淺談青石山水電站主廠房預制構(gòu)件纜索吊裝設計方案

□陳天明

一、工程簡介

青石山水電站工程位于甘肅省甘南藏族自治州臨潭縣境內(nèi)的洮河干流上，電站主要由首部樞紐、引水系統(tǒng)、廠房及開關(guān)站組成，裝機容量為4000KW的三臺混流水輪發(fā)電機組，設計水頭15.4m，電站廠房位于河道的左岸，廠區(qū)附近地勢相對平坦，距蘭州市公路里程320公里。

由于本工程工期緊，吊裝噸位較大，距離城市遠，現(xiàn)場施工條件不佳，大噸位吊車的使用受到了周圍條件的限制，三大預制構(gòu)件和水輪發(fā)電機組埋設件的吊裝方案經(jīng)反復比較，最終確定為纜索吊裝?，F(xiàn)將纜索吊裝的設計介紹如下：

二、纜索吊的設計

(一)原始數(shù)值

1.廠房安裝間側(cè)地面高程2061.00m，另一側(cè)桅桿位置選在高程2070.00 m平面上；

2.廠房頂高程2077.10m；

3.三大構(gòu)件中最大、最重的薄腹梁凈高約1.5米，重量約9噸。

(二)設計示意圖(圖1)

(三)桅桿高度設計及選型

h=y+s+k+c+n+m+f

h——桅桿凈高

y——廠房最大凈高，y1=2077.00-2061.00=16米

y2=2077.00-2070.00=7米

s——廠房頂距吊裝構(gòu)件的工作凈高，取0.5米

k——構(gòu)件高度1.5米

c——繩扣和綁扎高度，取0.5米

n——起重滑車組的最小高度，取1.5米

m——小車高度0.6米

f ——主繩最大撓度，取L/18=65/18=3.6米

從以上數(shù)據(jù)可得

h1=16+0.5+1.5+0.5+1.5+0.6+3.6=24.2米

h2=7+0.5+1.5+0.5+1.5+0.6+3.6=15.2米

綜上，在廠房安裝間側(cè)安裝4節(jié)6米桅桿，桅桿基礎(chǔ)澆筑高出2061.00高程0.2米，h1桅桿總高24.2米。另一側(cè)安裝2節(jié)6米，1節(jié)3米桅桿，h2桅桿總高15米，桅桿基礎(chǔ)澆筑高出2070.00高程0.2米，桅桿頂部高程在同一平面，即2085.2高程。

經(jīng)計算桅桿承受壓力為31.6T，桅桿選用我局自行設計制造的在24米高度下最大承受壓力為200T的桅桿，完全滿足要求。

(四)承重鋼絲繩選擇及校核

主鋼絲繩最大受力：Tmax=(P+Q)L/4f

P——最大起重量9噸

Q——小車及起重滑輪組吊具重量1噸

Tmax——(9+1)×65/4×3.6=45.14 噸

查表初選主繩為6×37、φ56、 公稱抗拉強度170kg/mm2、其破斷拉力Sb是164 噸的鋼絲繩1根，其自重q=1.1074kg/m

考慮自身重量，主鋼絲繩最大受力為

校核其安全系數(shù)K1=Sb/ T1max=164/46.7=3.51＞3

(五)主風纜繩的選擇及校核

考慮纜繩在兩端對稱布設，因此只校核一側(cè)桅桿的受力就可滿足要求。桅桿頂受力分析(如圖2)

取安全系數(shù)K2=3

纜繩拉力T=53.6×3=160.8噸

故選擇6×37、φ56、公稱抗拉強度170kg/mm2，其破斷拉力是164噸的鋼絲繩1根。其安全系數(shù)K3=164/53.6=3.04＞3

綜合(4)、(5)兩項，承重鋼絲繩及主風纜繩均選定為6×37、φ56、公稱抗拉強度170kg/mm2的鋼絲繩各1根。主風纜繩由承重鋼絲繩兩端通過設在桅桿頂部的支撐滑輪引出。一般風纜繩可選用φ12的鋼絲繩。

(六)主風纜繩地錨設計(如圖3)

地錨抗拔力由兩部分組成。一部分是錨樁上部的土壤重量G，另一部分為錨樁與土壤的摩擦力T，因此，抗拔力F為：F=G+T0

地錨安全系數(shù)K4=(G+T0)/N

G——土壤重量=(b+b1)/2×H×L×γ

L——埋梁長度，取4米

H——地錨埋設深度，取4.5米

γ——土壤容重，取2T/m3

b1——錨坑底部寬=錨樁直徑

Φ——土壤抗拔角，Φ取30

b——有效壓力區(qū)

查有關(guān)資料，地錨安全系數(shù)K5可取為2，則K4＞K5，滿足安全要求。

(七)起重繩、卷揚機選擇及校核

1.起重鋼絲繩的選擇

起重滑輪選用6×6滑輪組，則起重繩受力：

T起=(P+Q)/12=(9+1)/12=0.83噸

查有關(guān)資料，起重鋼絲繩安全系數(shù)一般選取5～10，取K6=6，

則T1起= T起×K6=0.83×6=4.98噸

查表選取起重鋼絲繩為6×37、φ13、公稱抗拉強度是170kg/mm2，其破斷拉力是8.73噸，完全滿足要求。

2.牽引鋼絲繩的選擇

牽引鋼絲繩最大受力F=F1+F2

F1——克服沿承重鋼絲繩的提升力

F2——克服滑車滾軸中的摩擦力

F=F1+F2=(P+Q)sinβ1+(P+Q)f0

其中f0系數(shù)取0.25

F=(9+1)sin6.32+(9+1)×0.25=3.3噸

查表選取起重鋼絲繩為6×37、φ13、公稱抗拉強度170kg/mm2、破斷拉力8.73噸，其安全系數(shù)

K7=8.73/3.3=2.65＞2

3.卷揚機的選擇

綜合以上計算，可選取3臺5噸卷揚機，1臺用于起重，布置在安裝間一側(cè)，兩臺用于牽引，分別安裝于兩側(cè)。

三、結(jié)語

該纜索架設成型后，對施工過程中大型構(gòu)件和設備的吊裝起到了相當大的作用，在橋式起重機沒有安裝之前，利用纜索完成了水輪機錐管、座環(huán)埋設件的安裝，使水電站的建設周期縮短了幾個月，實現(xiàn)了當年開工，當年發(fā)電，為建設單位創(chuàng)造了相當可觀的發(fā)電收益，也為施工單位在水電站建設市場上塑造了良好的聲譽。實踐證明，該纜索的設計指標滿足要求，達到并超過了預計的效果。