電力建設(shè)吊裝中吊耳計(jì)算分析及對(duì)策

王永新，劉國(guó)生，韓吉超，侯清濤，李鵬舉WANG Yong-xin, LIU Guo-sheng, HAN Ji-chao, HOU Qing-tao, LI Peng-ju（山東電力建設(shè)第一工程公司，山東 濟(jì)南 250131）

電力建設(shè)吊裝中吊耳計(jì)算分析及對(duì)策

王永新，劉國(guó)生，韓吉超，侯清濤，李鵬舉
WANG Yong-xin, LIU Guo-sheng, HAN Ji-chao, HOU Qing-tao, LI Peng-ju
（山東電力建設(shè)第一工程公司，山東 濟(jì)南 250131）

[摘 要]通過對(duì)電力建設(shè)吊耳計(jì)算的方法及現(xiàn)狀進(jìn)行分析，找出產(chǎn)生問題的根本原因，并詳細(xì)對(duì)比和分析與水利、交通和化工行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)異同，指出解決問題的途徑。

[關(guān)鍵詞]電力建設(shè)；吊裝；吊耳；計(jì)算

1 概 述

在電力建設(shè)施工過程中，起重吊裝是最為常見的特種作業(yè)，直接關(guān)系到人身、設(shè)備和機(jī)械的安全。如何順利實(shí)施起吊方案，在很大程度上與吊耳有直接的關(guān)系，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)設(shè)備及部件在工廠制造完畢后均已配置好吊耳，但由于種種原因，某些設(shè)備卻沒有考慮，因此施工單位必須在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)需要自行設(shè)置吊耳，以便進(jìn)行吊裝；另外，部分鋼結(jié)構(gòu)件、砼預(yù)制構(gòu)件及自制的吊裝工具，如起吊扁擔(dān)、扒桿等，都需要對(duì)設(shè)計(jì)制作吊耳。盡管吊耳的重要性已人所共知，并從管理上建立了完善的規(guī)章制度，但是，由于在吊耳計(jì)算的方法上存在誤區(qū)，從源頭上造成了目前的混亂局面。本文針對(duì)此現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并對(duì)計(jì)算方法及對(duì)策進(jìn)行探討。

2 現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 現(xiàn) 狀

目前，電力建設(shè)行業(yè)吊耳通行的計(jì)算方法如下所述，包括正應(yīng)力計(jì)算、剪應(yīng)力計(jì)算、焊接計(jì)算及擠壓計(jì)算等方面。

2.1.1 正應(yīng)力計(jì)算

如圖1所示，正應(yīng)力的最不利位置在a-b斷面

圖1　 吊耳計(jì)算簡(jiǎn)圖一

式中 n——安全系數(shù)；

P——吊耳荷載；

Fmin——a-b截面的截面積；

[σ]——許用正應(yīng)力。

2.1.2 剪應(yīng)力計(jì)算

如圖1所示，剪應(yīng)力最不利位置在c-d斷面。

式中 Amin——c-d截面的截面積；

為了增加板式吊耳的承載能力，可根據(jù)需要在耳孔處兩邊貼加強(qiáng)板。

焊縫及擠壓計(jì)算等在此省略。

2.2 存在的問題

1）這些計(jì)算公式是基本公式，盡管參數(shù)很少，計(jì)算簡(jiǎn)單，但是取值大小卻是五花八門，僅憑個(gè)人感覺和經(jīng)驗(yàn)，隨意性很大：例如式（1）中安全系數(shù)n，有的無此項(xiàng)，即相當(dāng)于取1，有的稱之為動(dòng)載系數(shù)，取1.1～1.5不等，有的取2～3，甚至有的取5；許用正應(yīng)力[σ]以Q235為例，有的取100MPa，有的根據(jù)某些教材范例取150MPa 或160MPa，還有的按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》取設(shè)計(jì)值215MPa，更有直接取屈服強(qiáng)度235MPa，另外有的不根據(jù)鋼板的厚度分組取值，無論厚薄都取定值，如此等等，不一而足，其計(jì)算結(jié)果之多，差異之大可想而知，造成這種局面的根本原因是，至今沒有頒布相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或者電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)可參考，令技術(shù)人員無所適從。

2）上述公式實(shí)際上是簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)公式，而不能反映吊耳的真實(shí)受力情況，正因?yàn)榈醵芰Φ膹?fù)雜性，迄今為止，包括國(guó)內(nèi)外著名的專家學(xué)者在內(nèi)，多年來都進(jìn)行了大量深入研究，在此不一一贅述，但是因?yàn)樯杏泻芏嚓P(guān)鍵性技術(shù)問題未解決，如銷軸拉板之間的壓力分布規(guī)律等，存在很多爭(zhēng)議，至今仍無定論，因此造成國(guó)內(nèi)仍然沒有標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算方法和強(qiáng)度校核準(zhǔn)則的局面。

