¿Descripción general del diseño estructural de vigas de grúa de hormigón para edificios de centrales hidroeléctricas pequeñas y medianas?

La grúa del edificio de la central hidroeléctrica se utiliza para izar turbinas y generadores. La viga de la grúa es una estructura portante que soporta directamente la carga de la grúa. Es una de las estructuras importantes en la parte superior del edificio de la fábrica. Las vigas de la grúa en los edificios de la fábrica de centrales hidroeléctricas medianas y pequeñas son generalmente estructuras de hormigón armado. Se espera que a través de la discusión y los ejemplos de diseño estructural de este artículo, podamos resumir los métodos y reglas generales para el diseño estructural de vigas de grúa de hormigón en edificios de centrales hidroeléctricas que puedan servir mejor al diseño estructural de la planta.

1. Características de las grúas

Las grúas en los edificios de centrales hidroeléctricas se utilizan principalmente para izar turbinas y generadores. Tiene las siguientes características en uso: 1. La grúa tiene una gran capacidad de elevación; 2. Los intervalos de trabajo son grandes y la tasa de utilización es baja; La velocidad de operación es lenta; 4. La grúa rara vez trabaja bajo la carga máxima, excepto cuando está completamente cargada durante la instalación y el mantenimiento de la unidad. Por lo tanto, la grúa de la fábrica de la central hidroeléctrica pertenece al sistema de servicio ligero. No es necesario comprobar la resistencia a la fatiga de las vigas de grúa sometidas a grúas ligeras bajo cargas repetidas.

2. Tipos de secciones de vigas de grúa y sus ventajas y desventajas

Las vigas de grúa de hormigón armado son ampliamente utilizadas en el diseño de centrales hidroeléctricas medianas y pequeñas debido a su bajo costo y simplicidad. construcción. En los últimos años, algunas centrales eléctricas de tamaño mediano han adoptado principalmente estructuras de acero (no discutidas aquí), pero desde un punto de vista económico, las estructuras de hormigón armado son más económicas.

La construcción de vigas de grúa de hormigón armado se puede dividir en vigas de hormigón armado, prefabricadas y compuestas. En los últimos años, los dos tipos de vigas de grúa de hormigón armado son las de hormigón armado y las prefabricadas. Las vigas de grúa fundidas in situ se pueden convertir en estructuras continuas de un solo tramo simplemente apoyadas o de múltiples tramos. En términos generales, las vigas continuas son más razonables en términos de utilización de material. Las vigas de grúa de un solo tramo utilizan principalmente grúas prefabricadas. La ventaja es que la construcción es conveniente y el progreso de la construcción se acelera, pero se consume más acero.

Las secciones transversales de vigas de grúa comúnmente utilizadas incluyen rectangular, en forma de T y en forma de I, cada una con sus propias ventajas y desventajas (1) Viga de grúa de sección transversal rectangular: encofrado simple y construcción conveniente. . Las desventajas son un aprovechamiento insuficiente de la resistencia del material, una rigidez lateral reducida, una fijación incómoda de las vías y la falta de pasarelas de inspección. Las vigas de grúa con pequeña capacidad de elevación pueden adoptar una sección transversal rectangular. (2) Viga de grúa con sección transversal en forma de T: en comparación con la sección transversal rectangular, tiene mayor rigidez longitudinal y transversal y mejor resistencia a la torsión. Es conveniente para fijar rieles y tiene una pasarela de inspección más amplia. Es adecuada para vigas de grúa. con capacidad de elevación grande o media. (3) Viga de grúa con sección transversal en forma de I: sus ventajas son básicamente las mismas que las de la viga en forma de T. Debido al ala inferior más ancha, este tipo debe usarse para vigas de grúa de hormigón pretensado con gran capacidad de elevación. La mayoría de las vigas de grúa de hormigón armado tienen una sección transversal en forma de T.

3. Selección del tipo y tamaño de la sección transversal de la viga de la grúa.

Dado que la viga de la grúa de la central hidroeléctrica soporta una gran carga, el tamaño de la sección transversal es mayor que el de las vigas ordinarias. . Tomemos como ejemplo las vigas en forma de T: la altura de la viga es generalmente de 1/5 a 1/10 del claro (el valor para vigas de tamaño mediano es mayor). El ancho del nervio de la viga es de 1/3 a 1/7 de la altura (el valor es menor para las medianas), generalmente de 200 a 400 mm. El espesor de la placa del ala suele ser de 1/6 a 1/10 de la altura de la viga, pero no menos de 100 mm. Además de considerar los requisitos de fuerza, el ancho de la placa del ala también debe ser de tamaño suficiente para disponer los rieles y accesorios para rieles empotrados, generalmente no menos de 350 mm. En el extremo de la viga se deberá aumentar adecuadamente el ancho de las nervaduras para facilitar el anclaje de la armadura principal. La relación de aspecto general de las secciones transversales rectangulares es de 2 a 2,5. Para el ancho del ala inferior en forma de I, está determinado principalmente por el número y disposición de las barras de acero pretensadas, que generalmente es menor o igual que el ancho del ala superior; la altura del ala es generalmente de 1/5 a 1/8; de la altura de la viga.

