2×5000kN臺車荷載試驗方案在防洪閘工程的應用

蔡碧明（湖北大禹水利水電建設有限責任公司，湖北　武漢　430070）

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2×5000kN臺車荷載試驗方案在防洪閘工程的應用

蔡碧明（湖北大禹水利水電建設有限責任公司，湖北武漢430070）

臺車荷載試驗是檢驗臺車各機構的工作性能及臺車的動態剛度。本文簡述2×5000kN臺車荷載試驗方案，從方案的可行性、試驗托架、配重計算及各類試驗程序進行簡述，對類似項目提供經驗。

2×5000kN臺車；荷載試驗；方案；應用

1　工程概況

荊江大堤防洪閘兼作通航孔，布置于現荊江大堤后側，采用開敞式平底閘，共設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。每孔防洪閘設一道提升式平面擋水閘門，由閘頂啟閉機排架上容量為2×5000kN的橋式啟閉機操作。閘室兩側各布置寬39.0m的門庫段，門庫段兩側新筑堤防與荊江大堤連接。根據設計和國家相關要求，2×5000kN橋式啟閉機需進行負荷試驗合格后方能投入使用。

2　臺車荷載試驗方案

2.1方案說明

本工程2×5000kN橋式啟閉機負荷試驗最大配重量為1000t的1.25倍，本試驗采取托架加配重塊方式在右門庫進行荷載試驗。

2.1.1托架制作及配重

在右門庫空箱處搭設一平臺，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，進行荷載試驗。托架總裝圖見圖1。

圖1　托架總裝示意圖

2.1.2臺車試驗托架受力計算

面板、主梁材質采用16Mn，焊接結構，小縱梁采用Q235材質56號工字型鋼。

（1）面板計算

取主梁前翼板寬zk=600.0（mm）

計算面板厚δ=9.2（mm）。

表1中：Li——區格長（mm）；

Lfi——區格中心至底緣長（mm）；

表1　面板梁格計算結果

P——區格中心水壓強（N/mm2）；

b——面板區格凈寬（mm）（長邊）；

a——面板區格凈高（mm）（短邊）。

（2）主梁的計算

①各主梁水壓荷載及內力計算

主梁的支承跨度Lz=20000.0（mm）

表2　主梁水壓荷載及內力計算結果

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（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qmax=165.2（N/mm）

主梁跨中最大彎矩Mmax=0.826E+10（N·mm）

板上壓強按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中和軸的面積矩：S0=0.116E+08 （mm2）

主梁中和軸后半截面對中和軸的面積矩：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主梁的彎曲應力σ及剪應力τ

主梁的彎曲應力：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）

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

驗算該主梁處面板的折算應力：σox=σ前=139.07（N/mm2）

面板沿主梁軸線方向的局部彎曲應力σmx=25.85（N/mm2）

垂直于主梁軸線方向的面板長邊中點的局部彎曲應力σmy=86.16（N/mm2）

該面板區格的彈塑性調整系數α=1.500

σzh＜σ0，該主梁處面板的應力滿足要求。

2.2試驗項目、配重及試驗方法

表3　試驗項目、配重及試驗方法

2.3空載試驗

試驗前的準備工作和檢查項目滿足要求后進行空載試驗。空載試驗的目的是檢驗各機構動作的正常性，電氣設備接線正確性，并調整各安全限位裝置。試驗時各機構應運行正常、無異常聲響。制動器工作靈活、可靠。車輪無卡軌、啃道等現象。

2.3.1空載試驗的試驗項目

開動臺車運行機構，讓臺車在軌道上往返運行三次，運行距離～156m。運行中，臺車無明顯的蛇行及啃軌、噪音和打滑現象，運行平穩。主起升機構分別開動主起升機構，使空鉤以額定速度提升、下降各三次。

2.3.2空載試驗的檢查項目

鋼絲繩在卷筒和滑輪中纏繞的正確性。行走車輪是否卡軌。齒輪在工作時是否有雜音。制動器是否靈活，同時進行適當的調整。潤滑油路是否暢通。限位開關是否靈敏，起升限位開關或高度指示器到位時是否報警、斷電，行走機構、起升機構的極限位置能否達到。

2.4靜載試驗

（1）靜載試驗目的是檢驗臺車及其各部分的結構承載能力。

（2）只有空載試驗情況正常之后，才允許進行靜載試驗。

（3）靜載試驗之前，將臺車停放在右門庫孔中心位置，采取1臺130T吊車，將吊板與自動抓梁吊軸聯接后，采用2臺130T臺車抬吊將托架移至門庫上方并落至至門庫頂面處，采用25T吊車將配重塊吊至托架（先放300T配重塊），臺車移至托架上方，吊板與托架進行聯接。各機構聯接符合要求后分別起吊起升載荷2×3750kN（0.75Q額）、2×5000kN（1.0Q額），離門庫地100～200mm，重復進行三次，檢查各結構件有無異常狀況。加配重塊時按照先中間、左右對稱平衡加載。

（4）完成上述試驗滿足要求后，再進行超載125%的試驗，先起吊額定載2×3750kN，吊至到離地100～200mm的高度，停止提升，在靜止無風的狀態下，分兩次無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，檢查橋架主梁有無永久變形。進行本試驗時，嚴禁其它機構的任何操作。

靜載試驗結束后，全面檢查起重機的鋼結構，如未見到裂紋、永久變形、油漆剝落或對起重機的性能和安全有影響的損壞，且連接無松動，則試驗結果合格。

2.5動載試驗

（1）動載試驗目的主要是檢驗起重機各機構和制動器的功能是否達到設計要求。

（2）主起升機構起吊1.1倍的額定荷載（即2×5500kN），使起升機構作正反方向運轉，累計運轉時間不小于10min。

（3）以1.1倍額定運行荷載作大車運行動載試驗，首先將起重機各機構分別試驗，而后作聯合動作試驗。試驗中，對懸掛著的試驗載荷作空中起動時，試驗載荷不出現反向動作。試驗時按該機的電動機接電持續率留有操作的間隙時間，按操作規程進行控制。對起升和運行機構反復運轉的累計時間不小于1h。

（4）如果各部件能完成其功能試驗，并在隨后按空載試驗的檢查項目進行檢查后，未發現機構或構件有損壞、連接處未發現有松動或損壞現象，則認為試驗結果合格。

2.6試驗后的工作

（1）卸掉載荷、切斷電源、檢查和復緊各緊固部分的緊固件。

（2）整理好試驗的各項記錄并寫成報告或鑒定。

（3）在完成規定的試驗內容后編寫試驗報告，將試驗結論和檢查結果列成表格。

3　結束語

2015年8月14日，2×5000kN臺車荷載試驗在相關單位的組織下按照本方案成功完成，各項檢測數值均符合設計及規范要求。此方案的實施可為類似項目作以借鑒。

蔡碧明（1978-），男，工程師，大學本科，主要從事水利水電建筑工作。

TU753

A

2095-2066（2016）11-0043-02

2016-3-8