人字扒桿雙釣魚法在角木塘水電站溢洪道預(yù)制梁架設(shè)中的應(yīng)用

，

(中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司，昆明，650041)

1 工程概況

角木塘水電站地處貴州省遵義市道真仡佬族苗族自治縣境內(nèi)忠信鎮(zhèn)聯(lián)江村放牛坪，為芙蓉江水電梯級(jí)開發(fā)中的第10級(jí)，對(duì)外交通不便，大型吊車及架橋機(jī)不具備入場(chǎng)條件，因此，溢洪道預(yù)制梁架設(shè)采用人字扒桿雙釣魚法完成。

角木塘水電站溢洪道共5孔，凈寬12.5m，每孔分別由交通橋、電纜基礎(chǔ)梁、檢修門機(jī)梁組成，全部采用預(yù)制梁，交通橋每跨共3片T型梁，單片梁長(zhǎng)14.5m，安裝重量約為57t，其中邊梁2片；電纜基礎(chǔ)梁左右邊跨電纜梁長(zhǎng)度17.24m，中跨電纜梁長(zhǎng)度15.98m，最大安裝重量約為50t；檢修門機(jī)梁每跨共3片，其中中板1片，邊梁2片，安裝重量為65.62t，門機(jī)梁上游1片邊梁、中板由2臺(tái)80t汽車吊抬吊架設(shè)。

2 扒桿架設(shè)施工

2.1 施工程序

溢洪道預(yù)制梁采用雙扒桿釣魚法進(jìn)行T梁吊裝施工，從右岸向左岸流水架設(shè)，單片梁架設(shè)程序如圖1所示。

2.2 扒桿的組裝

扒桿采用的主要桿件和料具如表1所示。

(1)卷?yè)P(yáng)機(jī)安裝：卷?yè)P(yáng)機(jī)吊運(yùn)至地龍后，用鋼絲繩固定錨于地龍錨環(huán)上，然后將鋼絲繩繞在卷?yè)P(yáng)機(jī)滾筒上。

圖1 雙扒桿釣魚法架設(shè)流程

(2)主扒桿安裝：采用18m人字扒桿吊機(jī)安裝，分三節(jié)，每節(jié)6m，用角鋼焊接而成，節(jié)段之間采用高強(qiáng)螺栓連接，在每跨兩閘墩上各立一副扒桿，在扒桿安裝時(shí)，先將扒桿拼裝成型，將腳節(jié)固定于閘墩上，用卷?xiàng)顧C(jī)配合慢慢將扒桿立直，扒桿立好后，拉好四角浪風(fēng)繩使扒桿穩(wěn)定，然后拉側(cè)纜風(fēng)繩、過河纜風(fēng)繩、背繩并卸下四角穩(wěn)定纜風(fēng)繩，進(jìn)行前組吊繩穿索安裝。

表1 扒桿主要桿件和料具表

2.3 梁體托運(yùn)

在梁場(chǎng)利用50t吊車，先起吊一端，后放置平板車，并在輪胎前后用木楔固定，然后再起吊另一端放置運(yùn)梁板車，運(yùn)梁平板車裝有剎車和轉(zhuǎn)向并用50裝載機(jī)牽引。由于道路有上下坡，為防止運(yùn)梁車剎車不靈或不足等安全隱患，后面再配一臺(tái)30裝載機(jī)，利用鋼絲繩牽引，以防止運(yùn)梁車在下坡時(shí)剎車不靈或不足沖坡。在梁運(yùn)至閘墩的過程中，由于轉(zhuǎn)彎半徑的影響運(yùn)梁車不能拐彎時(shí)，可利用50t吊車吊住尾端幫助運(yùn)梁車拐彎并使梁安全到位。

