60米鋼煙囪吊裝方法的改進(jìn)

富振東

【摘要】60米鋼煙囪整體吊裝，在安全、質(zhì)量、進(jìn)度和成本上均明顯優(yōu)于分段吊裝，論文主要闡述如何通過優(yōu)化吊耳形式、標(biāo)高方位的方法控制其撓度變形，將其對(duì)襯里的影響和吊耳處壁板的局部應(yīng)力值降至最小;并且著重說明在吊車工況、索具選擇上的關(guān)鍵控制點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】鋼煙囪;整體吊裝;吊耳;撓度;局部應(yīng)力

1、工程概況

煉油裝置中60米鋼煙囪屬于薄壁、細(xì)長設(shè)備，其吊裝難度大，較為典型。其整體吊裝比起分段吊裝不但節(jié)省了內(nèi)外架設(shè)，而且在安全、質(zhì)量和進(jìn)度上均明顯優(yōu)于分段吊裝，但因鋼煙囪為薄壁長細(xì)設(shè)備，且內(nèi)部襯里屬于脆性材料，所以在整體吊裝過程中需要解決以下幾個(gè)問題：

（1）如何控制吊裝時(shí)（起吊時(shí)）的撓度，減小變形對(duì)襯里的影響？

（2）如何控制吊耳處設(shè)備壁板的局部應(yīng)力值？

2、設(shè)計(jì)思路

（1）針對(duì)第一個(gè)問題，從力學(xué)計(jì)算角度上，可以將鋼煙囪起吊時(shí)的受力形式簡化為一根由簡支梁和懸臂梁組合而成的梁，根據(jù)力學(xué)知識(shí)，可以通過調(diào)整外伸長度和跨距從而減小彎矩值進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減小撓度值的目的，在施工方案中用增加吊點(diǎn)（主吊點(diǎn)或抬尾吊點(diǎn)）方式得以實(shí)現(xiàn)，相當(dāng)于力學(xué)計(jì)算中增加梁的支點(diǎn);

（2）針對(duì)第二個(gè)問題，當(dāng)鋼煙囪直立時(shí)，其主吊耳處設(shè)備壁板局部應(yīng)力值最大，那么在控制撓度增加吊點(diǎn)時(shí)，首選增加主吊點(diǎn)，這樣可以減小單個(gè)主吊點(diǎn)的受力值，進(jìn)而減小了吊耳處設(shè)備壁板的局部應(yīng)力;其次，因?yàn)榫植繎?yīng)力值與“應(yīng)力系數(shù)”成正比，“應(yīng)力系數(shù)”與“查表系數(shù)”成正比，而“查表系數(shù)”與吊耳管和補(bǔ)強(qiáng)圈的規(guī)格成反比，所以可以通過增大吊耳管和補(bǔ)強(qiáng)圈規(guī)格來減小局部應(yīng)力;

3、實(shí)際操作

以某石化項(xiàng)目置60米鋼煙囪為例，其金屬重量100t，襯里重量43t，使用400噸級(jí)履帶吊整體吊裝，在實(shí)際操作中需要完成的重點(diǎn)內(nèi)容如下：

3.1工況選擇

（1）鑒于鋼煙囪自身的特殊性，在核算其自重時(shí)，要充分考慮其襯里的含水量，按照以往的施工經(jīng)驗(yàn)，襯里重量按照?qǐng)D紙重量的1.2倍考慮，因此鋼煙囪自重為100t+43t×1.2≈152t，吊鉤索具自重為13t，所以吊裝重量為165t;

（2）鋼煙囪長度為59.7m，安裝標(biāo)高為0.3m，地腳螺栓標(biāo)高為1.2m，考慮到吊裝索具長度和吊鉤限位，選擇77m主臂，在不卡桿和滿足提升高度的前提下將就位半徑控制在22m以內(nèi);

3.2吊耳設(shè)計(jì)

鋼煙囪吊裝設(shè)置3對(duì)吊耳，其中2對(duì)主吊耳和1對(duì)抬尾吊耳，設(shè)計(jì)吊耳標(biāo)高時(shí)要考慮以下幾點(diǎn)：

