不规则形状几何体的吊装 修.docx
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不规则形状几何体的吊装 修.docx
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不规则形状几何体的吊装修
高炉不规则形状几何体吊装的几个问题
王永文钟天伟
摘要
在高炉工程吊装施工中,不规则形状几何体的构件经常遇见,其构件有体积和重量大,尺寸较长和宽,形状且不规则的特点,如何在高炉结构吊装过程中高效快速、精准安全保质的情况下,能平稳的保证其设计角度顺利吊装就位完成,是必须解决的问题。
在现今起重机械快速发展和满足生产的基础上,高炉主体结构的工程建设也在往单元组合模块化施工发展,合理的进行高炉结构不规则形状构件的单元组合拼装以及高效构件整体分模块吊装,对高炉结构吊装施工有重要的借鉴和参考意义。
关键词
高炉结构构件不规则几何形体单元组合吊装
1.前言
在高炉主体结构施工中,其炉体下部框架由箱形柱、梁组成,上部框架的框架柱由十字形H型钢和工字钢组成,柱距一般为18m或以上尺寸,框架内有多层平台,框架横梁与框架柱相连接;炉顶刚架的刚架框柱为十字型柱,框架内也设有炉顶吊车梁和平台,炉顶南端部布置有悬臂式吊车梁,炉顶吊车梁、平台与炉顶刚架柱相连接。
上升、下降管及五通球节点的安装也均为不规则形体。
此类炉体框架及平台等构件若根据设计图纸构件的联接与定位关系,人为采取先进行对多个相关联构件(平台)组合成单元模块进行设计地面拼装,利用大型吊车优势再进行整体不规则形体的吊装,是完全能行之而高效的吊装方法。
经过分析,可以对高炉本体框架结构按炉体下部框架及平台、炉体上部框架分段与平台1/4区域分块、炉体上部框架及平台、上升下降管、球节点、行车悬挑框架三个大部分进行按构件分单元组合拼装与吊装。
也可以参考如下表列进行按不规则形体拼组成构件单元:
序号
组合单元
相关联构件及件数单元
1
下部门形横向刚架柱与框梁
炉体框架柱与主横梁、联接节点,共2组单元,
2
下部门形框架纵向框梁及侧平台
纵向框架主横梁、与梁联接侧平台,共2组单元,
3
上部炉体框分层、
4
…
2.工程背景实例
在水钢高炉工程吊装施工中,我们按照设计图纸进行了合理的构件组合单元地面组装、高空吊装,非常高效的完成了对不规则形体的吊装任务,提高了整个结构件的吊装效率。
以下以高炉炉体下部框架柱为不规则组合形体进行拼装吊装计算与分析。
2.不规则形状几何体的重心计算:
2.1基本原理:
平面内物体的重心计算:
如上图中所示:
为一平面内不规则几何物体在平面内坐标上的几何特性,该不规则物体共分4段,由于各段尺寸及中心点坐标如图标注所示(单位为mm)。
假设其每米的重量为100kg,现根据力学原理计算其几何重心点:
1该物体总重量:
∑G=G1+G2+G3+G4=5000+5000+3000+4000=17kN
2计算该物体相对坐标原点的力矩:
M1x=5×0.931=4.655kN.M,M2x=5×4.361=21.805kN.M
M3x=3×6.861=20.583kN.M,M4x=4×8.707=34.828kN.M
∑Mx=M1x+M2x+M3x+M4x=81.871N.M
3计算该物体重心:
X=∑Mx/∑G=81.871/17=4.816M
由以上计算出该不规则物体的重心在X=4.816m的线上。
对于空间不规则形状几何体也可由平面算法引申算出。
2.2拼装成不规则构件形体与计算吊点:
如下图所示,水钢4#高炉炉体下部框架为管柱支撑体系结构,在考虑了吊车性能、方便安装就位、吊装快捷、以及安全等因素后,决定对下部框架分在0°和180°两相对方向分别在地面按两个构件单元拼装后再吊装,然后只在高空对90°和270°两个方向框架梁补档安装,此方法既节省了工期又减少了高空作业。
