峽山水電站主廠房吊車梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

摘要 運用結(jié)構(gòu)力學方法，依據(jù)峽山水電站吊車梁所受荷載，對主廠房吊車梁進行了詳細的受力分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計，計算出了各跨度吊車梁在荷載組合作用下的最大彎矩、最大扭矩及最大剪力，并據(jù)此內(nèi)力計算結(jié)果對吊車梁進行了配筋計算、裂縫寬度驗算及撓度計算。峽山水電站吊車梁施工完成后順利通過了荷載試驗，為吊車以后的運行提供了有力的保障。

關(guān)鍵詞 峽山水電站；主廠房吊車梁；結(jié)構(gòu)設(shè)計

中圖分類號 TV73 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)051-0148-02

1 主廠房吊車梁及橋機概況

主廠房吊車梁：峽山水電站主廠房吊車梁布置于寬為0.7 m的主廠房排架柱牛腿上，共分為兩段。吊車梁L1共3跨，第一、二跨凈跨度均為6.43 m，第三跨為6.335 m；吊車梁L2共5跨，1~4跨凈跨度均為7.34 m，第五跨為7.335 m。

橋機：峽山水電站采用一臺160/50 t電動雙鉤慢速橋式起重機，橋機軌距為20m。橋機由大車及小車組成。小車位于大車之上，大車上下游兩側(cè)車輪分別作用于主廠房上下游吊車梁上。大車每側(cè)均有6個車輪，輪距為0.7 m，最大輪壓為256 KN。大車輪距及輪壓分布詳細情況見圖1。

2 吊車梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

吊車梁在運行過程中主要受橋機荷載及自重作用。橋機在運行中會產(chǎn)生豎向荷載、橫向水平荷載及沿吊車梁縱向的水平荷載。橋機豎向荷載是指由于橋機及吊物自重產(chǎn)生的作用于吊車梁的荷載。橋機在運行過程中起吊、卸載等均會引起吊車梁振動，尤其是橋機經(jīng)過軌道接頭處時，還將發(fā)生碰撞，則吊車梁進行強度計算時應乘以動力系數(shù)1.05。橋機橫向水平荷載是指小車橫向水平移動時剎車產(chǎn)生的水平荷載，由小車軌道傳至吊車梁頂部，由于橋機橫向水平力較小，因此，可不對吊車梁做專門的抗扭計算。橋機縱向水平荷載是指大車在運行過程中剎車時產(chǎn)生的水平荷載，對吊車梁做截面設(shè)計時可不予考慮。

峽山水電站主廠房吊車梁采用鋼筋混凝土（C25砼）T形截面，根據(jù)橋機荷載、主廠房排架柱的間距等，初步擬定T形截面翼緣寬度為1.0 m，梁高為1.6 m，翼緣厚度為0.3 m，腹板厚度為0.5 m。

吊車梁計算跨度：吊車梁單跨的計算跨度L0取通過以下兩種計算結(jié)果的較小值：

L0= Ln+a或L0=1.05 Ln。

式中：Ln為吊車梁單跨的凈跨度；

a為吊車梁的支撐長度。

吊車梁內(nèi)力計算：吊車梁自重的荷載分項系數(shù)取1.05，橋機豎向、橫向荷載的荷載分項系數(shù)均取1.1，橋機豎向荷載動力系數(shù)取1.05。計算吊車梁內(nèi)力時，先將吊車梁的單跨分為10等份，按查表系數(shù)法分別求出吊車梁各截面在自重及橋機荷載組合作用下的最大彎矩及剪力。

3 吊車梁配筋計算

吊車梁配筋計算內(nèi)容包括正截面受彎承載力計算、斜截面受彎承載力計算及受扭承載力計算。

3.1 正截面受彎承載力計算

吊車梁在移動荷載作用下各截面彎矩的計算公式為：

M=αPl0

式中：M—移動荷載作用下吊車梁各截面彎矩；

α—移動荷載作用下各截面的彎矩系數(shù)，可通過查表求取。

吊車梁在自重作用下各截面彎矩的計算公式為：

M1=α1gl02

式中：M1—自重作用下吊車梁各截面面彎矩（KN.m）；

α1—自重作用下各截面的彎矩系數(shù)，可通過查表求??；

g—吊車梁自重（KN/m）。

分別求得移動荷載及自重作用下各截面彎矩后，將兩種荷載作用下各截面的彎矩值疊加即得各截面彎矩。

3.2 斜截面受彎承載力計算

吊車梁在移動荷載作用下各截面剪力的計算公式為：

V=βP

式中：V—移動荷載作用下吊車梁各截面剪力；

β—移動荷載作用下各截面的剪力系數(shù)，可通過查表求取。

吊車梁在自重作用下各截面剪力的計算公式為：

V1=β1gl0

式中：V1—自重作用下吊車梁各截面面剪力（KN）；

β1—自重作用下各截面的剪力系數(shù)，可通過查表求??；

g—吊車梁自重（KN/m）。

分別求得移動荷載及自重作用下各截面剪力后，將兩種荷載作用下各截面的剪力值疊加即得各截面剪力。

根據(jù)上述計算結(jié)果，求出吊車梁的彎矩設(shè)計值：M=γ0φMmax，其中γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，本工程取為1.0，φ為設(shè)計狀況系數(shù)，本工程取為1.0。根據(jù)彎矩設(shè)計值計算T形截面的配筋。

