王慶良 鄧?yán)罪w

天津港某碼頭為梁板式高樁碼頭,平時(shí)負(fù)責(zé)天津港的部分雜貨裝卸工作。近年來(lái)由于碼頭作業(yè)量的增加和卸貨種類(lèi)的豐富,大型貨物裝卸量也在逐年增長(zhǎng),而設(shè)置在前方承臺(tái)上的門(mén)機(jī)吊重只有當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)的5 t,其工作能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足碼頭貨物裝卸的需要?？紤]到更換門(mén)機(jī)的難度較大,所以在前方承臺(tái)加設(shè)一臺(tái)QLY50全液壓輪胎式起重機(jī)來(lái)分擔(dān)一部分貨物的裝卸任務(wù)。為保證碼頭結(jié)構(gòu)的安全性,有必要對(duì)碼頭梁板的結(jié)構(gòu)抗力和QLY50全液壓輪胎式起重機(jī)的最大輪壓進(jìn)行驗(yàn)算。

1 碼頭概況

前方承臺(tái):高樁梁板式結(jié)構(gòu),寬17.52m,主要由樁基、迭合橫梁、迭合火車(chē)板、預(yù)應(yīng)力門(mén)機(jī)梁預(yù)制靠船構(gòu)件和現(xiàn)澆面層等部分構(gòu)成。分為10個(gè)結(jié)構(gòu)段,標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)59.5m,包括9個(gè)樁基排架。在每個(gè)泊位的首尾處均設(shè)置了縱向叉樁。標(biāo)準(zhǔn)排架間距7m,在伸縮縫處樁基排架間距為3.5m。面層厚度為0.15m,面板厚0.45m。碼頭設(shè)計(jì)荷載為 30kN/m2。

后方承臺(tái):采用簡(jiǎn)支梁板式高樁承臺(tái)結(jié)構(gòu),寬22m,主要由預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁、預(yù)制實(shí)心板、預(yù)應(yīng)力空心板和面層等構(gòu)成。面層厚度為0.05m,面板厚0.50m。碼頭設(shè)計(jì)荷載為50kN/m2。

QLY50全液壓輪胎式起重機(jī):額定起重量為500kN,支腿最大伸長(zhǎng)量6.4 m×6.4m,吊臂長(zhǎng)19m。行駛狀態(tài)自重470kN,額定起重量×工作半徑:500kN×3m,158 kN×10m。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與驗(yàn)算

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)對(duì)象為QLY50全液壓輪胎式起重機(jī),采用荷重傳感器測(cè)試起重機(jī)支腿在工作時(shí)的支腿壓力。經(jīng)過(guò)核算,計(jì)劃在該碼頭前方承臺(tái)進(jìn)行吊重為150kN的貨物,由于沒(méi)有該吊重的砝碼,所以選擇了采用吊重為100kN時(shí)的支腿壓力附加50kN吊重的腿壓來(lái)核算,后者可根據(jù)靜力學(xué)平衡關(guān)系得到。先將荷重傳感器置于QLY50全液壓輪胎式起重機(jī)四個(gè)支腿下,保持荷重傳感器的中心線與支腿中心線重合。荷重傳感器與動(dòng)靜態(tài)測(cè)試儀相接,然后起重機(jī)支腿伸長(zhǎng)支于傳感器上,預(yù)壓后開(kāi)始測(cè)試,本次試驗(yàn)按照起重機(jī)吊臂轉(zhuǎn)向起重機(jī)正前方為0°角,順時(shí)針旋轉(zhuǎn)分別測(cè)試0°,45°,90°,135°,180°,225°,270°和 315°八個(gè)方位。 每個(gè)方位分別測(cè)試起重機(jī)吊臂仰角為 52°,60°和 75°時(shí)的支腿壓力。表1為實(shí)測(cè)值。

2.2 驗(yàn)算

起重機(jī)最大支腿壓力驗(yàn)算:根據(jù)起重機(jī)的性能參數(shù)可知,吊重為158 kN時(shí)的工作半徑為10m(臂長(zhǎng)19 m)。這與本次驗(yàn)算的吊重值很接近,因此選取吊重150kN時(shí)工作半徑為10m,經(jīng)過(guò)驗(yàn)算,此種情況下吊臂的仰角為58°。又因?yàn)樵趯?shí)測(cè)時(shí)我們選取的角分別為 52°,60°和 75°三種情況,其中吊臂仰角為 60°時(shí)與 58°的值相近,支腿壓力計(jì)算時(shí)參考吊重 100kN、吊臂仰角 60°時(shí)的值。由此推算得,吊重為150kN情況下,當(dāng)?shù)醣鬯叫D(zhuǎn)至45°仰角為60°時(shí)產(chǎn)生各腿壓力為 P1=350kN,P2=120kN,P3=2.75 kN,P4=132 kN,這種情況為支腿壓力最不利分布情況。

