長河壩水電站大型橋機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)方案優(yōu)化

侯 忠，劉 劍

(1.四川鹽源甲米河水電開發(fā)有限公司，四川鹽源，615700;2.中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610023)

1 概述

長河壩水電站共設(shè)計(jì)4臺(tái)650MW混流式發(fā)電機(jī)組，電站主廠房配有兩臺(tái)橋機(jī)，該橋式起重機(jī)規(guī)格為420t+420t雙小車橋式起重機(jī)，主要由橋架、大車行走機(jī)構(gòu)、420t主小車、16t電動(dòng)葫蘆、吊具、司機(jī)室和電氣控制部分等組成。運(yùn)輸?shù)跹b最大、最重部件為橋機(jī)大梁，具體外型尺寸(長×寬×高)為27.65m×2.41m×3.03m，各種部件累計(jì)重達(dá)80余t。

橋機(jī)安裝后的負(fù)荷試驗(yàn)歷來是大型橋機(jī)試驗(yàn)需要解決的技術(shù)難題，同時(shí)也是橋機(jī)安裝成本控制的關(guān)鍵點(diǎn)。

長河壩電站的橋機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)，業(yè)主在招標(biāo)文件中有明確規(guī)定(投標(biāo)文件中的施工組織設(shè)計(jì)也按要求執(zhí)行)。制作水泥墩作為配重進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)水泥墩重約30t，需掛兩對鋼絲繩;鋼絲繩由施工單位采購，并且水泥墩要從黃金萍電站倒運(yùn)到施工現(xiàn)場，需要發(fā)生約20萬的倒運(yùn)費(fèi)用。

2 安裝優(yōu)化的實(shí)施

2.1 原方案安全性及成本分析

原方案業(yè)主設(shè)計(jì)制作水泥墩，由我部從黃金萍電站倒運(yùn)至安裝間卸貨，用完后將水泥墩運(yùn)到長河壩工地存放;電站兩個(gè)橋機(jī)設(shè)計(jì)要求最大試驗(yàn)負(fù)荷為1300t，按照需要水泥墩制作為3m×3m×3m的正方體。由于長河壩的橋機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)需要，需要21塊左右的水泥墩，單塊重量約65t，水泥墩密度為2.4t/m3。

原方案的主要缺點(diǎn)有:

(1)制作水泥墩周期長，需要內(nèi)設(shè)鋼筋及吊耳，需要立模和混凝土拌制等，制作時(shí)間長，需要較大的場地;

(2)水泥墩一次制作使用完成后廢棄，造成浪費(fèi);

(3)水泥墩后期存放與處理困難，而且需要成本;

(4)水泥墩施工方案安全性不高。每個(gè)水泥墩要用鋼絲繩掛在掛鉤上，雖然業(yè)主有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，但是掛在吊鉤上的鋼絲繩數(shù)量多，壓股，易斷裂，且鋼絲繩都掛在鉤上受力不均易造成事故;

(5)水泥墩施工成本高。如果以每個(gè)水泥墩設(shè)計(jì)兩個(gè)吊點(diǎn)，選用單根鋼絲繩吊裝，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，2×52D2/6需要選擇直徑60mm的鋼絲繩，長度20m左右(公式中D為直徑，6為安全系數(shù)，52為經(jīng)驗(yàn)系數(shù))。另外，每個(gè)水泥墩需要配置35t級別的卡扣各2個(gè)(1對)。

如果采用此法，需要采購鋼絲繩21對，每對需多余長度10m用來叉繩扣，共需采購鋼絲繩620m，每根鋼繩廠家制作需2000元，并配套采購35t的卡扣21對。鋼絲繩市場價(jià)約為300元/m，卡扣為4000元/對，總共需要成本31.2萬元。

2.2 方案優(yōu)化

結(jié)合現(xiàn)場情況與業(yè)主深入探討，并且了解到電站壓力鋼管制作引進(jìn)材料5000t全為鋼板，正好在負(fù)荷試驗(yàn)期間到現(xiàn)場。因此，根據(jù)要求提出改變施工方案，采用鋼板進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)。該方案技術(shù)要點(diǎn)如下:

(1)試驗(yàn)前制作鋼托架，托架上在吊點(diǎn)處焊接鋼管及護(hù)板，托加的設(shè)計(jì)強(qiáng)度需通過驗(yàn)算;