计算其吊点。
以180°方向单片拼装吊装为例,拼装如下图所示:
为计算方便将各构件分别编号,其中3#为23.9米平台梁和框架一起拼装。
①重量计算:
由图可以看出A2为框架梁,A3为平台梁,其他各构件均沿梁中心对称,经计算各构件重量如下(计算过程略):
A1=28.708t,A2=10.344t,
A3=13.276t,A4=4.38t,A5=1.08t,A6=2.812t,A7=5.338t,A8=6.652t。
总重量为∑G=72.59t=725.9KN。
根据现场3000t.m塔吊吊车性能符合该拼装段吊装要求。
②计算各构件相对坐标原点的力矩:
上图1-1剖面图中,以柱底部为X轴,以柱底A8构件的中心作Y轴,再由2-2剖面图可以看出构件在Y轴上为中心对称构件,故此空间内的拼装构件的重心点只计算X轴上的点,Y轴取中心点即可。
上图中标注了各个构件重心点相对于坐标距离,力矩计算如下:
MA1=287.08KN×1.562m=448.4KN.m
MA2=103.44KN×3.123m=323KN.m
MA3=132.76KN×6.053m=803.6KN.m
MA4=43.8KN×3.123m=136.79KN.m
MA5=10.8KN×1.652m=17.84KN.m
MA6=28.12KN×3.123m=87.82KN.m
MA7=53.38KN×5.1m=272.24KN.m
MA8=66.52KN×0m=0KN.m
∑MA=448.4+323+803.6+136.79+17.84+87.82+272.24+0=2089.69KN.m
③该拼装构件的重心点:
X=∑MA/∑G=2089.69KN.m÷725.9KN=2.879m。
由此算出该拼装构件的重心点在X=2.879m的线上。
如下图所示:
④吊装点的选取:
由以上计算结果可知,该构件的吊装点,既要保证在Y轴方向上对称,还要保证在X=2.879m的线上。
根据现场钢丝绳实际长度,以及安全等因素考虑在满足以上条件的情况下选择吊点。
当然也有部分构件计算出的吊点在构件几何尺寸以外,这就需要根据实际情况加临时支撑或在技术问题上移动吊点使其在有利于构件安装的范围内。
3.构件吊点的验算:
(1)基本原理:
假设有一个焊接在梁上的吊耳,其下吊装的最大设计荷载为200KN.该吊耳为25mm厚的板,与梁焊接的长度为500mm,设计焊缝焊角尺寸为15mm.验算该吊耳的受力情况是否能满足使用要求。
(吊耳材质为Q235,焊缝等级为二级焊缝)
①:
吊耳抗拉、抗剪强度计算
A.吊耳的抗拉截面经分析知,A-A截面为最不利截面,因此,选择A-A截面计算抗拉强度
则:
σ=F/A
=F/A
=200000/[(500-80)×25]
=19.05MPa<〔f〕=205MPa
根据钢结构设计规范,Q235材质的钢在16-40mm厚范围内的抗拉,抗压和抗弯强度设计值为205MPa
计算结论:
抗拉强度符合要求。
B.因为该吊耳所受的力为正拉力,没有剪力作用于该吊耳,所以对于该吊耳的抗剪强度计算就不必验算。
②:
焊缝验算:
吊耳焊缝抗拉强度的计算,设计角焊缝宽度为b=15mm,依据:
σ=F/(Lw*he),则:
σ=F/2*Lw*0.7hf
=200000/2*(500-21)*0.7*15
=19.88MPa<〔fw〕=160MPa
根据钢结构设计规范,Q235材质的钢在16-40mm厚范围内二级角焊缝抗拉,抗压和抗剪强度设计值为160Mpa。
焊缝强度符合要求。
4.吊耳的强度验算
现在来对实际吊耳的强度进行验算。
我们已经知道拼装构件重量为:
G=725.9KN,根据构件的几何特性在其顶面梁上焊接2个吊耳吊装。
吊耳如下图所示:
①吊耳抗拉、抗剪强度计算
A.吊耳的抗拉截面经分析知,1-1截面为最不利截面,因此,选择1-1截面计算抗拉强度,考虑安全系数,吊耳的最大拉力以构件重量的一半为F.
