用單吊點(diǎn)錨索吊裝地下廠房橋機(jī)大件

李 剛，賈棟林

（中國水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，云南 昆明650032）

1 概述

兩河口水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)的雅礱江干流中游河段，為雅礱江中游（兩河口至卡拉河段）一庫七級(jí)開發(fā)的第一級(jí)，是雅礱江中下游的“龍頭”水庫電站，具有多年調(diào)節(jié)能力。電站站址位于雅礱江干流與支流鮮水河的匯合口下游約2 km河段，距離雅江縣城約25 km。

廠房內(nèi)共設(shè)置2臺(tái)550 t/100 t/16 t-24.8 m橋式起重機(jī)，由太原重工股份有限公司起重分公司制造，主要承擔(dān)兩河口水電站水輪發(fā)電機(jī)組大件吊裝及檢修工作。橋式起重機(jī)采用雙梁雙軌單小車的結(jié)構(gòu)型式，由小車、橋架、起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)、550 t吊具滑輪組、550 t吊鉤裝置、100 t吊鉤裝置、16 t電動(dòng)葫蘆裝置、附屬鋼結(jié)構(gòu)和電氣設(shè)備等組成，其中最重部件為小車其重量約76 t。小車沿著主梁軌道運(yùn)行、整車沿平行于廠房的軌道運(yùn)行。

2 天錨結(jié)構(gòu)

廠房橋機(jī)大件吊裝通常采用在頂拱安裝錨點(diǎn)，設(shè)置提升系統(tǒng)或使用汽車起重機(jī)。然而因?yàn)闃驒C(jī)結(jié)構(gòu)部件體積大、重量重，使得安裝錨點(diǎn)時(shí)布置錨桿難度較大，安全風(fēng)險(xiǎn)也大大增加，投入汽車起重設(shè)備時(shí)則增加成本，不經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

兩河口水電站項(xiàng)目是在廠房頂拱布置了一個(gè)天錨，其結(jié)構(gòu)主要采用單孔多錨頭防腐性壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索，錨索設(shè)計(jì)噸位2 000 kN，天錨設(shè)計(jì)最大承載力為1 000 kN。其中天錨錨頭結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 天錨鋼錨頭結(jié)構(gòu)圖

3 吊裝系統(tǒng)布置

為順利完成橋機(jī)大件吊裝，根據(jù)廠房橋機(jī)各部件的重量參數(shù)，結(jié)合已布設(shè)的天錨錨頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)和布置橋機(jī)大件吊裝的起吊系統(tǒng)，包括與鋼錨頭連接的吊耳、配套滑輪組、導(dǎo)向滑輪、卷揚(yáng)機(jī)、鋼絲繩等。

3.1 連接吊耳設(shè)計(jì)

分析天錨鋼錨頭的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，鋼錨頭無法直接與起吊滑輪組連接，需設(shè)計(jì)一個(gè)連接吊耳，連接鋼錨頭和起吊滑輪組。根據(jù)鋼錨頭的結(jié)構(gòu)尺寸以及橋機(jī)部件最大起重量（76 t），吊耳設(shè)計(jì)為箱型結(jié)構(gòu)，與鋼錨頭采用焊接的方式進(jìn)行連接，吊耳結(jié)構(gòu)如2所示。

圖2 箱型吊耳與錨頭連接示意圖

確定吊耳結(jié)構(gòu)為箱型后，依據(jù)錨頭材料、尺寸及橋機(jī)部件最大起重量等參數(shù)，對(duì)吊耳進(jìn)行選材并進(jìn)行強(qiáng)度校核。

根據(jù)錨頭設(shè)計(jì)圖紙，錨頭材料為45號(hào)鋼，板厚為40 mm，查《GB/T699-2015優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》[1]，得到該材料下屈服強(qiáng)度δsmin≥355 MPa，抗拉強(qiáng)度σb=600 MPa；根據(jù)《機(jī)械工程師手冊(cè)》[2]，在靜載的情況下，鋼材取ns=2～2.5，其許用應(yīng)力 [σ]=σsmin/ns=355÷2=177.5 MPa，許用剪切應(yīng)力 [τ]=（0.6～0.8）[σ]=106.5 MPa。

選用Q345 C作為吊耳材料，板厚55 mm，查詢《焊接手冊(cè)（第3版）第2卷：材料的焊接》[3]得到該材料下屈服強(qiáng)度δsmin≥295 MPa，抗拉強(qiáng)度σb=470～630 MPa，在靜載的情況下，鋼材取ns=2～2.5，其許用應(yīng)力[σ]=σsmin/ns=295÷2=147.5 MPa，許用剪切應(yīng)力 [τ]=（0.6～0.8）[σ]=0.6×147.5=88.5 MPa。

