峡山水电站主厂房吊车梁结构设计

摘要 运用结构力学方法，依据峡山水电站吊车梁所受荷载，对主厂房吊车梁进行了详细的受力分析与结构设计，计算出了各跨度吊车梁在荷载组合作用下的最大弯矩、最大扭矩及最大剪力，并据此内力计算结果对吊车梁进行了配筋计算、裂缝宽度验算及挠度计算。峡山水电站吊车梁施工完成后顺利通过了荷载试验，为吊车以后的运行提供了有力的保障。

关键词 峡山水电站；主厂房吊车梁；结构设计

中图分类号 TV73 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)051-0148-02

1 主厂房吊车梁及桥机概况

主厂房吊车梁：峡山水电站主厂房吊车梁布置于宽为0.7 m的主厂房排架柱牛腿上，共分为两段。吊车梁L1共3跨，第一、二跨净跨度均为6.43 m，第三跨为6.335 m；吊车梁L2共5跨，1~4跨净跨度均为7.34 m，第五跨为7.335 m。

桥机：峡山水电站采用一台160/50 t电动双钩慢速桥式起重机，桥机轨距为20m。桥机由大车及小车组成。小车位于大车之上，大车上下游两侧车轮分别作用于主厂房上下游吊车梁上。大车每侧均有6个车轮，轮距为0.7 m，最大轮压为256 KN。大车轮距及轮压分布详细情况见图1。

2 吊车梁结构设计

吊车梁在运行过程中主要受桥机荷载及自重作用。桥机在运行中会产生竖向荷载、横向水平荷载及沿吊车梁纵向的水平荷载。桥机竖向荷载是指由于桥机及吊物自重产生的作用于吊车梁的荷载。桥机在运行过程中起吊、卸载等均会引起吊车梁振动，尤其是桥机经过轨道接头处时，还将发生碰撞，则吊车梁进行强度计算时应乘以动力系数1.05。桥机横向水平荷载是指小车横向水平移动时刹车产生的水平荷载，由小车轨道传至吊车梁顶部，由于桥机横向水平力较小，因此，可不对吊车梁做专门的抗扭计算。桥机纵向水平荷载是指大车在运行过程中刹车时产生的水平荷载，对吊车梁做截面设计时可不予考虑。

峡山水电站主厂房吊车梁采用钢筋混凝土（C25砼）T形截面，根据桥机荷载、主厂房排架柱的间距等，初步拟定T形截面翼缘宽度为1.0 m，梁高为1.6 m，翼缘厚度为0.3 m，腹板厚度为0.5 m。

吊车梁计算跨度：吊车梁单跨的计算跨度L0取通过以下两种计算结果的较小值：

L0= Ln+a或L0=1.05 Ln。

式中：Ln为吊车梁单跨的净跨度；

a为吊车梁的支撑长度。

吊车梁内力计算：吊车梁自重的荷载分项系数取1.05，桥机竖向、横向荷载的荷载分项系数均取1.1，桥机竖向荷载动力系数取1.05。计算吊车梁内力时，先将吊车梁的单跨分为10等份，按查表系数法分别求出吊车梁各截面在自重及桥机荷载组合作用下的最大弯矩及剪力。

3 吊车梁配筋计算

吊车梁配筋计算内容包括正截面受弯承载力计算、斜截面受弯承载力计算及受扭承载力计算。

3.1 正截面受弯承载力计算

吊车梁在移动荷载作用下各截面弯矩的计算公式为：

M=αPl0

式中：M—移动荷载作用下吊车梁各截面弯矩；

α—移动荷载作用下各截面的弯矩系数，可通过查表求取。

吊车梁在自重作用下各截面弯矩的计算公式为：

M1=α1gl02

式中：M1—自重作用下吊车梁各截面面弯矩（KN.m）；

α1—自重作用下各截面的弯矩系数，可通过查表求取；

g—吊车梁自重（KN/m）。

分别求得移动荷载及自重作用下各截面弯矩后，将两种荷载作用下各截面的弯矩值叠加即得各截面弯矩。

3.2 斜截面受弯承载力计算

吊车梁在移动荷载作用下各截面剪力的计算公式为：

V=βP

式中：V—移动荷载作用下吊车梁各截面剪力；

β—移动荷载作用下各截面的剪力系数，可通过查表求取。

吊车梁在自重作用下各截面剪力的计算公式为：

V1=β1gl0

式中：V1—自重作用下吊车梁各截面面剪力（KN）；

β1—自重作用下各截面的剪力系数，可通过查表求取；

g—吊车梁自重（KN/m）。

分别求得移动荷载及自重作用下各截面剪力后，将两种荷载作用下各截面的剪力值叠加即得各截面剪力。

根据上述计算结果，求出吊车梁的弯矩设计值：M=γ0φMmax，其中γ0为结构重要性系数，本工程取为1.0，φ为设计状况系数，本工程取为1.0。根据弯矩设计值计算T形截面的配筋。

