CC BY
72
ВЕСТНИК 7/2Q12
инженерные изыскания и обследование зданий. специальное строительство
УДК 627.8
И.С. Холопов, В.А. Зубков, В.А. Хуртин
ФГБОУ ВПО «СГАСУ»
ОБСЛЕДОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ ПОДКРАНОВЫХ БАЛОК ВОДОСЛИВНОЙ ПЛОТИНЫ
Приведены результаты обследований подкрановых балок, установленных на водосливной плотине Жигулевской ГЭС. Описана оригинальная методика измерения прогиба балок.
Даны рекомендации по дальнейшей эксплуатации подкрановых балок.
Ключевые слова: гидротехнические сооружения, водосливная плотина, подкрановая
балка, обследования, испытания, несущая способность, прогиб.
Водосливная плотина является одним из наиболее ответственных объектов любого гидротехнического узла, в т.ч. Жигулевской ГЭС. Основным назначением водосливной плотины является регулирование уровня воды в верхнем бьефе путем сбрасывания ее в нижний бьеф. Сброс воды осуществляется через водоводы водосливной плотины, а регулируется путем подъема или опускания затворов [1].
Для подъема затворов на водосливной плотине установлены два козловых крана грузоподъемностью 2*125 т. Вес каждого крана составляет 498 т. Общая протяженность подкранового моста 981 м.
Несущими конструкциями для подкрановых путей козловых кранов являются пролетные строения, установленные на быках. Пролетные строения водосливной плотины представляют собой две подкрановые металлические балки или металлическую балку и ферму, соединенные между собой системой горизонтальных и вертикальных связей.
В качестве подкрановых балок использованы балки различных типов, которые отличаются между собой по способу соединения элементов: сварные или клепаные, по наличию или отсутствию горизонтальных и вертикальных ребер жесткости, по наличию отверстий в стенках балок, длине и количеству дополнительных пластин верхнего и нижнего поясов. Всего в пролетных строениях водосливной плотины используются 13 типов балок.
В соответствии с требованиями законодательства [1], нормативных документов [2—5] и планом комплексного обследования объектов ГЭС была проведена оценка технического состояния подкрановых балок водосливной плотины (рис. 1). Всего было обследовано 152 подкрановых балки. При обследовании производились замеры геометрических размеров сечений подкрановых балок, определение дефектов и повреждений.
натурным обследованием установлено, что во многих опорных узлах балок не затянуты болты крепления, в балках Б17-1 и Б18-1 отсутствуют по 66 заклепок. Со стороны нижнего бьефа (секции 7-19) в балках отмечена коррозия нижнего пояса и нижней части стенки балки. Связи, объединяющие подкрановые балки в пролетное строение, находятся в удовлетворительном состоянии.
Несущая способность подкрановых балок, в т.ч. и решетчатого типа (фермы), проверялась расчетным путем с использованием программного комплекса LIRA 9 Windows.
114
© Холопов И.С., Зубков В.А., Хуртин В.А., 2012
Инженерные изыскания и обследование зданий. Специальное строительство
ВЕСТНИК
МГСУ
рис. 1. общий вид подкрановой балки водосливной плотины
величина нагрузки принималась равной весу одного крана (498 т) с грузом в 175 т (один затвор). при расчете учитывалось наиболее неблагоприятное сочетание нагрузок для составных балок (клепаных и сварных), одновременное воздействие собственного веса балки и давление одной ноги крана, расположенной в середине пролета. нагрузка, передаваемая на балку, определялась с учетом расстояния от оси балки до оси подкранового рельса.
теоретические расчеты показали, что несущая способность балок с фактическим их расположением и фактическими сечениями элементов на указанные виды нагрузок обеспечена. максимальная степень загруженности балок составляет 88,4 %, а элементов ферм — 79 %.
для оценки жесткости подкрановых балок при действии на них временной подвижной нагрузки были проведены их натурные испытания. испытанию подвергались все виды балок: клепаные, сварные, с ребрами и без ребер жесткости на стенках, с отверстиями в стенках и без отверстий. в качестве подвижной нагрузки использовался кран весом 498 т, с затвором весом 175 т (рис. 2).
рис. 2. испытание подкрановых балок подвижной нагрузкой
измерение прогиба балок представляло собой определенные сложности как в методическом, так и в техническом плане, поскольку середина балок, где необходимо
ВЕСТНИК
7/2012
измерять прогиб, находилась на высоте 56 м и под балками была вода, т.е. отсутствовала неподвижная база, относительно которой можно измерить прогиб.
Была разработана методика испытания, в соответствии с которой прогиб измеряли относительно искусственно созданной неподвижной базы в виде лазерного луча, пропущенного в середине пролета балок перпендикулярно пролетному строению водослива. Лазерная головка находилась на пролетном строении железнодорожного моста [6, 7].
Величину прогиба определяли как разность расстояний от лазерного луча до поверхности нижнего пояса балок, измеренных до и после приложения нагрузок. Расстояние от луча до поверхности балок измеряли лазерной линейкой. Схема измерения прогиба подкрановых балок приведена на рис. 3.
