重型悬臂式钢平台设计浅谈

郭富权

（中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,陕西 西安 710065）

重型悬臂式钢平台设计浅谈

郭富权

（中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,陕西 西安 710065）

本文主要论述在垂直混凝土坝面上设置大尺寸、荷载20t的悬臂式钢平台设计结构及所采用钢管及化学螺栓的固定方式。并对设计及安装运行过程中有关事项进行说明。

悬臂结构；钢平台；化学锚栓；固定卷扬式启闭机

1 概述

某电站为给泄洪洞检修闸门门槽创造旱地修复施工条件，需将一个9m×15m(宽×高)的浮体闸门在坝前能够贴着坝面上下移动。通过封堵住泄洪洞的进水口，以达到创造孔内旱地施工的条件。由于坝顶门机上回转吊受到坝体牛腿的阻挡，无法将浮体闸门移动到坝前。根据现场实际情况，经综合分析决定在大坝坝面上游侧牛腿下利用混凝土坝面做一悬臂支承钢平台，防止固定卷扬式启闭机进行操作，才能够满足启闭和监控的要求。整体布置见图1。

图1

2 整体布置

本钢平台总尺寸为3.52m×10.37m（宽×高），主要放置1台2×10t固定卷扬式启闭机和测深装置。2×10t固定启闭机主要用于操作垂直启闭浮体闸门，测深装置主要测量被吊设备的深度及水平度。钢平台总重7t，由Q345B钢板和Q235B型钢焊接构成。

3 钢平台结构

3.1 主梁布置

钢结构的设计主要满足2×10t固定卷扬机的布置要求，本工程所用启闭机吊点间距7.98m，是钢平台上的主要受力部件。因此将钢平台的主梁也放在此位置，由一个主梁承受一台启闭机的荷载，主梁采用3.52m（上下游方向）而不采用7.98m（左右岸方向）主要考虑以下几点：

（1）主梁上下游方向比主梁左右岸方向短的多，可以有效减少主梁的挠度。

（2）主梁上下游方向比主梁左右岸方向加工精度更容易保证，安装难度降低。

（3）上下游方向设置的钢平台比左右岸方向重量轻，可以减少钢平台整体重量，减轻最终坝面混凝土的挤压应力。

主梁采用20mm厚钢板焊接成工字型，腹板高度的确定由所有力的挠度确定，在通过型钢做为次梁连接2个主梁，使其形成框架结构，对主梁在1.1倍荷载下进行强度、稳定和刚度计算，钢平台的刚度根据《水利水电工程钢闸门设计规范》DL/T5039所规定的工作闸门主梁挠度不超过支承跨度1/750进行确定。

3.2 次梁布置

水平次梁的主要作用为增加钢平台的整体刚度和稳定性，传导2×10t固定卷扬机的水平力。水平次梁由32a的工字钢组成，遇到主梁断开，钢平台共布置4根水平次梁。水平次梁的间距主要由站人位置、启闭机位置确定。

4 固定方式

由于整个钢平台受力较大，外形尺寸也大。完全采用坝面固定，对于连接构件将产生很大的组合应力，整体受力情况也不明确，对于设备的安全运行有很大隐患。经多方案比较，最终采用如附图一所示方案。具体为将坝顶牛腿开直径50圆孔，穿入直径30mm的圆钢，一端在坝顶与钢板凳连接，另一端与钢平台的主梁和次梁连接，共设置8根钢筋。在钢平台与坝面接触处，采用化学锚栓连接。这样，整个钢平台固定件。受力清晰明了，固定方式见图2。

图2

4.1 竖直钢筋及配件分析

竖直力分析需逐一分析与其接触相关的各构件的受力情况，主要有以下几点。第一，直径30mm钢筋本身的拉力。第二，坝顶上与钢筋连接的钢板凳需计算钢板凳接触面混凝土压应力和钢构件的抗剪力。第三，钢筋与钢平台连接处钢板的抗剪力。

对于钢筋自身的拉力计算，通过计算得钢筋拉力为51MPa，满足许用要求。

4.2 化学锚栓及配件分析

化学锚栓处受力主要由以下几部分组成。第一，锚栓的抗剪力。第二，锚栓在混凝土内的抗拉、抗剪力。第三锚栓与钢平台接触面的局部紧接承压力。因此需对上述几个问题逐一解决。

首先与坝面连接的化学锚栓主要承受剪力，通过计算可获得需要锚栓的最小直径，考虑不均匀系数和折减系数可得锚栓的直径。

化学锚栓技术目前应用比较广泛，主要操作工序为先钻孔，后在孔内加入化学植筋胶，在植入锚栓，效果等同于预埋螺栓。对于选择化化学锚栓固定位置需注意下列几点：

（1）在钻孔时先检测坝内钢筋的位置，避免钻孔直接打断坝内主钢筋，同时要求钢构件上的螺栓孔需根据现场实际情况进行配钻。

（2）对于螺栓组距需满足厂家的最小间距要求，如无法满足，需得到厂家的书面认可。

（3）螺栓孔尽量选择在坚实的混凝土面上钻孔，对于螺栓抗拉抗剪数据为安全起见，可选择在低混凝土标号或混凝土裂缝处的数据。

根据上述几点对化学锚栓在孔内的抗拉和抗剪力进行计算，所得数据低于其技术样本的混凝土裂缝处的数据。故认为化学锚栓在混凝土内的抗拉、抗剪力要求。另需在设计图纸技术说明做特别注明，在使用过程中，派专人观察锚栓连接处，如有异常，立刻停止施工。

由于锚栓与钢平台的连接是通过在钢板上钻孔后穿入锚栓进行连接，钢板钻孔处的局部紧接承压力很大。降低其局部紧接承压力最有效的方式为增大螺栓与钢板的接触面，通过在两钢板之间增加套管的方式可有效增大螺栓的接触面，将其由近似的集中载荷转换为线载荷，大大降低局部紧接承压力。通过计算，局部紧接承压力满足要求。

5 安全防护

在钢平台整体安装和运行中为防止意外发生做了以下设计预防措施：

（1）在钢平台四周设置高度为1.2m栏杆防止人员意外坠落，从坝顶下到钢平台均采用背笼爬梯进行封闭。

（2）钢平台内除启闭机位置和吊物孔外的所有位置均铺设4mm花纹钢。吊物孔周边设置栏杆围护。

（3）钢平台与大坝钢筋网主钢筋设置不少于2处的接地。以避免在钢平台安装和运行中触电事故的发生。

6 安装及运行过程

本钢平台主要结构件在工厂制作试拼装后做好标记，在工地现场连接成整体。化学螺栓在厂家技术人员指导下顺利安装，待强度达到设计要求后，安装固定卷扬机并进行了负载试验。确认无误后进行正式的吊装工作。整个钢结构工作平台在设备运行过程中无明显变形。直径30mm拉筋和化学锚栓位置无异常。钢平台使用达到安全可靠的要求。

7 总结

通过实践证明，本重型钢平台的受力分析和结构布置是合适的。化学锚栓在实际运用中也得到了较好的验证。本结构的布置和固定方式对于解决类似大荷载的悬臂结构钢结构可起一定的参考作用。

[1]陈海洲.几何非线性卸载技术在超大悬挑钢平台中的应用[J].建筑技术，2011,11.

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TD421.5

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1671-0711（2016）11（下）-0160-02