向家坝水电站引水发电系统进水口门机轨道梁设计优化

西北 水 电 2 0 1 4年 第 4期 4 7 文章编号 1 0 0 6 2 6 1 0 2 0 1 4 o 4 0 4 7 0 4 向家坝水 电站 引水发 电系统进 水 口 门机轨道 梁设计优 化 孙 云 峰 李 冲 贺苏 华 中国水电顾问集团中南勘测设计研 究院有限公 司 长沙4 1 0 0 1 4 摘要 叙述了向家坝水电站右岸电站弓 l 水发电系统进水 口拦污栅门机轨道梁的体型优化设计 从梁的施工方法和 工程工期分析 将现浇梁改为预制梁 优化后的轨道梁按叠合梁结构进行设计 按 水工7 昆 凝土结构设计规范 进行 了配筋计算 对梁接头部位进行了处理 优化后梁的施工便捷 节省工期 保证施工安全 为门机轨道梁的设计提供 了一条新的途径 关键词 门机轨道梁 优化 T形梁 叠合梁 向家坝水电站 中图分类号 T V 7 3 2 1 T V 2 2 3 2 1 文献标识码 A De s i g n Op t i m i z a t i o n o f Ra i l Gi r de r f o r Ga nt r y Cr a ne a t I n t a k e of He a dr a c e a n d Ge n e r a t i o n S y s t e m Xi a n g j i a b a H y d r o p o we r P r o j e c t SUN Yun f e n g LI Cho ng HE S u hu a H Y D R O C H I N A Z h o n g n a n E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n C h a n g s h a 4 1 0 0 1 4 C h i n a Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r t h e o p t i mu m d e s i g n o f t h e o u t l i n e o f t h e r a i l g i r d e r f o r t h e g a n t r y c r a n e o f t h e t r a s h r a e k a t p o w e r i n t a k e o n r i g h t b a n k X i a n g j i a b a H y d r o p o w e r P r o j e e t i s d e s c r i b e d I n v i e w o f t h e a n a l y s i s o n t h e c o n s t r u c t i o n m e t h o d s a n d c o n s t r u c t i o n p e r i o d o f t h e g i r d e r t h e c a s t i n s i t u g i r d e r i s c ha n g e d t o t he pr e e a s t o n e Th e o pt i mi z e d r a i l g i r d e r i s d e s i g n e d a c c o r d i n g t o t he s t ruc t ur e o f t h e e o m p o s i t e o n e r e i n f o r c e m e n t i s a r r a n g e d b a s e d O il r e q u i r e m e n t s o f D e s i g n C o d e for H y d r a u l i c C o n c r e t e S t r u c t u r e s a n d t h e g i r d e r j o i n t i s t r e a t e d Co n s t ruc t i o n o f t h e