摘要:水電站廠房的吊車用于吊裝水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)。吊車梁系直接承受吊車荷載的承重結(jié)構(gòu)，是廠房上部的重要結(jié)構(gòu)之一，對(duì)于中、小型水電站廠房的吊車梁一般為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，希望通過本文的論述和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)例，總結(jié)中、小型水電站廠房混凝土吊車梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般方法和規(guī)律，更好的服務(wù)于廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞:吊車；吊車梁；T形；垂直輪壓；橫向水平力；縱向水平力；扭矩；撓度�！ �
一、吊車的特點(diǎn)
水電站廠房的吊車主要用于吊裝水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)。在使用上有下述特點(diǎn)：1.吊車的起吊容量大；2．工作間歇大，利用率較低；3．操作速度緩慢；4．吊車除在機(jī)組安裝及檢修時(shí)滿載外，很少在最大荷載下工作。因此，水電站廠房吊車屬于輕級(jí)工作制。承受輕級(jí)工作制吊車的吊車梁，可不驗(yàn)算重復(fù)荷載作用下的疲勞強(qiáng)度。
二、吊車梁截面型式及其優(yōu)缺點(diǎn)
鋼筋混凝土吊車梁因造價(jià)低，施工簡便，在中、小型水電站在設(shè)計(jì)中被廣泛采用。近些年一些中型的電站也多采用鋼結(jié)構(gòu)的（這里不做論述），但從經(jīng)濟(jì)的角度來說還是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)較為經(jīng)濟(jì)。
鋼筋混凝土吊車梁在施工上可分現(xiàn)澆、預(yù)制和疊合梁等形式，近年來以現(xiàn)澆和預(yù)制兩種型式為多�，F(xiàn)澆的吊車梁可做成單跨簡支或多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)。一般講，連續(xù)梁在材料利用上更合理些，單跨簡支的吊車梁多采用預(yù)制吊車，其優(yōu)點(diǎn)是施工方便，加快施工進(jìn)度，但多耗鋼筋。
吊車梁截面常用的有矩形、T形和I形等型式，其各有優(yōu)缺點(diǎn)，（1）矩形截面吊車梁：立模簡單，施工方便。缺點(diǎn)是材料強(qiáng)度利用不充分，橫向剛度較小，軌道固定不甚方便且缺少檢查走道。起重量不大的吊車梁可采用矩形截面。（2）T形截面吊車梁：與矩形截面相比，縱向、橫向剛度均較大，抗扭性能較好，便于固定鋼軌和有較寬的檢查走道，起重量較大或中等的吊車梁宜采用。（3）I字形截面吊車梁：其優(yōu)點(diǎn)基本同T形。由于下翼緣較寬，起重量較大的預(yù)應(yīng)力混凝土吊車梁宜采用這種型式。鋼筋砼吊車梁多為T形截面型式。
三、吊車梁截面型式及其尺寸的選擇
由于水電站吊車梁承受荷載較大，因此截面尺寸較一般梁為大。以T形梁為例：梁高度一般為跨度的1/5～1/10（中型的取值大些）。梁肋寬為高的1/3～1/7（中型的取值小些），一般取為200～400mm。翼板厚度常取為梁高的1/6～1/10，但不小于100mm。翼板寬度除考慮受力需要外，還應(yīng)有足夠尺寸布置鋼軌及埋置鋼軌的附件，一般不小于350mm。在梁端部，肋寬宜適當(dāng)加大，以利主筋的錨固。矩形截面一般的高寬比取2～2.5。對(duì)于I形下翼緣寬度主要決定于預(yù)應(yīng)力鋼筋的根數(shù)和排列，一般小于或等于上翼緣寬度；翼緣的高度一般取1/5～1/8梁高。
