吊装索力计算（精选3篇）
吊装索力计算 篇1
随着我国经济的发展, 基于交通运输的需要, 公路工程逐步向复杂地带延伸, 这使得桥梁的类型也更加多样化, 桥梁类型的复杂多样对施工技术也提出了更高的挑战。我国近几年的工程实践积累了丰富的经验。缆索吊装施工是我国现代桥梁施工中常见的施工类型, 由于该类型桥梁具有自身的特点, 相比于其他类型的桥梁来讲, 施工技术更为复杂。该类型桥梁施工精度要求较高, 每个环节都不能忽视, 对工程进度要及时做好监控工作, 确保施工高质和安全快速地进行。下面对桥梁工程缆索吊装施工技术作简要阐述。
1 缆索吊装设备
缆索桥梁是桥梁工程中常见的类型, 根据桥梁结构及施工实际的需要, 吊装设备是该桥梁施工中重要的施工器械, 并且施工器械的优劣对整个桥梁工程有着重要的影响。其中, 缆索吊装设备是施工器械的核心组成部分, 这些施工器械种类繁多, 按照不同的施工作用可以对这些机械设备作出不同的分类, 工程实践中大致有以下几种分类:主索、扣索、牵引索、起重索、锚固装置。
1.1 主索
主索横跨桥渡, 在工程施工中又被称为运输天线或承重索。它的位置比较特殊, 同时具有重要的稳固作用, 它的两端锚固在地锚上, 支承在两侧塔架的索鞍上, 在吊运的过程中, 吊运构件的行车主要采取支承在主索之上的方式。这种方式能够最大限度地保证行车的稳定性, 最终保证施工的安全。主索的根数要适当, 最大限度地满足工程的需要, 主索的根数主要根据吊运构件的垂度、计算跨径、重量等因素计算得出。桥梁横向主索的组数, 则根据两外侧拱肋间的距离, 也就是桥面的宽度来确定。塔架高度越大, 相应的横移构件的宽度范围也相应地增大。根据工程设备供应情况, 最终合理地进行选择, 在做到保证工程质量的同时, 最大限度地节约工程成本。
1.2 扣索
扣锁缆索吊装施工中的又一个重要的机械设备, 它的作用主要体现在拱肋分段吊装时, 扣锁则可以悬挂端肋, 同时可以调整端肋接头处标高。扣索的一端通过塔架或扣索排架固定在地锚上, 需要说明的一点是, 地锚一定要牢固。扣锁的另一端则主要系在拱肋接头的扣环上。在设置扣锁的时候, 为了能够在施工的过程中方便地对扣索长度进行调整, 可设置张紧索或手摇绞车等来实现这一目的。
1.3 牵引索
在缆索吊装施工中, 牵引索的作用相比于前两个缆索的作用不是那么明显, 但它仍然是不可缺少的器械。它主要用来牵引行车在主索上的水平运输, 即引导行车沿桥跨方向移动。所以要保证行车的安全及工程的实际需要, 在行车两端各设置一根牵引索。牵引索的另一端可合拴在一台双滚筒卷扬机上, 也可分别连接在两台卷扬机上。
1.4 起重索
该缆索的作用不同于以上几种, 它的作用主要体现在吊装物的升降控制上, 在工程施工中大多用来控制吊物的垂直运输, 即吊装物的升降。在安装的过程中, 起重索一般是一端固定于对岸的地锚上, 另一端与卷扬机滚筒相连。这样, 当行车在主索上沿桥跨往复运行时, 可保持行车与吊钩间的起重索长度不随行车的移动而改变。
1.5 地锚
亦称地垅或锚锭。用于锚固主索、扣索、起重索及绞车等, 地锚的可靠性对缆索吊装的安全有决定性影响, 设计和施工时都必须高度重视。按照承载能力的大小及地形、地质条件的不同, 地锚的形式和构造可以是多种多样的。条件允许时, 还可以利用桥梁墩、台作锚锭, 这样能节约材料, 否则需设置专门的地锚。
2 拱肋 (箱) 吊运过程中的内力计算
2.1 吊点 (搁置点) 位置确定及吊运时内力计算
结合拱肋的截面形式和配筋情况以及在起吊、运输、安装过程中的受力状况, 综合考虑后, 来合理选择拱肋的吊点及移运搁置点位置。一般情况下拱肋采用两个吊点。而当拱肋分段较长或拱肋曲率较大时, 可采用4个吊点, 使拱肋受力更为均匀。在施工实践中, 常常根据以往的设计经验, 再结合施工条件, 先确定吊点 (或搁置点) 位置, 然后再计算内力, 进行强度验算。
2.2 边段拱肋悬挂的内力计算
当拱肋分三段预制时, 边段拱肋安装就位后需悬挂, 对此必须计算悬挂状况下的拱肋内力及扣索的拉力。至于采用更多段的施工, 可参考有关资料进行计算。边段拱肋悬挂时扣索的计算:边段拱肋悬挂后, 由于拱脚支承处尚未用混凝土封牢, 仍可视为铰接。边段拱肋悬挂时自重内力的计算:为了计算悬挂的边段拱肋由自重产生的内力, 可采用分段的计算方法, 这样就可确定内力最大的截面位置, 并按最大内力进行强度验算。
2.3 中段拱肋安装时的内力计算
由于起重索放松过程很慢, 在中段拱肋吊装合拢时, 往往在起重索部分受力的情况下, 接头与拱座逐渐顶紧成拱, 使拱肋受到轴向力作用。因此在设计时, 荷载可只按中肋自重的30%～50%计算, 尽管中段拱肋仍按简支于两边肋悬臂端部的梁来计算。中段拱肋安装内力计算后即可进行强度验算。在桥梁施工中有时为了满足吊运、搁置的要求, 也可在跨中区段增加配置若干适当长的钢筋。
摘要：结合作者多年工地实践经验, 以桥梁工程缆索吊装施工为研究核心, 详细阐述了缆索吊装设备的安装施工及拱肋 (箱) 吊运过程中的内力计算两个问题。
关键词：桥梁工程,缆索,吊装,施工技术
参考文献
[1]蒋传华.大型构件缆索吊装在槽楼大桥中的应用[J].山东水利, 2010, (11) .