2.4 梁體安裝

(1)交通橋梁體架設(shè)時(shí)，運(yùn)梁車把梁運(yùn)至右側(cè)388m右邊墩時(shí)，用固定好的1#扒桿提起梁片，再用固定好的2#扒桿進(jìn)行牽引，使梁片朝2#扒桿遷移，1#扒桿卷?yè)P(yáng)機(jī)下落，2#扒桿卷?yè)P(yáng)機(jī)收起，牽引到離2#扒桿2m處的位置，1#扒桿端用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引住，防止快速竄出，在1#、2#扒桿3m處的位置裝一根12#鋼絲繩做為攬繩用于摘除1#扒桿卷?yè)P(yáng)員工安全，1#扒桿提起梁片后側(cè)，運(yùn)梁車撤離，慢放牽引處的卷?yè)P(yáng)機(jī)，調(diào)整合適的距離，使梁片垂直下落到墩頂，然后移梁到設(shè)計(jì)位置后進(jìn)行焊接加固，第二跨依次類推。

(2)門機(jī)梁、電纜基礎(chǔ)梁均為單跨橫向互不鉸接梁，架設(shè)第一跨時(shí)，扒桿架梁過程同架交通橋T梁，后續(xù)橋跨移梁縱移軌道采用在前一跨梁頂部鋪設(shè)20a工字鋼做滑移軌道，工字鋼利用插筋固定，兩塊厚1cm的鋼墊板放在軌道與基礎(chǔ)梁之間，鋼墊板下部和軌道上面抹黃油減少摩擦，由卷?yè)P(yáng)機(jī)將梁沿縱移軌道牽引到預(yù)定位置，再由扒桿對(duì)梁進(jìn)行跨表孔懸空縱移。

3 梁體架設(shè)安全計(jì)算

3.1 安全計(jì)算基本條件及參數(shù)

取安裝重量最大的門機(jī)軌道梁作為計(jì)算的基本數(shù)據(jù)，兩幅扒桿間距為16m，副扒桿距離其后錨為60m；扒桿高度按照18m計(jì)，門機(jī)梁高度為1.6m。計(jì)算過程按照三個(gè)階段，兩種狀態(tài)進(jìn)行，即分別按照工作狀態(tài)和瞬間失穩(wěn)狀態(tài)兩種狀態(tài)，軌道梁前進(jìn)5.0m、跨中及12m處三個(gè)階段進(jìn)行計(jì)算。

3.1.1 荷載取值

混凝土：65.62t；

滑輪組：取值0.75t；

總荷載：65.62+0.75=66.37t，取值：67t。

3.1.2 選用設(shè)備及材料

施工中使用的鋼絲繩為：背索φ36.5mm，卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引索φ19.5mm，捆梁φ33mm，并全部使用新鋼絲繩。四個(gè)5t卷?yè)P(yáng)機(jī)，其中兩個(gè)備用；人字扒桿兩幅(單幅承載按照120t進(jìn)行計(jì)算)。

3.2 扒桿工作狀態(tài)計(jì)算

根據(jù)力學(xué)分析，在軌道梁端懸空后，門機(jī)梁荷載由牽引鋼絲繩和運(yùn)梁臺(tái)車承受，牽引鋼絲繩所受豎向合力為門機(jī)梁總荷載的一半，即V=67t÷2=33.5t。

首先按照靜載狀態(tài)下，計(jì)算三個(gè)階段，即門機(jī)梁運(yùn)行到5.0t、跨中及12m處。最后對(duì)在此三個(gè)階段下各部件的受力進(jìn)行最不利組合，綜合考慮結(jié)構(gòu)受力及材料的選用。

3.2.1 第一個(gè)階段：梁體前進(jìn)5m

在梁體前進(jìn)5m時(shí)，受力分析如圖2所示。

圖2 受力分析(梁體前移5m)

(1)滑輪組受力

由T1cos13.71°+T2cos45.01°=33.5t

T1sin13.71°=T2sin45.01°

解得：T1=27.7t(此處最大)，T2=9.3t

(2)主扒桿背索受力

由F1cos19.98°=T1sin13.71°

解得：F1=9.9t

(3)主扒桿受力

F1sin19.98°+T1cos13.71°=30.3t(此處最大)。

當(dāng)門機(jī)梁運(yùn)行到5.0m處時(shí)，根據(jù)兩幅扒桿的角度關(guān)系可知，此處主扒桿受力較大，副扒桿相應(yīng)各部件受力相對(duì)很小，此時(shí)對(duì)副扒桿、副扒桿后背索不做計(jì)算。

