柔性杆件多点吊装技术应用

柔性杆件多点吊装技术应用

徐广江, ,朱俊青

上海电气电站工程公司，上海市 201100

摘要

本文阐述了较长柔性杆件由水平状态扳起至垂直状态的杆件弯矩计算、强度校核过程，论证了多点起吊中吊点位置与屈服强度的关系，分析了杆件吊点的设置区间从而保证了杆件的安全性，探讨了此种技术在电力建设锅炉安装过程中的广泛应用。

关键词：柔性；多点吊装；技术应用

在火力发电厂建设过程中起重技术的应用是很广泛的，譬如锅炉板梁吊装、锅炉汽包吊装、发电机定子吊装等等。成熟的起重技术对火力发电厂的建设是十分重要的，其涉及到设备的安全性、起重机械的安全性。本文阐述了较长的柔性杆件在金属材料许用应力范围内安全起吊的吊点位置选择方法，论证了多点吊起时吊点位置与材料本身屈服强度的关系，简化了复杂的计算过程，在工程建设过程中具有很强的实用性。

1  柔性杆件特征

在杆件材料力学分析设计中，如完全按照材料的实际状态进行精确地力学分析是非常复杂且难以做到的，结合工程实际应用也是没有必要的。因而，在各类杆杆的力学研究时将实际结构抽象和简化，略去次要因素，突出主要特点，从而简化为理解模型进行受力分析。

本文的柔性杆件是指将具有一定强度、具有一定弹性和刚度的质量均匀分步杆件。本文对柔性杆件进行强度计算和力学分析时，简化为一个只受自身重量或者只受均匀分步的静荷载（统称恒荷载）作用的杆件，在杆件的长度方面，如按两点吊起时杆件的剪力超出其本身的许用剪力值，选择多点吊装方式方可保证杆件不会发生塑性变形。以下分析柔性杆件延长度方向三点吊起时强度计算与校核，并采用creo软件进行验证。

2  柔性杆件受力分析

在实际应用中，主力机械吊点位置一般都选择在杆件的端部，如果选择在端部以下位置时，吊点距离端部长度不长于亦可以按此方法分析。下面以吊点在杆件端部位置情况进行简化分析，杆件简化受力分析图（图一），即简化为连续梁受力分析。图一：

3  三点吊起强度计算

根据以上的受力分析情况，下面对柔性杆件的三点吊装吊点位置和杆件的强度进行计算。

根据连续梁三弯矩方程有: 为杆件控制弯矩，由杆件本身决定的。

  （1）

控制条件为：

（2）

其中：

（3）

将（2）、（3）代入（1），并令得：

则：  (4)  式中x1、x2为吊点两个位置

令：

将其代入(4)式中，得：

（5）

式（4）中根号内为零时，则：

此时只有一个吊点位置满足三点吊装，杆件长度达到三点位置的极限长度。即解之得：，表明杆件时,即可采用三点吊装。同时两点吊装的极限状态为。即当时采用三点吊装。

1-1断面弯矩，令，为B点的任意弯矩，将

代入式（1）得：(6)

求得A点反力，取最大弯矩处剪力为零时得：

则  （7）

令 ，解式（7）得：

（8）

（9）

4  三点位置关系曲线绘制

根据上述计算和分析可知：采用三点吊装方式的关键条件，即当时，可以选用两点吊装方式；当时必须选择其它的吊装方式，如四点吊装或者采用加固框架形式，方可保证杆件不发生塑性变形。因此，吊点C的位置决定了杆件的最大长度；同时，只要确定杆件吊点C就亦可以确定吊点B的位置，即K1、K2、K3三者之间的关系。

从上述计算中的公式（5）和公式（8）绘出K1、K2、K3曲线如下图：

5  技术应用实例

柔性杆件吊起和扳立技术在电力建设工程项目中应用广泛。例如，建筑钢筋吊装就位、轨道梁吊装、锅炉管道吊装、锅炉水冷壁管屏吊装等。

下面以某热力发电厂建设项目锅炉水冷壁组合件吊装为例，对具体应用做以详细介绍。水冷壁吊装方式为：将两段水冷壁管屏地面组合后，采用两台吊车进行扳立至垂直状态，再由主力吊车将组件吊装至就位位置。组合件吊起时将柔性物件简化为三点起吊的柔性杆件进行强度计算，实际工作中在宽度方向增加吊点，即六点。

