賈棟林，李 剛

（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 引言

兩河口電站地下廠房安裝有兩臺套QD550/100 t+16 t-24.8 m雙梁橋式起重機(jī)，其中主要吊裝的大件為：組裝后的兩根主梁、小車和副起升機(jī)構(gòu)及550 t主起升機(jī)構(gòu)。主梁與行走機(jī)構(gòu)和附件組裝后最重約68 t，組裝后的小車架和副起升機(jī)構(gòu)重約62 t，550 t主起升機(jī)構(gòu)重約55 t。

電站地下廠房頂拱錨索設(shè)計(jì)噸位為2 000 kN，承載力為1 000 kN。初步設(shè)計(jì)吊裝系統(tǒng)滑輪組和鋼絲繩重約8 t，預(yù)估單吊點(diǎn)錨索系統(tǒng)最大垂直受力為76 t，因此采用單吊點(diǎn)錨索設(shè)計(jì)方案可滿足兩河口水電站橋式起重機(jī)各部件的吊裝工作。

2 施工流程

施工流程如圖1所示。

圖1 單吊點(diǎn)錨索吊裝橋式起重機(jī)大件施工工藝流程圖

3 錨索張拉

兩河口水電站橋式起重機(jī)吊裝錨索位于安裝間頂拱中間部位，錨索由錨頭、自由端和錨固段三部分組成，其中錨頭部位有13根張拉鋼絞線，需在單吊點(diǎn)吊裝系統(tǒng)安裝間完成張拉。張拉完成后，需要連接吊具用于后續(xù)橋機(jī)大型部件的吊裝，其中錨頭部位結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 錨頭部位結(jié)構(gòu)示意圖

錨索張拉在注漿及錨梁砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行，張拉錨索前對張拉設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，并在壓力機(jī)上采用千斤頂主動(dòng)出力的方法反復(fù)試驗(yàn)3次，取平均值，繪制千斤頂出力（kN）和壓力表指示的壓強(qiáng)（kPa）曲線，作為錨索張拉時(shí)的依據(jù)。錨索張拉分兩次逐級張拉，第一次張拉為總張拉力的70%，兩次張拉間隔5 d。各級張拉力分別為設(shè)計(jì)張力以25%倍數(shù)遞增，每級間隔時(shí)間3 min，最后一級間隔30 min，全部張拉完成后，進(jìn)行鎖定。

錨索在吊裝系統(tǒng)安裝前，留150 mm鋼絞線長度，其余外露部分用切割片切斷，待橋式起重機(jī)吊裝完成后，采用混凝土進(jìn)行整體封錨。

4 吊裝方式選擇

根據(jù)錨索特點(diǎn)，現(xiàn)場擬定了螺栓連接吊裝結(jié)構(gòu)及焊接吊裝結(jié)構(gòu)兩種方式，并通過采用三維軟件Solidworks進(jìn)行初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真分析后，得出兩種方案在理論上都能夠滿足兩河口水電站橋式起重機(jī)各部件的吊裝工作，如圖2、圖3所示。

圖3 螺栓連接型吊具

經(jīng)過方案論證，考慮到單吊點(diǎn)錨索的吊具在本項(xiàng)目不需要重復(fù)使用及直接焊接可靠性高的特點(diǎn)，最終確定制作箱型吊耳與錨頭直接焊接的連接方式。方案優(yōu)缺點(diǎn)對比如表1所示。

表1 螺栓連接型吊具與焊接型吊具優(yōu)缺點(diǎn)對比表

5 箱型吊耳受力計(jì)算、制作、焊接

5.1 箱型吊耳受力計(jì)算

查詢《焊接手冊》第二卷 材料的焊接（第3版260頁），選用現(xiàn)有材料Q345C作為箱型吊耳材料，板厚55 mm，得到該材料屈服強(qiáng)度δsmin≥275 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=275÷2=137.5 MPa，許用剪切應(yīng)力[τ]=(0.6～0.8)[σ]=0.6×137.5=82.5 MPa。

根據(jù)Solidworks仿真軟件，得到箱型吊耳板最大受力為I-I截面，如圖4所示。按吊裝系統(tǒng)100 t靜負(fù)荷試驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算校核：76 t×1.25倍=95 t＜100 t。則箱型吊耳I-I截面在100 t靜負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)的承載能力為：

圖4 焊接型吊具

圖5 箱型吊耳I-I截面位置

選用材質(zhì)Q345C、板厚55 mm、長度470 mm鋼材制作的箱型吊耳，其強(qiáng)度滿足使用要求。

按吊耳與錨頭的連接方式采用焊接，根據(jù)《焊接手冊》制定焊接工藝，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，其中焊縫截面積按兩個(gè)吊耳板截面積進(jìn)行計(jì)算，焊縫截面系數(shù)為ψ=0.8～0.95，取最小值ψ=0.8。其焊接強(qiáng)度為：