3.2.2 第二階段：梁體處于中跨

門機(jī)梁運(yùn)行到跨中時(shí)，受力分析如圖3所示。

圖3 受力分析(梁體處于跨中)

(1)滑輪組受力

由T1cos41.26°+T2cos41.26°=33.5t

T1sin41.26°=T2sin41.26°

解得：T1=T2=22.3t

(2)主扒桿背索受力

由F1cos19.98°=T1sin41.26°

解得：F1=15.6t(此處最大)。

(3)主扒桿受力

F1sin19.98°+T1cos41.26°=22.1t

同樣根據(jù)角度關(guān)系，此時(shí)副扒桿處的扒桿、扒桿后背索等受力相對(duì)較小，此處不做計(jì)算，僅考慮主扒桿受力。

3.2.3 第三階段：梁體前移12m

在門機(jī)梁運(yùn)行到接近副扒桿時(shí)，此時(shí)按照門機(jī)梁懸空12m計(jì)算，受力分析如圖4所示。

圖4 受力分析(梁體前移12m)

(1)滑輪組受力

由T1cos46.7°+T2cos16.96°=33.5t

T1sin46.7°=T2sin16.96°

解得：T1=10.3t，T2=27.6t。

(2)主扒桿背索受力

由F1cos19.98°=T1sin46.7°

解得：F1=7.8t

(3)副扒桿背索受力

由F2cos16.70°=T2sin16.96°

解得：F2=8.4t

(4)副扒桿受力

F2sin16.70°+T2cos16.96°=28.8t

由于此處主扒桿各部位受力較小，且副扒桿受力較大，主扒桿此時(shí)不做計(jì)算。

3.2.4 最不利組合計(jì)算

根據(jù)上述計(jì)算，按照最不利荷載組合進(jìn)行鋼絲繩計(jì)算，按照靜載情況和動(dòng)載情況分別進(jìn)行計(jì)算。

(1)牽引索最大為27.7t

滑輪組采用6餅，共計(jì)13根，鋼絲繩采用φ19.5mm，單根受力為T=27.7÷13=2.13t

鋼絲繩的破斷拉力為1700MPa×158.11mm2×0.82=22.04t。

靜載時(shí)：K=22.04÷2.13=10.35，大于5.0；

動(dòng)載時(shí)：K=22.04÷2.13÷1.3=7.96，大于5.0。

因此可知：滑輪組采用6餅，鋼絲繩采用φ19.5mm，按照0.82的換算系數(shù)，分別考慮靜、動(dòng)載情況進(jìn)行計(jì)算，滿足牽引索5.0倍的安全系數(shù)。

(2)背索最大受力為15.6t

鋼絲繩采用φ36.5mm，鋼絲繩的破斷拉力為1700MPa×503.64mm2×0.82=70.21t。

靜載時(shí)：K=70.21÷15.6=4.5，大于3.5；

動(dòng)載時(shí)：K=70.21÷15.6÷1.3=3.5，等于3.5。

因此可知：背索鋼絲繩采用φ36.5mm，按照0.82的換算系數(shù)，分別考慮靜、動(dòng)載情況進(jìn)行計(jì)算，能夠滿足背索3.5倍的安全系數(shù)。

(3)扒桿最大受力為30.3t

根據(jù)人字扒桿鋼結(jié)構(gòu)鑒定報(bào)告，單個(gè)扒桿極限受力為120t。

靜載時(shí)：K=120÷30.3=3.96，大于2.0；

動(dòng)載時(shí)：K=120÷30.3÷1.3=3.05，大于2.0。

因此可知：人字扒桿極限受力取120t，經(jīng)計(jì)算可知，選用的扒桿能夠滿足受力要求。

(4)卷?yè)P(yáng)機(jī)利用率

滑輪組采用6餅，共計(jì)13根，鋼絲繩采用φ19.5mm，單根受力為T=27.7÷13=2.13t。

利用率n=2.13×1.2÷5=0.51，滿足要求。

(5)捆梁用鋼絲繩采用φ33mm

鋼絲繩的破斷拉力為1700MPa×392.11mm2×0.82=54.7t。

單頭采用4根，K=4×54.7t÷33.5t=6.53，滿足要求。

3.3 扒桿瞬間失穩(wěn)狀態(tài)計(jì)算

3.3.1 梁體運(yùn)行到5m時(shí)

