蔡碧明（湖北大禹水利水電建設(shè)有限責(zé)任公司，湖北　武漢　430070）

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2×5000kN臺(tái)車荷載試驗(yàn)方案在防洪閘工程的應(yīng)用

蔡碧明（湖北大禹水利水電建設(shè)有限責(zé)任公司，湖北武漢430070）

臺(tái)車荷載試驗(yàn)是檢驗(yàn)臺(tái)車各機(jī)構(gòu)的工作性能及臺(tái)車的動(dòng)態(tài)剛度。本文簡(jiǎn)述2×5000kN臺(tái)車荷載試驗(yàn)方案，從方案的可行性、試驗(yàn)托架、配重計(jì)算及各類試驗(yàn)程序進(jìn)行簡(jiǎn)述，對(duì)類似項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)。

2×5000kN臺(tái)車；荷載試驗(yàn)；方案；應(yīng)用

1　工程概況

荊江大堤防洪閘兼作通航孔，布置于現(xiàn)荊江大堤后側(cè)，采用開敞式平底閘，共設(shè)2孔，單孔凈寬32.0m，通航凈空8.5m。閘室底板厚4.0m，建基面高程21.9m，頂高程25.9m。每孔防洪閘設(shè)一道提升式平面擋水閘門，由閘頂啟閉機(jī)排架上容量為2×5000kN的橋式啟閉機(jī)操作。閘室兩側(cè)各布置寬39.0m的門庫(kù)段，門庫(kù)段兩側(cè)新筑堤防與荊江大堤連接。根據(jù)設(shè)計(jì)和國(guó)家相關(guān)要求，2×5000kN橋式啟閉機(jī)需進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)合格后方能投入使用。

2　臺(tái)車荷載試驗(yàn)方案

2.1方案說(shuō)明

本工程2×5000kN橋式啟閉機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)最大配重量為1000t的1.25倍，本試驗(yàn)采取托架加配重塊方式在右門庫(kù)進(jìn)行荷載試驗(yàn)。

2.1.1托架制作及配重

在右門庫(kù)空箱處搭設(shè)一平臺(tái)，25T吊車配合，三根主橫梁及二根主邊梁采用20×600×1600的箱形梁、縱梁采用20× 300×600的拼制工字型鋼、拉桿采用60×800×6000mm鋼板等拼裝焊接作為托架（單重140t）。配重塊采取租方式，單塊尺寸為1.1m×1.1m×1.1m、單塊重2.5t，共租用450塊作為試壓塊，進(jìn)行荷載試驗(yàn)。托架總裝圖見(jiàn)圖1。

