鋼管吊裝專用U型吊具研用

辛石鐿，王 強(qiáng)

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明650032）

從國內(nèi)外風(fēng)電塔筒、壓力鋼管項(xiàng)目的設(shè)計(jì)來看，每個(gè)項(xiàng)目的塔筒、壓力鋼管設(shè)計(jì)都是多套類型，其中每套又由多個(gè)單節(jié)鋼管組成。生產(chǎn)工序都為卷板-縱縫焊接-矯圓-筒節(jié)組裝（或倒運(yùn)）這4個(gè)工序。制造過程中每個(gè)工序需要反復(fù)進(jìn)行鋼管吊裝倒運(yùn)，工作量繁多，從安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本上考慮，制造企業(yè)需要尋找一種簡潔、方便、實(shí)用、能提高質(zhì)量安全的吊裝工具。

1 鋼管吊裝專用U型吊具研制使用目的

1.1 傳統(tǒng)吊具

使用傳統(tǒng)夾具吊具對(duì)單節(jié)鋼管進(jìn)行吊裝、倒運(yùn)，會(huì)存在以下的主要問題：

（1）安全問題，施工人員吊裝倒運(yùn)過程中，需搭設(shè)爬梯進(jìn)行高空作業(yè)裝掛（去除）夾具，且運(yùn)動(dòng)過程中無法觀察夾具是否鎖緊。

（2）質(zhì)量問題，夾具夾住管壁會(huì)對(duì)鋼管表面造成壓痕傷害，鋼管重量越大，壓痕也越大。

（3）工作效率，每節(jié)管吊裝倒運(yùn)至少需投入2名施工人員耗時(shí)3～5 min，工效較低。

1.2 研制使用的目的

鋼管生產(chǎn)過程中的吊裝倒運(yùn)，需保質(zhì)、安全且更高效的進(jìn)行，鋼管吊裝專用U型吊具研用主要是為了解決傳統(tǒng)吊具使用過程中存在的3個(gè)主要問題，以達(dá)到下面目的：

（1）安全問題，人員和物體處于安全狀態(tài)，不需要高空作業(yè)裝掛（去除）夾具，且運(yùn)動(dòng)過程中能監(jiān)控吊具狀態(tài)。

（2）質(zhì)量問題，避免鋼管本體受損，且與鋼管重量大小無關(guān)。

（3）提高工作效率，減少人員、時(shí)間、設(shè)備的投入。

2 鋼管吊裝專用U型吊具設(shè)計(jì)

2.1 研制方案

（1）設(shè)計(jì)思路：施工前，方便單人操作；操作過程中，杜絕搭設(shè)爬梯等高空作業(yè)，方便觀察；吊裝到位后，方便去除吊具；整個(gè)過程簡潔實(shí)用，不傷害鋼管管節(jié)本體。

（2）設(shè)計(jì)方案：選擇吊具為U型吊具，吊具截?cái)嗝鏋椤肮ぁ弊中?，由翼緣板和腹板焊接組成；為了施工操作時(shí)起平衡作用，吊具上端前部設(shè)配重箱斗。

（3）達(dá)到最終目的：要求能承受目前國內(nèi)常用風(fēng)電塔筒或壓力鋼管的最大單管節(jié)（外形尺寸φ 4 200 mm×H 2 100 mm，板厚δ 70 mm，材料Q345D）的重量，承受載荷為15 t。

2.2 U型吊具穩(wěn)定性核算

圖1 鋼管吊裝專用U型吊具研制

根據(jù)規(guī)范GB50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)鋼管吊裝專用U型吊具進(jìn)行板材核查，考慮到吊具主要承受向下的切應(yīng)力，且整段U型吊具的截?cái)嗝娑枷嗤?，若U型吊桿下部懸臂能滿足穩(wěn)定條件，那么整段亦滿足，假定下部懸臂為懸臂梁計(jì)算，整根U型吊架的長度為2.8 m，所吊鋼板所懸掛的范圍為假定為2 m，均布荷載75.00 kN/m（7.5 t/m），荷載分布：左端2.0 m。

（1）自動(dòng)計(jì)算梁自重，梁自重放大系數(shù)1.20。

（2）材料：Q345，彈性模量 E=206 000 MPa，剪變模量 G=79 000 MPa，質(zhì)量密度 ρ=7 850 kg/m3，線膨脹系數(shù) α=12×10-6/℃，泊松比 ν=0.30，屈服強(qiáng)度fy=345 MPa，抗拉、壓、彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 f=265 MPa，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fv=155 MPa。