（1）有利于控制撓度，原則上均分L1～L4的長度，但因提升高度和索具長度限制，達(dá)不到均分的程度，但從力學(xué)計(jì)算角度上考慮，因L1屬于懸臂梁結(jié)構(gòu)，僅一側(cè)有支點(diǎn)，L3屬于簡支梁結(jié)構(gòu)，兩側(cè)都有支點(diǎn)，所以即使達(dá)不到均分，在索具長度允許的條件下，L3可略大于L1;

（2）因同一角度的上下兩個(gè)主吊耳使用1根鋼絲繩連接，所以鋼絲繩長度

≥L1+（L1+L2） ;

（3）因同一角度的上下2個(gè)主吊耳使用1根鋼絲繩1彎2股連接，同1根鋼絲繩2股的長度從鋼煙囪水平至直立過程中發(fā)生變化，因此使用滑輪組平衡長度和受力，為防止鋼煙囪直立后2股鋼絲繩重疊，設(shè)計(jì)吊耳方位時(shí)，上下2對(duì)吊耳各水平偏出鋼煙囪軸線500mm，水平間距為1000mm，大于滑輪直徑+鋼絲繩直徑×2=520+90×2=700mm;

（4）為減小吊耳處壁板的局部應(yīng)力，吊耳形式采用“井”字筋的管式吊耳，增大吊耳管規(guī)格為?478×16mm，增加20mm厚的補(bǔ)強(qiáng)圈，并在吊耳管的0°和180°處對(duì)應(yīng)的壁板內(nèi)側(cè)增加2圈加強(qiáng)環(huán)梁（20b槽鋼制作而成）;

（5）為了減小抬尾吊耳處壁板的局部應(yīng)力，同樣選擇“井”字筋的管式吊耳，設(shè)置抬尾吊耳角度時(shí)，2個(gè)抬尾吊耳各由水平方位向正上方偏15°，這樣在連接鋼絲繩時(shí)，只要鋼絲繩長度滿足，可省略平衡梁;

3.3索具選擇

主要考慮以下幾點(diǎn)：

（1）平衡梁下方鋼絲繩長度應(yīng)滿足鋼煙囪可以順利劃過平衡梁的要求;

（2）?90-26m的鋼絲繩1彎2股使用，在鋼煙囪由水平翻轉(zhuǎn)至直立過程中，同一根鋼絲繩的2股長度發(fā)生變化，使用200噸級(jí)滑輪組平衡鋼絲繩長度，并起到平衡受力的作用;

（3）為便于摘鉤，避免高空作業(yè)，?90-26m的鋼絲繩與主吊耳連接時(shí)使用?52-6m的鋼絲繩1彎2股過渡，起吊時(shí)綁扎麻繩，鋼煙囪就位后落鉤后拉動(dòng)麻繩便可摘鉤;

4、計(jì)算書

4.1受力分析

將鋼煙囪起吊時(shí)的受力形式簡化為一根梁受力，鋼煙囪自重以均布載荷的形式分布在梁上;根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)和吊裝方案的最終計(jì)算結(jié)果，起吊時(shí)鋼煙囪的最大撓度出現(xiàn)在鋼煙囪頂部，因此僅以A點(diǎn)為例進(jìn)行撓度計(jì)算，其余部分省略。

首先將A-2段分解為懸臂梁（A-1段）和簡支梁（1-2段）其力學(xué)模型如下：

梁1-2段相當(dāng)于左端受到力偶M1（等于q1×170002/2）和豎直載荷（等于q1×17000）并且承受均布載荷的簡支梁。

4.2 撓度校核

A點(diǎn)的撓度由兩部分組成：

（1）梁A-1段自重引起的撓度δ1;

（2）梁A-1段和梁1-2段在1點(diǎn)旋轉(zhuǎn)引起的δ2;

通過撓曲線方程求得A點(diǎn)的總撓度=δ1+δ2=-8.6-4.2=-12.8mm

最大撓度出現(xiàn)在鋼煙囪頂端A點(diǎn)，為-12.8mm，與外伸長度17000mm比值為0.075%，遠(yuǎn)小于外伸長度的1/250（17000/250=68mm），根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，此撓度變形對(duì)襯里無影響。

5、附圖

參考文獻(xiàn)：

[1]《最新鋼結(jié)構(gòu)實(shí)用設(shè)計(jì)手冊(cè)》

ISBN7-80666-315-0廣西科學(xué)技術(shù)出版社

[2]《材料力學(xué)》13031.660科學(xué)出版社鐵摩辛柯著