(2)鋼絲繩選擇。按照方案計(jì)劃應(yīng)選擇鋼絲繩的直徑130mm，需廠家訂制，且鋼絲繩太大、太重人力很難掛鉤，最后經(jīng)優(yōu)化，采購直徑80mm的鋼絲繩，兩根并著一根用。單根鋼絲繩長50m雙成兩圈替代130mm鋼絲繩，共采購4根，鋼絲繩采購費(fèi)用由10多萬元降到了幾萬元;

(3)優(yōu)化鋼絲繩用量。為了節(jié)約鋼絲繩用量，將采購的80mm鋼絲繩并在托架上纏繞，節(jié)約了鋼絲繩費(fèi)用，僅用了8萬元，而合同負(fù)荷試驗(yàn)材料及裝置費(fèi)用為40余萬元。

(4)托架費(fèi)用由業(yè)主承擔(dān)，每個(gè)托架5萬元共需10萬元，后期業(yè)主可回收再利用;

(5)整個(gè)試驗(yàn)方案需經(jīng)過監(jiān)理、業(yè)主審核，以保證施工安全性。

3 鋼板托架和鋼絲繩驗(yàn)算

3.1 鋼板托架強(qiáng)度計(jì)算

電站設(shè)計(jì)單托架承重最大為525t，每臺(tái)車需要兩個(gè)托架，試驗(yàn)時(shí)雙鉤各掛525t。

鋼板托吊架承重525t，選用鋼板材質(zhì)Q235B，腹板厚20mm，翼板厚16mm。箱形梁采用焊接結(jié)構(gòu)，單面連續(xù)角焊縫，焊腳hf=12mm;焊材:焊條電弧焊E4315，埋弧焊H08A，HJ431。

圖1 計(jì)算簡圖

梁的最大彎矩:

截面特性:

梁的應(yīng)力驗(yàn)算:

焊縫受力計(jì)算:

3.2 鋼絲繩選擇

進(jìn)行125%額定負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)起吊重量為最大，單鉤吊裝重量約為525t(含托架重量)。

吊裝時(shí)鋼絲繩受力計(jì)算及選型:

鋼絲繩承受拉力計(jì)算:

式中:S——一根吊索承受的拉力(kN);

Q——吊重的重量(525t);

g——重力加速度，g=9.8m/s2;

n——吊索根數(shù);

β——鋼絲繩與水平面夾角(按60°計(jì)算)。

鋼絲繩最大許用拉力計(jì)算:

［S］≤P/K≤3740/5≤748kN

式中:［S］——鋼絲繩許用拉力(kN);

P——鋼絲繩破斷拉力(kN);

K——鋼絲繩的安全系數(shù)。

在以上鋼絲繩最大許用拉力計(jì)算中，鋼絲繩破斷拉力值3740kN取自φ80mm直徑、破斷拉力6×37鋼絲繩(1770MPa級)的破斷拉力值，安全系數(shù)取5倍。

經(jīng)以上計(jì)算，若采用φ80mm直徑、破斷拉力6×37(1770MPa級)的鋼絲繩，單根鋼繩許用最大拉力為748kN，而配重吊裝時(shí)，鋼繩吊重后實(shí)際受力為742.6kN，完全滿足安全吊裝要求。

綜上所述，本次吊裝鋼絲繩選取φ80mm直徑、破斷拉力6×37(1770MPa級)的鋼絲繩2根，單根(纏繞卡制前的長度)22m，本次吊裝鋼繩(纏繞卡制后的長度)為2根18.2m即可滿足吊索夾角為60°的安全要求。而使用2根50m鋼絲繩纏繞2圈后長度22m，(卡扣搭接長度3m)鋼絲繩其吊索夾角將＜60°，吊裝也將更為安全。

4 結(jié)語

通過方案優(yōu)化達(dá)到了以下效果:

(1)安全、高效、高質(zhì)量地完成了負(fù)荷試驗(yàn)，得到了業(yè)主監(jiān)理的好評;

(2)節(jié)約了施工成本，鋼絲繩還可在以后機(jī)組安裝頂蓋時(shí)利用;

(3)新制作的托架、鋼材可以回收，可在后續(xù)工程上應(yīng)用，不浪費(fèi);

(4)為后續(xù)工程提供了可借鑒經(jīng)驗(yàn)。后期安古電站、枕頭壩電站均采用我部采購的鋼絲繩，大大節(jié)約了成本。