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1、大型塔设备整体吊装时裙座底端强度校核关键字：塔设备塔设备的安装方法有分段吊装和整体吊装两类。分段吊装对抱杆的要求较低，但增加了现场高空作业的工作量。整体吊装用抱杆将 设备一次起吊并安装就位。通常采用整体吊装法。整体吊装法又可分为单杆及双杆整体吊装，较大型的塔一般采用后者。而双杆整 体吊装又有双杆整体滑移吊装、双杆整体递夺吊装以及联合整体吊装之分。对于载荷、高度和直径等都很大的塔设备，应采用双杆 整体滑移吊装法1），其吊装情况如图1。图1 双杆整体沿移吊装匚徒部文承 4雀体 前部支承4-搀杆用双杆整体滑移吊装时，在起吊的一瞬间，应对吊点处塔体断面的切应力和弯曲应力进行校核，详见文献1）。塔设备在
2、起吊的 瞬间,裙座底端受到较大的作用力，从而使裙座底端轴向截面处产生了弯曲应力。因此，在最大弯矩截面处应将其最大应力控制在许可 范围内，否则有可能使该部位产生较大的不可恢复变形，严重者将使塔设备无法就位安装。因此，对起吊瞬间裙座底端的最大应力进行 强度校核，是一个值得研究的问题,笔者对其进行了分析与研究。1起吊瞬间裙座底端强度校核 1.1建立力学模型裙座底端由底板、盖板以及部分裙座筒体组成，见图2。较大的塔设备，其盖板应为整体式圆环板，不宜采用分块式 结构。当盖板采用整体式圆环板时，其位于盖板和底板之间的部分可作为裙座筒体的一部分;但当盖板采用分块式时,则不可计入裙 座筒体部分。由于筋板是分散
3、的和有限的，因此在考虑起吊瞬间裙座底端的受力时，可忽略筋板的作用。还有，环板或底板因螺孔对强 度的削弱亦可忽略不计。起吊瞬间作用于裙座底端的力如图2所示。Q为塔的其它部分的作用剪力,W为底端部分的重力,p为地面 反作用力，显然Q+W=p。由于截面高度与裙座半径的比值较小，故可将其视为如图3a的一个圆环，裙座底端的应力就可以简化为圆 环承受一对集中压力作用下的应力来分析。图2裙座底端结麹部分分膜筒体2-& ft 匚筋板 4.底救1.2计算最大应力圆环的几何形状和受力的对称性,使其变形和内力也是对称的。现将圆盘分成两部分(图3b),利用内力的对称性以及力平衡方程，则可 求得作用于圆环截面上的力N0
4、=p/2,剪力Q0=0。但弯矩M0(多余约束力矩)不能由平衡条件求出，因而为一次静不定系统，见图3c。 基本静定系如图3d。以Alp表示基本静定系在p/2作用下m-n截面在M0方向上的转角,611表示在单位力偶矩M0作用下截面m-n 在M0方向上的转角，如图3d,则在p/2和M0的共同作用下,mn截面的转角应为：A1=611M0+A1p(1)根据圆环变形对水平直径对称的要求,mn截面不应转动，即A1应为0,于是有：611M0+A1p=0(2)求出611及A1p，就可求出M0,由图3d有：M=-pa2(1-cos)(3)由图3d,单位力偶矩在截面上引起的弯矩为：M0=1 故 A1p=Jn/20M
5、M0aEIdw=-pa22EI(兀2-1)(5)611=Jn/20M0M0aEIdw=na2EI(6)式中:a为圆环中性层曲率半径,E为材料弹性模量,I为截面对中性轴惯性矩。将 A1p 及 611 代入式(2),得：兀a2EIM0+pa22EI(1-兀2)=0(7)图3回环受力分析故：M0=pa(12-1兀)(8)在p/2和M0的共同作用下(图3c),任意截面上的弯矩:Mw=-pa2(1-cosw)+Ra(12-1兀)=pa(cos2-1兀)(9)当中=兀2时,M 的绝对值最大，即为pa/兀。由于圆环截面的高度远小于中性层曲率半径,故截面高度正应力按线性规律分布，且中性轴必然通过截面形心2)，
