2×200t起重桥架设计与应用

2200t 起 重 桥 架 设 计 与 应 用 姚汉光， 赵成贵，裴正巧 1.三峡总公司溪洛渡工程建设部 2.三峡发展公司监造部溪洛渡监造项目部 摘 要：介绍了 2200t起重桥架诞生过程、构造形式、设计参数和计算结果，阐述了在溪洛渡水电站导流洞出口闸门 与启闭机安装过程中的应用效果，用详实的数据对其经济性、实用性和可靠性做出评价，提出了下一步使用时的改进意 见。 关键词：溪洛渡水电站；2200t 起重桥架；设计计算；应用效果 中图分类号： 文献标识码： 溪洛渡水电站 1#6 #导流洞出口检修闸门安装，根据施工承包商投标方案，先用汽车吊完成单节 门叶卸车和孔口就位，然后利用出口429m 高程永久启闭机室内的 24000kN固定卷扬式启闭机进行 闸门安装（先安启闭机，后安闸门） 。由于导流洞出口山体边坡地质条件差，需进行锚固处理，致使 429m 高程砼排架连同永久启闭机室不具备施工条件。根据溪洛渡大江截流进度安排（2007 年 11月 8 日） ，1 #5 #导流洞出口检修闸门与启闭机必须在 2007年 7月底前安装完毕并具备下闸条件。为此，溪 洛渡工程建设部组织施工、监理单位研究商定：先安闸门，然后将启闭机临时安装在410m 高程闸室 孔口，以满足大江截流准备阶段，随时下闸和提闸的要求。即先安闸门，后安启闭机。 先安闸门，后安启闭机，首要问题是选择闸门安装用大型起重设备的形式。若外购 2200t/24m 门机，不仅 4400万元设备购置费巨大，而 810 个月的交货期也远不能满足安装工期要求。左右岸 两家施工承包商分别提出了“固定龙门架+24000kN 固定卷扬式启闭机”和“固定龙门架+10t 卷扬机” 两方案，同时三峡发展公司溪洛渡监造项目部（安装监理单位）提出了“2200t 起重桥架”方案。经 溪洛渡工程建设部组织相关工程技术人员分析论证认为：“2200t 起重桥架”方案在经济性、适用性、 可靠性方面，要优于两家施工承包商所提方案，能够满足安装质量和工期要求。2007 年 2月 10日在溪 洛渡工程建设部组织召开的导流洞出口检修闸门安装专题会上， “2200t起重桥架”方案获得批准和 实施。 1. 2200t起重桥架构造 2200t起重桥架由 10t电动卷扬机、200t 上起重滑车、200t 下起重滑车、钢丝绳、走行台车、 底梁和起重刚架等七个主要分部组成，详见“2200t 起重桥架”图。 作者简介： 姚汉光，男，高级工程师，三峡总公司溪洛渡建设部物资设备部主任 赵成贵，男，高级工程师，三峡发展公司监造部溪洛渡监造项目部总监 裴正巧，男，工程师，三峡发展公司监造部溪洛渡监造项目部项目负责人 2 2200t起重桥架图 2 .安装方案简述 2.1 单节门叶安装 将起重桥架牵引至卸车平台运输门叶的平板拖车进入桥架起重滑车吊起门叶平板拖车退出 桥架牵引桥架至闸室孔口对准安装部位放下门叶。 2.2 四节门叶入槽 由于闸门整体高度超出孔口，为满足启闭机在孔口安装的工作条件，门叶安装分两步进行，先将 下四节门叶在闸室内组焊为一体，采用 2200t起重桥架吊装入槽锁定（这就是先安闸门，后安启闭 机必须采用大型起重设备的原因） ，具体步骤：桥架底梁加支撑起重滑车吊起四节门叶入槽锁定撤 除中间支撑牵引桥架至卸车平台继续吊装上两节门叶。 2.3 启闭机支架改装 闸室孔口宽度 6m、24000kN 启闭机机架宽度 5m，闸门入槽锁定之后，吊耳到孔口距离： 1#、2 #、5 #、6 #出口为 4m，3 #、4 #出口为 2m，均小于启闭机吊点上极限位置（5m） 。为保证启闭机在孔 口能够安装和工作，必须在孔口增设启闭机支架。 闸门安装完成，将起重桥架拆开，用底梁做 1#、2 #、5 #、6 #出口启闭机支架，用起重刚架做 3#、4 # 出口启闭机支架（其他方案难以做到如此的综合利用） 。启闭机安装在支架上。 3 3 .2200t起重桥架设计参数 根据导流洞出口闸室孔口尺寸，和起吊单节门叶及四节门叶工况，确定起重桥架设计参数，见表 1。 表 1：2200t 起重桥架设计参数 设 计 参 数 项 目 名 称 250t（吊装单节门叶） 2200t（吊装四节门叶） 额定起重量（t） 250t 2200t 起升速度 m/min 1 0.5 起升扬程 m 8(轨上)/40(轨下) 8(轨上)/20(轨下) 跨度 m 24 12 轮距 m 7 走行台车 借用 MG80t/17.5门机 600 从动台车。