（3）截面參數(shù)：225×200×40×25 mm，其中截面高h(yuǎn)w=225 mm、翼緣板寬b=200 mm、腹板厚tw=40 mm、翼緣厚t=25 mm，截面上下對(duì)稱，截面面積A=200×25×2+175×40=17 000 mm2，自重 W=7.85×A=133.5 kN/m，面積矩S=653 125 mm3，抗彎慣性矩I=1/12×（200×2253-160×1753）=118 385 417 mm4，抗彎模量 W=2I/h=1 052 315 mm3，塑性發(fā)展系數(shù) γ=1.05。

（4）強(qiáng)度應(yīng)力：根據(jù)恒載工況時(shí)剪力圖可以得出剪力設(shè)計(jì)值V范圍為-154.39～0.00 kN，腹板厚度 tw=40 mm，則最大剪應(yīng)力653125/118385417/40.0×1000=21.3 MPa滿足要求。

根據(jù)恒載工況時(shí)彎矩圖得出彎矩M設(shè)計(jì)值0.00～276.15 kN·m，最大正應(yīng)力1052315×1e6=249.9 MPa≤f=265 Mpa，滿足要求。

（5）局部穩(wěn)定。腹板穩(wěn)定驗(yàn)算：腹板高h(yuǎn)w=175 mm，腹板厚tw=40.0 mm腹板高厚比為175/40.0=4.4≤無局部壓應(yīng)力時(shí)可不配置加勁肋。

翼緣穩(wěn)定驗(yàn)算：受壓下翼緣外伸寬度b=80.0 mm，翼緣厚t=25.0 mm，受壓下翼緣外伸寬度與厚度之比為

（6）驗(yàn)算結(jié)論：若均布荷載，75.00 kN/m（7.5 t/m），荷載分布左端2.0 m時(shí)，滿足最大吊重為15 t的使用條件。

3 鋼管吊裝專用U型吊具實(shí)施使用

3.1 U型吊具現(xiàn)場試驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和工藝指導(dǎo)書制作完成后，在制造車間，進(jìn)行了現(xiàn)場技術(shù)交底及安全注意事項(xiàng)告知，由專業(yè)起重工進(jìn)行吊裝試驗(yàn)，首次試驗(yàn)圓滿成功，無論人員操作、過程的穩(wěn)定性、吊裝到位后的質(zhì)量檢查都達(dá)到了預(yù)期效果。試驗(yàn)過程如圖2。

圖2 鋼管吊裝專用U型吊具吊裝

為了更好的運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)中，進(jìn)行了為期3個(gè)月的實(shí)踐試驗(yàn)，以便收集更多的數(shù)據(jù)來鞏固鋼管吊裝專用U型吊具吊裝的高效實(shí)用性。

3.2 U型吊具效果檢查

經(jīng)過為期3個(gè)月的實(shí)踐試驗(yàn)，在風(fēng)電塔筒制造中，取得的效果非常顯著，對(duì)比原傳統(tǒng)夾具吊具，存在的問題已全部得到解決，對(duì)比表見表1。

表1 傳統(tǒng)的吊具與專用U型吊具對(duì)比表

3個(gè)月的時(shí)間里共制作塔筒60套1 980個(gè)單節(jié)鋼管，卷圓、縱縫焊接、單節(jié)矯圓、單節(jié)管組對(duì)4個(gè)工序，每個(gè)工序吊裝一次。對(duì)比傳統(tǒng)吊具吊裝，平均每一次吊裝由原來的4 min縮短到了1 min以內(nèi)，節(jié)省了3 min以上時(shí)間。

4 結(jié)束語

鋼管吊裝專用U型吊具經(jīng)過工廠的實(shí)際操作運(yùn)用于黃草坡、巨龍山、大龍山、斗頂山、九龍坡、大荒山、阿澤、魯姑姆、古城等風(fēng)電塔筒和緬甸布魯橋、苗基、斯里蘭卡M壩等壓力鋼管項(xiàng)目的生產(chǎn)吊裝，總共經(jīng)過上萬節(jié)鋼管反復(fù)的吊裝實(shí)踐，驗(yàn)證了鋼管吊裝專用U型吊具的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)符合現(xiàn)在塔筒和壓力鋼管生產(chǎn)制造的節(jié)奏，已取代了傳統(tǒng)的吊裝方法，在安全、質(zhì)量、成本上都給企業(yè)帶來了提升、創(chuàng)造了效益。