200t起重桥架设计与应用

2200t起重桥架设计与应用三峡总公司溪洛渡工程建设部：姚汉光三峡发展公司监造部：赵成贵 裴正巧摘要：本文具体介绍了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。一、 2200t起重桥架构造2200t起重桥架由10t电动卷扬机、200 t上起重滑车、200 t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（见后页）二、安装方案简述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刚架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、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刚架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。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。三、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，见表一。表一：2200t起重桥架设计参数项 目 名 称设 计 参 数250t（吊装单节门叶）2200t（吊装四节门叶）额定起重量 t250t2200t起升速度m/min10.5起升扬程m8(轨上)/40(轨下)8(轨上)/20(轨下)跨度m2412轮距m7走行台车借用MG80t/17.5门机600从动台车。数量：4轮压KN230324（静态）起升机构JM10型电动卷扬机；电机功率：30；容绳量：450m；数量：2钢丝绳30NAT619W+IWR-1770；2550m钢丝绳倍率1020起重滑车起重量：200 t；滑轮数：10；数量：上下滑车各2整机工作制度A3整机自重t84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。四、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GB381183起重机设计规范。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。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（启闭机支承）。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，参见表二“底梁计算结果”。表二：底梁计算结果截面图及截面特性Acm2552.32材料Q345-BJxcm41584677许用应力=230N/mm2Wxcm322638工况250t（单节门叶吊装）2200t（四节门叶吊装）400t（启闭机支承）受力简图载荷tQG1G2QG1G2Q1Q2G26.610.01513.497.710.0156.7157.693.36.7计算弯距 t.cmMQMGMQMGMQMG14098932828997.44659.223085560.3计算应力公式（1MG+2MQ）WX（1MG+2MQ） WX（1MG+2MQ）WXmax120N/mm2176 N/mm2125 N/mm2计算挠度公式aQ(3L2-4a2)24EJxaQ(3L2-5a2)96EJxaQ1(2a+b) L2- a2(4L-2a+b)- b36LEJxfmax28.5mm4.7mm2.6mm允许挠度规范L/700L/700L/1000f34mm17mm7mm从计算结果可以看出：底梁在三种工况下，强度、刚度均符合GB381183起重机设计规范要求。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。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（启闭机支承）。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，见表三“起重刚架截面特性及节点系数”。表三：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 截面特性Acm2Jxcm4Wxcm3A折cm2J折xcm4Wmaxxcm3yy369.674200213491240.562926238497660.688刚架节点系数K；N简图KNJ2h/J1L2k+32.477.94支腿弯矩增大系数计算公式2200t（吊四节门叶）400t（启闭机支承）1-RA、B/0.9RE0.9950.985许用应力计算公式上横梁支腿S/n220N/mm2230N/mm2起重刚架的计算过程及结果同样绘制成表，参见表四“起重刚架计算结果”。表四：起重刚架计算结果构件名称工况2200t（吊四节门叶）400t（启闭机支承）上横梁受力简图荷载及计算弯矩QtGtMQtcmMGtcmQ1tQ2tGtMQtcmMGtcm97.74.3517098380.6157.693.34.3523085380.6计算应力公式(1 MG+2 MQ)/WX(1 MG+2 MQ)/WXmax156N/mm2206N/mm2计算挠度公式QL3/48EJXaQ1(2a+b)L2-a2(4L-2a+b)-b36LEJXfmax4.5mm5.5mm允许挠度规范L/700L/1000f10mm7mm支腿受力简图计算支反力及弯矩RGA= RGBtRQA= RQBtMC=MDtcmRGA= RGBtRQAtRQBtMC=MDtcm3.5548.8533023.55119.3136.13851稳定应力计算公式(1 RGA+2 RQA)/ yA折+ MC /Wmaxx(1 RGB+2 RQB)/ yA折+ MD /Wmaxxmax77N/mm2147N/mm2计算结果表明，起重刚架的强度、刚度和稳定性完全符合GB381183起重机设计规范要求。五、应用效果评价由溪洛渡工程建设部主持的2200t起重桥架自行设计制造，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），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428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开支。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。 六、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。1、200 t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。2、起重钢丝绳安装单位