水工建筑雙懸臂結構的運用

（廣州市增城區財政投資評審中心，廣東 廣州 510000）

1.引言

水工建筑施工技術是一個特別全面的領域，在施工過程中，工程師需要具備制定更完整的水工建筑施工計劃的經驗，以更好地解決水工建筑施工過程中存在的問題。盡管雙懸臂結構具有許多優點，然而在應用雙懸臂結構時仍然存在許多問題，例如雙懸臂結構的模板施工不科學，并且結構重量超過了雙懸臂結構的強度。如果水工建筑施工力度超過雙懸臂結構的強度，則雙懸臂結構的底部將出現不同程度地破裂，從而影響雙懸臂結構的有效性。

2.水工建筑的施工現狀

水工建筑施工的復雜水環境，增加了施工難度，而水工建筑結構的穩定性和安全性尤為重要。水工建筑的首要考慮因素是建筑材料的性能，以避免在以后的運行中發生各種安全事故。在投入使用之后，隨著使用時間的增加，水工建筑經常會遇到諸如混凝土開裂、沉降不均勻以及泄漏等問題，導致這些問題的原因各不相同。與典型建筑物相比，水工建筑物主要是大體積混凝土結構，如果結構施工不合理，則可能會在內部和外部之間產生較大的溫差，并導致混凝土收縮，造成水工建筑會破裂。如果不對裂縫進行加固或修復，裂縫將變得很嚴重并影響整個建筑物的耐久性。水工建筑物基礎的不均勻沉降直接影響到整個建筑物的穩定性和安全性問題，主要原因是對基礎的不良地質影響，例如，水工建筑經常遇到軟土地基。如果不采取必要的措施進行軟土地基的加固處理，直接壓實軟土地基，將會導致沉降問題并增加水工作業的安全風險。泄漏問題主要是由于建筑物本身的建筑周圍的水環境長期受到侵蝕，提倡對在建筑中使用更高要求的防水材料，并在必要時采取必要的防水措施，以防止泄漏，減少由于泄漏問題造成的損壞。

3.雙懸臂結構內力特點

如果簡支梁的兩端在支撐件外部對稱地延伸懸臂的一部分，則成為雙懸臂的簡支梁（板）結構。由于懸臂的作用，在相同的均勻載荷和外力條件下，與簡支梁（板）相比，雙懸臂（板）的內部和位移將發生顯著變化。前者具有中等的彎曲距離，撓度大大減小。以承受均勻載荷的梁（板）為例，其內力和位移的計算公式如下表1 所示，顯示了雙懸臂和簡支梁的內力比較。

表1 雙懸臂梁和簡支梁內力對比

通過分析方程式，不難發現懸臂的外部伸長直接影響梁的內力。計算得出具有相等彎矩的雙懸臂梁系數λ ≈0.354，將簡支梁的內力計算公式與等彎矩雙懸臂梁的內力計算公式進行比較可以看出，在相同載荷和等梁長的條件下，前者的彎矩絕對值是后者的5.84 倍。

4.雙懸臂結構在水工建筑施工中的應用

與簡支梁相比，雙懸臂梁的內力大大降低，如果可以合理地用于各種建筑結構中，則可以節省大量建筑材料和金錢。該結構易于計算并且具有清晰的受力，根據當地情況用于各種水工建筑。實踐證明，雙懸臂施工經濟、合理，且安全可靠。

4.1 在橋梁施工中的應用

雙懸臂結構可以均勻地承受載荷，結構的跨中可以有效地降低建筑的承載力，因此，水工建筑物必須靈活地使用雙懸臂結構，充分發揮雙懸臂結構的優勢。雙懸臂結構施工簡單，功能強大，因此，經常用于各種橋梁的水利工程中。比較常見的是使用具有相等彎矩的雙懸臂結構，例如，用于打開和關閉水壩閘的交通橋、行人橋和工作橋。水平橋面板除了在垂直方向上采用雙懸臂梁的施工和裝飾外，還可以選擇減少雙懸臂內力的結構。在人行天橋中，使用具有相等彎矩的雙懸臂結構是最合理的，因為其承載力基本上是均勻分布的載荷。對于動載荷下的行車橋，當車輪載荷P 作用在懸臂上時，負彎矩值小于簡單地由支撐梁承受的相同載荷的正彎矩的減小量（前者為-0.207 PL，后者為+0.207 PL），當檢查由橋重的均勻分布引起的相等彎矩的組合時，與簡支梁結構相比，具有相等彎曲距離的雙懸臂結構仍然是有利的。