o p t i mi z e d g i r de r i s c o n v e n i e n t t he c o n s t ruc t i o n p e r i o d i s s h o r t e n e d a n d t h e c o n s t r u c t i o n s a f e t y i s s e c u r e d Th i s o p t i mi z a t i o n pa v e s a ne w wa y f o r t h e d e s i gn o f t h e r a i l g i r de r for t h e g a n t r y c r a n e K e y w o r d s r a i l g i r d e r fo r g a n t r y c r a n e o p t i m i z a t i o n T g i r d e r c o m p o s i t e g i r d e r X i a n g j i a b a H y d r o p o w e r P r o j e c t l 工 程概况 向家坝水电站位于四川省宜宾县与云南省水富 县交界处的金沙江干流上 下距宜宾市 3 3 k m 坝址 位于两县相接壤 的向家坝峡谷 出 口处 是金沙江干 流水电开发的最下游一个梯级 向家坝水电站控制 流域面积 4 5 8 8万 k m 占金沙江流域面积 的9 7 多年平均 流量 4 5 7 0 i n s 年径流量 1 4 4 0亿 I l l 工程的开发任务是 以发电为主 同时改善航运条件 兼顾防洪 灌溉 并且具有拦沙和对溪洛渡水 电站进 收稿 日期 2 0 1 4 0 1 2 1 作者简介 孙 云峰 1 9 7 9 一 男 陕西省韩 城市人 工程师 从 事 水利水 电工程结构设计工作 行反调节等作用 向家坝水 电站正 常蓄水位 3 8 0 0 0 I n 死水位 3 7 0 0 0 In 总库容 5 1 6 3亿 i n 调节库 容 9 0 3亿 In 总装机容量 6 4 0 0 MW 枢纽建筑物 主要由混凝土重力坝 左岸坝后厂房 右岸地下引水 发电系统及泄洪消能设施 通航过坝设施等组成 向家坝水电站于 2 0 0 2年 6月经 国家批准立项 2 0 0 4年 1 1月可行性研究报告通过审查 2 0 0 6年 1 1 月 2 6日正式 开工 2 0 0 8年 1 2月 2 8日实现大江截 流 2 0 1 2年首批机组投产 目前正在后续工程施工 计划 2 0 1 5年完建 2 门机轨道梁设计优化的提出 向家坝水电站装机 8台 4台机组为左岸电站 为坝后厂房 另4台机组为右岸 电站 为地下厂房 4 8 孙云峰 李冲 贺 苏华 向家坝水电站 引水发电 系统进水 口门机轨道梁设计优化 左岸电站引水建筑物主要包括拦污栅框架 进 水 口 压力管道等 拦污栅框架设置在坝前悬挑牛 腿上 牛腿悬挑 1 0 0 0 m 其顶部高程为 3 3 6 0 0 m 在高程 3 7 1 2 0 m设有封栅板 坝式进水 口分别布 置在左厂 左厂 八个坝段及航 坝段上 坝体 坝踵顶面高程为 2 4 0 0 0 m 坝顶 高程 3 8 4 0 0 m 坝 顶宽 4 0 0 0 m 进水 口坝段坝顶装有 2套 门机 其 巾 1套为拦污栅 门机 拦污栅 门机上游轨道布于连 续 T形梁上 连续 T形梁净跨 4 2 0 m 处于拦污栅 顶部 高程同坝顶高程 连续 T形梁与拦 污栅墩柱 顶部独立牛腿 同端连接 为施 1 连续 T形梁 需搭设排 架 分别考 虑在 坝体上游坝踵顶面 坝前悬挑牛腿 拦污栅封栅板 3 个位 置搭 设 若 选 在 坝 体 上 游 水 库 里 从 高 程 2 4 0 0 0 n l 起 搭设 至 3 8 4 0 0 m 排架 高达 1 4 4 0 0 1T I 从搭建到拆 除 花费代价很大 加之施工工期安 排 比较紧 不允许搭设这么高的排架 若选定在坝前 悬挑牛腿上 从高程 3 3 6 0 0 m起 在封栅板处 阻挡 