[2]丁建江, 倪彤元.钢管混凝土系杆拱桥缆索吊装施工[J].浙江建筑, 2009, (5) .
[3]王海林, 刘宪福.双吊重缆索吊机主索计算方法探讨[J].石家庄铁道学院学报, 2010, (1) .
吊装索力计算 篇2
关键词：烟囱,吊耳,强度分析,吊装
石油化工装置朝着规模化、大型化发展,装置中的各类设备如塔设备、反应器等,也变得越来越重、越来越大。以往塔类设备质量大于五、六百吨和反应器质量大于七、八百吨的非常少见,几乎没有质量超过一千吨的。而现在反应器的质量超过一千吨的比比皆是,质量超过一千吨的塔类设备在很多项目中也有出现。与之前的被吊装设备相比,大尺寸、大重量设备吊装的安全性更加突出。吊具的强度、附加吊耳的强度、吊装工艺路线是否合理,都需要重新计算和研究分析,才能满足新设备的吊装需求。
国外对于石油化工装置中的塔设备、反应器等大型设备一般来说都是采用整体吊装,而设备上的附件安装都尽可能地在地面完成,包括附塔管道、电气仪表、防腐保温结构以及梯子、平台、栏杆等。国内对于大型塔类设备的吊装,近些年来也多采用整体吊装的方法。随着大吨位吊车的普及,逐渐以双机抬吊滑移法和三机抬吊滑移法的吊装工艺来替代桅杆吊装。采用吊车进行石油化工设备吊装作业应是最快捷、最方便的方法。
对于吊装结构和吊耳的验算,传统的方法是采用理论力学的计算公式,计算结构的平均应力,只要结构平均应力满足材料强度要求即可。目前,在多数油田的施工中,仍然采用手算的方法。随着大型三维设计软件和有限元软件的陆续应用,大型设备吊装强度分析的手工验算已被有限元计算取代,大型设备吊装模拟技术也在吊装领域的应用,极大地推动了大型容器吊装技术的进步。不但解决复杂结构的强度校核和大型异型设备的重心计算和吊点选择,而且对于现场的所有吊装空间狭小、高空交叉作业、厂房框架、原有设备、电缆、管道等障碍物等,也解决了大型容器吊装工艺路径选择困难等现实问题。本文将利用三维设计软件,建立吊装结构模型,并利用软件的有限元分析模块,对结构进行强度校核计算[1—5]。
本文针对实际吊装过程中的被吊装的烟囱,校核结构在被吊装过程中结构的稳定性和结构的强度。通过有限元分析计算,得到结构的稳定系数和应力分布,使结构的应力小于材料的许用强度,这样保证吊装的安全性,使结构分析结果可靠性在90%以上。
烟囱架是石油化工装置中的大型构筑物之一,塔架高度最高可以到110 m左右。它将Φ1 200 mm的排气筒扶直至120 m高空。使排放气体在120 m高度燃烧,以满足周围环境的卫生和安全需要。石油开采和加工工艺装置在正常生产、开停工和各种事故状态下,都要排放可燃性气体(习惯称为火炬气),火炬气通过管道、分液罐、水封罐等排向火炬进行燃烧排放,因此在石油开采现场和石油炼制工艺工厂,均安装有火炬塔。
1烟囱结构和尺寸
本文计算的烟囱由Q345-B材料制造,为低合金高强度结构钢,属于一般结构用钢,强度、韧性高于Q295钢,具有较好的塑性、焊接性能和冲击韧性,冷热加工性能及低、中温性能也很好,有良好的耐蚀性。可用于制造车辆、电站、建筑、矿井、船舶、桥梁和低压锅炉的冲压件、结构件和承重件及工作温度为-20～450℃的容器及其焊接件。
化学成份:碳C≤0.2;硅Si:≤0.55;锰Mn:1～1.6;硫S≤0.04;磷P:≤0.04;钒V0.02～0.15;铌Nb0.015～0.06;钛Ti:0.02～0.2。
抗拉强度σb:470～630 MPa;
屈服强度σs(MPa):(≤16寸):≥345 MPa;(>16～35寸):≥325 MPa;(>35～50寸):≥295 MPa;(>50～100寸):≥275 MPa;
伸长率δ5(%):≥21;
冲击功Akv(J):(20℃时):≥34。
