重型懸臂式鋼平臺設(shè)計(jì)淺談

郭富權(quán)

（中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,陜西 西安 710065）

重型懸臂式鋼平臺設(shè)計(jì)淺談

郭富權(quán)

（中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,陜西 西安 710065）

本文主要論述在垂直混凝土壩面上設(shè)置大尺寸、荷載20t的懸臂式鋼平臺設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及所采用鋼管及化學(xué)螺栓的固定方式。并對設(shè)計(jì)及安裝運(yùn)行過程中有關(guān)事項(xiàng)進(jìn)行說明。

懸臂結(jié)構(gòu)；鋼平臺；化學(xué)錨栓；固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)

1 概述

某電站為給泄洪洞檢修閘門門槽創(chuàng)造旱地修復(fù)施工條件，需將一個9m×15m(寬×高)的浮體閘門在壩前能夠貼著壩面上下移動。通過封堵住泄洪洞的進(jìn)水口，以達(dá)到創(chuàng)造孔內(nèi)旱地施工的條件。由于壩頂門機(jī)上回轉(zhuǎn)吊受到壩體牛腿的阻擋，無法將浮體閘門移動到壩前。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，經(jīng)綜合分析決定在大壩壩面上游側(cè)牛腿下利用混凝土壩面做一懸臂支承鋼平臺，防止固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)進(jìn)行操作，才能夠滿足啟閉和監(jiān)控的要求。整體布置見圖1。

圖1

2 整體布置

本鋼平臺總尺寸為3.52m×10.37m（寬×高），主要放置1臺2×10t固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)和測深裝置。2×10t固定啟閉機(jī)主要用于操作垂直啟閉浮體閘門，測深裝置主要測量被吊設(shè)備的深度及水平度。鋼平臺總重7t，由Q345B鋼板和Q235B型鋼焊接構(gòu)成。

3 鋼平臺結(jié)構(gòu)

3.1 主梁布置

鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要滿足2×10t固定卷揚(yáng)機(jī)的布置要求，本工程所用啟閉機(jī)吊點(diǎn)間距7.98m，是鋼平臺上的主要受力部件。因此將鋼平臺的主梁也放在此位置，由一個主梁承受一臺啟閉機(jī)的荷載，主梁采用3.52m（上下游方向）而不采用7.98m（左右岸方向）主要考慮以下幾點(diǎn)：

（1）主梁上下游方向比主梁左右岸方向短的多，可以有效減少主梁的撓度。

（2）主梁上下游方向比主梁左右岸方向加工精度更容易保證，安裝難度降低。

（3）上下游方向設(shè)置的鋼平臺比左右岸方向重量輕，可以減少鋼平臺整體重量，減輕最終壩面混凝土的擠壓應(yīng)力。

主梁采用20mm厚鋼板焊接成工字型，腹板高度的確定由所有力的撓度確定，在通過型鋼做為次梁連接2個主梁，使其形成框架結(jié)構(gòu)，對主梁在1.1倍荷載下進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定和剛度計(jì)算，鋼平臺的剛度根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5039所規(guī)定的工作閘門主梁撓度不超過支承跨度1/750進(jìn)行確定。

3.2 次梁布置

水平次梁的主要作用為增加鋼平臺的整體剛度和穩(wěn)定性，傳導(dǎo)2×10t固定卷揚(yáng)機(jī)的水平力。水平次梁由32a的工字鋼組成，遇到主梁斷開，鋼平臺共布置4根水平次梁。水平次梁的間距主要由站人位置、啟閉機(jī)位置確定。

4 固定方式

由于整個鋼平臺受力較大，外形尺寸也大。完全采用壩面固定，對于連接構(gòu)件將產(chǎn)生很大的組合應(yīng)力，整體受力情況也不明確，對于設(shè)備的安全運(yùn)行有很大隱患。經(jīng)多方案比較，最終采用如附圖一所示方案。具體為將壩頂牛腿開直徑50圓孔，穿入直徑30mm的圓鋼，一端在壩頂與鋼板凳連接，另一端與鋼平臺的主梁和次梁連接，共設(shè)置8根鋼筋。在鋼平臺與壩面接觸處，采用化學(xué)錨栓連接。這樣，整個鋼平臺固定件。受力清晰明了，固定方式見圖2。

圖2

4.1 豎直鋼筋及配件分析

豎直力分析需逐一分析與其接觸相關(guān)的各構(gòu)件的受力情況，主要有以下幾點(diǎn)。第一，直徑30mm鋼筋本身的拉力。第二，壩頂上與鋼筋連接的鋼板凳需計(jì)算鋼板凳接觸面混凝土壓應(yīng)力和鋼構(gòu)件的抗剪力。第三，鋼筋與鋼平臺連接處鋼板的抗剪力。