6、其最大弯矩截面 处的最大应力为：omax=Mmax/W=panW(10)式中：W为抗弯截面模量。1.3强度校核起吊瞬间裙座底端受力状态,按前述讨论可视为圆环承受一对大小相等、方向相反的压力p,因此,裙座底端轴向截面最 大应力可用式(10)计算。a为截面形心的中性轴与裙座轴线的距离，如图4。令I表示截面对中性轴的惯性矩,e表示离中性轴的最大 距离,则该截面抗弯截面模量为：W=I/e(11)480图4褚座底端结构截俪冶意图于是式(10)又可表为：omax=pae兀I(12)起吊瞬间裙座底端轴向截面上的应力最大，因此控制omax不大于材料的常温屈服点os即可保证安全，亦即omaxos时，裙座底端应进
7、行加强。1.4示例图4为某乙烯工程丙烯精馏塔裙座底端的结构截面形状，图中尺寸单位为mm。由计算得出起吊瞬间地面的支承力p为 9.2X105N,材料参数按Q235-A计算(实际裙座筒体材料为16MnR，其余为Q235-A)，强度校核计算步骤如下。1 由几何尺寸算得截面积 A=A1+A2+A3=41938mm22 形心位置座标 ee1=(20280x195+15408x122+6250x265)/41938=179,mm因此 e2=390-179=211,mme=maxe1,e2=211mm3 惯性矩 I 由 I1=52x3903/12+(195-179)2x20280=2.62x108,mm4同
8、样可算得:I2=0.52x108mm4I3=0.79x108mm4由此 I=I1+I2+I3=3.93x108mm44 抗弯截面模量 WW=Ie=1.86x106mm35 最大应力omax=pa nW=9.2x105x240b10-3 兀*1.86x10-3=278.2,MPa根据文献3)，材料Q235-A的cs=235MPa，所以cmaxas，不能满足强度校核条件，裙座底端需进行加强。2加强措施及稳定校核2.1加强措施当裙座底端需要进行加强时,多采用十字形加强件，置于裙座筒体内并紧贴底板上方，见图5a。材料用型钢或管件均可, 也有采用三角形加强件的。笔者仅对十字形加强件的稳定计算进行讨论。2
9、.2稳定计算所用的十字形加强件,必须使支撑件与塔体吊耳成90方向布置,目的在于保证起吊瞬间使其中一个加强件处在与地 面垂直的位置上，计算时视加强件承受全部压力p,且上下两端作固定约束处理。加强件长度L与筒体内径相等,这种加强件的稳定计 算可看成是长度为L,两端为固定约束的压杆稳定计算，如图5b。现以一算例说明。仍以前例来看,对采用45a工字钢的十字形加强 件，巳知L=4652mm,长度系数四=0.5，材料Q235-A，弹性模量E=192x103MPa，比例极限op=200MPa,屈服点os=235MPa，截面最小惯性 半径i=28.9mm，截面积A=10200mm2。现对其进行稳定计算：图5
10、卜字形加强件及压曼力花耄图1由文献2)，并代入有关数据,则柔度X=gLi=802柔度极限入1=兀2Eop=973临界应力由于 心1，故临界应力。临不能用欧拉公式计算,而应采用抛物线公式2)，即。临=os1-0.43Q/k)2)XXc式中:k=兀2E0.57s=118,显然满足心c的条件。代入上式,可得临界应力。临=188.6MPa。4许用应力计算许用应力。)时,引入一个系数K,参照国外公司的推荐公式并代入有关数据，有 K=32+23(从c)2=1.81许用应力W)=。临/K=104.2MPa5强度校核实际应力o=p/A=90.2MPa，显然。)，因此,45a工字钢作加强件,满足强度校核条件。3结语对国内某乙烯工程的大型塔设备的吊装，应用本文介绍的方法进行了计算，实践证明该方法是安全可靠的。
