新型鋼結(jié)構(gòu)二層撬裝臺(tái)架的設(shè)計(jì)

白曉捷，張辰光，趙凱來

(1.大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院欠平衡鉆井技術(shù)研究所，黑龍江大慶163413；2.大慶裝備制造集團(tuán)力神泵業(yè)，黑龍江大慶163000)

隨著新型鉆井地面裝備、井控設(shè)備、鉆機(jī)設(shè)備、井下儀器的研發(fā)和維修服務(wù)工作的開展，鉆探設(shè)備車間內(nèi)擺放了大量的設(shè)備，車間內(nèi)十分擁擠，已無法擺放新增設(shè)備。近年來，鋼結(jié)構(gòu)件在機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展較快，大量的簡易鋼結(jié)構(gòu)件被應(yīng)用在車間改造及鉆井管串支撐之中[1]。本文介紹了一種新型鋼結(jié)構(gòu)二層臺(tái)架，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是單組鋼結(jié)構(gòu)二層臺(tái)架上擺放8套撬裝設(shè)備，擴(kuò)展120m2的設(shè)備擺放空間。見圖1。

1 技術(shù)方案

1.1 方案優(yōu)選

通過對(duì)車間現(xiàn)有撬裝設(shè)備尺寸進(jìn)行研究，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了3種方案：獨(dú)立式支架、整體鋼結(jié)構(gòu)式支架、鑲嵌式支架。圖2為鑲嵌式支架三維模型，圖3為臺(tái)架組裝效果圖。

通過方案對(duì)比、強(qiáng)度校核及經(jīng)濟(jì)效益分析，獨(dú)立支架穩(wěn)定性不足，用料最多，成本最高。整體鋼結(jié)構(gòu)式支架加工部件較多，無法獨(dú)立拆卸，后期吊裝困難。鑲嵌式支架穩(wěn)定性高，抗震性能佳，韌性強(qiáng)，用料最少，成本最低[2]。優(yōu)選了鑲嵌式支架方案，該方案利用設(shè)備之間1m間隙，鑲嵌0.9m的支架，在支架上部排布24個(gè)導(dǎo)軌，各支架及導(dǎo)軌均可便捷拆裝，臺(tái)架上下均可擺放設(shè)備。經(jīng)校核單個(gè)支架可以安全的承受40t重量，經(jīng)強(qiáng)度校核，抗擠、抗彎曲安全系數(shù)不小于10。

1.2 工作原理及主要參數(shù)

圖1 鉆探車間布置圖

圖2 嵌入式支架三維模型

自主設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)二層臺(tái)架鑲嵌式支架方案由支架和導(dǎo)軌兩部分組成。單套支架重2.52t，單套導(dǎo)軌重0.23t。一套鋼結(jié)構(gòu)二層臺(tái)架需要支架9套，導(dǎo)軌24根，通過鑲嵌拼裝形成一套牢固的鋼結(jié)構(gòu)二層臺(tái)架。支架和導(dǎo)軌的主體材料均選用Q235材質(zhì)的250×250H型鋼，通過Ansys受力仿真校核，使用最少的原材料，并優(yōu)化了拉筋的位置，具備較高的安全系數(shù)。主要技術(shù)指標(biāo)：

（1）單體支架承受40t壓力載荷，整體鋼結(jié)構(gòu)二層臺(tái)架承受320t壓力載荷；

（2）總重28.1t，單件重2.52t，鑲嵌式插裝，無需額外固定部件。

圖3 臺(tái)架組裝效果圖

2 安全性及強(qiáng)度分析

2.1 擠壓強(qiáng)度分析

撬裝設(shè)備重13t,配件及撬體重2t,合計(jì)重13t。

（1）Q235鋼件：25×14.2×4=1420（cm2）

（2）地面：40×14.2×4=2272（cm2）

Q235鋼件受壓應(yīng)力=13t/1420cm2=0.89MPa

地面受壓應(yīng)力=13t/2272cm2=0.56MPa<水泥地面抗壓應(yīng)力；

經(jīng)校核，Q235鋼材和地面在空壓機(jī)13t重量下擠壓強(qiáng)度合格，安全系數(shù)大于10。

2.2 穩(wěn)定性分析

為了防止發(fā)生傾斜現(xiàn)象，在1m寬的設(shè)備空間內(nèi)設(shè)計(jì)0.9m寬的支架，支架擺動(dòng)或平移0.05m就會(huì)被13t重的空壓機(jī)限位，因此支架不會(huì)發(fā)生偏移。

在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面采用圖4的拉筋布置結(jié)構(gòu)，有效防止鋼結(jié)構(gòu)連接處和直角彎處開焊和扭轉(zhuǎn)變形。

2.3 導(dǎo)軌抗彎抗翻性分析

圖4 穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)示意圖

導(dǎo)軌長3.3mm，兩側(cè)支撐中部受壓。導(dǎo)軌為250×250 H型鋼，3組導(dǎo)軌受13t力作用，單根受力13t/4=4.33t，受力點(diǎn)靠近兩側(cè)。H型鋼250×250尺寸可以有效防止導(dǎo)軌翻轉(zhuǎn)。經(jīng)調(diào)研，250×250H型鋼在5t載荷下可以正常使用，不會(huì)發(fā)生變形。由于空壓機(jī)等撬體均為兩側(cè)工字鋼底撬，導(dǎo)軌受壓點(diǎn)在兩側(cè)，抗彎性能更好。

3 結(jié)論

(1)創(chuàng)新地設(shè)計(jì)了鑲嵌式鋼結(jié)構(gòu)二層臺(tái)架，臺(tái)架上下可擺放16部撬裝設(shè)備，擴(kuò)展120m2的鉆探設(shè)備車間擺放空間。

(2)通過安全性及強(qiáng)度分析，單個(gè)支架可以安全的承受40t重量，經(jīng)強(qiáng)度校核，抗擠、抗彎曲安全系數(shù)不小于10。能夠滿足現(xiàn)場使用。

(3)該鋼結(jié)構(gòu)二層臺(tái)架強(qiáng)度可靠、安裝拆卸便捷，提高了鉆探設(shè)備車間內(nèi)部空間利用率及規(guī)格化管理水平。

[1]范宇飛.對(duì)鋼結(jié)構(gòu)件變形的處理措施[J].建筑知識(shí)，2016，20（8）：30-31.

[2]徐桀.關(guān)于現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)分析[J].建筑知識(shí)，2016，35（6）：42-43.