人字扒杆双钓鱼法在角木塘水电站溢洪道预制梁架设中的应用

，

(中国水利水电第十四工程局有限公司，昆明，650041)

1 工程概况

角木塘水电站地处贵州省遵义市道真仡佬族苗族自治县境内忠信镇联江村放牛坪，为芙蓉江水电梯级开发中的第10级，对外交通不便，大型吊车及架桥机不具备入场条件，因此，溢洪道预制梁架设采用人字扒杆双钓鱼法完成。

角木塘水电站溢洪道共5孔，净宽12.5m，每孔分别由交通桥、电缆基础梁、检修门机梁组成，全部采用预制梁，交通桥每跨共3片T型梁，单片梁长14.5m，安装重量约为57t，其中边梁2片；电缆基础梁左右边跨电缆梁长度17.24m，中跨电缆梁长度15.98m，最大安装重量约为50t；检修门机梁每跨共3片，其中中板1片，边梁2片，安装重量为65.62t，门机梁上游1片边梁、中板由2台80t汽车吊抬吊架设。

2 扒杆架设施工

2.1 施工程序

溢洪道预制梁采用双扒杆钓鱼法进行T梁吊装施工，从右岸向左岸流水架设，单片梁架设程序如图1所示。

2.2 扒杆的组装

扒杆采用的主要杆件和料具如表1所示。

(1)卷扬机安装：卷扬机吊运至地龙后，用钢丝绳固定锚于地龙锚环上，然后将钢丝绳绕在卷扬机滚筒上。

图1 双扒杆钓鱼法架设流程

(2)主扒杆安装：采用18m人字扒杆吊机安装，分三节，每节6m，用角钢焊接而成，节段之间采用高强螺栓连接，在每跨两闸墩上各立一副扒杆，在扒杆安装时，先将扒杆拼装成型，将脚节固定于闸墩上，用卷杨机配合慢慢将扒杆立直，扒杆立好后，拉好四角浪风绳使扒杆稳定，然后拉侧缆风绳、过河缆风绳、背绳并卸下四角稳定缆风绳，进行前组吊绳穿索安装。

表1 扒杆主要杆件和料具表

2.3 梁体托运

在梁场利用50t吊车，先起吊一端，后放置平板车，并在轮胎前后用木楔固定，然后再起吊另一端放置运梁板车，运梁平板车装有刹车和转向并用50装载机牵引。由于道路有上下坡，为防止运梁车刹车不灵或不足等安全隐患，后面再配一台30装载机，利用钢丝绳牵引，以防止运梁车在下坡时刹车不灵或不足冲坡。在梁运至闸墩的过程中，由于转弯半径的影响运梁车不能拐弯时，可利用50t吊车吊住尾端帮助运梁车拐弯并使梁安全到位。

2.4 梁体安装

(1)交通桥梁体架设时，运梁车把梁运至右侧388m右边墩时，用固定好的1#扒杆提起梁片，再用固定好的2#扒杆进行牵引，使梁片朝2#扒杆迁移，1#扒杆卷扬机下落，2#扒杆卷扬机收起，牵引到离2#扒杆2m处的位置，1#扒杆端用卷扬机牵引住，防止快速窜出，在1#、2#扒杆3m处的位置装一根12#钢丝绳做为揽绳用于摘除1#扒杆卷扬员工安全，1#扒杆提起梁片后侧，运梁车撤离，慢放牵引处的卷扬机，调整合适的距离，使梁片垂直下落到墩顶，然后移梁到设计位置后进行焊接加固，第二跨依次类推。

(2)门机梁、电缆基础梁均为单跨横向互不铰接梁，架设第一跨时，扒杆架梁过程同架交通桥T梁，后续桥跨移梁纵移轨道采用在前一跨梁顶部铺设20a工字钢做滑移轨道，工字钢利用插筋固定，两块厚1cm的钢垫板放在轨道与基础梁之间，钢垫板下部和轨道上面抹黄油减少摩擦，由卷扬机将梁沿纵移轨道牵引到预定位置，再由扒杆对梁进行跨表孔悬空纵移。

3 梁体架设安全计算

3.1 安全计算基本条件及参数

取安装重量最大的门机轨道梁作为计算的基本数据，两幅扒杆间距为16m，副扒杆距离其后锚为60m；扒杆高度按照18m计，门机梁高度为1.6m。计算过程按照三个阶段，两种状态进行，即分别按照工作状态和瞬间失稳状态两种状态，轨道梁前进5.0m、跨中及12m处三个阶段进行计算。

