重型懸臂式鋼平臺設計淺談

郭富權

（中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,陜西 西安 710065）

重型懸臂式鋼平臺設計淺談

郭富權

（中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,陜西 西安 710065）

本文主要論述在垂直混凝土壩面上設置大尺寸、荷載20t的懸臂式鋼平臺設計結構及所采用鋼管及化學螺栓的固定方式。并對設計及安裝運行過程中有關事項進行說明。

懸臂結構；鋼平臺；化學錨栓；固定卷揚式啟閉機

1 概述

某電站為給泄洪洞檢修閘門門槽創造旱地修復施工條件，需將一個9m×15m(寬×高)的浮體閘門在壩前能夠貼著壩面上下移動。通過封堵住泄洪洞的進水口，以達到創造孔內旱地施工的條件。由于壩頂門機上回轉吊受到壩體牛腿的阻擋，無法將浮體閘門移動到壩前。根據現場實際情況，經綜合分析決定在大壩壩面上游側牛腿下利用混凝土壩面做一懸臂支承鋼平臺，防止固定卷揚式啟閉機進行操作，才能夠滿足啟閉和監控的要求。整體布置見圖1。

圖1

2 整體布置

本鋼平臺總尺寸為3.52m×10.37m（寬×高），主要放置1臺2×10t固定卷揚式啟閉機和測深裝置。2×10t固定啟閉機主要用于操作垂直啟閉浮體閘門，測深裝置主要測量被吊設備的深度及水平度。鋼平臺總重7t，由Q345B鋼板和Q235B型鋼焊接構成。

3 鋼平臺結構

3.1 主梁布置

鋼結構的設計主要滿足2×10t固定卷揚機的布置要求，本工程所用啟閉機吊點間距7.98m，是鋼平臺上的主要受力部件。因此將鋼平臺的主梁也放在此位置，由一個主梁承受一臺啟閉機的荷載，主梁采用3.52m（上下游方向）而不采用7.98m（左右岸方向）主要考慮以下幾點：

（1）主梁上下游方向比主梁左右岸方向短的多，可以有效減少主梁的撓度。

（2）主梁上下游方向比主梁左右岸方向加工精度更容易保證，安裝難度降低。

（3）上下游方向設置的鋼平臺比左右岸方向重量輕，可以減少鋼平臺整體重量，減輕最終壩面混凝土的擠壓應力。

主梁采用20mm厚鋼板焊接成工字型，腹板高度的確定由所有力的撓度確定，在通過型鋼做為次梁連接2個主梁，使其形成框架結構，對主梁在1.1倍荷載下進行強度、穩定和剛度計算，鋼平臺的剛度根據《水利水電工程鋼閘門設計規范》DL/T5039所規定的工作閘門主梁撓度不超過支承跨度1/750進行確定。

3.2 次梁布置

水平次梁的主要作用為增加鋼平臺的整體剛度和穩定性，傳導2×10t固定卷揚機的水平力。水平次梁由32a的工字鋼組成，遇到主梁斷開，鋼平臺共布置4根水平次梁。水平次梁的間距主要由站人位置、啟閉機位置確定。

4 固定方式

由于整個鋼平臺受力較大，外形尺寸也大。完全采用壩面固定，對于連接構件將產生很大的組合應力，整體受力情況也不明確，對于設備的安全運行有很大隱患。經多方案比較，最終采用如附圖一所示方案。具體為將壩頂牛腿開直徑50圓孔，穿入直徑30mm的圓鋼，一端在壩頂與鋼板凳連接，另一端與鋼平臺的主梁和次梁連接，共設置8根鋼筋。在鋼平臺與壩面接觸處，采用化學錨栓連接。這樣，整個鋼平臺固定件。受力清晰明了，固定方式見圖2。