本文要计算的烟囱总高度30.3 m,主体结构由3个小烟囱构成,小烟囱直径为Φ1 032 mm。中间由6个距离相等的圆柱体连接在一起进行固定。烟囱的外形如图1所示。该图是采用CATIA软件建立的三维模型。有限元计算分析将在此模型基础上进行计算分析。
2 有限元分析模型
在吊装烟囱时,实际施工过程中在塔顶和塔底同时起吊。塔顶采用履带吊车,塔底采用汽车吊车。在履带吊车吊装的位置,专门焊接了吊耳,而在汽车吊车吊起的位置,是采用钢丝绳直接捆绑在烟囱上,不焊接任何附加的起吊用零件。
烟囱开始是水平放置在地面,通过汽车吊和履带吊的共同作用,把烟囱立起,并最终安装到位。分析烟囱的起吊过程,最危险的位置有两个,一是烟囱完全水平状态时,此时,汽车吊和履带吊同时起作用。汽车吊和履带吊的钢丝绳按照与烟囱重心距离的反比承受烟囱的部分重量。在这种情况下,吊耳、钢丝绳上的载荷不大,但是烟囱本身由于水平放置,要承受重力产生的弯矩,烟囱塔中部弯矩大,需要对烟囱的强度进行校核。另一种情况是,烟囱直立状态时,烟囱的全部重量作用在上部的吊耳位置,由履带吊车吊起烟囱的全部重量。这时,吊耳以及吊耳附近的烟囱零件,载荷很大,需要对此位置进行校核。在本文中,我们对两种状态均进行了计算分析和校核。
在图2中,给出的是烟囱直立时的模型,在两个吊耳上分别有钢丝绳,他们承受烟囱的全部重量。对于第一种情形,本文未给出计算模型,和图2的差别是,把钢丝绳旋转了90°,但同时在烟囱底部增加一道钢丝绳,代表汽车吊车吊起的位置。
有限元的分析计算是在CATIA软件内进行的,采用软件自带的[创成式结构分析]工作台。网格划分未采用软件自动划分的参数,而是重新定义的网格参数,烟囱的总体网格尺寸为100 mm,对于吊耳局部位置,采用局部细化的网格,局部网格尺寸为10 mm。对于吊耳上的钢丝绳,也采用网格尺寸为10 mm。总体划分的网格如图3所示。图4给出的是一个吊耳位置的局部网格,可以明显地看到,吊耳上的网格比烟囱本体上的网格要细密。网格的具体划分方法见文献[6]。
在所有的计算分析中,只考虑了烟囱重量,而未考虑吊装过程中的风载荷、雪载荷等其它载荷作用。
3 计算结果及分析
3.1 水平位置状态时的计算结果
水平位置时,两端的钢丝绳垂直向上,钢丝绳上端固定,左侧(吊起烟囱上部)下端绕过吊耳;右侧(吊起烟囱下部)下端直接绕过烟囱最下端的环箍。结构只有烟囱的重力载荷。
计算的Von Mises应力如图5所示。结构整体应力水平很低,在1～2 MPa的量级,远低于材料的屈服强度值345 MPa,因此结构整体在吊装时处于水平状态是安全的。结构的最大Von Mises应力在烟囱左侧的吊耳上,最大应力值为86.4 MPa,也小于材料的屈服强度值,因此设计的吊耳在水平吊装位置是安全的,能够满足要求。
通过前面的分析知道,在烟囱结构处于水平状态时,两端吊装位置的力都不是最大的,主要是结构在重力作用下,烟囱会有向下的位移,若位移过大,结构在吊装过程中可能会产生失稳破坏。图7为烟囱在水平状态时的位移,中间部位位移最大,为1.63 mm,右端的位移为0.8 mm。结构位移很小,在这样的位移量级范围,结构是不会失稳的。因此烟囱整体在水平吊装状态是安全的。
3.2 竖直位置状态时的计算结果
竖直位置时,两端的钢丝绳垂直向上,钢丝绳上端固定,钢丝绳下端绕过烟囱的吊耳;烟囱下部无钢丝绳绕过。结构只有烟囱的重力载荷。
计算的Von Mises应力如图8所示。结构整体应力水平很低,仍然在1～2 MPa的量级,远低于材料的屈服强度值345 MPa,这也是很容易理解的,因为结构本身只承受重力载荷作用,没有其它的外载荷。结构整体在吊装时处于竖直状态是安全的。结构的最大Von Mises应力在烟囱上部的吊耳上,最大应力值为136 MPa,小于材料的屈服强度值,见图9。
