藏木水電站門機(jī)安裝中主要吊具的校核計算

梁　宇

(中國葛洲壩集團(tuán)第六工程有限公司, 云南昆明 650000)

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藏木水電站門機(jī)安裝中主要吊具的校核計算

梁宇

(中國葛洲壩集團(tuán)第六工程有限公司, 云南昆明 650000)

【摘要】藏木水電站右岸大壩布置一臺1 600 kN/320 kN雙向門機(jī)，由于門機(jī)安裝高度高、單件吊裝重量大，施工難度很大。文章在安裝吊裝前對吊具詳細(xì)的校核計算進(jìn)行了闡述，為制定可靠方案提供了技術(shù)支撐，對高原水電工程中類似工程具有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】壩頂門機(jī)；安裝；吊裝；計算

1工程概況

藏木水電站壩頂高程3 314 m處布置一臺1 600 kN/320 kN雙向門機(jī)，門機(jī)軌道跨度15.5 m，全長180.67 m。該門機(jī)主要擔(dān)負(fù)著左、右沖砂底孔事故閘門、沖砂廊道事故閘門、進(jìn)水口檢修閘門、進(jìn)水口攔污柵的啟閉和檢修工作。該門機(jī)主要由大車行走機(jī)構(gòu)、門架及附屬金屬結(jié)構(gòu)、小車機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)吊、清污機(jī)、抓梁及電氣部分組成，單機(jī)總重為304.755 t。壩頂門機(jī)主吊鉤為1 600 kN，回轉(zhuǎn)吊起升機(jī)構(gòu)起升荷載為320 kN。門機(jī)最大安裝高度距軌道面以上28.92 m，最大不可分吊裝單元為主梁一部分，單重20.84 t(不包括小車軌道裝置1.604 t)，其外形尺寸為21.5 m(長)×1.57 m(寬)×2.664 m(高)。

2主要吊具的校核計算

(1)壩頂門機(jī)最重結(jié)構(gòu)為門機(jī)主梁與端梁的組合件(50.898 t)，且采用4個吊點進(jìn)行吊裝，平均每個吊點受力不超過13 t。大件吊裝鋼絲繩均采用φ36(1 870)纖維芯鋼絲繩，該鋼絲繩最小破斷拉力為79.9 t，取4倍安全系數(shù)，該鋼絲繩許用拉力為79.9/4=20 t，能夠滿足壩頂門機(jī)最大結(jié)構(gòu)件的吊裝要求。鋼絲繩與構(gòu)件連接采用20 t卸扣，強(qiáng)度均滿足吊裝要求。

(2)吊裝過程中臨時吊耳制作及焊接。

構(gòu)件上吊裝臨時吊耳材料采用壓力鋼管制作剩余的余料進(jìn)行下料、焊接，吊耳焊接工藝及標(biāo)準(zhǔn)與壓力鋼管制作二類焊縫要求相同，開單面坡口，翻面氣刨清根。經(jīng)計算校核，臨時吊耳尺寸(圖1)滿足現(xiàn)場吊裝強(qiáng)度要求，計算過程如下：

圖1　吊耳尺寸

壩頂門機(jī)最重構(gòu)件為主梁與橫梁的組合件，共計50.898 t，采用4個吊點進(jìn)行吊裝，單個吊耳受力12.7 t，單個吊耳校核按20 t計算。吊耳與構(gòu)件焊縫按照二類焊縫要求執(zhí)行。開單面坡口，反面氣刨清根。

吊耳材料采用Q345B加工制作，其屈服強(qiáng)度為σa=255～275 MPa，安全系數(shù)取1.3，許用應(yīng)力[σ]=225/1.3=196 MPa，許用切應(yīng)力為[τ]=150 MPa，最小截面S1=80×30=240 mm2，剪切處面積S2=80×30=2 400 mm2,σmax=1/2P=10 t,τmax=20 t。根據(jù)強(qiáng)度計算公式：σ=σmax/S1=100000/2400=40.16 MPa<[σ] =196 MPa，滿足要求。

剪切應(yīng)力校核：τ=τmax/2S2=200000/(2×2400)=40.16 MPa<[τ] =150 MPa，則臨時吊耳強(qiáng)度滿足吊裝要求。

