¿Resumen sobre el diseño estructural de vigas de grúa de hormigón en edificios de centrales hidroeléctricas de pequeño y mediano tamaño?
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. El intervalo de trabajo es grande y la tasa de utilización es baja. 3. La velocidad de operación es lenta. 4. La grúa rara vez funciona con la carga máxima a menos que la unidad esté completamente cargada durante la instalación y el mantenimiento; . Por lo tanto, las grúas del edificio de la central hidroeléctrica pertenecen al sistema de servicio ligero. La resistencia a la fatiga de las vigas de las grúas bajo la acción de grúas ligeras se puede comprobar sin necesidad de cargas repetidas.
2. Tipos de secciones de vigas de grúa y sus ventajas y desventajas
Las vigas de grúa de hormigón armado se utilizan ampliamente en el diseño de centrales hidroeléctricas de tamaño pequeño y mediano debido a su bajo costo. y construcción sencilla. En los últimos años, algunas centrales eléctricas de tamaño medio también han adoptado estructuras de acero (no discutidas aquí), pero desde un punto de vista económico, las estructuras de hormigón armado son más económicas.
Las vigas de grúa de hormigón armado se pueden dividir en vigas coladas in situ, vigas prefabricadas y vigas compuestas durante la construcción. En los últimos años, las vigas coladas in situ y las vigas prefabricadas son las más comunes. 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, que tienen las ventajas de una construcción conveniente y un progreso de construcción acelerado, pero consumen más barras de acero.
Las secciones transversales de las vigas de las grúas son generalmente rectangulares, en forma de T o de I, cada una con ventajas y desventajas. (1) Viga de grúa de sección rectangular: encofrado sencillo y construcción cómoda. Las desventajas son el aprovechamiento insuficiente de la resistencia del material, la poca rigidez lateral, la 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 rendimiento torsional, lo cual es conveniente para fijar la vía y tiene una pasarela de inspección más amplia. Adecuado para vigas de grúa con capacidad de elevación grande o media. (3) Viga de grúa de sección transversal en forma de I: sus ventajas son básicamente las mismas que las de la forma de T. Debido al ala inferior más ancha, se debe utilizar este tipo de viga de grúa de hormigón pretensado con mayor capacidad de elevación. Las vigas de grúa de hormigón armado tienen en su mayoría secciones en forma de T.
3. Selección del tamaño y tipo de sección transversal de la viga de la grúa
Debido a la gran carga que soportan las vigas de las grúas de las centrales hidroeléctricas, el tamaño de la sección transversal es mayor que el de las vigas ordinarias. Tomemos como ejemplo una viga en T: la altura de la viga es generalmente de 1/5 a 1/10 del claro (las vigas de tamaño mediano son más grandes). El ancho de la nervadura de la viga es de 1/3 a 1/7 (más pequeño para las de tamaño mediano), 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 tensión, el ancho de la placa del ala también debe ser de tamaño suficiente para disponer los rieles y accesorios integrados en los rieles, generalmente no menos de 350 mm. incrementarse adecuadamente en el extremo de la viga para facilitar el anclaje de las barras principales. La relación de aspecto de las secciones rectangulares es generalmente de 2 a 2,5. El ancho del ala inferior en forma de I está determinado principalmente por el número y la disposición de los tendones pretensados, y generalmente es menor o igual que el ancho del ala superior; la altura del ala es generalmente de 1/5 a 1/8 del; altura de la viga.
