桥机轮压计算和承重牛腿校核

蹇继华李刚

摘要：水电站厂房桥机是减轻笨重体力劳动、提高作业效率、实现安全生产的起重运输设备。在电站安装和运行过程中，桥机作为关键的工艺设备或重要的辅助机械，起到了举足轻重的作用。本文主要介绍了以色列（K）项目水电站所布置的厂房临时桥机轮压和承重牛腿的相互关系，分别对轮压和牛腿进行了计算和校核。

关键词：水电站厂房桥机轮压计算牛腿校核

1工程概况及问题的提出

以色列（K）项目抽水蓄能电站（K项目）总装机，装设2台单机容量为的单级可逆式机组。布置了一台双小车电动双梁桥式起重机，作为机组安装、检修及设备装卸使用。在桥机上方安装了结构桁架，作为装修吊顶使用。

由于以色列（K）项目电站地下厂房工程地质结构复杂，条件较差，围岩以IV类为主，根据以往类似工程设计经验，岩壁吊车梁成型的工程地质条件不乐观。为避免在岩壁吊车梁难以成功时影响工期，拟考虑加大吊顶牛腿断面，提高吊装能力以满足施工期要求。因此如果出现这样的情况，岩壁梁就先不浇筑，直接往下继续开挖。待上下游边墙混凝土浇筑起来后，再浇筑排架柱，最后浇筑岩壁梁。

2施工方案验算

在岩壁梁形成之前，需要利用岩壁梁上方的吊顶牛腿，在牛腿上方布置一台临时桥机来进行机组安装。而吊顶牛腿是否满足桥机安装并满足吊装机组设备件的条件，必须进行轮压计算和校核牛腿断面和锚杆参数。

2.1临时桥机轮压计算

2.1.1临时桥机吊装整体座环蜗壳就位工况下轮压计算

已知：

起重量：Q起=40t（座环蜗壳组装成整体）；

轨距跨度：L=18.5m；

大车轮数：4个；

桥机总重（包括小车）：G总=34吨；

小车重：G小车=9吨；

吊具重：0.5t；

a------小车起吊中心线与机组中心线对正重合后，距离最近一侧轨道的距离；

示意图如附图1：

附图1座环蜗壳整体就位尺寸示意图（单位：mm）

解：PAJ=PBJ=

PCJ=PDJ=

式中：G1------大车架自重；

G2------小车自重以及起吊重量与含附件之和；

a--------小车起吊中心线与机组中心线重合后，距离最近轨道的距离；

L-------桥机轨距

最大静轮压即为：

PCJ=PDJ=（340-90）×103／4+（18.5-7.9）／（2×18.5）×（400+90+5）×103

=204.31kn

=20.4t

最小静轮压即为：

PAJ=PBJ=（340-90）×103／4+7.9／（2×18.5）×（400+90+5）×103

=168.19kn

=16.8t

则：动载系数取1.1，以最大静轮压为基础进行计算为：

最大动轮压为：PCD=PDD=1.1×20.4=22.44t。

2.1.2临时桥机吊装整体座环蜗壳组装工况下轮压计算

如若按照最不利工位在安装间组装布置，座环蜗壳组装后外边距离厂房墙2m，示意图如附图2：

附图2座环蜗壳组装工位吊装示意图（单位：mm）

则轮压为：

最大静轮压即为：

PCJ=PDJ=（340-90）×103／4+（18.5-5.5）／（2×18.5）×（400+90+5）×103

=236.418kn=23.6t

最小静轮压即为：

PAJ=PBJ=（340-90）×103／4+5.5／（2×18.5）×（400+90+5）×103

=136.081kn=13.6t

则：动载系数取1.1，以最大静轮压为基础进行计算为：

最大动轮压为：PCD=PDD=1.1×23.6=25.96t≈26t

鉴于厂房岩石层稳定分布情况，可将座环、蜗壳在靠近上游侧厂房安装间边墙组装，距离边墙约为2m，按照最不利工位验算，临时桥机在组装工位吊装整体座环蜗壳中，上游侧最大轮压为26t；而临时桥机在吊装整体座环蜗壳安装就位过程中，下游侧的最大轮压为22.44t。

2.2牛腿断面校核与锚杆参数选定

桥机轮压、轮距见附图4，最大垂直轮压Pmax=236KN，轮距2.4m，单侧2个轮子的桥机轮压单宽荷载折算有2种方法，并取计算结果的大值作为单位梁长竖向轮压标准值。

2.2.1单位梁长竖向轮压标准值计算

2.2.1.1方法一计算

最大垂直轮压换算为每米吊车梁上荷载为：

Fvk1=Pmax/B01=236/2.4=98.3kN/m

2.2.1.2方法二计算

0.5C1=0.5xtan26°，C1=0.488m

B02=L1+C1=2.4+0.488=2.89m

Fvk2=2Pmax/B02=2x236/2.89=163.3kN/m

对比以上两种荷载计算方法，最终取荷载较大值，即：Fvk=163.32kN/m作为荷载标准值。

2.2.2牛腿及锚杆校核计算

根据《地下厂房岩壁吊车梁设计规范》（Q/CHECC003-2008），对初选吊顶牛腿体型、锚杆参数进行受拉锚杆的截面面积计算、锚杆锚固长度计算。吊顶牛腿的作用（荷载）效应组合如表一所示：