如果橋梁使用一對縱梁來支撐橋面結構，則通過適當調整橋面的間距，橫向橋板也將具有相等彎矩的雙懸臂結構，在我國被廣泛用于各種水工建筑，例如閘門、水壩、渡槽、橋梁和管道，經過多年的實踐測試，尚未發現該結構不穩定或不可靠的案例出現。由于雙懸臂結構在兩端具有相等的彎矩時的懸臂作用，結構物能均勻地承擔載荷。因此，根據當地情況采取措施并使用柔性水工建筑可以大大節省水泥和鋼材，并降低工程成本。等彎矩雙懸臂結構仍然是一種簡單支撐的靜定結構，其結構計算簡單，作用力清晰，安全可靠。

4.2 在閘壩施工中的應用

4.2.1 基礎底板和閘孔的布置

中小型水壩，例如低水位河道防洪和潮汐控制閘門、水庫排洪和河道控制閘，其中的許多使用具有相等彎矩的雙懸臂結構，并帶有相鄰的閘孔，寬度不相等。閘孔的寬度的一半為L，相鄰孔的寬度為0.707L，下部板在較小的閘孔中具有狹縫。

作為基礎平板，其內力計算基于以下假設：基礎底部在平板自身重量、水重量、透水壓力、重力以及來自墩臺和上部結構的動態載荷的作用下均勻地反應，均勻的反作用力呈線性分布。盡管這個假設與計算彈性基礎梁的方法不一致，但底板采用等彎矩雙懸臂布置，由于閘墩跨度不均勻，因此可以合理地布置上層建筑，例如由閘墩支撐的交通橋和開/關閘的工作橋，等彎矩雙懸臂具有減少內力、節省材料的作用。

4.2.2 閘門結構的雙懸臂布置

為了減小弧形閘門的主梁的彎矩和撓度，大多數門扇采用雙懸臂結構，它們具有相等的彎矩，并帶有正支腿或斜支腿，以支撐門扇的主梁，因此，結構的內力和門的重量顯著減小，并且啟閉機和閘門的工程成本可以降低約1/3。

4.2.3 閘壩固定式擋水結構

如果在水閘和潮汐閘門處安裝擋水胸壁，并且支撐胸壁的墩采用上述不等寬的門洞布置，則胸壁也可分為等彎矩雙懸臂布置。與通常簡單支撐的平板墻壁相比，其內力和材料在較低液壓的均勻分布中起著重要作用。

在中小型板式支撐壩中，用作保水壩的板承受外力，例如水壓、板重、壩前的沉積物壓力、冰壓和地震力，它們都屬于均勻分布的負載，例如，如果將平板壩墩放置為合理的雙懸臂支撐，則保水平板將是具有相等彎矩。但是，為了達到減小懸臂部分內力的目的，每個板壩部分必須配備能夠適應變形并嚴密止水的聯合措施。

4.3 在渡槽修建中的應用

如果開挖的渠道與沖溝相交，則可以在運河中修建排洪渠，以排泄沖溝中的水和沉積物，以防止沉積物進入運河。建筑工人需要在渠道中修建渡槽，以防止泥石流的侵入。渡槽由四部分組成：罐體，渡槽支架，渡槽入口和出口以及基本結構。渡槽支持有兩種類型：梁型和拱型。由于將其放置在碼頭或彎曲的框架上，并且具有與梁相同的垂直力，因此將其稱為梁式渡槽。預應力鋼筋混凝土和鋼絲網水泥結構也可以用來節省鋼材和水泥的量，小跨度的槽身也可以用混凝土建造，即使使用幾年后，該支架也可以保持良好的性能。梁式渡槽如圖1 所示。

圖1 梁式渡槽

由于渡槽主體位于支撐結構上，渡槽本身的重量和渡槽中水流的重量均由渡槽支撐件支撐，渡槽支撐將地面轉移到渡槽的基礎，進而轉移到基礎。由于其高效率和便利性，渡槽是常見的排水結構。渡槽通常適用于水道跨越深而寬的河谷、洪水泛濫的灘地和水道之間較寬的洼地。與倒置虹吸管相比，它的頭部損失更少，更易于通航，更易于管理和使用，并且是建筑物中使用最廣泛的類型。

5.結束語

總而言之，在社會經濟的不斷發展下，人們的生活水平越來越高，對水資源的需求日益增加，水工建筑物的施工質量尤為重要。將雙懸臂結構應用于水工建筑，提高了建筑結構支撐的承載能力，延長了水工建筑的使用壽命，并提高了安全性能。雙懸臂結構在某些方面優于單懸臂結構，這就是為什么雙懸臂結構被廣泛應用于水工建筑中的原因。