根據(jù)廠房設(shè)計(jì)規(guī)范，預(yù)制鋼筋混凝土吊車梁的強(qiáng)度等級(jí)（28d齡期）不低于C30，現(xiàn)澆的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C25。鋼筋宜采用Ⅱ級(jí)及Ⅱ級(jí)以上。
四、計(jì)算方法及工程實(shí)例
（一）計(jì)算的方法
吊車梁的截面尺寸初定后，按吊車梁實(shí)際布置情況選擇單跨或多跨梁計(jì)算其荷載、內(nèi)力及配筋并復(fù)核梁截面尺寸。吊車梁的荷載主要有：自重、垂直輪壓和橫向水平力。自重按實(shí)際截面尺寸及軌道附件重計(jì)算，垂直輪壓及橫向水平力按《水工結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中的具體公式計(jì)算。內(nèi)力計(jì)算需計(jì)算出梁垂直方向荷載的彎矩、剪力包絡(luò)圖和水平方向的最大扭矩。配筋計(jì)算按《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的計(jì)算方法復(fù)核正截面、斜截面強(qiáng)度，計(jì)算出截面配筋，并根據(jù)最大扭矩復(fù)核梁的側(cè)向穩(wěn)定增加配抗扭鋼筋。這些計(jì)算做完后還應(yīng)驗(yàn)算梁的撓度和裂縫是否滿足《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的允許值。
�。ǘ┕こ探Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)舉例
1、工程概況
某水電站為引水式電站，電站廠房為地面式廠房，廠房及引水建筑物的級(jí)別為IV級(jí)，建筑物抗震設(shè)防裂度為8°。主廠房長度31.0m，寬度12.24m。電站裝機(jī)2臺(tái)，裝機(jī)容量8MW。主廠房采用電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)，最大起吊重量為30t。單跨吊車梁最大跨度為5.7m。
2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
�。�1）設(shè)計(jì)荷載
1)自重q
根據(jù)吊車梁截面尺寸擬定的一般規(guī)律，結(jié)合水機(jī)專業(yè)鋼軌及埋置鋼軌附件布置要求，初定T形截面吊車梁，其截面尺寸為：高800mm，梁肋寬端頭為300mm，翼板厚120mm，翼板寬500mm。吊車梁用C30砼。
梁的自重按實(shí)際截面尺寸計(jì)算；鋼軌及附件的自重根據(jù)廠家資料求得108kg/m。計(jì)算得q=8kN/m(設(shè)計(jì)值)。
2)垂直輪壓P
根據(jù)《水工結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》計(jì)算公式，計(jì)算得每個(gè)輪子最大輪壓為：P=296kN(設(shè)計(jì)值)
計(jì)算公式：P=α×1/m(1/2G1+G2(Lk-L1)/Lk+ G3(Lk-L1)/Lk)
式中G1、G2、G3―吊車、小車及起吊物最大重量（kN）；
Lk―吊車跨度（m）；
L1―主吊鉤至吊車梁軌道的最小極限距離（m）；
α―動(dòng)力系數(shù)；
m―小車輪數(shù)。
3)橫向水平力T
根據(jù)《水工結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》計(jì)算公式，計(jì)算得每個(gè)輪子的橫向水平力為：T=9.8kN(設(shè)計(jì)值)
計(jì)算公式：T=0.04/m(G2 + G3)
根據(jù)上式計(jì)算的橫向水平力全部由一個(gè)吊車梁承受。橫向水平力不乘動(dòng)力系數(shù)。
3、內(nèi)力計(jì)算
�。�1)承受垂直輪壓的內(nèi)力計(jì)算
由于吊車輪子的荷載為移動(dòng)荷載，因此應(yīng)先確定輪子的最不利位置，按簡支梁計(jì)算最大彎矩及最大剪力，并繪出彎矩、剪力包絡(luò)圖。最大彎矩及最大剪力設(shè)計(jì)值為453.8kN.m及349.5kN。