因此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。

5.2 箱型吊耳制作

理論計(jì)算結(jié)果通過后，箱型吊耳數(shù)控切割，吊耳孔采用機(jī)加工制成，兩板孔徑偏差要求≤0.2 mm，同時(shí)為確保箱型吊耳焊接后軸孔位置不出現(xiàn)大的偏移，現(xiàn)場焊接時(shí)采取穿軸焊接，并在吊耳孔內(nèi)放置一圈1 mm鐵皮，確保了箱型吊耳焊接后的軸孔同心度，如圖6所示。

圖6 箱型吊耳穿軸焊接

箱型吊耳與錨索的焊接采用單V坡口的型式進(jìn)行。坡口的角度為40°，焊接時(shí)采用Φ3.2的E5015（CHE507）焊條，焊條使用前按規(guī)范要求進(jìn)行1 h 380 ℃烘焙，使用時(shí)放置在100～150 ℃通電的保溫桶內(nèi)進(jìn)行保溫。其定位焊和主焊縫焊接前預(yù)熱（定位焊縫預(yù)熱溫度為120～140 ℃），正式焊接預(yù)熱溫度為80～120 ℃。預(yù)熱區(qū)的寬度為焊縫中心線兩側(cè)各3倍板厚處。焊接采取多層多道焊，焊接電流控制在110～140 A，電弧電壓在18～24 V；焊接速度控制在8～12 cm/min，焊接完成后48 h，對所有焊縫進(jìn)行UT和PT探傷，合格后進(jìn)行吊裝滑輪組的安裝。

6 吊裝設(shè)備布置及選型

選用一臺200 t的10門滑輪組作為動(dòng)滑輪，選用一臺200 t的10門滑輪組作為定滑輪，與天錨箱型吊耳連接。選擇20 t的單門吊鉤定滑輪作為導(dǎo)向滑輪，導(dǎo)向滑輪與預(yù)設(shè)錨桿連接固定，吊裝設(shè)備布置如圖7所示。

圖7 單吊點(diǎn)錨索吊裝系統(tǒng)布置示意圖

卷揚(yáng)機(jī)及牽引鋼絲繩的選擇如下：

（1）卷揚(yáng)機(jī)的選擇：按10門滑車組小花穿繞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——鋼絲繩數(shù)量；

η——滑車綜合效率；

ε——滑車阻力系數(shù)；

η1——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。

（2）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：ΣS0=P×K/a=482.80 kN

式中P——鋼絲繩的容許拉力（kN）；

ΣS0——鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和（kN）；

a——考慮鋼絲繩之間荷載不均勻系數(shù)，對6×37鋼絲繩，a取0.82；

K——鋼絲繩使用安全系數(shù),取5。

選用6X37+FC-Φ36 mm鋼絲繩，公稱抗拉強(qiáng)度為1 570 MPa，查GB8919-2006，最小破斷拉力F0=671 kN。

F0＞ΣS0，故所選鋼絲繩滿足使用要求。

7 吊裝系統(tǒng)負(fù)荷試驗(yàn)

單吊點(diǎn)錨索吊裝系統(tǒng)安裝完成后，在使用前采用鋼絲繩兜吊的方式按設(shè)計(jì)額定載荷100 t進(jìn)行25%、50%、75%、100%逐級增荷負(fù)載試驗(yàn)（圖8）。

圖8 單吊點(diǎn)錨索負(fù)荷試驗(yàn)示意圖

（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）在實(shí)驗(yàn)過程中，時(shí)刻觀察及監(jiān)測各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行及位移情況。

（3）負(fù)載試驗(yàn)完成后，對箱型吊耳焊縫進(jìn)行無損檢測，對滑輪組、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。

8 橋式起重機(jī)各部件吊裝

橋機(jī)吊裝所使用的鋼絲繩與吊索負(fù)荷試驗(yàn)用鋼絲繩相同，起吊點(diǎn)均采用廠家預(yù)設(shè)的吊裝吊耳，在吊裝前使用Autocad及Solidworks軟件進(jìn)行吊裝模擬均滿足要求。

圖9 橋式起重機(jī)小車及550 t起升機(jī)構(gòu)吊裝示意圖

9 結(jié)束語

水電站地下廠房橋式起重機(jī)大件的吊裝一般多采用汽車吊和預(yù)設(shè)預(yù)埋錨桿、焊接箱型吊具的方式進(jìn)行吊裝，預(yù)設(shè)的錨桿每個(gè)都要進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，且箱體結(jié)構(gòu)焊接存在焊接量大及施工難度大等缺點(diǎn)。本文介紹了一種工藝成熟、結(jié)構(gòu)簡單的單吊點(diǎn)錨索吊裝系統(tǒng)進(jìn)行地下廠房橋式起重機(jī)大件吊裝的方式，其機(jī)構(gòu)簡單、性能可靠，可供后續(xù)水電站地下廠房大型設(shè)備設(shè)計(jì)及施工吊裝時(shí)借鑒。