天津港某碼頭新增輪胎起重機作業可行性論證

王慶良 鄧雷飛

天津港某碼頭為梁板式高樁碼頭,平時負責天津港的部分雜貨裝卸工作。近年來由于碼頭作業量的增加和卸貨種類的豐富,大型貨物裝卸量也在逐年增長,而設置在前方承臺上的門機吊重只有當時設計時的5 t,其工作能力遠遠不能滿足碼頭貨物裝卸的需要。考慮到更換門機的難度較大,所以在前方承臺加設一臺QLY50全液壓輪胎式起重機來分擔一部分貨物的裝卸任務。為保證碼頭結構的安全性,有必要對碼頭梁板的結構抗力和QLY50全液壓輪胎式起重機的最大輪壓進行驗算。

1 碼頭概況

前方承臺:高樁梁板式結構,寬17.52m,主要由樁基、迭合橫梁、迭合火車板、預應力門機梁預制靠船構件和現澆面層等部分構成。分為10個結構段,標準段長59.5m,包括9個樁基排架。在每個泊位的首尾處均設置了縱向叉樁。標準排架間距7m,在伸縮縫處樁基排架間距為3.5m。面層厚度為0.15m,面板厚0.45m。碼頭設計荷載為 30kN/m2。

后方承臺:采用簡支梁板式高樁承臺結構,寬22m,主要由預應力簡支梁、預制實心板、預應力空心板和面層等構成。面層厚度為0.05m,面板厚0.50m。碼頭設計荷載為50kN/m2。

QLY50全液壓輪胎式起重機:額定起重量為500kN,支腿最大伸長量6.4 m×6.4m,吊臂長19m。行駛狀態自重470kN,額定起重量×工作半徑:500kN×3m,158 kN×10m。

2 試驗設計與驗算

2.1 試驗設計

試驗對象為QLY50全液壓輪胎式起重機,采用荷重傳感器測試起重機支腿在工作時的支腿壓力。經過核算,計劃在該碼頭前方承臺進行吊重為150kN的貨物,由于沒有該吊重的砝碼,所以選擇了采用吊重為100kN時的支腿壓力附加50kN吊重的腿壓來核算,后者可根據靜力學平衡關系得到。先將荷重傳感器置于QLY50全液壓輪胎式起重機四個支腿下,保持荷重傳感器的中心線與支腿中心線重合。荷重傳感器與動靜態測試儀相接,然后起重機支腿伸長支于傳感器上,預壓后開始測試,本次試驗按照起重機吊臂轉向起重機正前方為0°角,順時針旋轉分別測試0°,45°,90°,135°,180°,225°,270°和 315°八個方位。 每個方位分別測試起重機吊臂仰角為 52°,60°和 75°時的支腿壓力。表1為實測值。

2.2 驗算

起重機最大支腿壓力驗算:根據起重機的性能參數可知,吊重為158 kN時的工作半徑為10m(臂長19 m)。這與本次驗算的吊重值很接近,因此選取吊重150kN時工作半徑為10m,經過驗算,此種情況下吊臂的仰角為58°。又因為在實測時我們選取的角分別為 52°,60°和 75°三種情況,其中吊臂仰角為 60°時與 58°的值相近,支腿壓力計算時參考吊重 100kN、吊臂仰角 60°時的值。由此推算得,吊重為150kN情況下,當吊臂水平旋轉至45°仰角為60°時產生各腿壓力為 P1=350kN,P2=120kN,P3=2.75 kN,P4=132 kN,這種情況為支腿壓力最不利分布情況。

表1 各方位支腿壓力值

碼頭承臺抗力驗算:本次計算主要考慮輪胎吊在碼頭前方承臺打支腿作業情況,考慮兩臺輪胎吊協同作業情況。同時應驗算輪胎吊在前后承臺空載行駛時碼頭的安全性。

碼頭設計荷載為:前方承臺30kN/m2,后方承臺50kN/m2。

支腿作用時結構按承載能力極限狀態的持久組合驗算:

其中,Sd為作用效應設計值;Rd為結構抗力設計值;γ0為結構重要性系數;γG為永久作用分項系數;CG為永久作用效應系數;GK為永久作用標準值;γQ1為主導可變作用分項系數;CQ1為主導可變作用效應系數;Q1K為主導可變作用標準值;γQi為第i個非主導可變作用分項系數;CQi為第i個非主導可變作用效應系數;QiK為第i個非主導可變作用標準值。

荷載分項系數取為:結構自重取1.2,吊車支腿荷載取1.5,吊車空載行駛輪壓取1.4。吊車打支腿作業和空載行駛時分別取1.0和1.1的沖擊系數。分別對前后方承臺的板、梁、柱進行驗算,結合有限元數值計算得出結論。

利用對比法將核算荷載效應同原設計荷載效應或構件抗力(強度)進行對比,如果前者大說明不符合安全要求,反之符合安全要求。前方承臺有限元模型如圖1所示。

2.3 計算結果

表2 前方承臺結構內力

1)前方承臺。通過表2可以看出,QLY50輪胎吊在碼頭前方承臺空載行駛及打支腿吊重150kN作業時均沒有超過原設計荷載效應或結構構件的抗力值,所以碼頭結構滿足安全要求。

2)后方承臺。后方承臺面板按單向簡支板考慮,驗算結果見表3。表3中數據均考慮了結構的自重荷載效應。從表3可以看出,QLY50全液壓輪胎起重機在碼頭后方承臺空載行駛及打支腿作業時碼頭結構滿足安全要求。

表3 后方承臺面板內力 kN?m/m

3 結論與建議

1)QLY50輪胎吊在碼頭前方承臺空載行駛和打支腿作業時碼頭結構滿足規范安全要求。在后方承臺空載行駛及打支腿作業時碼頭滿足安全要求。2)打支腿作業時兩臺輪胎吊相鄰支腿間距不得小于10m,且支腿距碼頭前沿的距離不能小于1.5m,伸縮縫所在的小排架上不能打支腿作業。為了盡量減小面板內力,應盡量將吊車支腿打在靠近橫梁的位置。3)為了利于支腿和碼頭面的均勻接觸并盡量減小沖擊作用,支腿下宜墊一層膠皮。4)本報告的結論是在碼頭結構完好的條件下給出的,如果碼頭結構發生破壞,則該結論未必適用,建議在應用前首先對碼頭進行必要的調查檢測。

[1]河海大學.水工鋼筋混凝土結構學[M].北京:中國水利水電出版社,2001.

[2]JTJ 267-98,港口工程混凝土結構設計規范[S].

[3]JTJ 254-98,港口工程樁基規范[S].

[4]JTJ 215-98,港口工程荷載規范[S].