gòu)鋼筋沖突的情況，在鋼模板已經(jīng)安裝加固完的前提下，可根據(jù)現(xiàn)場需求，現(xiàn)場鉆孔增加懸吊鋼筋、拉桿，增設(shè)的懸吊鋼筋安裝加固完成后（增設(shè)后，懸吊鋼筋間距不得大于原平面圖要求），可割除與鋼筋沖突的懸吊鋼筋。

4）懸吊免拆模板提升加固，將組裝完成的懸吊模板上部與直徑16mm高強(qiáng)螺桿焊接。焊縫長度不小于50mm，焊角高度8mm。焊接牢固后，采用螺母扣件懸吊在預(yù)鋪的I18工字鋼，均勻調(diào)節(jié)螺母扣件，使懸吊模板緩慢提升，提升至與樓板地面緊密貼合。具體詳見附圖5。

5）綁扎上部樓板鋼筋，樓板鋼筋需與懸吊桿件交叉錯開。

6）混凝土澆筑。按照懸吊模板受力計算要求，混凝土澆筑分兩層施工，每層厚度900mm，施工下層混凝土確保上層混凝土強(qiáng)度100%。

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施工關(guān)鍵及難點

4.1懸吊模板設(shè)計關(guān)鍵及難點

由于前期預(yù)埋鋼筋位置已經(jīng)固定，無法移動，新加工的懸吊模板需避讓原預(yù)留鋼筋，對原預(yù)留鋼筋進(jìn)行測量，測量精度要求較高。

4.2懸吊模板安裝關(guān)鍵及難點

1）由于鋼筋共計10層，預(yù)留孔洞周邊鋼筋已經(jīng)形成，中部鋼筋未綁扎，懸吊模板吊桿需要調(diào)整位置，確保懸吊桿件能穿過10層鋼筋。

2）懸吊桿件采用機(jī)械連接或焊接方式，對焊接工藝和質(zhì)量要求高。

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理論計算

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，主要對上部鋼梁、懸吊模板鋼板、懸吊鋼筋與高強(qiáng)螺桿焊接、吊耳進(jìn)行驗算。按最不利情況，取最大荷載進(jìn)行計算：

5.1鋼梁計算：

每組工字鋼底部物項自重：混凝土自重+鋼模板板自重，混凝土自重=0.65×3.4×1.8×25=99.45kN，鋼模板自重=4.73kN，施工活荷載=0.65×3.4×3=6.63kN，總荷載1.2×（99.45+4.73）+1.4×6.63=134.3kN，縱向線荷載為39.5kN/m。

1）鋼梁荷載驗算：

鋼梁下部荷載為拉桿傳遞，可視為點荷載，中間六根拉桿荷載分別為16.79kN、24.69kN、25.68kN、25.68kN、24.69kN、16.79kN。單根工字鋼荷載為一組鋼梁荷載值的一半，即鋼梁承受中間六根拉桿荷載分別為8.4kN、12.35kN、12.48kN、12.48kN、12.35kN、8.4kN。

通過結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器得工字鋼承受最大剪力33.23kN，最大彎矩27.16kN*m。

（a）受力簡圖

（b）剪力圖

（c）彎矩圖

鋼梁抗彎驗算

鋼梁抗彎強(qiáng)度：σ=M/W=27.16×106/185000=146.8N/mm2<f，滿足。

鋼梁抗剪驗算

τ=VSx/Ixtw=33.23×1000×106.5/（1160*6.5*10）=47N/mm2<fv，滿足。

撓度值為0，撓度可忽略。

5.2底部鋼模板驗算

單根懸吊鋼筋下部鋼模板面積為650mm×650mm，拉桿位置為鋼模板剪力和彎矩最大位置，取模板對角線的一半長，100mm寬為計算單元，承受荷載為：

1.2×（0.46×0.1×1.8×25+0.46×0.1×0.025×79）+1.4×（3×0.1×0.46）=2.79kN，沿長邊的線荷載為6.07kN/m。

得出最大剪力為2.79kN，最大彎矩為0.64kN.m，因為計算模型為對角線的一半，故鋼板最大剪力為5.58kN，最大彎矩為1.28kN.m。

（a）受力簡圖

（b）彎矩圖

1）鋼板（100×25mm）抗彎驗算

鋼板抗彎強(qiáng)度：σ=M/W=1.28×106/10417=122.88N/mm2<f，滿足。

2）鋼板（100×25mm）抗剪驗算

τ=VSx/Ixtw=5.58×1000×7.81/（13.02×10×12.5）=26.78N/mm2<fv，滿足.

3）鋼板（100*25mm）撓度計算

鋼板撓度變形驗算：?=q×l4/8EI=1.255mm<L/250=1.84mm，滿足。

5.3吊環(huán)驗算

鋼板自重為196.25Kg/㎡，每塊鋼板重量：1.75×1.15×196.25=395Kg=3950N，根據(jù)《建筑計算手冊》第四版10-101，采用10mm的鋼筋制作，每塊鋼板上4個吊環(huán)。

σ=9807G/nA=9807×0.5（6×78.5）=10.5N/mm2≤60N/mm2，滿足。

根據(jù)上述計算單個吊環(huán)所承受的鋼板重量為3950/4=988N。

焊縫驗算：采用E4316焊條焊接，吊環(huán)兩支腿長度均為50mm，支腿兩側(cè)均設(shè)置焊縫，焊腳尺寸取hf=3mm進(jìn)行驗算。其焊縫強(qiáng)度計算如下：<[f]，滿足。

其中

N——垂直于焊縫長度方向的力;

he——角焊縫的計算厚