表1 各方位支腿壓力值

碼頭承臺(tái)抗力驗(yàn)算:本次計(jì)算主要考慮輪胎吊在碼頭前方承臺(tái)打支腿作業(yè)情況,考慮兩臺(tái)輪胎吊協(xié)同作業(yè)情況。同時(shí)應(yīng)驗(yàn)算輪胎吊在前后承臺(tái)空載行駛時(shí)碼頭的安全性。

碼頭設(shè)計(jì)荷載為:前方承臺(tái)30kN/m2,后方承臺(tái)50kN/m2。

支腿作用時(shí)結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)的持久組合驗(yàn)算:

其中,Sd為作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值;Rd為結(jié)構(gòu)抗力設(shè)計(jì)值;γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù);γG為永久作用分項(xiàng)系數(shù);CG為永久作用效應(yīng)系數(shù);GK為永久作用標(biāo)準(zhǔn)值;γQ1為主導(dǎo)可變作用分項(xiàng)系數(shù);CQ1為主導(dǎo)可變作用效應(yīng)系數(shù);Q1K為主導(dǎo)可變作用標(biāo)準(zhǔn)值;γQi為第i個(gè)非主導(dǎo)可變作用分項(xiàng)系數(shù);CQi為第i個(gè)非主導(dǎo)可變作用效應(yīng)系數(shù);QiK為第i個(gè)非主導(dǎo)可變作用標(biāo)準(zhǔn)值。

荷載分項(xiàng)系數(shù)取為:結(jié)構(gòu)自重取1.2,吊車(chē)支腿荷載取1.5,吊車(chē)空載行駛輪壓取1.4。吊車(chē)打支腿作業(yè)和空載行駛時(shí)分別取1.0和1.1的沖擊系數(shù)。分別對(duì)前后方承臺(tái)的板、梁、柱進(jìn)行驗(yàn)算,結(jié)合有限元數(shù)值計(jì)算得出結(jié)論。

利用對(duì)比法將核算荷載效應(yīng)同原設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)或構(gòu)件抗力(強(qiáng)度)進(jìn)行對(duì)比,如果前者大說(shuō)明不符合安全要求,反之符合安全要求。前方承臺(tái)有限元模型如圖1所示。

2.3 計(jì)算結(jié)果

表2 前方承臺(tái)結(jié)構(gòu)內(nèi)力

1)前方承臺(tái)。通過(guò)表2可以看出,QLY50輪胎吊在碼頭前方承臺(tái)空載行駛及打支腿吊重150kN作業(yè)時(shí)均沒(méi)有超過(guò)原設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力值,所以碼頭結(jié)構(gòu)滿足安全要求。

2)后方承臺(tái)。后方承臺(tái)面板按單向簡(jiǎn)支板考慮,驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表3。表3中數(shù)據(jù)均考慮了結(jié)構(gòu)的自重荷載效應(yīng)。從表3可以看出,QLY50全液壓輪胎起重機(jī)在碼頭后方承臺(tái)空載行駛及打支腿作業(yè)時(shí)碼頭結(jié)構(gòu)滿足安全要求。

表3 后方承臺(tái)面板內(nèi)力 kN?m/m

3 結(jié)論與建議

1)QLY50輪胎吊在碼頭前方承臺(tái)空載行駛和打支腿作業(yè)時(shí)碼頭結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范安全要求。在后方承臺(tái)空載行駛及打支腿作業(yè)時(shí)碼頭滿足安全要求。2)打支腿作業(yè)時(shí)兩臺(tái)輪胎吊相鄰支腿間距不得小于10m,且支腿距碼頭前沿的距離不能小于1.5m,伸縮縫所在的小排架上不能打支腿作業(yè)。為了盡量減小面板內(nèi)力,應(yīng)盡量將吊車(chē)支腿打在靠近橫梁的位置。3)為了利于支腿和碼頭面的均勻接觸并盡量減小沖擊作用,支腿下宜墊一層膠皮。4)本報(bào)告的結(jié)論是在碼頭結(jié)構(gòu)完好的條件下給出的,如果碼頭結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞,則該結(jié)論未必適用,建議在應(yīng)用前首先對(duì)碼頭進(jìn)行必要的調(diào)查檢測(cè)。

[1]河海大學(xué).水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2001.

[2]JTJ 267-98,港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]JTJ 254-98,港口工程樁基規(guī)范[S].

[4]JTJ 215-98,港口工程荷載規(guī)范[S].