De acuerdo con las especificaciones de diseño del edificio de la fábrica, el grado de resistencia de las vigas de grúa prefabricadas de hormigón armado (edad 28d) no debe ser inferior a C30, y el grado de resistencia de las vigas de grúa fundidas in situ no debe ser inferior a C25. Las barras de acero 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, seleccione una única Calcule la carga, la fuerza interna y el refuerzo de un tramo o viga de varios tramos y verifique las dimensiones de la sección transversal de la viga. La carga de la viga de la grúa incluye principalmente: peso propio, presión vertical de las ruedas y fuerza horizontal lateral. El peso propio se calcula de acuerdo con las dimensiones de la sección transversal real y el peso de los accesorios de la vía, y la presión vertical de la rueda y la fuerza horizontal lateral se calculan de acuerdo con las fórmulas específicas en las especificaciones de carga para estructuras hidráulicas. Los cálculos de fuerzas internas requieren el cálculo de momentos flectores, diagramas de envolvente de fuerza cortante y par máximo en la dirección horizontal de la viga. El cálculo del refuerzo se basa en el método de cálculo del "Manual de diseño de estructuras de hormigón hidráulico" para verificar la resistencia de la sección normal y la sección inclinada, calcular el refuerzo de la sección y verificar la estabilidad lateral de la viga aumentando el refuerzo torsional de acuerdo con al par máximo. Una vez completados estos cálculos, también es necesario verificar si la deflexión y las grietas de la viga cumplen con los valores permitidos en el "Código para el diseño de estructuras de hormigón hidráulico".
(2) Ejemplos de diseño estructural de ingeniería
1. Descripción general del proyecto
La central hidroeléctrica es una central eléctrica de desviación de agua y el edificio de la fábrica es un terreno. edificio de fábrica de nivel. Los edificios de la fábrica y los edificios de desviación de agua son de grado IV, y las grietas de fortificación sísmica de los edificios son de grado 8. El edificio principal de la fábrica tiene 31,0 m de largo y 12,24 m de ancho. La central está equipada con 2 unidades con una capacidad instalada de 8MW. El edificio principal de la fábrica utiliza un puente grúa eléctrico de dos vigas con una capacidad de elevación máxima de 30 toneladas. La luz máxima de una viga de grúa de un solo vano es de 5,7m
2 Diseño estructural
(1) Carga de diseño
1) Peso propio q<. /p>
De acuerdo con las reglas generales del tamaño de la sección transversal de la viga de la grúa, combinadas con los requisitos de diseño de la vía de la máquina hidráulica y los accesorios de la vía integrados, el tamaño de la sección transversal de la viga de la grúa de sección en T es Inicialmente se determinó que era: 800 mm de altura, 300 mm de ancho de la nervadura del extremo de la viga, 120 mm de espesor de la placa del ala y 120 mm de ancho de la placa del ala. Para la viga de la grúa se utiliza hormigón C30.
El peso propio de la viga se calcula en base a la sección real, según datos del fabricante, el peso propio de los carriles y accesorios es de 108kg/m. Calcule q=8kN/m (valor de diseño).
2) Presión vertical de las ruedas p
Según la fórmula de cálculo del "Código de carga para edificios hidráulicos", la presión máxima de cada rueda se calcula como: P=296kN ( valor de diseño).
Fórmula de cálculo: p =α×1/m(1/2g 1+G2(lk-l 1)/lk+G3(lk-l 1)/lk)
Entre ellos, G1, G2, G3 - el peso máximo de la grúa, el carro y el objeto levantado (kn - la luz de la grúa (metros
l 1 - el gancho principal al); distancia límite mínima de la vía de la viga de la grúa (m);
coeficiente dinámico α;
m-el número de ruedas pequeñas.
3) Fuerza horizontal transversal t
Según la fórmula de cálculo de la "Especificación de carga para edificios hidráulicos", la fuerza horizontal lateral de cada rueda se calcula como: T=9,8kN (valor de diseño).
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. Las fuerzas horizontales laterales no se multiplican por coeficientes dinámicos.