3）上述經(jīng)驗(yàn)公式是多年來包括電力在內(nèi)的石油、化工、交通等各個(gè)工程建設(shè)行業(yè)的吊裝人員，根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，發(fā)揮自身的聰明才智總結(jié)出來的，其算法雖不準(zhǔn)確，有一定誤差，但具有簡(jiǎn)單實(shí)用的特點(diǎn)，因?yàn)楦鶕?jù)我國(guó)的基本國(guó)情，由于現(xiàn)場(chǎng)吊裝有關(guān)人員水平參差不齊，要求都全面掌握設(shè)計(jì)計(jì)算方法顯然是不現(xiàn)實(shí)的。因經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式十分簡(jiǎn)單，易于理解掌握，能夠指導(dǎo)有關(guān)人員快速對(duì)吊耳進(jìn)行粗略估算，對(duì)吊裝的順利實(shí)施發(fā)揮了巨大的作用，這也是多年來在電力建設(shè)行業(yè)至今仍持久保持長(zhǎng)盛不衰的原因。

4）為了規(guī)范和加強(qiáng)吊耳的管理，針對(duì)吊耳管理的混亂現(xiàn)象，一些企業(yè)如造船、電力建設(shè)等單位專門制定了吊耳的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)自身特點(diǎn)，把常用的吊耳按照型式與規(guī)格都逐一進(jìn)行計(jì)算，并繪制出詳細(xì)制造圖，列表后供選擇，這樣可供一線人員根據(jù)需要選擇，使用極為方便。

3 其他行業(yè)吊耳計(jì)算相關(guān)情況

盡管無吊耳計(jì)算的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)可參考，但是目前與之相關(guān)的有水利、交通和化工三個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，雖然行業(yè)不同，使用場(chǎng)合、方式和習(xí)慣等有所差異，但彼此都有相通之處，電力行業(yè)也可參考借鑒。

3.1 《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》

《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL74－2013）（以下簡(jiǎn)稱水利標(biāo)準(zhǔn)）附錄M部分給出的吊耳孔壁承壓應(yīng)力和拉應(yīng)力驗(yàn)算公式如下

此公式即為著名的拉曼公式（也譯作拉麥公式）。

在使用公式時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)做了如下規(guī)定。

1）吊耳上的荷載，應(yīng)按照乘以1.1～1.2的超載系數(shù)計(jì)算。

2）對(duì)吊耳的寬度、厚度與吊耳孔直徑的關(guān)系做了具體的規(guī)定（圖2）。

圖2　 吊耳計(jì)算簡(jiǎn)圖二

3）對(duì)于Q235，孔壁承壓容許應(yīng)力[σcj]＝80MPa,孔壁抗拉容許應(yīng)力[σk]＝115MPa。

3.2 《港口工程樁基規(guī)范》

《港口工程樁基規(guī)范》（JTS 167-4-2012）（以下簡(jiǎn)稱交通標(biāo)準(zhǔn)）給出的計(jì)算公式如下

式（5）及（6）實(shí)際上也是拉曼公式的不同表達(dá)方式，但是交通標(biāo)準(zhǔn)沒有照搬照抄水利標(biāo)準(zhǔn)，而是根據(jù)自身行業(yè)特點(diǎn)選擇取值大小。

1）水利標(biāo)準(zhǔn)荷載P僅乘以1.1～1.2的超載系數(shù)k，而交通標(biāo)準(zhǔn)需同時(shí)乘以兩個(gè)系數(shù)，即動(dòng)力系數(shù)α：（預(yù)制混凝土樁）在起吊和水平吊運(yùn)時(shí)α宜取1.3，吊立過程中α宜取1.1，以及荷載分項(xiàng)系數(shù)γg，取1.35；

2）對(duì)于Q235，局部承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fcj＝125MPa,受拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ftj＝145MPa。與水利標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比后可以看出，交通標(biāo)準(zhǔn)盡管荷載的系數(shù)有所增大，但是強(qiáng)度設(shè)計(jì)值亦隨之提高，雖然計(jì)算結(jié)果有所差異，但總的來說差別不大。