数量：4 轮压 KN 230 324（静态） 起升机构 JM10型电动卷扬机；电机功率：30kW；容绳量：450m；数量：2 钢丝绳 30NAT619W+IWR-1770；2550m 钢丝绳倍率 10 20 起重滑车 起重量： 200t；滑轮数：10；数量：上下滑车各 2 整机工作制度 A3 整机自重 t 84 供电电源 380V；50HZ 起重桥架设计时，还要兼顾底梁和起重刚架做为启闭机支架的使用工况。 4 .2200t起重桥架设计计算 起重桥架钢结构（主要是底梁和起重刚架）需要设计和计算。设计计算主要依据是起重机设计 规范 （GB381183） 。采用许用应力法，载荷组合按类，对应安全系数 n=1.5。 根据起升、运行速度并考虑到工地使用条件及闸门的重要性，经计算和综合分析确定：自重冲击 系数 1=1.1；吊重动载系数 2=1.2。 4.1 底梁设计计算 底梁采用焊接箱型梁，材料为 Q345-B，中间分段用 M30高强螺栓连接，拆开成对组合，做为 24000kN启闭机支架。 计算考虑三种工况：250t（吊装单节门叶） ；2200t（吊装四节门叶） ；400t（启闭机支架） 。 为使计算过程及结果介绍的简单明了，将计算过程及结果归纳、整理绘制成表，参见表 2“底梁计算结 果” 。 4 从计算结果可以看出：底梁在三种工况下，强度、刚度均符合起重机设计规范 （GB381183） 要求。 4.2 起重刚架设计计算 起重刚架由上横梁和支腿组成，上起重滑车挂在上横梁横担的吊耳上。上横梁为等截面焊接工字 梁，支腿为变截面焊接工字型立柱，材料均为 Q345-B。支腿与上横梁和底梁采用 M24高强螺栓连接， 将起重刚架和底梁连接拆开，起重刚架将做为 3#、4 #导流洞出口的 24000kN启闭机支架。 表 2：底梁计算结果 A cm2 552.32 材料 Q345-B Jx cm4 1584677 许用应力 =230N/mm 2 截面图及截面特 性 1640y7 Wx cm3 22638 工况 250t （单节门叶吊装） 2200t （四节门叶吊装） 400t （启闭机支承） 受力简图 aBA QG2150L=O201L=250793aQ1Gb Q G1 G2 Q G1 G2 Q1 Q2 G载荷 t 26.6 10.015 13.4 97.7 10.015 6.7 157.6 93.3 6.7 MQ MG MQ MG MQ MG计算弯距 t.cm 14098 9328 28997.4 4659.2 23085 560.3 公式 （ 1MG+ 2MQ） WX （ 1MG+ 2MQ） WX （ 1MG+ 2MQ） WX 计算应 力 max 120N/mm2 176 N/mm2 125 N/mm2 公式 aQ(3L 2-4a2) 24EJx aQ(3L2-5a2) 96EJx aQ1(2a+b) L2- a2(4L-2a+b)- b3 6LEJx 计算挠 度 fmax 28.5mm 4.7mm 2.6mm 规范 L/700 L/700 L/1000允许挠 度 f 34mm 17mm 7mm 将支腿与底梁连接视为铰接，起重刚架为一次超静定结构。根据起重机设计手册建议：上横 梁按简支梁、支腿按一次超静定压弯构件，进行受力分析和计算，这样较为合理。 由于起重刚架跨度不变，250t（吊装单节门叶）和 2200t（吊装四节门叶）受力点相同，因此 计算按两种工况：2200t（吊装四节门叶）和 400t（启闭机支架） 。 5 为使计算过程介绍的简单明了，将起重刚架截面特性及节点系数，归纳整理列表，见表 3“起重刚 架截面特性及节点系数” 。 起重刚架的计算过程及结果同样绘制成表，参见表 4“起重刚架计算结果” 。 计算结果表明，起重刚架的强度、刚度和稳定性完全符合起重机设计规范 （GB381183）要求。 表 3：起重刚架截面特性及节点系数 构件名称 上横梁 支腿 截面图 材料：Q345-B 20201xy65y y46012yx960116160240 A cm2 Jx cm4 Wx cm3 A 折 cm2 J 折 x cm4 Wmaxx cm3 y y截面特性 369.6 742002 13491 240.56 292623 8497 66 0.688 K N J2h/J1L 2k+3 刚架节点系数 K；N 简图 h= 8J=701296DCLAB 2.47 7.94 计算公式 2200t（吊四节门叶） 400t（启闭机支承）支腿弯矩增大系数 1-RA、B /0.9RE 0.995 0.985 计算公式 上横梁 支腿 许用应力 S/n 220N/mm2 230N/mm2 表 4：起重刚架计算结果 构件 名称 工况 2200t（吊四节门叶） 400t（启闭机支架） 上横梁 受力简图 L Qa307GQ1bG70935a2ABL 