3.1.1 荷载取值

混凝土：65.62t；

滑轮组：取值0.75t；

总荷载：65.62+0.75=66.37t，取值：67t。

3.1.2 选用设备及材料

施工中使用的钢丝绳为：背索φ36.5mm，卷扬机牵引索φ19.5mm，捆梁φ33mm，并全部使用新钢丝绳。四个5t卷扬机，其中两个备用；人字扒杆两幅(单幅承载按照120t进行计算)。

3.2 扒杆工作状态计算

根据力学分析，在轨道梁端悬空后，门机梁荷载由牵引钢丝绳和运梁台车承受，牵引钢丝绳所受竖向合力为门机梁总荷载的一半，即V=67t÷2=33.5t。

首先按照静载状态下，计算三个阶段，即门机梁运行到5.0t、跨中及12m处。最后对在此三个阶段下各部件的受力进行最不利组合，综合考虑结构受力及材料的选用。

3.2.1 第一个阶段：梁体前进5m

在梁体前进5m时，受力分析如图2所示。

图2 受力分析(梁体前移5m)

(1)滑轮组受力

由T1cos13.71°+T2cos45.01°=33.5t

T1sin13.71°=T2sin45.01°

解得：T1=27.7t(此处最大)，T2=9.3t

(2)主扒杆背索受力

由F1cos19.98°=T1sin13.71°

解得：F1=9.9t

(3)主扒杆受力

F1sin19.98°+T1cos13.71°=30.3t(此处最大)。

当门机梁运行到5.0m处时，根据两幅扒杆的角度关系可知，此处主扒杆受力较大，副扒杆相应各部件受力相对很小，此时对副扒杆、副扒杆后背索不做计算。

3.2.2 第二阶段：梁体处于中跨

门机梁运行到跨中时，受力分析如图3所示。

图3 受力分析(梁体处于跨中)

(1)滑轮组受力

由T1cos41.26°+T2cos41.26°=33.5t

T1sin41.26°=T2sin41.26°

解得：T1=T2=22.3t

(2)主扒杆背索受力

由F1cos19.98°=T1sin41.26°

解得：F1=15.6t(此处最大)。

(3)主扒杆受力

F1sin19.98°+T1cos41.26°=22.1t

同样根据角度关系，此时副扒杆处的扒杆、扒杆后背索等受力相对较小，此处不做计算，仅考虑主扒杆受力。

3.2.3 第三阶段：梁体前移12m

在门机梁运行到接近副扒杆时，此时按照门机梁悬空12m计算，受力分析如图4所示。

图4 受力分析(梁体前移12m)

