细长杆件设备整体吊装受力分析及加固措施

细长杆件设备整体吊装受力分析及加固措施摘要：细长杆件设备吊装施工过程中，由于设备长与径之比较大，壁板又较薄，设备整体吊装刚度不足，不采取一定的措施，容易引起弯曲变形损坏设备。本文对细长杆件设备整体吊装受力进行分析，同时对吊装过程中的具体预防措施、操作方法作了针对性的阐述。关键词：细长杆件整体吊装弯曲变形预防措施1、绪论随着社会的发展，石油化工工程建设项目日益大型化和规模化，高大设备的出现越来越多；更由于土地的控制使用，使得设备向高空纵深设计成了必然趋势。因此，大型细长杆件设备不断在施工中涌现，给施工现场吊装增加了一定的难度。在这种情况下，细长杆设备现场能否顺利吊装就位，对于工程进度、质量等有着至关重要的意义。对于细长杆件设备采取立式空中组对还是卧式组对整体吊装一次性就位，选择不同施工方案有着不同的特点。采用卧式组对后整体吊装的方案相对于立式空中组对，具有如下优点：1、采用卧式组对整体吊装，设备在地面组焊成一个整体，组对、焊接、无损检测、热处理等工作容易展开，施工高空作业少、施工安全系数大、施工质量有保障。2、对于气液混合设备或纯气相设备采用卧式组对整体吊装，设备的水压试验可在地面卧式状态下进行，设备基础不需要承受分段空中组对后水压试验额外加给基础载荷，从而使设备基础不需要设计得过大，同时，减少地基极限承载力。3、采用卧式组对整体吊装，可以大幅度的缩短施工时间，从而确保了工程施工进度。4、采用卧式组对整体吊装，附塔管线及电气仪表附塔金属结构可以同时施工，降低后续专业施工高空作业难度。工程项目中有些细长杆件设备设计所选用材料的材质、规格符合工艺要求，却满足不了整体吊装抗弯所需的强度。因此，在整体吊装细长杆件设备过程中，抗弯加固措施又成了吊装成功的关键因素，也是施工单位因吊装而进一步深化设计的要求。本文所述为整体吊装的细长杆件设备，通过受力分析计算后，当强度满足不了吊装所需强度时的具体施工方法。其施工程序为：细长杆件设备吊装过程的受力分析，分析结果与其材质性能做比较，加固措施选择，加固措施与吊装工序的实施。2、细长杆件设备吊装过程受力分析在整个吊装过程中，细长杆件设备自身的受力状况不断的发生变化。从最初时的水平卧式状态至刚刚离开地面，设备的重量分别由主吊及溜尾吊承担，主吊及溜尾吊所承担的重量近似等于塔自身重量的1/2。在设备由卧式水平至垂直就位的过程中，主吊的受力逐渐增加，溜尾吊的受力逐渐减小。当设备处于垂直状态时，设备的重量完全由主吊承担，溜尾吊受力为零。2.1细长杆件水平状态下各支撑点的受力（见图一）

假定细长杆件重量为均布，按均布载荷计算则:k=G；im点处主吊受力为：各外部力对n点求弯矩，有:，1，，，Fl-k（l+1m点处主吊受力为：各外部力对n点求弯矩，有:，1，，，Fl-k（l+1）2=02212通过计得到：F工（l+1）212112/2n点处溜尾吊受力为：各外载荷对m点求弯矩，有-kl2-1kl2-Fl=012222通过计得到：F=—（l2-l2）22l12/2（1）（2）."检、（1）IMzm宜！-图一1受力分J图一受力分析图(3)此段内的最大弯矩为:M1m=2副；（4）最大弯矩的位置在距离杆件顶端m处的主吊点截面处。Q主吊点内侧至杆件底溜尾吊点间的轴向弯矩及该段内的最大弯在m、n两个支撑点间的内侧段上，其弯矩表达式为:(5)将公式（2）代入，得到:M==(/2-l2-ly)22/2122（6）dM^=—(12-12)-ky，令竺2=0dy2121，dy2（7）则：y=212将公式（7）代入公式（6），得到内侧段上的最大轴向弯矩为:M=£(12-12)22Max812212（8）最大弯矩的位置在距离杆件底端上皇处的截面处。2122.3细长杆件的抗弯截面模量及弯曲应力由材料力学知，空心圆柱体截面的抗弯模量为:n一W=—d25空心圆柱4因此，外侧部分最大弯矩M1Ma所在截面的抗弯模量为:W=W、、圆柱=:d2&(9)同理，内侧部分最大弯矩M2MaJ所在截面的抗弯模量为:W=W=-d25(10)2空心圆柱4外侧部分最大轴向弯矩截面上的最大弯曲应力为:b=J1W12kl2b=2kl2b=2r1兀d2§(11)内侧部分最大轴向弯矩截面上的最大弯曲应力为:\Mb=2max2W2将公式（8）、（10）代入，得到:(12)_k（l2-12）2(12)2=2冗d?2计算公式中符号说明:G一细杆设备重量（包括设备本体、内件、附塔管线、操作平台、人孔等），N；L一细杆设备高度，mm；K一细杆设备均布载荷，N/m；L—主吊点至细杆设备顶部距离，mm；l2—主吊点至细杆设备底部距离，mm；F—主吊点作用力，N；1F一溜尾吊吊点作用力，N；2X一主吊吊点至细杆设备顶端之间任意截面距塔顶的距离，mm；Y一主吊吊点至细杆设备底端之间任意截面距塔顶的距离，mm；M1一主吊吊点至细杆设备顶端之间任意位置轴向弯矩，N・mm；M2一主吊吊点至细杆设备底端之间任意位置轴向弯矩，N・mm；M1Max一主吊吊点至细杆设备顶端之间最大轴向弯矩，N・mm；M2Max一主吊点耳至细杆设备底端之间最大轴向弯矩，N・mm；W一细杆设备在任意位置处的抗弯截面模量，cm3；W1—细杆设备在主吊吊点处的抗弯截面模量，cm3；W2一细杆设备主在吊吊点至溜尾吊吊点之间最大轴向弯矩处抗弯截面模量，cm3；d—细杆设备内径，mm；s一细杆设备壁厚，mm；a］一主吊吊点处截面处最大轴向弯曲应力，MPa；a2一细杆设备主吊吊点至溜尾吊点之间最大轴向弯矩处的最大轴向弯曲应力，MPa。注：一般情况下，细杆设备主吊耳的焊接位置靠近设备顶部，主吊耳与细杆设备顶端距离较短，其弯曲变化程度很小，上述受力分析中仅作模型分析，实际施工过程中可以不作具体计算。3、分析结果与塔材质性能的比较通过上述计算，可知：Q细杆设备最大弯矩位置：(即危险截面位置)212Q细杆设备最大轴向弯矩为：M=£(l2-l2)22Max8l2212