圖1　托架總裝示意圖

2.1.2臺(tái)車試驗(yàn)托架受力計(jì)算

面板、主梁材質(zhì)采用16Mn，焊接結(jié)構(gòu)，小縱梁采用Q235材質(zhì)56號(hào)工字型鋼。

（1）面板計(jì)算

取主梁前翼板寬zk=600.0（mm）

計(jì)算面板厚δ=9.2（mm）。

表1中：Li——區(qū)格長(zhǎng)（mm）；

Lfi——區(qū)格中心至底緣長(zhǎng)（mm）；

表1　面板梁格計(jì)算結(jié)果

P——區(qū)格中心水壓強(qiáng)（N/mm2）；

b——面板區(qū)格凈寬（mm）（長(zhǎng)邊）；

a——面板區(qū)格凈高（mm）（短邊）。

（2）主梁的計(jì)算

①各主梁水壓荷載及內(nèi)力計(jì)算

主梁的支承跨度Lz=20000.0（mm）

表2　主梁水壓荷載及內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

表2中：S（i）——主梁間距（mm）；

Lf（i）——主梁中心線到閘門底緣的高度（mm）；

q（i）——主梁的線壓強(qiáng)（N/mm）；

P（i）——主梁的水壓荷載（N）；

M（i）——主梁的跨中彎矩（N·mm）。

（M（i）=P（i）×（2×Lz-Ls）/8）

主梁最大水壓力Pmax=3303999.0（N）

主梁最大線壓強(qiáng)qmax=165.2（N/mm）

主梁跨中最大彎矩Mmax=0.826E+10（N·mm）

板上壓強(qiáng)按p=2×2.5÷（1.1×1.1）=4.13t/m2=41.3kN/m2

主梁上的線荷載q=41.3×4m=165.2kN/m

主梁跨中的最大彎矩Mmax=q×L×L/8=165.2×20×20=8260 （kN·m）

主梁的最大剪力Qmax=41.3×20×4/2=1652（kN）

4m指主梁受荷載集度的寬度，12m/3根主梁=4m。

②主梁的截面特性

主梁腹板的數(shù)量m=2

主梁雙腹板的間距a5=400（mm）

面板厚度Sm=16（mm）

面板的參與寬度a1=1400（mm）

主梁前翼緣厚度h2=20（mm）

主梁前翼緣寬度a2=600（mm）

主梁腹板的厚度a3=18（mm）

主梁腹板的高度h3=1560（mm）

主梁后翼緣厚度h4=20（mm）

主梁后翼緣寬度a4=600（mm）

S1=a1×Smb

S2=a2×h2

S3=m×a3×h3

S4=a4×h4

S=S1+S2+S3+S4=102560.0（mm2）

y1=（Smb+h2）/2

y2=h2+（Smb+h3）/2

y3=h2+h3+（Smb+h4）/2

y=（S2×y1+S3×y2+S4×y3）/S=631.5（mm）

主梁腹板高度邊緣處對(duì)中和軸的面積矩：S0=0.116E+08 （mm2）

主梁中和軸后半截面對(duì)中和軸的面積矩：Sx=0.281E+08 （mm2）

Ix=S1×y2+S2×（y-y1）2+S3×（y2-y）2+m×a3×h33/12+m×a3× h3×（a5/2）2/12+S4×（y3-y）2=0.380E+11（mm4）

W后=Ix/（y3-y+h4/2）=0.389E+08（mm3）

W前=Ix/（y+Smb/2）=0.594E+08（mm3）

③主梁側(cè)面水柱軸壓力Ncy

Ncy=0

偏心距Ey=0

偏心彎矩Mey=0

④主梁的彎曲應(yīng)力σ及剪應(yīng)力τ

主梁的彎曲應(yīng)力：Mzz=Mmax-Mey=8259997696.0（N.mm）

σ前=Ncy/S+Mzz/W前=139.1（N/mm2）

σ后=Ncy/S-Mzz/W后=-212.3（N/mm2）

主梁腹板的剪應(yīng)力：τ=Qmax×Sx/（Ix×m×a3）=33.9（N/mm2）

驗(yàn)算該主梁處面板的折算應(yīng)力：σox=σ前=139.07（N/mm2）

面板沿主梁軸線方向的局部彎曲應(yīng)力σmx=25.85（N/mm2）

垂直于主梁軸線方向的面板長(zhǎng)邊中點(diǎn)的局部彎曲應(yīng)力σmy=86.16（N/mm2）

該面板區(qū)格的彈塑性調(diào)整系數(shù)α=1.500

σzh＜σ0，該主梁處面板的應(yīng)力滿足要求。

2.2試驗(yàn)項(xiàng)目、配重及試驗(yàn)方法

表3　試驗(yàn)項(xiàng)目、配重及試驗(yàn)方法

2.3空載試驗(yàn)

試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作和檢查項(xiàng)目滿足要求后進(jìn)行空載試驗(yàn)?？蛰d試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)各機(jī)構(gòu)動(dòng)作的正常性，電氣設(shè)備接線正確性，并調(diào)整各安全限位裝置。試驗(yàn)時(shí)各機(jī)構(gòu)應(yīng)運(yùn)行正常、無(wú)異常聲響。制動(dòng)器工作靈活、可靠。車輪無(wú)卡軌、啃道等現(xiàn)象。

2.3.1空載試驗(yàn)的試驗(yàn)項(xiàng)目

開動(dòng)臺(tái)車運(yùn)行機(jī)構(gòu)，讓臺(tái)車在軌道上往返運(yùn)行三次，運(yùn)行距離～156m。運(yùn)行中，臺(tái)車無(wú)明顯的蛇行及啃軌、噪音和打滑現(xiàn)象，運(yùn)行平穩(wěn)。主起升機(jī)構(gòu)分別開動(dòng)主起升機(jī)構(gòu)，使空鉤以額定速度提升、下降各三次。

2.3.2空載試驗(yàn)的檢查項(xiàng)目

鋼絲繩在卷筒和滑輪中纏繞的正確性。行走車輪是否卡軌。齒輪在工作時(shí)是否有雜音。制動(dòng)器是否靈活，同時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。潤(rùn)滑油路是否暢通。限位開關(guān)是否靈敏，起升限位開關(guān)或高度指示器到位時(shí)是否報(bào)警、斷電，行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)的極限位置能否達(dá)到。