330 870
870 330
Рис. 3. Схема измерения прогиба подкрановых балок
На первой стадии испытания экспериментально было установлено, что балки максимально прогибаются, когда середина опорной тележки, состоящей из четырех колес, одного крана находится над серединой пролета балки. Практически такое положение крана с грузом может иметь место только при транспортировке затворов по водосливной плотине. При подъеме и опускании затворов в водосливы опорные тележки кранов находятся в районе опор балок [8]. Прогиб балок при данном положении крана будет минимальным.
По результатам испытания подкрановых балок были сделаны выводы: наименьшую жесткость от временной подвижной нагрузки имеют сварные балки, максимальный прогиб от временной подвижной нагрузки равен 12 мм, что составляет 1/1790 части пролета;
жесткость подкрановых балок водосливной плотины отвечает требованиям п. Е 2.1 СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия».
В целом по результатам обследования, испытания и проверочного расчета [9, 10] было определено, что подкрановые балки пролетного строения водосливной плотины находятся в работоспособном техническом состоянии. Необходимо систематически затягивать гайки болтов крепления балок и в местах отсутствия заклепок установить высокопрочные болты. Рекомендовано выполнить антикоррозионное покрытие всех металлических конструкций пролетных строений водосливной плотины.
Библиографический список
1. Романов А.А. Жигулевская ГЭС. Эксплуатация гидротехнических сооружений. Самара, 2010. 360 с.
Инженерные изыскания и обследование зданий. Специальное строительство
ВЕСТНИК
МГСУ
2. Федеральный закон от 21.07.1997 г. № 117-ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений».
3. СТО 17330282.27.140.016—2008. Здания ГЭС и ГАЭС. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования.
4. РД. 22-01.97. Требования к проведению оценки безопасности эксплуатации производственных зданий и сооружений поднадзорных промышленных производств и объектов (обследования строительных конструкций специализированными организациями).
5. СП 13-102—2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений.
6. Зубков В.А. Проблемы эксплуатации строительных конструкций энергетических сооружений // Строй-инфо : Информационный бюллетень. 2004. № 12. С. 20—23.
7. Зубков В.А., Кондратьева Н.В. Испытание железобетонных подкрановых консолей машинного зала Жигулевской ГЭС // Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Самара, 2005. С. 422—424.
8. Зубков В.А., Шабанин В.В. Анализ напряженно-деформируемого состояния затворов водосливной плотины жигулевской ГЭС // Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Самара, 2008. С. 478—479.
9. Холопов И.С., Соловьев А.В. Опыт проектирования стальных двускатных балок с круглой перфорацией стенки // Строительный вестник российской инженерной академии : тр. секции «Строительство». 2010. Вып. 11. М. С. 238—242.
10. Холопов И.С., Соловьев А.В. Оптимизационная модель для балок с перфорированной стенкой // Вестник транспорта Поволжья : Материалы 67-й Всеросс. науч.-техн. конф. 2009. № 17. С. 713—714.
Поступила в редакцию в мае 2012 г.
Об авторах: Холопов Игорь Серафимович — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой металлических и деревянных конструкций, ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет» ФГБОУ ВПО «СГАСУ», 443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 194, 8 (846) 242-50-87, [email protected];
Зубков Владимир Александрович — кандидат технических наук, профессор кафедры металлических и деревянных конструкций, ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет» ФГБОУ ВПО «СГАСУ, 443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 194, 8 (846) 242-50-87, [email protected];
Хуртин Владимир Анатольевич — главный инженер, Филиал ОАО «РусГидро»-«Жигулевская ГЭС», 445350, г. Жигулевск, Самарская обл., 8 (848) 627 93 50.
Для цитирования: Холопов И.С., Зубков В.А., Хуртин В.А. Обследование и испытание подкрановых балок водосливной плотины // Вестник МГСУ 2012. № 7. С. 114—118.
I.S. Kholopov, V.A. Zubkov, V.A. Khurtin
EXAMINATION AND TESTING OF CRANE BEAMS OF AN OVERFLOW DAM
The following conclusions were made upon completion of the testing of crane beams: The lowest rigidity is demonstrated by welded beams exposed to temporary mobile loads; the maximal buckling caused by temporary mobile loads is equal to 12 mm, or 1/1,1790 of the span; the rigidity of crane beams of an overflow dam meets the requirements set by Section E2.1 of Construction Rules 20.13330.2011 "Loads and Actions".
In general, the authors state that the crane beams of the span structure of the overflow dam are in a serviceable operating condition, according to their opinion issued upon completion of examination and testing procedures. The recommendation is to regularly tighten screw nuts and to install high-strength bolts in the points of missing rivets. The authors also recommend applying a rust-proofing coating to all metal structures of the dam spans.
Key words: crane beam, rigidity, span, overflow dam, examination, testing.