Q截面抗弯模量为：W=W、圆柱=：d2&Q轴向弯曲应力值为：七=也1=也片）2222用。2与材料自身许用应力"］进行比较（［b］=¥,气为细杆设备使用材料的屈服强度，安全系数取2.0），确定设备是否满足强度要求。4、加固措施的选择通过上述计算，当强度满足强度要求时，可以进行正常的吊装施工作业；当强度不能够满足时，需考虑加固措施对设备的强度进行补充，以确保吊装作业的顺利实施。加固的方式多种多样，视具体情况可以采取内加固式、外加固式、矩形加固式、环形加固式等，不同方式各有特点，根据情况进行选择。本文仅介绍应由H型钢做矩形框外加固的一种形式。在施工中，采取在细杆设备四周增加H型钢框预防弯曲变形，下面以H型钢加固形式为例进行阐述。通过查阅工程材料相关资料可知，H型钢的抗弯截面模量计算公式为：WH型钢WH型钢D（H3-h3）

6H（13）将公式（10）、（13）进行累加，得到:（14）兀D（H3-h3）（14）W3=W心圆柱+Wh型钢=4问+26H

其弯曲应力值：a3=KJ（15）3将公式（8）、（14）代入公式（15）,得到：k（l2k（l22-l「）2「兀d2S+2D（H3-加）/6H]图二加固框架简图图二加固框架简图用a3与材料自身许用应力［a］进行比较（同样［。屿，安全系数取2.0），可以确定设备是否满足强度要求。抗弯变形加固框架简述：抗变形框架如图二所示。H型钢加固框架分别置于细杆设备本体的上下及左右两侧。在吊装施工过程中，上下侧的H型钢起到抗弯的作用，防止设备在吊装过程中出现弯曲现象。在吊装过程中，由于重力的因素，设备自身会出现椭圆度变形向两侧挤压，此时，左右侧的H型钢会给塔体一个反向的约束力，防止设备椭圆变形的发生。5、加固措施及吊装工序的实施加固措施安装过程中，在H型钢与设备本体之间放置木方，利用三者之间的摩擦力进行H型钢框架的固定；同时，也可以利用设备自身的补强板进行补充。正式吊装前，施工技术人员及相关人员应核实设备重量及管口方位。吊车就位后，应进行试吊，挂好钢丝绳，主吊钩缓慢升起，待离地面约0.2m时，仔细检查吊车及索具情况，确认安全后，方可继续起吊。主吊缓慢起钩，尾溜吊车缓慢送进，速度应与主吊起吊速度同步。待设备完全直立后，主吊车缓慢旋转将设备置于基础上，按要求垫上垫铁，把紧地脚螺栓。同时，用经纬仪在0°和90°方向进行设备找正，确保设备垂直度达到要求。经测量设备垂直度符合要求，即可松钩，吊装作业完成。6、结论以上是细长杆件类设备整体吊装受力分析、分析结果与塔材质性能的比较、加固措施的选择、加固措施及吊装工序实施的简要阐述。采用加固措施整体吊装细长杆件设备：第一，可以大大的缩短施工时间，立式空中组对工人工作效率低，相反，卧