橋機(jī)最重部件約為76 t，按100 t進(jìn)行計(jì)算，校核吊耳圖2所示J-J截面的承載能力：

27 MPa＜147.5 MPa＜177.5 MPa，故選用 Q345C，δ=55 mm鋼材制作的吊耳，其強(qiáng)度滿足使用要求。

3.2 吊耳與錨頭連接

吊耳與錨頭的連接方式采用焊接。根據(jù)預(yù)先制定好的焊接工藝，將制作好的箱型吊耳焊接于錨頭上并校核焊縫強(qiáng)度。

焊縫主要受拉應(yīng)力，載荷按100 t計(jì)算，焊縫截面積按圖2所示，僅取吊耳板截面積進(jìn)行計(jì)算（不考慮連接板截面積），其中焊縫截面系數(shù)ψ=0.8～0.95，取最小值ψ=0.8。

焊接采用手工電弧焊，焊條為E5015，熔敷金屬抗拉強(qiáng)度≥490 MPa。21.84 MPa＜490 MPa，故焊縫強(qiáng)度滿足要求。

3.3 吊裝系統(tǒng)安裝

根據(jù)天錨位置及地下廠房安裝間現(xiàn)場(chǎng)空間情況，布置橋機(jī)大件吊裝的起吊系統(tǒng)，包括：牽引動(dòng)力卷揚(yáng)機(jī)、導(dǎo)向滑輪、起升滑輪組等，選用一臺(tái)200 t帶旋轉(zhuǎn)吊鉤的10門滑輪組作為起吊系統(tǒng)動(dòng)滑輪，選用一臺(tái)200 t的10門滑輪組與吊耳連接作為起吊系統(tǒng)定滑輪，選擇20 t的單門吊鉤定滑輪作為導(dǎo)向滑輪，導(dǎo)向滑輪通過與預(yù)設(shè)錨桿連接固定，具體平面布置如下頁圖3所示。

根據(jù)起升載荷，選擇牽引卷揚(yáng)機(jī)及鋼絲繩，起升載荷按100 t計(jì)算：

按10門滑輪組小花穿繞21根鋼絲繩吊裝計(jì)算卷揚(yáng)機(jī)牽引力Z，由牽引力計(jì)算公式得：

式中Q為吊裝荷載最大重量100 t；n為鋼絲繩數(shù)量；η為滑車綜合效率；ε為滑車阻力系數(shù)；η1為導(dǎo)向滑輪效率。

根據(jù)計(jì)算出的牽引力8.08 t，故選擇16 t卷揚(yáng)機(jī)為吊裝提供牽引動(dòng)力。

單根鋼絲繩受到的拉力為：P=Q/n×g=8.08 t×9.8 kN/t=79.18 kN

鋼絲繩的破斷總拉力為：

式中P為鋼絲繩的容許拉力（kN）；ΣS0為鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和（kN）；a為考慮鋼絲繩之間荷載不均勻系數(shù)，對(duì)6×37鋼絲繩，a取0.82；K為鋼絲繩使用安全系數(shù)，取5。

選用6×37+FC-φ36 mm鋼絲繩，公稱抗拉強(qiáng)度為1 570 MPa，查《GB8919-2006重要用途鋼絲繩》[4]，最小破斷拉力F0=671 kN。

F0＞ΣS0，所選鋼絲繩滿足使用要求。

圖3 起吊系統(tǒng)平面布置示意圖

4 吊裝系統(tǒng)負(fù)載試驗(yàn)

在進(jìn)行橋機(jī)大件吊裝前，為驗(yàn)證起吊系統(tǒng)各機(jī)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性，對(duì)已安裝完成的起吊系統(tǒng)進(jìn)行載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)負(fù)載物選用鋼筋，采用鋼絲繩兜吊的方式按設(shè)計(jì)額定載荷（100 t）50%、75%、100% 的階段依次逐級(jí)增荷進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)。

試驗(yàn)步驟：

（1）各階段載荷先緩慢提升至距離地面200 mm，保持10 min，再次提升至距離地面500 mm，然后降至距離地面100 mm，反復(fù)起落3次。

（2）在試驗(yàn)過程中，時(shí)刻觀察及監(jiān)測(cè)各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行及位移情況。

（3）負(fù)載試驗(yàn)完成后，對(duì)箱型吊耳焊縫進(jìn)行檢查，對(duì)滑輪組、導(dǎo)向裝置、鋼絲繩、卷揚(yáng)機(jī)、地錨等裝置的完好情況進(jìn)行檢查，確認(rèn)各裝置完好無損，保障后續(xù)使用安全。系統(tǒng)負(fù)載試驗(yàn)示意圖如4所示。