6 Q t G t MQ tcm MG tcm Q1 t Q2 t G t MQ tcm MG tcm荷载及计算弯矩 97.7 4.35 17098 380.6 157.6 93.3 4.35 23085 380.6 公式 ( 1 MG+ 2 MQ)/WX ( 1 MG+ 2 MQ)/WX 计算应力 max 156N/mm2 206N/mm2 公式 QL3/48EJX aQ1(2a+b)L 2-a2(4L-2a+b)-b3 6LEJX计算挠度 fmax 4.5mm 5.5mm 规范 L/700 L/1000 允许挠度 f 10mm 7mm 受力简图 G/268 0DC5h/2RBAL=7h680951DCL=7ABR/G/2 RGA= RGB t RQA= RQB t MC=MD tcm RGA= RGB t RQA t RQB t MC=MD tcm计算支反力及弯矩 3.55 48.85 3302 3.55 119.3 136.1 3851 公式 ( 1 R GA+ 2 RQA)/ yA 折 + MC /W maxx ( 1 R GB+ 2 RQB)/ yA 折 + MD /W maxx 支腿 稳定应力 计算 max 77N/mm2 147N/mm2 5 .应用效果评价 由溪洛渡工程建设部组织、三峡发展溪洛渡监造项目部完成技术设计的 2200t起重桥架试制成 功，顺利的解决了导流洞出口闸门安装难题，保证了下闸时间。 2200t起重桥架优点是：构造简单、重量轻（仅为 2200t/24m门机的 35%） 、造价低（75 万/台） ，与 2200t/24m门机造价比较，四台共节省制安费 1300万元。制造工期短（4 台桥架从 2007年 3 月 2日开始制造到 2007年 5月 20日全部完成） ，比 2200t/24m门机制造工期至少缩短 5个月。安装 方便、快捷（每台起重桥架转场拆、装只需 3天） 。由于上述优点，为导流洞出口闸门、启闭机安装工 程即节省了开支、又赢得了时间。 2200t起重桥架，从 2007年 5月 20日开始用于导流洞出口检修闸门安装，至 2007年 7月 31 日 1#5 #导流洞出口闸门、启闭机安装全部完成（由于 6#导流洞不参与截流过水，计划安装时间延后） 。 并进行了闸门、启闭机联动试验，随时可以提闸和下闸。为导流洞出口围堰拆除创造了条件，保证了 大江截流的计划时间。 3#、4 #导流洞出口闸门、启闭机功能，只服务于导流过水期间。2013 年 1季度要下闸封堵，下闸 封堵后，启闭机要拆、装到 1#、6 #尾水洞出口。鉴于利用起重刚架做为启闭机支架（相当于砼排架的 作用）使用效果良好，溪洛渡工程建设部经过综合分析认为：原设计的429 高程砼排架和永久启闭机 室已无必要，用起重刚架代替，这样即减少了工程量，相应的也节省了一笔建设费用。 7 2200t起重桥架在导流洞出口闸门启闭机安装中的应用效果，证明了科学施工方法的优越性。在 工程施工中只有采用科学施工方法，才能保证成本、质量和工期得到有效控制。科学施工方法不等于 采用的设备是如何先进和昂贵，而是要紧密结合工程实际，选用设备做到经济、适用和可靠，对此必 须进行综合分析和策划。 6 .改进意见 2200t起重桥架共四台，其中 3#、4 #出口使用二套起重刚架做为启闭机支架到 2013年。还有二 台起重桥架通过修复改造，可用于泄洪洞弧门等金结安装项目。 在导流洞出口闸门安装过程中，2200t 起重桥架存在的问题是个别外购配套件质量不过关。 6.1 200t起重滑车 个别起重滑车达到 200t满负荷时，有的滑轮轴与轴套产生严重磨擦，造成滑轮不转，钢丝绳抖动， 动载增加。下阶段使用时必须更换，采用国家名牌产品，使用前进行检验和试验。 6.2 起重钢丝绳 安装单位未按设计型号（钢芯、线接触）采购起重钢丝绳，其采购的是点接触、麻芯钢丝绳（卷 筒多层缠绕工况，一般不宜采用） 。加之缠绳时未施加外力，而且在卷筒上排列松散、不整齐，造成 200t满负荷运行时，钢丝绳在卷筒上挤压、摩擦严重。下阶段使用时也须更换，按设计型号采购，缠 绳时施加 5t外力，并做到在卷筒上紧密整齐排列。 科学的施工方法、建全的管理制度、严格的操作程序，是快、省加安全的施工保证。 参 考 文 献 : 1 起重机设计规范 GB381183. 2 起重机设计手册.张质文等主编. 3 机械设计手册.成大先主编. 2 200T LIFTING BRIDGE DESIGN AND APPLICATION OF YAO Han-guang，ZHAO Cheng-gui，PEI Zheng-qiao (1