实例：

水冷壁管子规格φ63.5×7；内侧设置辅射再热器的管子规格φ50×4，组件长度为21000mm。依据简化为理想模块的原则对吊点位置进行确定和强度校核。

已知：两段水冷壁组合件总长L=21000mm；水冷壁与辅射再热器的总质量G=35875kg；水冷壁管子总数量N水=85根；再热器管子总数量N再=85根；管水：φ63.5×7；管再：φ50×4；

    绘制受力分析及弯矩图：

  计算得出自重均布荷载

     则，根据图三所示，因4.25在3.825～4.5区间内，故属三点吊装范围,由曲线图得：，在K1与K3间任取Ki得出第三点位置：

由此:将代入(6)，得：

即此时，说明选择的吊点位置可行。

注：在本文中组件的宽度方向受力分析和弯矩计算未进行讨论，在实际应用中须另行计算与校核。

利用计算机有限元分析强度校核和验证：

使用creo软件建立等效的水冷壁组件模型，为减小圣维南原理带来的局部应力集中的影响，管道上布置三个吊点支座，然后使用creo simulate组件划分网格进行有限元分析。

材料选用默认的steel材料，施加重力速度G，在吊点支座上设置约束，分析结果如下：

可见，最大应力产生在支吊点附近，约40-70Mpa，与上述计算结果在误差容许范围内。锅炉水冷壁常用材料SA210-A1的屈服强度≥255MPa ，采用以上吊点位置选择，最大应力小于材料屈服强度，证明吊点位置可行。

6  柔性杆件多点吊装工艺优点及实用范围

柔性杆件的扳立和吊装危险性较大，技术措施采取不当会使设备受到不同程度的损坏或者变形，造成很大的经济损失。在实际工作中柔性杆件扳立和吊装有多种方法，有采用制作扳起框架方式的，有采用多台起重机械抬吊方式的。采用扳起框架方式较为多见，弊病是措施用料多、组件整体重量增加、机械配置较高、经济投入较大、施工工期相对较长，优点是安全性能较好，对设备和施工人员不会造成危害；采用多台起重机械抬吊方式，需要的机械费用较大，施工场地要足够大，焊接于设备上的临时吊耳很多，总体效率较差，吊装机械同步性难于保证，对设备和施工人员方面存在诸多危险因素。

柔性杆件多点吊装工艺一般采用两台吊车配合进行扳立，吊装采用一台主力吊车，具体优点如下：

1）杆件长度与材料本体的抗弯强度关系较为清晰，只要按着上述的计算过程进行强度校核，就可确定能否采用此种吊装工艺；

2）多点吊装工艺节省了大量的材料，改变了以往的框架式吊装方式，只增加一个（或一对）吊点，而且保证了杆件本身的弹性变形在允许范围内，具有较高经济性；

3）吊点设置时可以通过K1、K2、K3间的关系自由选定，避开了无法进行设置吊点的位置，相对位置之间可以调整，只要满足即可，可操作性强；

4）电力建设工程施工过程中，锅炉管道组合件扳立吊装、锅炉水冷壁管屏组件吊装和对流管束组合件吊装、建筑工程钢筋对接后吊装、较长管道组合件安装均可采用柔性杆件多点吊装工艺。

柔性杆件多点吊装工艺适用于均匀柔性杆件只受恒荷载的情况，对于刚度较大、材料脆性较强的杆件须采用其它的计算和吊装方式。

结束语

在电力建设安装过程中，为提高建设安装效率，设备进厂后组对成为较长的组件后进行整体吊装方式是目前最普遍的施工工艺。该工艺在确保设备和人身安全的前提下，省材、省时、易实施，具有很强的经济性，对火力发电厂的建设有着一定的实效性。在我工程公司从事的各个项目建设中，已经得到了广泛应用，取得了非常高的经济效益。

参考文献：

［1］殷雅俊、范钦珊.材料力学[M].高等教育出版社,1999.

［2］李维钺.中外钢铁材料力学性能速查手册[M].机械工业出版社,2006.

［3］上海锅炉有限责任公司.锅炉水冷壁安装图纸[DB/OL].上海,2004.