了排架的搭设 若选 定在封栅板上 从高程 3 7 1 2 0 m起 排架直立搭设到拦污栅顶 够不到 T形梁的位 置 要考虑排架悬挑出几米 这样排架 自身的稳定问 题 及施工 的安全 问题较 为突 出 加 之从搭建 到拆 除 工期较为紧张 从 以上选的 3个部位来施工 T形梁均不理想 从设计 的角度出发 对连续 T形梁进 行结构优化 初步优化思路为现浇梁改 为预制 梁 即连续 T形 梁分成单跨 进行预制 达到设计强度要求后 在坝 顶进行 吊装组合 这样进行优化后 施工上有着无 可比拟的优势 一是施 工便捷 省去搭设排架 的麻 烦 二 是本 工程 工 期 紧 施 工 进 度 可 提 前 为 缩 短 工 期创造有利条件 三是施工安全有保证 若在水库里 1 0 0多 1 1 1 的排架 上 和 在 封栅 板 悬 挑排 架 施 工 不 可 避免地存在施工危险因素 因此 左岸 电站进水 口坝段拦污栅门机轨道梁 需要进行优化设计 借鉴这一优化成果 右岸 电站 进水 口拦污栅门机轨道梁 随之进行优化设计 3 门机轨道梁优化前设计 右岸引水发电系统采用中部式地下厂房 单机 单管引水隧涧 变顶高尾水隧洞的布置形式 进水 E 1 位于坝前最近距离 1 4 6 0 0 m左右 进水 口型式为岸塔式 塔体垂直水流方向为 N E 8 0 由4 个发电进水 口塔体 2个排沙洞进水 口塔体 和 1个 检修门库段塔体组成 前者 4个塔体与后者 3个塔 体相问布置 进水 口塔体总长 1 4 8 0 0 1 1 1 顺水流方 向塔宽 3 1 0 0 IT I 塔顶高程为 3 8 4 0 0 m 塔高 6 2 m 发电进水 口塔体 顺水流 方 向依 次布置有 拦污 栅 检修闸门 事故 闸门和通气孔 每个发 电进水 口 设 6孑 L 4 2 0 rex 6 0 0 0 n l 宽X 高 的拦污栅 其底部 高程为 3 2 4 0 0 m 检 修 闸门孑 L口尺寸 1 1 0 0 n l 1 6 0 0 IT I 宽 高 快速事故闸门孔 口尺寸 1 1 0 0 I l l X 1 5 5 0 m 宽X 高 底板高程为 3 2 5 0 0 m 排沙洞 进 口塔体设有检修闸门 事故闸门和通气孔 孔 口尺 寸均 为 3 0 0 i n 4 0 0 m 宽 高 底 板 高 程 为 31 5 00 m 拦污栅框架 由拦污栅墩柱 纵横联 系梁组 成 拦污栅墩柱由中墩和边墩组成 共 2 5个 每个墩柱 顶部悬挑一牛腿 牛腿顶 面高 程为 3 8 4 0 0 m 与塔 顶同高 拦污栅框架顶部布有拦 污栅 门机轨道梁 门机轨道梁和墩柱顶独立牛腿固端连接 门机轨道 梁通过每个牛腿内部 梁顶与塔顶同高 按塔体结 构缝分段 门机轨道梁分为 5跨 4跨 和 2跨 3种跨 度 的连续 梁 拦污栅 门机轨道 梁为 T形 梁结构 优 化前 T 形梁 为现 浇 T形 梁 T形梁 尺寸 为 2 5 0 mx 1 5 0 m 宽X 高 翼缘高 0 4 0 0 6 0 m 腹板宽 0 6 0 m 其 顶部二期混凝土尺寸 0 5 0 mx 0 4 7 1T I 宽X 高 门 机轨道梁优化前横剖面见冈 1 优化前按连续 T形梁进行配筋计算 连续 T形 梁主筋配筋结果见表 1 对梁的腹板 翼缘进行抗 图 1 门机轨道梁优化前横剖面 图 单位 m n l 西北水 电 2 0 1 4年 第 4期 4 9 扭 抗剪配筋计算 连续 T形梁主筋腹板 翼缘配筋 结果汇见表 2 表 1 连续 T形梁主筋配筋结果汇 总表 ra m 部位 连续梁 5跨 4跨 2跨 计算面积 实配面积 表 2连续 T形梁主筋腹板 翼缘配筋结果汇 总表 m m 综上计算 优化前 的连续 T形梁选取配 筋为 梁底部 6 3 2 顶部 6 2 8 腹板侧面各 6 2 2 其箍筋 1 2 1 0 0 4肢 箍 翼 缘 上 下 各 8 2 0 侧 面 各 3 2 0 其箍筋 1 4 1 0 0 2肢箍 4 门机轨道梁优化后设计 基于初步优化思路 门机轨道梁需优化成 预制 结构 拦污栅墩柱顶部悬挑牛腿下移至高程3 8 2 3 0 m 预制梁安装在 