對于鋼筋自身的拉力計(jì)算，通過計(jì)算得鋼筋拉力為51MPa，滿足許用要求。

4.2 化學(xué)錨栓及配件分析

化學(xué)錨栓處受力主要由以下幾部分組成。第一，錨栓的抗剪力。第二，錨栓在混凝土內(nèi)的抗拉、抗剪力。第三錨栓與鋼平臺接觸面的局部緊接承壓力。因此需對上述幾個問題逐一解決。

首先與壩面連接的化學(xué)錨栓主要承受剪力，通過計(jì)算可獲得需要錨栓的最小直徑，考慮不均勻系數(shù)和折減系數(shù)可得錨栓的直徑。

化學(xué)錨栓技術(shù)目前應(yīng)用比較廣泛，主要操作工序?yàn)橄茹@孔，后在孔內(nèi)加入化學(xué)植筋膠，在植入錨栓，效果等同于預(yù)埋螺栓。對于選擇化化學(xué)錨栓固定位置需注意下列幾點(diǎn)：

（1）在鉆孔時先檢測壩內(nèi)鋼筋的位置，避免鉆孔直接打斷壩內(nèi)主鋼筋，同時要求鋼構(gòu)件上的螺栓孔需根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行配鉆。

（2）對于螺栓組距需滿足廠家的最小間距要求，如無法滿足，需得到廠家的書面認(rèn)可。

（3）螺栓孔盡量選擇在堅(jiān)實(shí)的混凝土面上鉆孔，對于螺栓抗拉抗剪數(shù)據(jù)為安全起見，可選擇在低混凝土標(biāo)號或混凝土裂縫處的數(shù)據(jù)。

根據(jù)上述幾點(diǎn)對化學(xué)錨栓在孔內(nèi)的抗拉和抗剪力進(jìn)行計(jì)算，所得數(shù)據(jù)低于其技術(shù)樣本的混凝土裂縫處的數(shù)據(jù)。故認(rèn)為化學(xué)錨栓在混凝土內(nèi)的抗拉、抗剪力要求。另需在設(shè)計(jì)圖紙技術(shù)說明做特別注明，在使用過程中，派專人觀察錨栓連接處，如有異常，立刻停止施工。

由于錨栓與鋼平臺的連接是通過在鋼板上鉆孔后穿入錨栓進(jìn)行連接，鋼板鉆孔處的局部緊接承壓力很大。降低其局部緊接承壓力最有效的方式為增大螺栓與鋼板的接觸面，通過在兩鋼板之間增加套管的方式可有效增大螺栓的接觸面，將其由近似的集中載荷轉(zhuǎn)換為線載荷，大大降低局部緊接承壓力。通過計(jì)算，局部緊接承壓力滿足要求。

5 安全防護(hù)

在鋼平臺整體安裝和運(yùn)行中為防止意外發(fā)生做了以下設(shè)計(jì)預(yù)防措施：

（1）在鋼平臺四周設(shè)置高度為1.2m欄桿防止人員意外墜落，從壩頂下到鋼平臺均采用背籠爬梯進(jìn)行封閉。

（2）鋼平臺內(nèi)除啟閉機(jī)位置和吊物孔外的所有位置均鋪設(shè)4mm花紋鋼。吊物孔周邊設(shè)置欄桿圍護(hù)。

（3）鋼平臺與大壩鋼筋網(wǎng)主鋼筋設(shè)置不少于2處的接地。以避免在鋼平臺安裝和運(yùn)行中觸電事故的發(fā)生。

6 安裝及運(yùn)行過程

本鋼平臺主要結(jié)構(gòu)件在工廠制作試拼裝后做好標(biāo)記，在工地現(xiàn)場連接成整體。化學(xué)螺栓在廠家技術(shù)人員指導(dǎo)下順利安裝，待強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，安裝固定卷揚(yáng)機(jī)并進(jìn)行了負(fù)載試驗(yàn)。確認(rèn)無誤后進(jìn)行正式的吊裝工作。整個鋼結(jié)構(gòu)工作平臺在設(shè)備運(yùn)行過程中無明顯變形。直徑30mm拉筋和化學(xué)錨栓位置無異常。鋼平臺使用達(dá)到安全可靠的要求。

7 總結(jié)

通過實(shí)踐證明，本重型鋼平臺的受力分析和結(jié)構(gòu)布置是合適的?；瘜W(xué)錨栓在實(shí)際運(yùn)用中也得到了較好的驗(yàn)證。本結(jié)構(gòu)的布置和固定方式對于解決類似大荷載的懸臂結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)可起一定的參考作用。

[1]陳海洲.幾何非線性卸載技術(shù)在超大懸挑鋼平臺中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù)，2011,11.

[2]岳明君.非標(biāo)壓力機(jī)箱形主梁全約束優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代制造工程，2005,2.

[3]劉毅.排架柱抗彎剛度折減系數(shù)探討[J].重慶大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007,4.

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