De acuerdo con las especificaciones de diseño del edificio de la fábrica, el grado de resistencia de la viga de grúa prefabricada de hormigón armado (edad 28d) no es inferior a C30, y el grado de resistencia del moldeado in situ no es inferior a C25. Las barras de refuerzo deben ser de grado II o superior.

IV.Métodos de cálculo y ejemplos de ingeniería

(1) Método de cálculo

Después de determinar inicialmente las dimensiones de la sección transversal de la viga de la grúa, selecciónelas de acuerdo con a la disposición real de la viga de la grúa Calcular la carga, la fuerza interna y el refuerzo de vigas de un solo vano o de varios vanos y revisar las dimensiones de la sección transversal de la viga. Las cargas sobre la viga de la grúa incluyen principalmente: peso propio, presión vertical de las ruedas y fuerza horizontal lateral. El peso propio se calcula en función del tamaño de la sección transversal real y el peso del accesorio de oruga, y la presión vertical de la rueda y la fuerza horizontal lateral se calculan en función de las fórmulas específicas de la "Especificación de carga para estructuras hidráulicas". El cálculo de las fuerzas internas requiere el cálculo del momento flector, el diagrama envolvente de la fuerza cortante y el par máximo de la viga en la dirección vertical.

El cálculo del refuerzo se basa en el método de cálculo del "Manual de diseño de estructuras de hormigón hidráulico" para revisar la resistencia de la sección normal y la sección oblicua, calcular el refuerzo de la sección y revisar la estabilidad lateral de la viga de acuerdo con el par máximo y sumar. barras de acero torsionales. Después de completar estos cálculos, también se debe verificar si las deflexiones y grietas de la viga cumplen con los valores permitidos en el "Código para el diseño de estructuras de hormigón hidráulico".

(2) Ejemplos de diseño de estructuras de ingeniería

1. Descripción general del proyecto

Una determinada central hidroeléctrica es una central eléctrica de tipo desvío y la fábrica de la central eléctrica. El edificio es un edificio de fábrica de tipo terrestre. El edificio de la fábrica y el edificio de desvío. El nivel del edificio es el Nivel IV y el grado de grieta de fortificación sísmica del edificio es de 8°. El edificio principal de la fábrica tiene 31,0 m de largo y 12,24 m de ancho. La central cuenta con 2 unidades instaladas con una capacidad instalada de 8MW. El edificio principal de la fábrica utiliza un puente grúa eléctrico de dos vigas con un peso máximo de elevación de 30 toneladas. La luz máxima de una viga de grúa de un solo tramo es de 5,7 m.

2. Diseño estructural

(1) Carga de diseño

1) Peso propio q

Reglas generales basadas en la Dimensiones de la sección de la viga de la grúa, combinadas con los requisitos para el diseño de rieles profesionales y accesorios de rieles integrados para máquinas hidráulicas, inicialmente se determinó una viga de grúa con sección transversal en forma de T. Sus dimensiones de la sección transversal son: 800 mm de altura, 300 mm. de ancho al final de la nervadura de la viga, 120 mm de espesor de la placa del ala y 500 mm de ancho de la placa del ala. La viga de la grúa está fabricada en hormigón C30.

El peso propio de la viga se calcula en función del tamaño de la sección transversal real; el peso propio del riel y los accesorios es de 108 kg/m según la información del fabricante. Calculado q=8kN/m (valor de diseño).

2) Presión vertical de las ruedas P

Según la fórmula de cálculo de "Especificación de carga para estructuras hidráulicas", la presión máxima de cada rueda se calcula como: P=296kN (diseño valor)

Fórmula de cálculo: P=α×1/m(1/2G1 G2(Lk-L1)/Lk G3(Lk-L1)/Lk)

Donde G1, G2, G3 - Peso máximo de la grúa, carro y objetos izados (kN);

Lk - Luz de la grúa (m);

L1 - Distancia límite mínima desde el gancho principal hasta vía de la viga de la grúa (m );

α - coeficiente de potencia;

m - el número de ruedas pequeñas.

3) Fuerza horizontal transversal T

Según la fórmula de cálculo del “Código de Carga para Estructuras Hidráulicas”, la fuerza horizontal lateral calculada de cada rueda es: T=9,8kN (diseño valor)

Fórmula de cálculo: T=0,04/m (G2 G3)

La fuerza horizontal lateral calculada según la fórmula anterior la soporta toda la viga de una grúa. La fuerza horizontal transversal no se multiplica por el coeficiente dinámico.