在此種情況下，當(dāng)其中一個(gè)牽引索瞬間不受力，僅一根牽引索受力，按照力學(xué)分析可知，此時(shí)T2處于最不利狀態(tài)。

由T2cos45.01°=33.5t

解得：T2=47.4t，此處最大。

副扒桿背索受力F2：F2cos16.70°=T2sin45.01°，則F2=35.0t。

副扒桿受力為F2sin16.70°+T2cos45.01°=43.6t

3.3.2 梁體運(yùn)行到跨中時(shí)

此時(shí)，主副扒桿受力相同，副扒桿后背索此時(shí)受力較小，不做計(jì)算；再考慮T1(后拉索瞬間不受力的情況)，按動(dòng)荷載考慮計(jì)算。在此種情況下，當(dāng)其中一個(gè)牽引索瞬間不受力，僅一根牽引索受力，按照力學(xué)分析可知，此時(shí)T1及F1處于最不利狀態(tài)。

由T1cos41.26°=33.5t

解得：T1=44.6t

主扒桿背索受力F1：F1cos19.98°=T1sin41.26°，則F1=31.3t。

主扒桿受力為F1sin19.98°+T1cos41.26°=44.2t。

3.3.3 門機(jī)梁運(yùn)行到接近副扒桿時(shí)

考慮此時(shí)主扒桿后拉卷?yè)P(yáng)機(jī)瞬間不受力時(shí)，計(jì)算動(dòng)荷載：在此種狀態(tài)下，當(dāng)其中一個(gè)牽引索瞬間不受力，僅一根牽引索受力，按照力學(xué)分析可知，此時(shí)T1處于最不利狀態(tài)。

由T1cos46.7°=33.5t

解得：T1=48.8t

主扒桿背索受力F1：F1cos19.98°=T1sin46.7°，則F1=37.8t，此處最大。

副扒桿受力為F1sin19.98°+T1cos46.7°=46.4t，此處最大。

3.3.4 最不利組合時(shí)

根據(jù)以上計(jì)算，取最不利荷載組合，不考慮安全系數(shù)，僅考慮鋼絲繩的破斷拉力，計(jì)算如下：

(1)牽引索計(jì)算，最大拉力為47.4t

滑輪組采用6餅，共計(jì)13根，鋼絲繩采用φ19.5mm，單根受力為T=47.4÷13=3.65t。

鋼絲繩的破斷拉力為1700MPa×158.11mm2×0.82=22.04t。

不考慮安全系數(shù)22.04÷3.65=6.04倍。

(2)背索計(jì)算，最大拉力為37.8t

單根鋼絲繩受力為37.8t，鋼絲繩采用φ36.5mm。

鋼絲繩的破斷拉力為1700MPa×503.64mm2×0.82=70.21t。

不考慮安全系數(shù)K=70.21÷37.8=1.86倍。

(3)扒桿計(jì)算，最大受力為46.4t

根據(jù)人字扒桿鋼結(jié)構(gòu)鑒定報(bào)告，單個(gè)扒桿受力為120t。

不考慮安全系數(shù)K=120÷46.4=2.59倍。

通過以上計(jì)算可知，在扒桿工作狀態(tài)下，各部件的安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。在瞬間失穩(wěn)狀態(tài)下，各部件也并未達(dá)到其極限強(qiáng)度，并未達(dá)到破壞狀態(tài)，能夠滿足溢洪道各預(yù)制梁的架設(shè)施工。

4 結(jié)語

角木塘水電站溢洪道預(yù)制梁采用人字扒桿雙釣魚法架設(shè)，結(jié)合工程特點(diǎn)，充分利用了其輕巧、經(jīng)濟(jì)、易于加工安裝、操作簡(jiǎn)便等諸多優(yōu)點(diǎn)，通過詳細(xì)計(jì)算選用合適的設(shè)備料具，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益及技術(shù)效果，對(duì)類似工程具有較大的參考價(jià)值。