References
1. Romanov A.A. Zhigulevskaya GES. Ekspluatatsiya gidrotekhnicheskikh sooruzheniy [Zhigulevs-kaya Hydropower Plant. Operation of Hydraulic Structures]. Samara, 2010, 360 p.
ВЕСТНИК 7/2Q12
2. Federal'nyy zakon ot 21.07.1997 g. № 117-FZ «O bezopasnosti gidrotekhnicheskikh sooru-zheniy» [Federal Law of 21.07.1997 no. 117-FZ "About the Safety of Hydraulic Structures"].
3. STO 17330282.27.140.016—2008. Zdaniya GES i GAES. Organizatsiya ekspluatatsii i tekh-nicheskogo obsluzhivaniya. Normy i trebovaniya. [Building Requirements 17330282.27.140.016—2008. Buildings of Hydraulic Power Plants and Hydraulic Nuclear Power Plants. Organization of Their Operation and Technical Maintenance. Norms and Requirements].
4. 22-01.97 Trebovaniya k provedeniyu otsenki bezopasnosti ekspluatatsii proizvodstvennykh zdaniy i sooruzheniy podnadzornykh promyshlennykh proizvodstvi ob"ektov (obsledovaniya stroitel'nykh konstruktsiy spetsializirovannymi organizatsiyami). 22-01.97. Requirements Applicable to Assessment of Safety of Operation of Industrial Buildings and Structures of Industrial Enterprises and Facilities under Supervision (Examination of Structures by Specialized Organizations).
5. SP 13-102—2003. Pravila obsledovaniya nesushchikh stroitel'nykh konstruktsiy zdaniy i sooruzheniy. [Building Rules 13-102—2003. Examination of Bearing Elements of Buildings and Structures].
6. Zubkov V.A. Problemy ekspluatatsii stroitel'nykh konstruktsiy energeticheskikh sooruzheniy [Problems of Operation of Structural Units of Power Generating Structures]. Stroyinfo: Informatsionniyy byulleten' [Building Information: Information Bulletin]. 2004, no. 12, pp. 20—23.
7. Zubkov V.A., Kondrat'eva N.V. Ispytanie zhelezobetonnykh podkranovykh konsoley mashinnogo zala Zhigulevskoy GES [Testing of Reinforced Concrete Crane Consoles of the Machine Hall of Zhigu-levskaya Hydraulic Power Plant]. Aktual'nye problemy vstroitel'stve i arkhitekture [Relevant Problems of Construction and Architecture]. Samara, 2005, pp. 422—424.
8. Zubkov V.A., Shabanin V.V. Analiz napryazhenno-deformiruemogo sostoyaniya zatvorov vo-doslivnoy plotiny Zhigulevskoy GES [Analysis of the Stress-Strained State of the Gates of the Overflow Dam of Zhigulevskaya Hydraulic Power Plant]. Aktual'nye problemy v stroitel'stve i arkhitekture [Relevant Problems of Construction and Architecture]. Samara, 2008, pp. 478—479.
9. Kholopov I.S., Solov'ev A.V. Opyt proektirovaniya stal'nykh dvuskatnykh balok s krugloy perfo-ratsiey stenki [Practical Design of Double-Pitch Steel Beams That Have Circular Perforation of Walls]. Stroitel'nyy vestnik rossiyskoy inzhenernoy akademii. Stroitel'stvo. [Construction Bulletin of the Russian Engineering Academy. Construction]. Moscow, 2010, no. 11, pp. 238—242.
10. Kholopov I.S., Solov'ev A.V. Optimizatsionnaya model' dlya balok s perforirovannoy stenkoy [Optimized Model of Beams That Have Perforated Walls]. Vestnik transporta Povolzh'ya [Proceedings of the Transport System of the Volga Region]. Collected works of the 67th All-Russian Scientific and Technical Conference. 2009, no. 17, pp. 713—714.
About the authors: Kholopov Igor' Serafimovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Chair, Department of Steel and Timber Structures, Samara State University of Architecture and Civil Engineering (SSUACE), 194 Molodogvardeyskaya str., Samara, 443001, Russian Federation, sgasu@ samgasu.ru, +7 (846) 242-50-87;
Zubkov Vladimir Aleksandrovich — Candidate of Technical Sciences, Professor, Department of Steel and Timber Structures, Samara State University of Architecture and Civil Engineering (SSUACE), 194 Molodogvardeyskaya str., Samara, 443001, Russian Federation, [email protected], +7 (846) 242-50-87;
Khurtin Vladimir Anatol'evich — Chief Engineer, Zhigulevskaya Hydraulic Power Plant, Branch of RusHydro JSC, Zhigulevsk, Samara Region, 445350, Russian Federation; +7 (848) 627-93-50.
For citation: Kholopov I.S., Zubkov V.A., Khurtin V.A. Obsledovanie i ispytanie podkranovykh balok vodoslivnoy plotiny [Examination and Testing of Crane Beams of an Overflow Dam]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 7, pp. 114—118.
