长河坝水电站大型桥机负荷试验方案优化

侯 忠，刘 剑

(1.四川盐源甲米河水电开发有限公司，四川盐源，615700;2.中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610023)

1 概述

长河坝水电站共设计4台650MW混流式发电机组，电站主厂房配有两台桥机，该桥式起重机规格为420t+420t双小车桥式起重机，主要由桥架、大车行走机构、420t主小车、16t电动葫芦、吊具、司机室和电气控制部分等组成。运输吊装最大、最重部件为桥机大梁，具体外型尺寸(长×宽×高)为27.65m×2.41m×3.03m，各种部件累计重达80余t。

桥机安装后的负荷试验历来是大型桥机试验需要解决的技术难题，同时也是桥机安装成本控制的关键点。

长河坝电站的桥机负荷试验，业主在招标文件中有明确规定(投标文件中的施工组织设计也按要求执行)。制作水泥墩作为配重进行试验，每个水泥墩重约30t，需挂两对钢丝绳;钢丝绳由施工单位采购，并且水泥墩要从黄金萍电站倒运到施工现场，需要发生约20万的倒运费用。

2 安装优化的实施

2.1 原方案安全性及成本分析

原方案业主设计制作水泥墩，由我部从黄金萍电站倒运至安装间卸货，用完后将水泥墩运到长河坝工地存放;电站两个桥机设计要求最大试验负荷为1300t，按照需要水泥墩制作为3m×3m×3m的正方体。由于长河坝的桥机负荷试验需要，需要21块左右的水泥墩，单块重量约65t，水泥墩密度为2.4t/m3。

原方案的主要缺点有:

(1)制作水泥墩周期长，需要内设钢筋及吊耳，需要立模和混凝土拌制等，制作时间长，需要较大的场地;

(2)水泥墩一次制作使用完成后废弃，造成浪费;

(3)水泥墩后期存放与处理困难，而且需要成本;

(4)水泥墩施工方案安全性不高。每个水泥墩要用钢丝绳挂在挂钩上，虽然业主有相关经验，但是挂在吊钩上的钢丝绳数量多，压股，易断裂，且钢丝绳都挂在钩上受力不均易造成事故;

(5)水泥墩施工成本高。如果以每个水泥墩设计两个吊点，选用单根钢丝绳吊装，根据经验公式，2×52D2/6需要选择直径60mm的钢丝绳，长度20m左右(公式中D为直径，6为安全系数，52为经验系数)。另外，每个水泥墩需要配置35t级别的卡扣各2个(1对)。

如果采用此法，需要采购钢丝绳21对，每对需多余长度10m用来叉绳扣，共需采购钢丝绳620m，每根钢绳厂家制作需2000元，并配套采购35t的卡扣21对。钢丝绳市场价约为300元/m，卡扣为4000元/对，总共需要成本31.2万元。

2.2 方案优化

结合现场情况与业主深入探讨，并且了解到电站压力钢管制作引进材料5000t全为钢板，正好在负荷试验期间到现场。因此，根据要求提出改变施工方案，采用钢板进行负荷试验。该方案技术要点如下:

(1)试验前制作钢托架，托架上在吊点处焊接钢管及护板，托加的设计强度需通过验算;

(2)钢丝绳选择。按照方案计划应选择钢丝绳的直径130mm，需厂家订制，且钢丝绳太大、太重人力很难挂钩，最后经优化，采购直径80mm的钢丝绳，两根并着一根用。单根钢丝绳长50m双成两圈替代130mm钢丝绳，共采购4根，钢丝绳采购费用由10多万元降到了几万元;

(3)优化钢丝绳用量。为了节约钢丝绳用量，将采购的80mm钢丝绳并在托架上缠绕，节约了钢丝绳费用，仅用了8万元，而合同负荷试验材料及装置费用为40余万元。

(4)托架费用由业主承担，每个托架5万元共需10万元，后期业主可回收再利用;

(5)整个试验方案需经过监理、业主审核，以保证施工安全性。

3 钢板托架和钢丝绳验算

3.1 钢板托架强度计算

电站设计单托架承重最大为525t，每台车需要两个托架，试验时双钩各挂525t。

钢板托吊架承重525t，选用钢板材质Q235B，腹板厚20mm，翼板厚16mm。箱形梁采用焊接结构，单面连续角焊缝，焊脚hf=12mm;焊材:焊条电弧焊E4315，埋弧焊H08A，HJ431。

图1 计算简图

梁的最大弯矩:

截面特性:

梁的应力验算:

焊缝受力计算:

3.2 钢丝绳选择

进行125%额定负荷试验时起吊重量为最大，单钩吊装重量约为525t(含托架重量)。

吊装时钢丝绳受力计算及选型:

钢丝绳承受拉力计算:

式中:S——一根吊索承受的拉力(kN);

Q——吊重的重量(525t);

g——重力加速度，g=9.8m/s2;

n——吊索根数;

β——钢丝绳与水平面夹角(按60°计算)。

钢丝绳最大许用拉力计算:

［S］≤P/K≤3740/5≤748kN

式中:［S］——钢丝绳许用拉力(kN);

P——钢丝绳破断拉力(kN);

K——钢丝绳的安全系数。

在以上钢丝绳最大许用拉力计算中，钢丝绳破断拉力值3740kN取自φ80mm直径、破断拉力6×37钢丝绳(1770MPa级)的破断拉力值，安全系数取5倍。

经以上计算，若采用φ80mm直径、破断拉力6×37(1770MPa级)的钢丝绳，单根钢绳许用最大拉力为748kN，而配重吊装时，钢绳吊重后实际受力为742.6kN，完全满足安全吊装要求。

综上所述，本次吊装钢丝绳选取φ80mm直径、破断拉力6×37(1770MPa级)的钢丝绳2根，单根(缠绕卡制前的长度)22m，本次吊装钢绳(缠绕卡制后的长度)为2根18.2m即可满足吊索夹角为60°的安全要求。而使用2根50m钢丝绳缠绕2圈后长度22m，(卡扣搭接长度3m)钢丝绳其吊索夹角将＜60°，吊装也将更为安全。

4 结语

通过方案优化达到了以下效果:

(1)安全、高效、高质量地完成了负荷试验，得到了业主监理的好评;

(2)节约了施工成本，钢丝绳还可在以后机组安装顶盖时利用;

(3)新制作的托架、钢材可以回收，可在后续工程上应用，不浪费;

(4)为后续工程提供了可借鉴经验。后期安古电站、枕头坝电站均采用我部采购的钢丝绳，大大节约了成本。