3. Cálculo de esfuerzos internos

(1) Cálculo de esfuerzos internos para soportar la presión vertical de las ruedas

Dado que la carga de las ruedas de la grúa es una carga en movimiento , primero se debe determinar el peso de las ruedas. En la posición más desfavorable, calcular el momento flector máximo y la fuerza cortante máxima basándose en una viga simplemente apoyada, y dibujar los diagramas envolventes del momento flector y la fuerza cortante. Los valores de diseño del momento flector máximo y de la fuerza cortante máxima son 453,8 kN.m y 349,5 kN.

(2) Cálculo de la fuerza interna para soportar la fuerza horizontal transversal

Bajo la acción de una fuerza horizontal transversal, la viga de la grúa se dobla en la dirección horizontal y su cálculo de la fuerza interna es lo mismo que en la dirección vertical. Según el soporte simple Calcule su momento flector transversal y su fuerza cortante. Esta parte de la fuerza interna debe ser soportada por la placa del ala de la viga de la grúa. Los valores de diseño del momento flector máximo y de la fuerza cortante máxima son 15,0 kN.m y 11,6 kN.

(3) Cálculo del par

La fuerza horizontal transversal actúa sobre la parte superior del carril y tiene un efecto de par sobre el centroide de la sección. Al mismo tiempo, la presión vertical de la rueda también considera la fuerza. Excentricidad de 20 mm. Entonces, la carga de torque que actúa sobre la sección de la viga de la grúa es:

mT=0.9(P×e1 T×e2)

e1 - la distancia excéntrica de la fuerza P se toma como 0.02m (m );

e2 - La distancia excéntrica de la fuerza T es la distancia desde la parte superior de la pista hasta el centroide de la sección en forma de T (m).

Los dos extremos de la viga grúa de esta central se conectan a los pilares del marco mediante medidas fijas. A la hora de calcular el par, se considera como una viga de un solo vano con ambos extremos fijos. de la viga de la grúa se produce en la sección cerca del soporte. Según el tramo único. El par máximo calculado a partir del diagrama de envolvente de par de la viga es MT=9,9 kN.m. El par calculado debe ser soportado por la placa del ala de la T-. viga conformada y la nervadura de la viga Para simplificar el cálculo, la resistencia a la torsión solo la soporta la nervadura.

4. Cálculo de armaduras, flechas y fisuras

(1) Cálculo de armaduras

Bajo la acción de carga vertical, según el diagrama envolvente de momento flector de acuerdo con Calcule la resistencia de la sección normal de la sección en forma de T para determinar el número de barras de acero que soportan esfuerzos longitudinales en las secciones intermedias y de soporte. Calcule la resistencia de la sección oblicua con base en el diagrama de envolvente de corte para determinar. el espaciado y la cantidad de estribos y determinar la longitud de las barras de acero que soportan tensiones longitudinales, el punto de flexión y el número de curvaturas.

Las barras de acero tensadas longitudinalmente y los estribos en ambos lados de la placa del ala deben calcularse de acuerdo con el momento flector y la fuerza cortante generada por la fuerza horizontal transversal. La fuerza horizontal transversal de esta central eléctrica es muy pequeña. , y las barras de acero se pueden configurar según la estructura.

Al considerar el efecto cortante del par y la carga vertical, revise la sección de la viga como un miembro de corte-torsión. Después del cálculo, la sección se ajusta a la siguiente fórmula:

1/γd0. .7fc≤(V /bh0 MT/Wt)≤1/γd0.25fc

Por lo tanto, las barras de acero de torsión se configuran según el cálculo. Después del cálculo, se disponen estribos de torsión adicionales φ8@200 vertical y uniformemente a lo largo del eje de la viga, y se disponen barras de acero longitudinales de torsión 2φ12 en ambos lados de la viga.

(2) Cálculo de la deflexión

La deflexión máxima a mitad del tramo de una viga de un solo tramo simplemente apoyada bajo la acción de una carga uniforme y la presión de las ruedas dobles es de 0,7 mm, y la deflexión permitida La deflexión es L/600=9,5 mm. Cumple con los requisitos.

(3) Cálculo de grietas

Según la fórmula de cálculo correspondiente:

δfmax=0,23 mmlt; [δfmax]=0,3 mm, que cumple con los requisitos.

V. Conclusión

El cálculo de la estructura de la viga de la grúa incluye principalmente el cálculo de la carga, el cálculo de la fuerza interna y el cálculo del refuerzo. Debido a que la carga de la viga de la grúa es principalmente un grupo de cargas en movimiento, es clave dibujar correctamente los diagramas de envolvente de momento flector y fuerza cortante. Para situaciones donde hay una gran cantidad de ruedas del carro, se debe encontrar la posición más desfavorable y. Se debe calcular el momento flector máximo y la fuerza cortante. En el cálculo del refuerzo, además del cálculo de la sección normal, también se deben revisar los cálculos de la sección oblicua y de la resistencia a la torsión. El diseño estructural de vigas de grúa de hormigón armado de centrales eléctricas en ejemplos de ingeniería es relativamente representativo de edificios de centrales hidroeléctricas medianas y pequeñas. Se espera que este artículo se extienda a aplicaciones generales y se aplique mejor al trabajo de diseño.

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