3. Cálculo de fuerzas internas
(1) Cálculo de fuerzas internas bajo presión vertical de la rueda
Dado que la carga de la rueda de la grúa es una carga en movimiento, Primero se debe determinar la posición más desfavorable de la rueda, calcular el momento flector máximo y la fuerza cortante basándose en una viga simplemente apoyada y dibujar el diagrama envolvente del momento flector y la fuerza cortante. Los valores de diseño del momento flector máximo y la fuerza cortante máxima son 453,8kN.m y 349,5kN respectivamente
(2) Cálculo de fuerzas internas bajo la acción de fuerzas horizontales laterales
Bajo la acción de fuerzas horizontales laterales Cuando la viga de la grúa se dobla en dirección horizontal, su fuerza interna se calcula en dirección vertical, y su momento de flexión lateral y fuerza cortante se calculan de manera simplemente apoyada y deben ser soportados por la grúa. brida de la viga. Los valores de diseño del momento flector máximo y la fuerza cortante máxima son 15,0 kN.m y 11,6 kn respectivamente.
(3) Cálculo del par
La fuerza horizontal transversal actúa sobre la parte superior del riel y en la sección El centro de masa tiene un efecto de torsión y la presión vertical de la rueda también tiene en cuenta la 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)
e 1——La excentricidad de la fuerza p, tomada como 0,02 metros (m);
La distancia excéntrica de E2-fuerza T es la distancia (m) desde la parte superior de la vía hasta el centro de masa de la sección en forma de T.
En esta central, ambos extremos de la viga de la grúa están conectados a las columnas del marco mediante medidas de fijación. Al calcular el par, considere una viga de un solo tramo fijada en ambos extremos. El par máximo de la viga de la grúa se produce cerca de la sección de carga. Según el diagrama de envolvente de par de una viga de un solo tramo, el par máximo MT = 9,9 kN.m, el par calculado debe ser soportado por el ala de la viga en T y las nervaduras de la viga. Para simplificar los cálculos, la resistencia a la torsión la soporta únicamente la porción rectangular de la nervadura.
4. Cálculo de armaduras, flechas y fisuras.
(1) Cálculo del refuerzo
Bajo la acción de una carga vertical, calcule la resistencia de la sección normal según la sección en forma de T según el diagrama envolvente del momento flector y calcule la resistencia de las secciones intermedias y portantes. Número de barras de acero longitudinales. Calcule la resistencia de la sección oblicua de acuerdo con el diagrama de envolvente de corte, calcule el espaciado y el número de estribos, y determine el punto inicial de flexión y el número de curvaturas de las barras de acero longitudinales.
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 lateral 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, la sección de la viga se calcula como un miembro de corte-torsión. La sección calculada se ajusta a la siguiente fórmula:
1/γd 0,7. fc ≤( V/bhMT/Wt)≤1/γd 0.25 fc
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 uniformemente verticalmente a lo largo del eje de la viga, y se disponen 2φ12 barras de torsión longitudinales a ambos lados de la viga.
(2) Cálculo de la deflexión
Bajo la acción de una carga uniforme y una presión de doble rueda, la deflexión máxima de una viga simplemente apoyada de un solo tramo es de 0,7 mm y la deflexión permitida es L/600=9,5 mm, cumple con los requisitos.
(3) Cálculo de fisuras
Según la fórmula de cálculo correspondiente:
δfmax = 0,23 mm & lt [δfmax] = 0,3 mm, que cumple; los requisitos.
Conclusión del verbo (abreviatura de verbo)
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. Dado que la carga de la viga de la grúa es principalmente un conjunto de cargas en movimiento, es clave dibujar correctamente los diagramas de momento flector y envolvente de corte. Cuando hay muchas ruedas en el automóvil, es necesario encontrar la posición más desfavorable y calcular el momento flector máximo y la fuerza cortante. En los cálculos de refuerzo, además de los cálculos de sección normal, también se deben revisar los cálculos de sección oblicua y de torsión. El diseño estructural de vigas de grúa de hormigón armado para centrales eléctricas presentado con ejemplos de ingeniería es más representativo de centrales hidroeléctricas de tamaño pequeño y mediano. Se espera que este artículo tenga cierta versatilidad y pueda utilizarse mejor en el trabajo de diseño.
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