(1)滑轮组受力

由T1cos46.7°+T2cos16.96°=33.5t

T1sin46.7°=T2sin16.96°

解得：T1=10.3t，T2=27.6t。

(2)主扒杆背索受力

由F1cos19.98°=T1sin46.7°

解得：F1=7.8t

(3)副扒杆背索受力

由F2cos16.70°=T2sin16.96°

解得：F2=8.4t

(4)副扒杆受力

F2sin16.70°+T2cos16.96°=28.8t

由于此处主扒杆各部位受力较小，且副扒杆受力较大，主扒杆此时不做计算。

3.2.4 最不利组合计算

根据上述计算，按照最不利荷载组合进行钢丝绳计算，按照静载情况和动载情况分别进行计算。

(1)牵引索最大为27.7t

滑轮组采用6饼，共计13根，钢丝绳采用φ19.5mm，单根受力为T=27.7÷13=2.13t

钢丝绳的破断拉力为1700MPa×158.11mm2×0.82=22.04t。

静载时：K=22.04÷2.13=10.35，大于5.0；

动载时：K=22.04÷2.13÷1.3=7.96，大于5.0。

因此可知：滑轮组采用6饼，钢丝绳采用φ19.5mm，按照0.82的换算系数，分别考虑静、动载情况进行计算，满足牵引索5.0倍的安全系数。

(2)背索最大受力为15.6t

钢丝绳采用φ36.5mm，钢丝绳的破断拉力为1700MPa×503.64mm2×0.82=70.21t。

静载时：K=70.21÷15.6=4.5，大于3.5；

动载时：K=70.21÷15.6÷1.3=3.5，等于3.5。

因此可知：背索钢丝绳采用φ36.5mm，按照0.82的换算系数，分别考虑静、动载情况进行计算，能够满足背索3.5倍的安全系数。

(3)扒杆最大受力为30.3t

根据人字扒杆钢结构鉴定报告，单个扒杆极限受力为120t。

静载时：K=120÷30.3=3.96，大于2.0；

动载时：K=120÷30.3÷1.3=3.05，大于2.0。

因此可知：人字扒杆极限受力取120t，经计算可知，选用的扒杆能够满足受力要求。

(4)卷扬机利用率

滑轮组采用6饼，共计13根，钢丝绳采用φ19.5mm，单根受力为T=27.7÷13=2.13t。

利用率n=2.13×1.2÷5=0.51，满足要求。

(5)捆梁用钢丝绳采用φ33mm

钢丝绳的破断拉力为1700MPa×392.11mm2×0.82=54.7t。

单头采用4根，K=4×54.7t÷33.5t=6.53，满足要求。

3.3 扒杆瞬间失稳状态计算

3.3.1 梁体运行到5m时

在此种情况下，当其中一个牵引索瞬间不受力，仅一根牵引索受力，按照力学分析可知，此时T2处于最不利状态。

由T2cos45.01°=33.5t

解得：T2=47.4t，此处最大。

副扒杆背索受力F2：F2cos16.70°=T2sin45.01°，则F2=35.0t。

副扒杆受力为F2sin16.70°+T2cos45.01°=43.6t

3.3.2 梁体运行到跨中时

此时，主副扒杆受力相同，副扒杆后背索此时受力较小，不做计算；再考虑T1(后拉索瞬间不受力的情况)，按动荷载考虑计算。在此种情况下，当其中一个牵引索瞬间不受力，仅一根牵引索受力，按照力学分析可知，此时T1及F1处于最不利状态。

由T1cos41.26°=33.5t

解得：T1=44.6t

主扒杆背索受力F1：F1cos19.98°=T1sin41.26°，则F1=31.3t。

主扒杆受力为F1sin19.98°+T1cos41.26°=44.2t。

3.3.3 门机梁运行到接近副扒杆时

考虑此时主扒杆后拉卷扬机瞬间不受力时，计算动荷载：在此种状态下，当其中一个牵引索瞬间不受力，仅一根牵引索受力，按照力学分析可知，此时T1处于最不利状态。

由T1cos46.7°=33.5t

解得：T1=48.8t

主扒杆背索受力F1：F1cos19.98°=T1sin46.7°，则F1=37.8t，此处最大。

副扒杆受力为F1sin19.98°+T1cos46.7°=46.4t，此处最大。

3.3.4 最不利组合时

根据以上计算，取最不利荷载组合，不考虑安全系数，仅考虑钢丝绳的破断拉力，计算如下：

(1)牵引索计算，最大拉力为47.4t

滑轮组采用6饼，共计13根，钢丝绳采用φ19.5mm，单根受力为T=47.4÷13=3.65t。

钢丝绳的破断拉力为1700MPa×158.11mm2×0.82=22.04t。

不考虑安全系数22.04÷3.65=6.04倍。

(2)背索计算，最大拉力为37.8t

单根钢丝绳受力为37.8t，钢丝绳采用φ36.5mm。

钢丝绳的破断拉力为1700MPa×503.64mm2×0.82=70.21t。

不考虑安全系数K=70.21÷37.8=1.86倍。

(3)扒杆计算，最大受力为46.4t

根据人字扒杆钢结构鉴定报告，单个扒杆受力为120t。

不考虑安全系数K=120÷46.4=2.59倍。

通过以上计算可知，在扒杆工作状态下，各部件的安全系数均满足规范要求。在瞬间失稳状态下，各部件也并未达到其极限强度，并未达到破坏状态，能够满足溢洪道各预制梁的架设施工。

4 结语

角木塘水电站溢洪道预制梁采用人字扒杆双钓鱼法架设，结合工程特点，充分利用了其轻巧、经济、易于加工安装、操作简便等诸多优点，通过详细计算选用合适的设备料具，取得了良好的经济效益及技术效果，对类似工程具有较大的参考价值。