4 裂縫寬度驗算

一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在荷載作用下，截面的混凝土拉應變大多是大于混凝土極限拉伸值，因而構(gòu)件在使用時總是帶裂縫工作的，但構(gòu)件裂縫寬度應得到嚴格的控制，須符合規(guī)范允許的裂縫寬度值。

對于主廠房吊車梁應按荷載效應的短期組合和長期組合分別求得最大裂縫寬度Wmax，其計算公式如下：

Wmax=α1α2α3σss（3C+0.1d/ρte）/Es

Wmax=α1α2α3σsl（3C+0.1d/ρte）/Es

σss=MS/（0.87h0As）；σs1=Ml/（0.87h0As）

式中：α1—構(gòu)件受力特征系數(shù)，本工程中吊車梁為受彎構(gòu)

件，取α1=1.0；

α2—鋼筋表面形狀系數(shù)，吊車梁主筋為變形鋼筋，取

α2=1.0；

α3—荷載長期作用影響系數(shù)，對荷載效應的短期組合

取1.5，對荷載效應的長期組合取1.6；

C—最外排縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離

（mm），C=30mm；

d—受拉鋼筋直徑；

ρte—縱向受拉鋼筋的有效配筋率，ρte=AS/Ate，當ρte<0.03時，

ρte取為0.03；

As—受拉區(qū)縱向鋼筋截面面積；

Ate—有效受拉混凝土截面面積，本工程中Ate=2ab，其中a為受

拉鋼筋As重心至截面受拉邊緣的距離，b為T形截面的肋寬；

σss、σsl—分別按荷載效應的短期組合及長期組合計算的構(gòu)件

縱向受拉鋼筋應力；

Ms、Ml—分別由荷載標準值按荷載效應短期組合及長期組合

計算的彎矩值；

h0—截面有效高度。

通過上述相關(guān)公式求得的吊車梁裂縫寬度均需小于相應荷載效應組合下裂縫寬度的規(guī)范允許值。

5 撓度的計算

吊車梁的變形應控制在合理范圍之內(nèi)，吊車梁的撓度應按荷載效應的短期組合及荷載效應的長期組合分別計算。吊車梁受自重（均布荷載）及橋機豎向荷載（集中荷載）作用，根據(jù)材料力學知識，吊車梁撓度為自重及橋機豎向荷載作用下所產(chǎn)生撓度的疊加結(jié)果。其計算公式為：

W=5gl4/（384B）+Pl3/（48B）

式中：g—吊車梁重度（KN/m）；

l—吊車梁計算跨度（m）；

P—大車輪壓（KN）

B—吊車梁剛度。

吊車梁剛度分為荷載效應的短期組合對應的短期剛度Bs及荷載效應的長期組合對應的長期剛度Bl。

短期剛度Bs按下式進行計算：

BS=（0.025+0.28αEρ）（1+0.55γf’+0.12γf）Ecbh03

式中：ρ—縱向受拉鋼筋配筋率，ρ=As/（bh0），b為截面寬度；

γf’—受壓翼緣面積與腹板有效面積之比，γf’=（bf’-b）hf’/（bh0），其中bf’、 hf’為受壓翼緣寬度及高度，當hf’>0.2h0時，取hf’=0.2 h0；

γf—受拉翼緣與腹板有效面積的比值，本工程取為0。

長期剛度Bl按下式進行計算：

Bl=MsBs/[Ml(θ-1)+MS]

式中：Bs—短期剛度；

θ—考慮荷載長期作用對撓度增大的影響系數(shù)；

Ms、Ml—分別由荷載標準值按荷載效應的短期組合及

長期組合計算的彎矩值。

θ可按下式計算：

θ=2.0-0.4ρ’/ρ

其中ρ’、ρ—分別為受壓鋼筋和受拉鋼筋的配筋率（ρ’=A’S/bh0，ρ=As/bh0）。

由上述公式可求得吊車梁在不同荷載效應組合下的撓度。

6 計算結(jié)果

吊車梁內(nèi)力計算結(jié)果見表1。

吊車梁配筋計算結(jié)果見表2。

吊車梁裂縫寬度計算結(jié)果見表3。

吊車梁撓度計算結(jié)果見表4。

通過對上述計算結(jié)果的分析可知：吊車梁結(jié)構(gòu)尺寸選擇合理，通過計算配置鋼筋后，吊車梁裂縫寬度及撓度均控制在規(guī)范范圍之內(nèi)，為橋機的安全運行提供了充分的保障。

參考文獻

[1]劉瑞等.水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學[M].北京:中國水利水電出版社，1996.

[2]孫訓方，方孝淑，關(guān)來秦.材料力學(I)(4版)[M].北京:高等教育出版社.

作者簡介

劉建海（1985—），男，漢族，江西吉安人，助理工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計工作。