表一吊顶牛腿作用效应组合

2.2.2.1各工况荷载设计值计算

桥机的竖向轮压和横向水平荷载的作用分项系数均采用1.1，岩壁吊车梁自重（含二期混凝土自重）作用分项系数均采用1.05。桥机竖向轮压动力系数采用1.1。

根据前面荷载计算成果，计算各组合的荷载设计值。

单位梁长竖向轮压设计值：取下述计算最大值为198Kn/m

基本组合：；Fv=163.32x1.1（动力系数）x1.1（作用分项系数）x1（设计状况系数）=198Kn/m

基本组合一：Fv=163.32x1.1（动力系数）x1.1（作用分项系数）x0.95（设计状况系数）=188Kn/m

基本组合二：Fv=163.32x1.1（动力系数）x1.1（作用分项系数）x0.95（设计状况系数）=188Kn/m

偶然组合：Fv=163.32x1.1（动力系数）x1.1（作用分项系数）x0.85（设计状况系数）=168Kn/m

单位梁长水平荷载设计值：取下述计算最大值为4.2Kn/m

基本组合：Fh=3.43x1.1（动力系数）x1.1（作用分项系数）x1（设计状况系数）=4.2kN/m

基本组合一（二）：Fh=3.43x1.1（动力系数）x1.1（作用分项系数）x0.95（设计状况系数）=3.95kN/m

偶然组合：Fh=3.43x1.1（动力系数）x1.1（作用分项系数）x0.85（设计状况系数）=3.53kN/m

2.2.2.2受拉锚杆截面面积计算

单位梁长受拉锚杆面积应符合下列规定：

式中：

—结构重要性系数，本计算中取1.1；

—设计状况系数，对应于持久状况、短暂状况、偶然状况，分别取1.0、0.95、0.85；

—岩壁吊车梁受拉锚杆承载力计算的结构系数，考虑锚杆释放应力的影响，不小于1.65，本计算中取1.65；

M—岩壁吊车梁单位轮压、横向水平荷载、吊车梁自重（含二期砼自重）、单位梁长轨件重力和梁上防潮墙重力所有荷载设计值对受压锚杆与岩壁斜面交点的力矩；

—受拉锚杆抗拉强度设计值，取360N/mm2；

—第一、二排受拉锚杆单位梁长的计算截面面积；

—第一、二排受拉锚杆到受压锚杆与岩壁斜面交点的力臂。

根据上面计算公式，编制表格进行计算（详见附表二）。

附图3牛腿受力分析计算图

受拉锚杆截面面积计算：

设计状况：持久状况；超挖20cm；混凝土容量：26.25kN/m3（含1.05）

表二所有外力对O'点取距

注：G1，G2，G3，G4，G5--吊车梁每米分块重二期砼、钢轨及附件每米重G6=3.00kN/m

锚杆角度：α1=250α2=200；壁座与垂线夹角α=00

表三锚杆截面面积计算

比值计算：

表四锚杆比值对比

经计算，在三种设计状况下，设计标准断面（上排锚杆25°）及超挖20cm等开挖断面情况，受拉锚杆截面面积均符合要求。计算结果详见表五。

表五受拉锚杆截面面积验算表

2.2.4.3受拉锚杆锚固长度计算

锚杆在稳定岩体内锚固长度应符合下列规定：

（2-1）

（2-2）

式中：

—结构重要性系数，取1.1；

—设计状况系数，取1.0（持久状况）；

—受拉锚杆在稳定岩体内的锚固段长度，mm；

—结构系数，不小于1.35，取1.35；

—粘结强度的材料性能分项系数，取1.25；

—受拉锚杆抗拉强度设计值，取360MPa；

—胶结材料与孔壁岩石的粘结强度标准值，取0.9MPa（取软岩中间值）；

—胶结材料与钢筋的粘结强度标准值，取0.9MPa（水泥砂浆强度等级为M30，按永久考虑）；

—锚杆直径，取28mm；

—锚杆孔直径，取45mm；

—单根受拉锚杆的截面面积，为616mm2；

根据上面计算公式，代入数据计算结果见表六。锚杆锚固长度取大值，即不小于5.2m。锚杆实际锚固长度为8m，满足要求。

表六锚杆锚固长度值

3、结束语

本文通过所确定的已知条件，根据规范规定的各荷载组合条件下进行计算，岩壁吊车梁受拉锚杆截面面积、锚杆锚固长度验算均满足要求，计算表明吊顶牛腿体型及锚杆参数选择合理、可靠。只有通过科学、合理的分析计算，才能确保所定方案的安全性及可行性，为决策者所定方案而提供准确依据。

参考文献：

[1]材料力学/程嘉佩等合编.—北京：高等教育出版社，1989.10（1996重印）

[2]建筑施工计算手册/江正荣著作.—中国建筑工业出版社；第2版（2007年7月1日）

[3]起重机设计规范GB/T3811-2008/万力等起草；中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会发布；中国标准出版社出版发行，2008年10月第一版

[4]起重机设计手册/张质文等主编.—北京：中国铁道出版社，2013年ISBN7—113—16328—0；2013年8月第二版

作者简介：

蹇继华（1982.1），男，四川苍溪人，助理工程师，中国水利水电第五工程局有限公司机电制造安装分局，从事水电工程金属结构制安和技术工作；

李刚（1979.7-），男，四川省南充市人，工程师，中国水利水电第五工程局有限公司机电制造安装分局，从事水电工程金属结构制安、机电管理和技术工作；