则:
σ=F/A
=F/A
=362950/[(300-60)×30]
=50.41MPa<〔f〕=205MPa
根据钢结构设计规范,Q235材质的钢在16-40mm厚范围内的抗拉,抗压和抗弯强度设计值为205Mpa。
抗拉强度符合要求。
B.构件在从地面缓缓被吊起的同时,剪应力是随时变化的,随着构件重心的提升,吊耳的受力也在增大,吊耳的拉应力和剪应力随构件重心的提升增大和减小。
吊耳的抗拉截面经分析知,2-2截面为最不利截面,因此,选择2-2截面计算抗剪强度,同样考虑安全系数,吊耳的最大剪力以构件重量的一半为F.
则:
σ=F/A
=F/A
=362950/[(250-60)×30]
=63.68MPa<〔fv〕=120MPa
根据钢结构设计规范,Q235材质的钢在16-40mm厚范围内的抗剪强度设计值为120Mpa。
结论:
抗剪强度符合要求。
②:
焊缝验算:
A:
吊耳焊缝抗拉强度的计算,设计角焊缝宽度为b=25mm,焊缝等级为二级角焊缝。
依据:
σ=F/(Lw*he),
则:
σ=F/2*Lw*0.7hf
=362950/2*(300-35)*0.7*25
=39.13MPa<〔fw〕=160MPa
根据钢结构设计规范,Q235材质的钢在16-40mm厚范围内二级角焊缝抗拉,抗压和抗剪强度设计值为160Mpa。
经计算焊缝抗拉强度符合要求。
B:
吊耳焊缝抗剪强度的计算,设计角焊缝宽度为b=25mm,焊缝等级为二级角焊缝。
依据:
t=F/(Lw*he),
则:
t=F/2*Lw*0.7hf
=362950/2*(300-35)*0.7*25
=39.13MPa<〔fw〕=160MPa
根据钢结构设计规范,Q235材质的钢在16-40mm厚范围内二级角焊缝抗拉,抗压和抗剪强度设计值为160MPa
焊缝抗剪强度符合要求。
在上述验算中我们取的力均为大值,这样在安全系数上有了保证。
5.结论
本文提出对高炉主体结构工程对构件进行人为的按不规则形体进行相关联之间构件组合成单元模块式拼装与吊装的方法概念,进行了初步的高炉部分结构件的单元模块组合,并在论文中主要讲述了不规则形状几何体吊装前的重心计算以及吊耳的强度验算的几个问题。
之所以专门在这里陈述,是因为就目前钢结构安装行业来讲,不规则形状的构件吊装将会越来越多,而在技术和信息高速发展的今天,我们还有很大一部分构件在吊装时用的是单价土办法,在如今效率要求越来越高,施工机械化越来越普遍的时候,对于施工的安全,技术和质量要求更加严谨。
不规则形状几何体构件的吊装在工程建设中也往往是大,重型构件,采取怎样的方法排除安全隐患,节省成本,提高效益。
这就要求吊装前的准备工作必须充分。
构件吊装平稳,精度高,速度快,对于不规则形状几何体的吊装方法在工程建设上仍然意义深远。
【参考文献】:
[1]中国建筑科学研究院.型钢混凝土组合结构技术规程(JGJ138-2001)[S].北京:
中国建筑工业出版社,2002.
[2]中冶集团建筑研究总院.钢骨混凝土结构技术规程(YB9082-2006)[S].北京:
冶金工业出版社,2008.
[3]中国建筑标准设计研究院.型钢混凝土组合结构构造(04SG523)[S].
[4]钢结构制作安装手册.建筑工业出版社.
附示例图片:
(水钢4#高炉炉体下部框架吊装)
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- 不规则形状几何体的吊装 不规则 形状 几何体 吊装