�。�2)承受橫向水平力的內(nèi)力計(jì)算
在橫向水平力作用下，吊車梁在水平方向受彎，其內(nèi)力計(jì)算與垂直方向一樣，按簡支計(jì)算其橫向的彎矩和剪力，此部分內(nèi)力應(yīng)由吊車梁的翼板承受。最大彎矩及最大剪力設(shè)計(jì)值為15.0kN.m及11.6kN。
�。�3)扭矩計(jì)算
橫向水平力作用于軌頂，對(duì)截面形心有扭矩作用，同時(shí)垂直輪壓也考慮20mm的偏心。則作用在吊車梁截面上扭矩荷載為：
mT=0.9(P×e1+T×e2)
e1―力P的偏心距離，取為0.02m（m）；
e2―力T的偏心距離，為軌道頂至T形截面形心的距離（m）。
本電站吊車梁兩端與框架柱連接采用了固定措施，計(jì)算扭矩時(shí)按兩端固定的單跨梁考慮，吊車梁的最大扭矩發(fā)生在近支座截面，按單跨梁扭矩包絡(luò)圖求出最大扭矩為MT=9.9kN.m，計(jì)算出的扭矩應(yīng)由T形梁的翼板和梁肋共同承擔(dān)，為簡化計(jì)算，抗扭作用僅由肋部的矩形部分承擔(dān)。
4、配筋、撓度及裂縫開展計(jì)算
�。�1)配筋計(jì)算
在垂直荷載作用下，根據(jù)彎矩包絡(luò)圖按T形截面進(jìn)行正截面強(qiáng)度計(jì)算，求出跨中和支座截面的縱向受力鋼筋數(shù)量，根據(jù)剪力包絡(luò)圖進(jìn)行斜截面強(qiáng)度計(jì)算，求出箍筋間距和數(shù)量，確定縱向受力鋼筋的彎起點(diǎn)及彎起數(shù)量。
翼板兩側(cè)的縱向受力鋼筋及箍筋應(yīng)按橫向水平力產(chǎn)生出來的彎矩和剪力計(jì)算，本電站橫向水平力很小，其鋼筋按構(gòu)造配置即可。
當(dāng)考慮扭矩及垂直荷載的剪力作用時(shí)，按剪扭構(gòu)件復(fù)核梁截面，經(jīng)計(jì)算其截面符合下式：
1／γd0.7fc≤（V／bh0+MT／Wt）≤1／γd0.25fc
因此，受扭鋼筋按計(jì)算配置。經(jīng)計(jì)算，配附加抗扭箍筋φ8@200沿梁軸垂直均勻布置，并在梁的兩側(cè)各布置2φ12抗扭縱向鋼筋。
�。�2)撓度計(jì)算
單跨簡支梁在均布荷載及雙輪壓作用下跨中最大撓度為0.7mm，允許撓度為L/600=9.5mm，滿足要求。
�。�3)裂縫計(jì)算
按有關(guān)計(jì)算公式算得：
δfmax=0.23mm<[δfmax]=0.3mm，滿足要求。
五、結(jié)語
吊車梁結(jié)構(gòu)計(jì)算主要有荷載計(jì)算、內(nèi)力計(jì)算和配筋計(jì)算。因?yàn)榈踯嚵旱暮奢d多為移動(dòng)的一組荷載，正確的畫出彎矩及剪力包絡(luò)圖是關(guān)鍵，對(duì)于小車輪子數(shù)較多時(shí)情況，應(yīng)找到最不利位置、求出最大彎矩和剪力值。配筋計(jì)算中除正截面計(jì)算外，還應(yīng)進(jìn)行斜截面及抗扭計(jì)算的復(fù)核。工程實(shí)例的電站鋼筋砼吊車梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在中、小型水電站廠房中較有代表性，并希望通過本文推廣到一般性，更好的運(yùn)用到設(shè)計(jì)工作中去。
參考文獻(xiàn)：
《水電站廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》SL266-2001
《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》SL/T 191-96
《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》DL 5077-1997
《小型水電站》水利電力出版社
《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中國水利水電出版社