(3)門腿纜風(fēng)繩采用φ22纖維芯鋼絲繩。該鋼絲繩最小破斷拉力為26.6 t，取4倍安全系數(shù)，該鋼絲繩許用拉力為26.6 t/4=6.65 t。經(jīng)仔細(xì)校核計算，該纜風(fēng)繩滿足壩頂門機(jī)門腿固定要求，具體計算過程如下：

壩頂門機(jī)門腿纜風(fēng)采用型號為1670的φ22纖維芯鋼絲繩，該鋼絲繩最小破斷力26.6 t，采用4倍安全系數(shù)，鋼絲繩許用拉力為26.6/4=6.45 t。

假設(shè)門腿長度方向為均勻體，單根門腿總重G=31 t，門腿垂直高度H=17.34 m，門腿與地面傾斜角度為82°，取門腿中心為重心位置，即門腿重心距地面H=8.67 m。上游側(cè)門腿單邊采用2根纜風(fēng)繩固定，下游側(cè)門腿采用4根纜風(fēng)繩固定(圖2)。

圖2　門腿計算簡圖

由于門腿垂直于水平面，則門腿自身不產(chǎn)生力矩，下游門腿下游側(cè)的纜風(fēng)繩與地面角度為82°,纜風(fēng)繩對門腿中心產(chǎn)生的最大力矩為：

WL=6.45×4×2.42=62.436 t·m=624.36 kN·m

如考慮風(fēng)速最不利因素，即風(fēng)速與門腿傾斜方向一致，為保證門腿穩(wěn)定，纜風(fēng)繩可抗最大風(fēng)速可通過以下方法進(jìn)行計算：

假設(shè)風(fēng)對門腿影響為均布載荷，可將風(fēng)力對門腿作用集中在門腿中心，作用力為F,即作用力至門腿旋轉(zhuǎn)中心距離為(1/2)H=8.67 m，纜風(fēng)繩可抗最大風(fēng)速即滿足以下條件：設(shè)風(fēng)力產(chǎn)生的力矩為Wf，即：Wf≤WL，當(dāng)Wf=624.36 kN·m時，因Wf=F×(1/2)H=624.36 kN·m,得F=144.028 kN，即可承受最大144.028 kN風(fēng)力。

門腿與橫梁單側(cè)面積為S=1.3×14.6×2+11×1.2=51.16 m2，即纜風(fēng)繩可承受風(fēng)對門腿產(chǎn)生的最大壓強(qiáng)為：P=

F/S=144.028/51.16=2.815 kPa，即每1 m2可承受281.5 kg力。

查相關(guān)資料，10級風(fēng)，風(fēng)速約24.5～28.4 m/s。根據(jù)風(fēng)速力學(xué)轉(zhuǎn)換關(guān)系式：

F=K×0.667×S×V2

式中：K為安全系數(shù)，取值范圍為1.2～1.4，K取1.4；S為門腿迎風(fēng)面面積，為51.16 m2；V為風(fēng)速，取28.4 m/s。將上述值代入上式得：

F=1.4×0.667×51.16×28.42=38.532 kN<281.5 kN

門腿纜風(fēng)繩強(qiáng)度滿足10級大風(fēng)等不利因素要求。

3結(jié)束語

主要吊具的校核計算為成功安裝門機(jī)提供了技術(shù)支撐，在此基礎(chǔ)上，制定了詳細(xì)的安裝方案，成功的安裝了壩頂雙向門機(jī)，同時也為在高原地區(qū)同類工程提供了經(jīng)驗。

參考文獻(xiàn)

[1]DL/T 5019-94 水利水電工程啟閉機(jī)制造、安裝及驗收規(guī)范[S].

[2]水利水電部水利水電建設(shè)總局.水利水電工程施工組織設(shè)計手冊[M].北京：中國水利水電出版社, 1990.

[作者簡介]梁宇(1983～)，男，學(xué)士，助理工程師，主要從事水利水電施工機(jī)電管理。

【中圖分類號】TV547+.1

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

[定稿日期]2015-11-17