2×5000kN台车荷载试验方案在防洪闸工程的应用

蔡碧明（湖北大禹水利水电建设有限责任公司，湖北　武汉　430070）



2×5000kN台车荷载试验方案在防洪闸工程的应用

蔡碧明（湖北大禹水利水电建设有限责任公司，湖北武汉430070）

台车荷载试验是检验台车各机构的工作性能及台车的动态刚度。本文简述2×5000kN台车荷载试验方案，从方案的可行性、试验托架、配重计算及各类试验程序进行简述，对类似项目提供经验。

2×5000kN台车；荷载试验；方案；应用

1　工程概况

荆江大堤防洪闸兼作通航孔，布置于现荆江大堤后侧，采用开敞式平底闸，共设2孔，单孔净宽32.0m，通航净空8.5m。闸室底板厚4.0m，建基面高程21.9m，顶高程25.9m。每孔防洪闸设一道提升式平面挡水闸门，由闸顶启闭机排架上容量为2×5000kN的桥式启闭机操作。闸室两侧各布置宽39.0m的门库段，门库段两侧新筑堤防与荆江大堤连接。根据设计和国家相关要求，2×5000kN桥式启闭机需进行负荷试验合格后方能投入使用。

2　台车荷载试验方案

2.1方案说明

本工程2×5000kN桥式启闭机负荷试验最大配重量为1000t的1.25倍，本试验采取托架加配重块方式在右门库进行荷载试验。

2.1.1托架制作及配重

在右门库空箱处搭设一平台，25T吊车配合，三根主横梁及二根主边梁采用20×600×1600的箱形梁、纵梁采用20× 300×600的拼制工字型钢、拉杆采用60×800×6000mm钢板等拼装焊接作为托架（单重140t）。配重块采取租方式，单块尺寸为1.1m×1.1m×1.1m、单块重2.5t，共租用450块作为试压块，进行荷载试验。托架总装图见图1。

图1　托架总装示意图

2.1.2台车试验托架受力计算

面板、主梁材质采用16Mn，焊接结构，小纵梁采用Q235材质56号工字型钢。

（1）面板计算

取主梁前翼板宽zk=600.0（mm）

计算面板厚δ=9.2（mm）。

表1中：Li——区格长（mm）；

Lfi——区格中心至底缘长（mm）；

表1　面板梁格计算结果

P——区格中心水压强（N/mm2）；

b——面板区格净宽（mm）（长边）；

a——面板区格净高（mm）（短边）。

（2）主梁的计算

①各主梁水压荷载及内力计算

主梁的支承跨度Lz=20000.0（mm）

表2　主梁水压荷载及内力计算结果

表2中：S（i）——主梁间距（mm）；

Lf（i）——主梁中心线到闸门底缘的高度（mm）；

q（i）——主梁的线压强（N/mm）；

P（i）——主梁的水压荷载（N）；

M（i）——主梁的跨中弯矩（N·mm）。

（M（i）=P（i）×（2×Lz-Ls）/8）

主梁最大水压力Pmax=3303999.0（N）

主梁最大线压强qmax=165.2（N/mm）

主梁跨中最大弯矩Mmax=0.826E+10（N·mm）

板上压强按p=2×2.5÷（1.1×1.1）=4.13t/m2=41.3kN/m2

主梁上的线荷载q=41.3×4m=165.2kN/m

主梁跨中的最大弯矩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指主梁受荷载集度的宽度，12m/3根主梁=4m。

②主梁的截面特性

主梁腹板的数量m=2

主梁双腹板的间距a5=400（mm）

面板厚度Sm=16（mm）

面板的参与宽度a1=1400（mm）

主梁前翼缘厚度h2=20（mm）

主梁前翼缘宽度a2=600（mm）

主梁腹板的厚度a3=18（mm）

主梁腹板的高度h3=1560（mm）

主梁后翼缘厚度h4=20（mm）

主梁后翼缘宽度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）

主梁腹板高度边缘处对中和轴的面积矩：S0=0.116E+08 （mm2）

主梁中和轴后半截面对中和轴的面积矩：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主梁侧面水柱轴压力Ncy