2.4靜載試驗(yàn)

（1）靜載試驗(yàn)?zāi)康氖菣z驗(yàn)臺(tái)車及其各部分的結(jié)構(gòu)承載能力。

（2）只有空載試驗(yàn)情況正常之后，才允許進(jìn)行靜載試驗(yàn)。

（3）靜載試驗(yàn)之前，將臺(tái)車停放在右門庫(kù)孔中心位置，采取1臺(tái)130T吊車，將吊板與自動(dòng)抓梁吊軸聯(lián)接后，采用2臺(tái)130T臺(tái)車抬吊將托架移至門庫(kù)上方并落至至門庫(kù)頂面處，采用25T吊車將配重塊吊至托架（先放300T配重塊），臺(tái)車移至托架上方，吊板與托架進(jìn)行聯(lián)接。各機(jī)構(gòu)聯(lián)接符合要求后分別起吊起升載荷2×3750kN（0.75Q額）、2×5000kN（1.0Q額），離門庫(kù)地100～200mm，重復(fù)進(jìn)行三次，檢查各結(jié)構(gòu)件有無(wú)異常狀況。加配重塊時(shí)按照先中間、左右對(duì)稱平衡加載。

（4）完成上述試驗(yàn)滿足要求后，再進(jìn)行超載125%的試驗(yàn)，先起吊額定載2×3750kN，吊至到離地100～200mm的高度，停止提升，在靜止無(wú)風(fēng)的狀態(tài)下，分兩次無(wú)沖擊地加上超載部分的重量（2×6250kN），加載后懸吊10min。卸去載荷后，檢查橋架主梁有無(wú)永久變形。進(jìn)行本試驗(yàn)時(shí)，嚴(yán)禁其它機(jī)構(gòu)的任何操作。

靜載試驗(yàn)結(jié)束后，全面檢查起重機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)，如未見(jiàn)到裂紋、永久變形、油漆剝落或?qū)ζ鹬貦C(jī)的性能和安全有影響的損壞，且連接無(wú)松動(dòng)，則試驗(yàn)結(jié)果合格。

2.5動(dòng)載試驗(yàn)

（1）動(dòng)載試驗(yàn)?zāi)康闹饕菣z驗(yàn)起重機(jī)各機(jī)構(gòu)和制動(dòng)器的功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（2）主起升機(jī)構(gòu)起吊1.1倍的額定荷載（即2×5500kN），使起升機(jī)構(gòu)作正反方向運(yùn)轉(zhuǎn)，累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不小于10min。

（3）以1.1倍額定運(yùn)行荷載作大車運(yùn)行動(dòng)載試驗(yàn)，首先將起重機(jī)各機(jī)構(gòu)分別試驗(yàn)，而后作聯(lián)合動(dòng)作試驗(yàn)。試驗(yàn)中，對(duì)懸掛著的試驗(yàn)載荷作空中起動(dòng)時(shí)，試驗(yàn)載荷不出現(xiàn)反向動(dòng)作。試驗(yàn)時(shí)按該機(jī)的電動(dòng)機(jī)接電持續(xù)率留有操作的間隙時(shí)間，按操作規(guī)程進(jìn)行控制。對(duì)起升和運(yùn)行機(jī)構(gòu)反復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的累計(jì)時(shí)間不小于1h。

（4）如果各部件能完成其功能試驗(yàn)，并在隨后按空載試驗(yàn)的檢查項(xiàng)目進(jìn)行檢查后，未發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)或構(gòu)件有損壞、連接處未發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)或損壞現(xiàn)象，則認(rèn)為試驗(yàn)結(jié)果合格。

2.6試驗(yàn)后的工作

（1）卸掉載荷、切斷電源、檢查和復(fù)緊各緊固部分的緊固件。

（2）整理好試驗(yàn)的各項(xiàng)記錄并寫成報(bào)告或鑒定。

（3）在完成規(guī)定的試驗(yàn)內(nèi)容后編寫試驗(yàn)報(bào)告，將試驗(yàn)結(jié)論和檢查結(jié)果列成表格。

3　結(jié)束語(yǔ)

2015年8月14日，2×5000kN臺(tái)車荷載試驗(yàn)在相關(guān)單位的組織下按照本方案成功完成，各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)值均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。此方案的實(shí)施可為類似項(xiàng)目作以借鑒。

蔡碧明（1978-），男，工程師，大學(xué)本科，主要從事水利水電建筑工作。

TU753

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2095-2066（2016）11-0043-02

2016-3-8