天津港某碼頭新增輪胎起重機作業(yè)可行性論證

王慶良 鄧雷飛

天津港某碼頭為梁板式高樁碼頭,平時負責天津港的部分雜貨裝卸工作。近年來由于碼頭作業(yè)量的增加和卸貨種類的豐富,大型貨物裝卸量也在逐年增長,而設置在前方承臺上的門機吊重只有當時設計時的5 t,其工作能力遠遠不能滿足碼頭貨物裝卸的需要。考慮到更換門機的難度較大,所以在前方承臺加設一臺QLY50全液壓輪胎式起重機來分擔一部分貨物的裝卸任務。為保證碼頭結(jié)構(gòu)的安全性,有必要對碼頭梁板的結(jié)構(gòu)抗力和QLY50全液壓輪胎式起重機的最大輪壓進行驗算。

1 碼頭概況

前方承臺:高樁梁板式結(jié)構(gòu),寬17.52m,主要由樁基、迭合橫梁、迭合火車板、預應力門機梁預制靠船構(gòu)件和現(xiàn)澆面層等部分構(gòu)成。分為10個結(jié)構(gòu)段,標準段長59.5m,包括9個樁基排架。在每個泊位的首尾處均設置了縱向叉樁。標準排架間距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。碼頭設計荷載為 30kN/m2。

后方承臺:采用簡支梁板式高樁承臺結(jié)構(gòu),寬22m,主要由預應力簡支梁、預制實心板、預應力空心板和面層等構(gòu)成。面層厚度為0.05m,面板厚0.50m。碼頭設計荷載為50kN/m2。

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

2 試驗設計與驗算

2.1 試驗設計

試驗對象為QLY50全液壓輪胎式起重機,采用荷重傳感器測試起重機支腿在工作時的支腿壓力。經(jīng)過核算,計劃在該碼頭前方承臺進行吊重為150kN的貨物,由于沒有該吊重的砝碼,所以選擇了采用吊重為100kN時的支腿壓力附加50kN吊重的腿壓來核算,后者可根據(jù)靜力學平衡關系得到。先將荷重傳感器置于QLY50全液壓輪胎式起重機四個支腿下,保持荷重傳感器的中心線與支腿中心線重合。荷重傳感器與動靜態(tài)測試儀相接,然后起重機支腿伸長支于傳感器上,預壓后開始測試,本次試驗按照起重機吊臂轉(zhuǎn)向起重機正前方為0°角,順時針旋轉(zhuǎn)分別測試0°,45°,90°,135°,180°,225°,270°和 315°八個方位。 每個方位分別測試起重機吊臂仰角為 52°,60°和 75°時的支腿壓力。表1為實測值。

2.2 驗算

起重機最大支腿壓力驗算:根據(jù)起重機的性能參數(shù)可知,吊重為158 kN時的工作半徑為10m(臂長19 m)。這與本次驗算的吊重值很接近,因此選取吊重150kN時工作半徑為10m,經(jīng)過驗算,此種情況下吊臂的仰角為58°。又因為在實測時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°時與 58°的值相近,支腿壓力計算時參考吊重 100kN、吊臂仰角 60°時的值。由此推算得,吊重為150kN情況下,當?shù)醣鬯叫D(zhuǎn)至45°仰角為60°時產(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

碼頭承臺抗力驗算:本次計算主要考慮輪胎吊在碼頭前方承臺打支腿作業(yè)情況,考慮兩臺輪胎吊協(xié)同作業(yè)情況。同時應驗算輪胎吊在前后承臺空載行駛時碼頭的安全性。

碼頭設計荷載為:前方承臺30kN/m2,后方承臺50kN/m2。

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

其中,Sd為作用效應設計值;Rd為結(jié)構(gòu)抗力設計值;γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù);γG為永久作用分項系數(shù);CG為永久作用效應系數(shù);GK為永久作用標準值;γQ1為主導可變作用分項系數(shù);CQ1為主導可變作用效應系數(shù);Q1K為主導可變作用標準值;γQi為第i個非主導可變作用分項系數(shù);CQi為第i個非主導可變作用效應系數(shù);QiK為第i個非主導可變作用標準值。

荷載分項系數(shù)取為:結(jié)構(gòu)自重取1.2,吊車支腿荷載取1.5,吊車空載行駛輪壓取1.4。吊車打支腿作業(yè)和空載行駛時分別取1.0和1.1的沖擊系數(shù)。分別對前后方承臺的板、梁、柱進行驗算,結(jié)合有限元數(shù)值計算得出結(jié)論。

利用對比法將核算荷載效應同原設計荷載效應或構(gòu)件抗力(強度)進行對比,如果前者大說明不符合安全要求,反之符合安全要求。前方承臺有限元模型如圖1所示。

2.3 計算結(jié)果

表2 前方承臺結(jié)構(gòu)內(nèi)力

1)前方承臺。通過表2可以看出,QLY50輪胎吊在碼頭前方承臺空載行駛及打支腿吊重150kN作業(yè)時均沒有超過原設計荷載效應或結(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。后方承臺面板按單向簡支板考慮,驗算結(jié)果見表3。表3中數(shù)據(jù)均考慮了結(jié)構(gòu)的自重荷載效應。從表3可以看出,QLY50全液壓輪胎起重機在碼頭后方承臺空載行駛及打支腿作業(yè)時碼頭結(jié)構(gòu)滿足安全要求。

表3 后方承臺面板內(nèi)力 kN?m/m

3 結(jié)論與建議

1)QLY50輪胎吊在碼頭前方承臺空載行駛和打支腿作業(yè)時碼頭結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范安全要求。在后方承臺空載行駛及打支腿作業(yè)時碼頭滿足安全要求。2)打支腿作業(yè)時兩臺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,應盡量將吊車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,建議在應用前首先對碼頭進行必要的調(diào)查檢測。

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

[2]JTJ 267-98,港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設計規(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].