牛腿顶面 优化后 的拦 污栅 门机 轨道梁按叠合梁结构设计 叠合梁 由预制 T形梁 门机轨道二期混凝土及其左右侧路 面混凝土组成 预制 T形梁尺寸为 2 4 9 mX 1 2 3 m 宽 高 翼缘 高 0 3 0 0 4 0 m 腹板宽 0 6 0 m 二期混凝土尺寸 0 5 0 mx 0 4 7 m 宽 高 其左右侧路面混凝土高 0 4 7 m 叠合梁尺寸 为 2 4 9 m 1 7 0 m 宽 高 翼缘高 0 7 7 0 8 7 m 腹板宽 0 6 0 I n 其横剖 面见 图 2 叠合梁结构设计原则 按简支梁结构设计 先预制成单跨 T形梁 施工上方便制作 和 吊装 按 简支梁结构计算 按连续梁结构设计 单跨 预 制梁安装就位后 相邻梁端部 主筋进行焊接 相邻端 部间隙用混凝土浇筑密实 形成连续梁 按连续梁结 构计算 按连续叠合梁设计 连续 梁顶部 浇筑 二期混凝土及其左右侧路面混凝土 形成叠合梁 按 连续叠合梁结构计算 以下按照这一思路分别进行 设计 4 1 简 支梁 结构设 计 进水 口各个塔体拦污栅 门机轨道梁等分成单 跨 预制成 单跨 T形 梁 按 简 支梁结构 进 行设计 预制 T形梁净跨为4 2 0 m 梁横截面尺寸为 2 4 9 m X 1 2 3 m 宽 X 高 翼 缘高 0 3 0 0 4 0 m 腹板 宽 0 6 0 m 设计荷载有梁 栏杆等 自重 施工荷载 门机轮 压等荷载 拦污栅门机上游侧 门机轮压分布见图 3 图 2 门机轨道 梁优化后横 剖面图 单位 to n i s o o k NI IsookN sookN j kN 图 3上游侧 轨道 轮压 分布图 单位 m m 设计状况和荷载组合为 持久状况梁 栏杆等 自重 门机轮压 短暂状况梁 栏杆等 白重 施工荷载 预制 T形梁按简支梁结构 一组门机轮压 2个 轮压 作用在梁跨 中 作为最不利位置 进行计算梁 最大内力值 按 水工 混凝 土结构设计规范 以 下简称 规范 进行配筋计算 4 2连续 梁设计 预制 T形梁 吊装 安装 相邻梁端部处理 连接 形成连续梁 按进水 口塔体分缝 连续梁分为 5跨 4跨和 2跨等 3种跨度 连续梁每跨净跨为 4 2 0 m 横截面尺寸同预制 T形梁尺寸 设计状况 荷载组合 设计荷载等与预 制 T形梁的相同 计算 5跨 4跨和 2跨连续梁时 利用北京理正 软件进行 内力计算 计算假定 一是每个支座处为 铰支 二是梁截面由 T形等效为矩形 1 4 7 m 1 2 3 5 0 孙 云峰 李冲 贺苏华 向家坝水 电站 引水发电 系统进 水 1 2门机轨道 梁设 计优化 m 宽 高 计算连续梁时 每跨等分成 1 0段 拦污栅 门机 轮压共 4个 按照移动荷载作用在连续梁各段点上 分别得出连续梁的内力值 选取连续梁最不利 内力 值汇总 见表 3 表 3 连续梁最不利 内力值汇总表 根据连续梁最不利内力值 按规范进行配筋计 算 按 水工混凝土结构设计手册 中连续梁进行 了 复核验算 2 J 其内力计算和软件计算结果相差不大 4 3连续 叠合 梁设计 1 连续梁顶部浇筑 门机轨道左右侧路面混凝 土及其二期混凝土 形成叠合梁 按连续叠合梁结构 计算 形成的叠合 梁为 5跨 4跨和 2跨等 3种 跨 度 连续叠合梁每跨净跨为 4 2 0 m 横截面尺寸为 2 4 9 mx 1 7 0 m 宽 高 翼缘高 0 7 7 0 8 7 m 腹 板宽 0 6 0 m 叠合梁 的设计状况 荷 载组合 设计 荷载 内力计算 配筋计算方法等与连续梁 的相 同 2 连续梁接头处理 连续梁布置时 两相 邻预制 T形梁之问预留 2 0 0 m m 间隙 制作预制 T形梁时 在梁顶部 底部主钢筋伸出梁端部一定长 度 预制 T形梁 吊装安装就位在 牛腿上 梁端部 预留的主筋进行焊接牢靠 相邻两预制梁端部凿毛 之间间隙浇筑混凝土 形成 连续梁 预制 T形梁 翼缘与支座牛腿顶面之问用二期混凝土浇筑密实 使得连续梁平稳地安放在牛腿上 保证 门机能更好 地工作 保证在地震发生时 不被水平滑移 3 连续叠合梁处理 连续梁顶面凿毛处理 冲