3）無論水利標(biāo)準(zhǔn)還是交通標(biāo)準(zhǔn)，在運(yùn)用拉曼公式中還有嚴(yán)格的條件限制：△=dd1≤0.02d，（式中d為軸孔即吊耳孔內(nèi)徑，d1為吊軸直徑），即吊耳的孔與軸盡可能全面接觸。因吊耳和吊軸均為設(shè)備所配零部件，在制造上能夠保證△≤0.02d，但是電力行業(yè)常用的吊耳吊裝大多使用卸扣，大小不一，△值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了0.02d，從而制約了公式的使用，因此在引用拉曼公式時(shí)，應(yīng)對(duì)計(jì)算結(jié)果酌情考慮。

3.3 《化工設(shè)備吊耳及工程技術(shù)要求》

《化工設(shè)備吊耳及工程技術(shù)要求》（HG/T 21574-2008）（以下簡(jiǎn)稱化工標(biāo)準(zhǔn)）附錄中介紹了其中一種側(cè)壁板式吊耳（SP型）的計(jì)算方法，與電力建設(shè)行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用吊耳相類似（圖3）?；?biāo)準(zhǔn)最大的優(yōu)點(diǎn)是把常見的設(shè)備吊耳根據(jù)行業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行分門別類，可根據(jù)規(guī)格型號(hào)直接選用，這樣使得對(duì)現(xiàn)場(chǎng)吊裝人員的要求盡可能地降低。

吊耳A-A截面拉應(yīng)力

圖3　 吊耳計(jì)算簡(jiǎn)圖三

吊耳板B-B截面剪應(yīng)力

從（7）式和（8）式可以看出，如果不考慮加強(qiáng)貼板，和前述（1）式和（2）式是一致的。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定該系列中的所有吊耳本身都統(tǒng)一按1.65的綜合影響系數(shù)（即安全系數(shù)）進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)。

該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)吊耳本身的強(qiáng)度全部按Q235A考慮，并根據(jù)不同厚度的板材的屈服極限，取1.6的安全系數(shù)來確定吊耳的許用拉應(yīng)力[σ]，例如常用厚度大于16～40mm：屈服強(qiáng)度225MPa，則許用拉應(yīng)力[σ]為140.6MPa，許用剪應(yīng)力[τ]= 0.6[σ]=84.4MPa。

3.4 三行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法比較

1）均采用了傳統(tǒng)的許用應(yīng)力法，而不是極限狀態(tài)法，簡(jiǎn)單實(shí)用。

2）均根據(jù)簡(jiǎn)單的拉伸強(qiáng)度計(jì)算：σ=nP/ F≤[σ]，易于使廣大不同階層人員理解和記憶。

3）安全系數(shù)和許用應(yīng)力均有不同，這是根據(jù)行業(yè)自身的特點(diǎn)，并總結(jié)多年的經(jīng)驗(yàn)而得出的，具有鮮明的行業(yè)特色。

4）擯棄了吊耳計(jì)算理論中晦澀難懂的深?yuàn)W公式，而使用經(jīng)驗(yàn)公式，注重實(shí)際結(jié)果，而不是偏重理論研究，達(dá)到了簡(jiǎn)捷實(shí)用的目的。

5）水利標(biāo)準(zhǔn)和交通標(biāo)準(zhǔn)因采用了拉曼公式，要求孔軸間隙△值很小，使得在電力建設(shè)中受到很多的局限，但化工標(biāo)準(zhǔn)卻無此限制，因與電力行業(yè)使用條件相近，因此值得推薦。

但是，在引進(jìn)化工標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，應(yīng)注意電力建設(shè)與化工行業(yè)的差異性，例如綜合影響系數(shù)一概均取1.65，以及許用應(yīng)力的安全系數(shù)取1.6等，這種取值是否適合電力行業(yè)的特點(diǎn)，建議做進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 語(yǔ)

吊裝是電力建設(shè)的主要任務(wù)之一，盡管吊耳的重量微不足道，但設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)于吊裝的重要性不言而喻，因此，面對(duì)現(xiàn)今電力行業(yè)吊耳計(jì)算無序的狀態(tài)，亟待整頓和規(guī)范，建議借鑒化工等行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合電力建設(shè)的特點(diǎn)，盡快組織編制相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以使吊耳的計(jì)算有標(biāo)準(zhǔn)可支持，真正做到有規(guī)可依、有據(jù)可查，確保吊裝工作的安全、穩(wěn)妥。

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（編輯 賈澤輝）

［中圖分類號(hào)］TH21

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1001-1366（2015）02-0082-04

［收稿日期］2014-12-18

Shacklecalculation analysis and countermeasures of electric power construction hoisting