在竖直位置时,烟囱不可能发生失稳破坏,因为结构不承受外压,只有重力载荷,且从上部吊起,对烟囱不会产生失稳的载荷,但还是计算了结构的位移,如图10所示。结构的最大位移值为3.71 mm,位于烟囱的最底部。
通过对烟囱在水平位置和竖直位置时的有限元分析,校核了烟囱在吊装时的应力强度和位移值。在水平位置时,结构完全能够满足材料的屈服强度要求,结构的位移也很小。在竖直位置时,吊耳上的应力也低于材料的屈服强度,所有位置的应力均低于材料的屈服强度,现有结构肯定满足强度要求。
参考文献
[1]王业洛.大型设备吊装管理浅析.中国高新技术企业,2010;(21):131—132
[2]刘芳平.起重机租赁业务的拓展—惠州1200万t/年炼油工程大型设备吊装“一体化”工程.今日工程机械,2010;(6):132—133
[3]韩文哲,杜军科,张玉红.荣钢100t转炉本体设备倒装方法.天津冶金,2010;(5):39—41
[4]李敬泽.沙特石化工程大型设备吊装施工组织管理与分析.工程技术,2010;(3):57—61
[5]杨洁.火力发电厂烟气脱硫装置安装工艺.安徽电力,2009;27(4):59—61
吊装索力计算 篇3
关键词：桅杆,揽风绳,线刚度
1 引言
在起重吊装工程实践中发现桅杆设计计算用的约束情况:计算长度系数不是偏小就是偏大。如按一段固定一端铰接约束, 则计算长度系数为0.7。如按两点铰接约束, 则计算长度系数为1.0。如按悬臂柱一端固定一端自由, 则计算长度系数为2.0。由于桅杆底部有一点的宽度长度, 对转动有约束作用, 应按固定端设定。桅杆顶部为揽风绳约束属于拉弹簧约束, 不能视为铰接和固接约束。需要根据实际进行演算分析确定。
2 按工程实例进行分析
如图1, 左缆风绳多根投影组合截面积A1=175.40×2mm2
右缆风绳多根投影组合截面积A2=128.87×2mm2
桅杆截面积A3=7841mm2, 桅杆高H=15000mm
左缆风绳水平投影长度L1=17500mm
右缆风绳水平投影长度L2=20300mm
钢的弹性模量E=210000N/mm2
钢丝绳的弹性模量Er=0.6·E
左缆风绳多根投影组合线刚度
K2:固定端无限大
查表得桅杆的计算长度系数β=1.83
则桅杆的计算长度Hj=Hβ, Hj=2.745×104mm
3 约束分析
(1) 传统的桅杆计算假设为:桅杆的两端是铰链约束。笔者在多年的桅杆起重机应用实践中发现。当桅杆失稳时, 杆的挠曲线最大位移处不在桅杆的中部。而是在桅杆的上部。这就说明了桅杆的底部不是铰链约束。桅杆的底部安装有起升绳导向滑轮。有水平起升绳通向卷扬机。在水平起升绳的反向有对应平衡固定绳。桅杆的底部有一定的截面积与地面全面的压力接触。工程实际表明桅杆的底部应是固定端约束。桅杆的顶部按铰链约束是不妥当的。铰链约束是可以转动但不能直线位移。可是桅杆的顶部揽风绳是弹性绳。桅杆顶部必然会发生水平位移的。此顶部约束为拉弹簧约束。
(2) 本计算推翻了传统的起重机桅杆计算长度系数1.0, 认为计算长度系数一定要大于1.0并小于2.0。桅杆的约束造成了这个区间:因为桅杆不是铰链约束, 所以计算长度系数要大于1.0的;因为桅杆不是悬臂柱固定端约束, 所以计算长度系数小于2.0。此例推算的计算长度系数为1.83, 是合乎道理的。
4 结语
我们通过工程实践看到桅杆失稳的实际位置在接近桅杆顶部附近区域, 与本文计算分析接近, 符合实际情况。
笔者从事起重工程40多年, 经常看到桅杆失稳的现象出现, 原因就是计算长度系数选择过小。因此修改调整桅杆计算长度系数的计算方法是必要的。
参考文献