4 裂缝宽度验算

一般钢筋混凝土结构，在荷载作用下，截面的混凝土拉应变大多是大于混凝土极限拉伸值，因而构件在使用时总是带裂缝工作的，但构件裂缝宽度应得到严格的控制，须符合规范允许的裂缝宽度值。

对于主厂房吊车梁应按荷载效应的短期组合和长期组合分别求得最大裂缝宽度Wmax，其计算公式如下：

Wmax=α1α2α3σss（3C+0.1d/ρte）/Es

Wmax=α1α2α3σsl（3C+0.1d/ρte）/Es

σss=MS/（0.87h0As）；σs1=Ml/（0.87h0As）

式中：α1—构件受力特征系数，本工程中吊车梁为受弯构

件，取α1=1.0；

α2—钢筋表面形状系数，吊车梁主筋为变形钢筋，取

α2=1.0；

α3—荷载长期作用影响系数，对荷载效应的短期组合

取1.5，对荷载效应的长期组合取1.6；

C—最外排纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离

（mm），C=30mm；

d—受拉钢筋直径；

ρte—纵向受拉钢筋的有效配筋率，ρte=AS/Ate，当ρte

ρte取为0.03；

As—受拉区纵向钢筋截面面积；

Ate—有效受拉混凝土截面面积，本工程中Ate=2ab，其中a为受

拉钢筋As重心至截面受拉边缘的距离，b为T形截面的肋宽；

σss、σsl—分别按荷载效应的短期组合及长期组合计算的构件

纵向受拉钢筋应力；

Ms、Ml—分别由荷载标准值按荷载效应短期组合及长期组合

计算的弯矩值；

h0—截面有效高度。

通过上述相关公式求得的吊车梁裂缝宽度均需小于相应荷载效应组合下裂缝宽度的规范允许值。

5 挠度的计算

吊车梁的变形应控制在合理范围之内，吊车梁的挠度应按荷载效应的短期组合及荷载效应的长期组合分别计算。吊车梁受自重（均布荷载）及桥机竖向荷载（集中荷载）作用，根据材料力学知识，吊车梁挠度为自重及桥机竖向荷载作用下所产生挠度的叠加结果。其计算公式为：

W=5gl4/（384B）+Pl3/（48B）

式中：g—吊车梁重度（KN/m）；

l—吊车梁计算跨度（m）；

P—大车轮压（KN）

B—吊车梁刚度。

吊车梁刚度分为荷载效应的短期组合对应的短期刚度Bs及荷载效应的长期组合对应的长期刚度Bl。

短期刚度Bs按下式进行计算：

BS=（0.025+0.28αEρ）（1+0.55γf’+0.12γf）Ecbh03

式中：ρ—纵向受拉钢筋配筋率，ρ=As/（bh0），b为截面宽度；

γf’—受压翼缘面积与腹板有效面积之比，γf’=（bf’-b）hf’/（bh0），其中bf’、 hf’为受压翼缘宽度及高度，当hf’>0.2h0时，取hf’=0.2 h0；

γf—受拉翼缘与腹板有效面积的比值，本工程取为0。

长期刚度Bl按下式进行计算：

Bl=MsBs/[Ml(θ-1)+MS]

式中：Bs—短期刚度；

θ—考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数；

Ms、Ml—分别由荷载标准值按荷载效应的短期组合及

长期组合计算的弯矩值。

θ可按下式计算：

θ=2.0-0.4ρ’/ρ

其中ρ’、ρ—分别为受压钢筋和受拉钢筋的配筋率（ρ’=A’S/bh0，ρ=As/bh0）。

由上述公式可求得吊车梁在不同荷载效应组合下的挠度。

6 计算结果

吊车梁内力计算结果见表1。

吊车梁配筋计算结果见表2。

吊车梁裂缝宽度计算结果见表3。

吊车梁挠度计算结果见表4。

通过对上述计算结果的分析可知：吊车梁结构尺寸选择合理，通过计算配置钢筋后，吊车梁裂缝宽度及挠度均控制在规范范围之内，为桥机的安全运行提供了充分的保障。

参考文献

[1]刘瑞等.水工钢筋混凝土结构学[M].北京:中国水利水电出版社,1996.

[2]孙训方,方孝淑,关来秦.材料力学(I)(4版)[M].北京:高等教育出版社.

作者简介

刘建海（1985—），男，汉族，江西吉安人，助理工程师，主要从事水利水电工程设计工作。