Ncy=0

偏心距Ey=0

偏心弯矩Mey=0

④主梁的弯曲应力σ及剪应力τ

主梁的弯曲应力：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）

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

验算该主梁处面板的折算应力：σox=σ前=139.07（N/mm2）

面板沿主梁轴线方向的局部弯曲应力σmx=25.85（N/mm2）

垂直于主梁轴线方向的面板长边中点的局部弯曲应力σmy=86.16（N/mm2）

该面板区格的弹塑性调整系数α=1.500

σzh＜σ0，该主梁处面板的应力满足要求。

2.2试验项目、配重及试验方法

表3　试验项目、配重及试验方法

2.3空载试验

试验前的准备工作和检查项目满足要求后进行空载试验。空载试验的目的是检验各机构动作的正常性，电气设备接线正确性，并调整各安全限位装置。试验时各机构应运行正常、无异常声响。制动器工作灵活、可靠。车轮无卡轨、啃道等现象。

2.3.1空载试验的试验项目

开动台车运行机构，让台车在轨道上往返运行三次，运行距离～156m。运行中，台车无明显的蛇行及啃轨、噪音和打滑现象，运行平稳。主起升机构分别开动主起升机构，使空钩以额定速度提升、下降各三次。

2.3.2空载试验的检查项目

钢丝绳在卷筒和滑轮中缠绕的正确性。行走车轮是否卡轨。齿轮在工作时是否有杂音。制动器是否灵活，同时进行适当的调整。润滑油路是否畅通。限位开关是否灵敏，起升限位开关或高度指示器到位时是否报警、断电，行走机构、起升机构的极限位置能否达到。

2.4静载试验

（1）静载试验目的是检验台车及其各部分的结构承载能力。

（2）只有空载试验情况正常之后，才允许进行静载试验。

（3）静载试验之前，将台车停放在右门库孔中心位置，采取1台130T吊车，将吊板与自动抓梁吊轴联接后，采用2台130T台车抬吊将托架移至门库上方并落至至门库顶面处，采用25T吊车将配重块吊至托架（先放300T配重块），台车移至托架上方，吊板与托架进行联接。各机构联接符合要求后分别起吊起升载荷2×3750kN（0.75Q额）、2×5000kN（1.0Q额），离门库地100～200mm，重复进行三次，检查各结构件有无异常状况。加配重块时按照先中间、左右对称平衡加载。

（4）完成上述试验满足要求后，再进行超载125%的试验，先起吊额定载2×3750kN，吊至到离地100～200mm的高度，停止提升，在静止无风的状态下，分两次无冲击地加上超载部分的重量（2×6250kN），加载后悬吊10min。卸去载荷后，检查桥架主梁有无永久变形。进行本试验时，严禁其它机构的任何操作。

静载试验结束后，全面检查起重机的钢结构，如未见到裂纹、永久变形、油漆剥落或对起重机的性能和安全有影响的损坏，且连接无松动，则试验结果合格。

2.5动载试验

（1）动载试验目的主要是检验起重机各机构和制动器的功能是否达到设计要求。

（2）主起升机构起吊1.1倍的额定荷载（即2×5500kN），使起升机构作正反方向运转，累计运转时间不小于10min。

（3）以1.1倍额定运行荷载作大车运行动载试验，首先将起重机各机构分别试验，而后作联合动作试验。试验中，对悬挂着的试验载荷作空中起动时，试验载荷不出现反向动作。试验时按该机的电动机接电持续率留有操作的间隙时间，按操作规程进行控制。对起升和运行机构反复运转的累计时间不小于1h。

（4）如果各部件能完成其功能试验，并在随后按空载试验的检查项目进行检查后，未发现机构或构件有损坏、连接处未发现有松动或损坏现象，则认为试验结果合格。

2.6试验后的工作

（1）卸掉载荷、切断电源、检查和复紧各紧固部分的紧固件。

（2）整理好试验的各项记录并写成报告或鉴定。

（3）在完成规定的试验内容后编写试验报告，将试验结论和检查结果列成表格。

3　结束语

2015年8月14日，2×5000kN台车荷载试验在相关单位的组织下按照本方案成功完成，各项检测数值均符合设计及规范要求。此方案的实施可为类似项目作以借鉴。

蔡碧明（1978-），男，工程师，大学本科，主要从事水利水电建筑工作。

TU753

A

2095-2066（2016）11-0043-02

2016-3-8