圖2

4.1 豎直鋼筋及配件分析

豎直力分析需逐一分析與其接觸相關的各構件的受力情況，主要有以下幾點。第一，直徑30mm鋼筋本身的拉力。第二，壩頂上與鋼筋連接的鋼板凳需計算鋼板凳接觸面混凝土壓應力和鋼構件的抗剪力。第三，鋼筋與鋼平臺連接處鋼板的抗剪力。

對于鋼筋自身的拉力計算，通過計算得鋼筋拉力為51MPa，滿足許用要求。

4.2 化學錨栓及配件分析

化學錨栓處受力主要由以下幾部分組成。第一，錨栓的抗剪力。第二，錨栓在混凝土內的抗拉、抗剪力。第三錨栓與鋼平臺接觸面的局部緊接承壓力。因此需對上述幾個問題逐一解決。

首先與壩面連接的化學錨栓主要承受剪力，通過計算可獲得需要錨栓的最小直徑，考慮不均勻系數和折減系數可得錨栓的直徑。

化學錨栓技術目前應用比較廣泛，主要操作工序為先鉆孔，后在孔內加入化學植筋膠，在植入錨栓，效果等同于預埋螺栓。對于選擇化化學錨栓固定位置需注意下列幾點：

（1）在鉆孔時先檢測壩內鋼筋的位置，避免鉆孔直接打斷壩內主鋼筋，同時要求鋼構件上的螺栓孔需根據現場實際情況進行配鉆。

（2）對于螺栓組距需滿足廠家的最小間距要求，如無法滿足，需得到廠家的書面認可。

（3）螺栓孔盡量選擇在堅實的混凝土面上鉆孔，對于螺栓抗拉抗剪數據為安全起見，可選擇在低混凝土標號或混凝土裂縫處的數據。

根據上述幾點對化學錨栓在孔內的抗拉和抗剪力進行計算，所得數據低于其技術樣本的混凝土裂縫處的數據。故認為化學錨栓在混凝土內的抗拉、抗剪力要求。另需在設計圖紙技術說明做特別注明，在使用過程中，派專人觀察錨栓連接處，如有異常，立刻停止施工。

由于錨栓與鋼平臺的連接是通過在鋼板上鉆孔后穿入錨栓進行連接，鋼板鉆孔處的局部緊接承壓力很大。降低其局部緊接承壓力最有效的方式為增大螺栓與鋼板的接觸面，通過在兩鋼板之間增加套管的方式可有效增大螺栓的接觸面，將其由近似的集中載荷轉換為線載荷，大大降低局部緊接承壓力。通過計算，局部緊接承壓力滿足要求。

5 安全防護

在鋼平臺整體安裝和運行中為防止意外發生做了以下設計預防措施：

（1）在鋼平臺四周設置高度為1.2m欄桿防止人員意外墜落，從壩頂下到鋼平臺均采用背籠爬梯進行封閉。

（2）鋼平臺內除啟閉機位置和吊物孔外的所有位置均鋪設4mm花紋鋼。吊物孔周邊設置欄桿圍護。

（3）鋼平臺與大壩鋼筋網主鋼筋設置不少于2處的接地。以避免在鋼平臺安裝和運行中觸電事故的發生。

6 安裝及運行過程

本鋼平臺主要結構件在工廠制作試拼裝后做好標記，在工地現場連接成整體。化學螺栓在廠家技術人員指導下順利安裝，待強度達到設計要求后，安裝固定卷揚機并進行了負載試驗。確認無誤后進行正式的吊裝工作。整個鋼結構工作平臺在設備運行過程中無明顯變形。直徑30mm拉筋和化學錨栓位置無異常。鋼平臺使用達到安全可靠的要求。

7 總結

通過實踐證明，本重型鋼平臺的受力分析和結構布置是合適的。化學錨栓在實際運用中也得到了較好的驗證。本結構的布置和固定方式對于解決類似大荷載的懸臂結構鋼結構可起一定的參考作用。

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TD421.5

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1671-0711（2016）11（下）-0160-02