圖4 起吊系統(tǒng)負(fù)載試驗(yàn)示意圖

5 橋機(jī)吊裝

5.1 起吊準(zhǔn)備

依據(jù)橋機(jī)設(shè)計(jì)圖紙及廠房結(jié)構(gòu)圖，核算確認(rèn)橋機(jī)各部件的起吊高度，并根據(jù)各部件結(jié)構(gòu)及重量，合理安排吊裝順序，優(yōu)化吊點(diǎn)布置以及選擇適宜的吊具。

兩河口廠房橋機(jī)整機(jī)高度為6.7 m，其中橋架主梁高度約為2.8 m，小車的高度約為3.4 m。當(dāng)橋架吊裝到位后，大車卷筒頂面的高程為：EL.2624.08 m（軌頂高程El2621.5 m+2.58 m），廠房頂拱高程為EL2636.0 m，天錨錨頭與吊耳連接后的長度約為1.0 m，滑輪組自身高度4.4 m，計(jì)算小車起吊空間高度為2 636.0-2 624.08-1.0-4.4=6.52 m，小車高2.4 m，所以小車吊裝時(shí)，利用廠家預(yù)裝余留于車架上表面的吊耳，即可滿足小車最高部件的起吊高度要求。

除此之外，還可以使用SolidWorks等建模軟件進(jìn)行實(shí)體建模模擬，可有效防止空間干涉、重心偏移等問題，還可以提供吊點(diǎn)優(yōu)化布置的合理化參考建議。

5.2 主梁吊裝

主梁總重約為30 t，遠(yuǎn)低于天錨設(shè)計(jì)承載載荷，故可以將行走機(jī)構(gòu)、平臺(tái)、護(hù)欄、司機(jī)室等附屬部件在吊裝前于地面安裝完成后整體進(jìn)行吊裝，大大提升吊裝效率，減少了吊裝后再進(jìn)行附件安裝時(shí)的高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

因主梁外形尺寸較大，需要旋轉(zhuǎn)吊裝到位后，再調(diào)整方向擺正。起吊前，在主梁兩端系牽引繩，控制主梁起吊擺度；吊裝時(shí)，緩慢起吊，當(dāng)主梁起升高度超過橋機(jī)行走軌道高程時(shí)，拽拉牽引繩，控制主梁回轉(zhuǎn)擺正，操作起吊系統(tǒng)配合使用手拉葫蘆、千斤頂?shù)裙ぞ呤蛊渲髁簝啥诵凶哕囕喥椒€(wěn)落于軌道上。主梁及附屬部件吊裝示意如圖5所示。

圖5 主梁及附屬部件吊裝示意圖

5.3 小車吊裝

小車主要包括小車架、行走機(jī)構(gòu)、100 t及550 t起升機(jī)構(gòu)等，整體總重達(dá)116 t，超過了天錨的設(shè)計(jì)載荷，為了吊裝安全，將小車與550 t起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行分離，然后再順序吊裝。小車架裝配成整體后，測(cè)量并確認(rèn)小車行走車輪跨距與小車軌道跨距相同，利用起吊系統(tǒng)緩慢提升小車架。當(dāng)小車架底部超過橋機(jī)主梁高度后，將大車架移至小車架下方位置，找正方位后將小車架緩慢落在大車架的小車軌道上。小車架吊裝完成后，進(jìn)行550 t起升機(jī)構(gòu)的吊裝，先將大車架上的小車架移至邊墻一側(cè)，當(dāng)550 t起升機(jī)構(gòu)起吊高度超過小車架高度后，將大車架和小車架移動(dòng)到550 t起升機(jī)構(gòu)正下方，調(diào)平后緩慢落在小車架上。小車架及550 t起升機(jī)構(gòu)卷筒吊裝如圖6所示。

圖6 小車及550 t起升機(jī)構(gòu)吊裝示意圖

6 結(jié)束語

通過上述布置的吊裝系統(tǒng)和施工方法，安全順利的實(shí)現(xiàn)了兩河口地下廠房2臺(tái)套550 t/100 t/16 t-24.8 m橋機(jī)全部大件的快速吊裝，相較于傳統(tǒng)多錨桿單吊點(diǎn)和使用汽車起重機(jī)的方法，尤其在地下廠房等起升空間受限的場(chǎng)所，錨索結(jié)構(gòu)的吊點(diǎn)具有更高的安全性與經(jīng)濟(jì)效益。