用单台门机进行百吨级闸门翻身的受力分析计算

用单台门机进行百吨级闸门翻身的受力分析计算

胡国梁 王海龙

中国葛洲坝集团机械船舶有限公司

摘要：广西红花二线船闸工程，单节闸门尺寸（宽×高×厚）35.24m×3.05m×3.6m，单节重量可达126.6t。该闸门施工区域内有260t/75t-34.5m桥机一台，能否利用这台桥机进行闸门翻身，且必须满足安全施工要求，是我们本次研究重点。

关键词：船闸工程，钢制闸门，126.6t，260t/75t-34.5m桥机，翻身

红花二线船闸工程上（下）闸首检修闸门为叠梁门，板梁结构，由横梁、纵梁、边柱和面板组成，上闸首检修闸门分为结构尺寸完全相同的8节，每节重量为117.519t。下闸首检修闸门分为10节，其中底部门叶共6节总高10.2m，单节重103.927t。上部门叶共4节总高12.2m，每节重量126.569t^[1]。工作量大且施工任务紧，如何最大限度的利用现有条件，在保证工期计划的前提下利用最小成本完成施工任务，是我们考虑的重点。

柳江红花下闸首检修闸门卧拼地点选在钢结构厂总装车间，翻身区域在江边制造区域。该施工区域内，有260t/75t-34.5m桥机一台。假如能充分、合理的利用此台桥机进行吊运翻身，不仅能节约施工成本，还能有效提高施工效率。因此本文主要针对此台桥机吊运翻身的受力情况进行计算分析，在理论计算的基础上确保现场施工安全

1 第一道翻身

将260t吊钩及75t吊钩分别与两侧钢丝绳连接，然后开始翻身。第一道翻身过程如下：缓慢提升260t吊钩，与其同高度的75t吊钩相应下放，一直进行此过程，直至闸门完全翻转90°。

2 第二道翻身

在上述第一道翻身状态后，卸掉75t副钩然后经人工推动使闸门旋转180°，待闸门平稳后，放置在预先准备好的支墩上，再将钢丝绳穿入吊轴，再套入75t副钩，准备第二道翻身。使闸门翻转90°，面板面朝上。

3 受力分析

闸门由竖直状态翻平的过程中，为使闸门不会突然翻转90°导致钢丝绳受到非常大的冲击力而破断，需要在260t起吊吊耳对侧吊耳栓上钢丝绳使用75t副钩吊装，目的是减缓主吊翻身过程的翻转速度。先需分析该处受力最大值，用以确定使用75t副钩是否能安全完成附吊过程。

以下分析以130t闸门为例进行受力分析，如若受力分析合格，则表示所有闸门均可满足吊装要求。翻身过程中闸门有四种不同状态，以下分析每种状态的受力情况。

状 态一：旋转0-90°过程中，由初始位置转至重心K与支撑点A连线KA竖直的情况（0≤φ≤42.65°，φ为翻转度数）。

该状态下闸门绕点A缓慢旋转，支承力FN大小由总重力130t开始慢慢下降。F2为副钩拉力，F2=0，仅通过F1即可拉动闸门进行翻转。由于该过程F2一直为0，有如下等式：①F1+FN=G,②F1×L1=G×L2^[2]。将L1=1405cosφ+L2，L2=2250.85cos（47.35°+φ）代入上式得：F1=130/｛1+0.6242/(cos47.35°-sin47.35°tanφ)｝。

因 0≤φ≤42.65°，故0≤F1≤67.71t。即该状态下F1有最大值67.71t，副钩受力为0，所以75t副钩可以使用。

状态二：由状态一结束转至闸门水平（42.65°≤φ≤90°）。

达到临界状态后，即当闸门旋转至重心与地面支撑点连线竖直时，因翻身吊耳主钩吊点设置在闸门重心线上，若闸门继续旋转微小角度，闸门支撑点A将自动离地，闸门会绕B点旋转，此时副钩瞬间开始受力（实际吊装为保证翻转过程闸门不腾空，闸门中途受力会相应变小）。按该最危险的腾空状态计算，整个过程有以下等式：①F1+F2=G，②G×L1=F2×（L1+L2）。将L1=1405cosφ1^[3]，L2=2428.7sinβ=2428.7sin（180°-37.4°-φ1）=2428.7sin（37.4°+φ1）代入上式化简得到：F2=130/（2.05+2.08tanφ1）；F1=G-F2=130-130/（2.05+2.08tanφ1）。

因42.65°≤φ1≤90°，故0≤F2≤32.78t，97.22t≤F1≤120t。即该状态副钩有最大受力32.78t，75t副钩可以使用。

状 态三：旋转90°-180°过程中由初位置转至重心与支撑点连线竖直（0°≤α≤52.6°，α为翻转度数）。

该状态下闸门绕点A缓慢旋转，其状态下F2一直为0，由公式有：①F1 +FN+F2=G，②F1×（L1+L2）=G×L1。将L1=2428.7cos（α+37.4°），L2=2250.85sin（47.35°+α）+L1代入上式，经计算得：F1=130/｛1+[0.927xsin(47.35+α)/cos(37.4+α)]｝，则FN=G-F1;

因0°≤α≤52.6°，故0≤F2≤69.96t，60.04t≤F1≤130t, 60.04t≤FN≤130t。即该状态副钩有最大受力69.96t，75t副钩可以使用。

状 态四：由状态三结束转至闸门水平（面板朝上，52.6°≤α≤90°）。

该状态下闸门绕点C缓慢旋转，支承力F2大小由0开始慢慢上升。F1为副钩拉力，F1=0，仅通过260t主钩缓慢下放即可让闸门放平。由于该过程F1一直为0，有如下等式：①FN+F2=G，②G×L1=F2×（L1+L2）。将L1=2428.7×sin（α-52.6°），L2=1405×sinα代入上式得：F2=130/[1+0.5785/（cos52.6-cotα·sin52.6°）]

因52.6°≤α≤90°，则0≤F2≤66.58t，即该状态下F2有最大值66.58t，副钩受力为0，所以75t副钩可以使用。

综上所述，在最坏情况下整个吊装过程可使用75t副钩进行附吊，则实际吊装翻身均可使用75t副钩。

参考文献：

[1]《广西柳江红花水利枢纽二线船闸工程检修闸门、输水廊道检修阀门、浮式系船柱、拦污栅及门槽预埋件设备制造招标文件（技术）》

[2] 杠杆原理公式

[3] 三角函数公式

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