大型設(shè)備吊裝的承載計(jì)算及平衡梁校核

[摘 要]大型設(shè)備的吊裝，具有高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、專業(yè)性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此，如何有效控制設(shè)備吊裝的質(zhì)量，規(guī)避大型設(shè)備吊裝風(fēng)險(xiǎn)，保證大型設(shè)備吊裝的順利進(jìn)行是化工項(xiàng)目施工的重點(diǎn)。這就要求在設(shè)備吊裝之前，必須進(jìn)行吊車的選型、吊裝承載計(jì)算、場(chǎng)地的處理等。本文以一工程為例，淺談一下大型設(shè)備吊裝的承載計(jì)算及平衡梁校核。

[關(guān)鍵詞]大型設(shè)備 吊裝 計(jì)算 平衡梁

中圖分類號(hào)：F285 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）19-0088-02

1 前言

近年來(lái)，化工設(shè)備的大型化發(fā)展、工廠化預(yù)制和模塊化安裝是化工設(shè)備安裝的主流，并且，隨著吊車技術(shù)的發(fā)展，大型設(shè)備的吊裝越來(lái)越多地采用大型吊車進(jìn)行吊裝。大型設(shè)備的吊裝，具有高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、專業(yè)性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此，如何有效控制設(shè)備吊裝的質(zhì)量，規(guī)避大型設(shè)備吊裝風(fēng)險(xiǎn)，保證大型設(shè)備吊裝的順利進(jìn)行是化工項(xiàng)目施工的重點(diǎn)。這就要求在設(shè)備吊裝之前，必須進(jìn)行吊車的選型、吊裝承載計(jì)算、場(chǎng)地的處理等。本文以一工程為例，淺談一下大型設(shè)備吊裝的承載計(jì)算及平衡梁校核。

2 工程概況

本工程為常州新日化工有限公司25萬(wàn)噸/年苯乙烯建設(shè)項(xiàng)目，大型設(shè)備主要分布在300#、400#、500#等裝置內(nèi)。本工程工號(hào)布置比較集中，吊車站位及設(shè)備卸車空間狹小；通道較窄，設(shè)備又大又重，要求吊車的回轉(zhuǎn)半徑較大，本工程地處江邊化工園區(qū)，因此地質(zhì)為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，地表土層含水量大，承載能力差，因此對(duì)于吊車的行走道路以及吊裝站位點(diǎn)需進(jìn)行硬化處理。設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表1。

3 設(shè)備吊裝的承載計(jì)算

3.1 臥式設(shè)備吊裝計(jì)算

3.1.1此設(shè)備是臥式換熱器，設(shè)備凈重為157.95噸，設(shè)備長(zhǎng)度12.63米，直徑4.2.米。安裝位置在構(gòu)3框架上，安裝標(biāo)高為7.9米。由于吊車只能站在離設(shè)備28米處，即回轉(zhuǎn)半徑為28米，擬選用400噸履帶吊（LR1400-2）SDB工況。

3.1.2在AUTO-CAD中按1：1的比例畫(huà)出設(shè)備E1301的吊裝立面圖（見(jiàn)圖1）。

3.1.3設(shè)備吊裝承載計(jì)算

選用LR1400型400噸履帶吊，400噸履帶吊性能參數(shù)選擇：選用SDB工況（重桿+超級(jí)提升），臂桿長(zhǎng)選L=56m，最大回轉(zhuǎn)半徑R=28m，額定載荷為171噸。

A. 吊車吊裝能力選用校核：

過(guò)熱器（E1301）吊裝總荷重：

P=PQ+PF+PG =157.95+2.7+6=166.65t

式中：PQ — 設(shè)備吊裝自重 PQ =157.95t

PF — 設(shè)備吊裝吊索的附加重量，取PF =2.7t

PG — 吊車鉤頭自重，取PG=6t

吊裝總荷重/起吊能力=P/Q=166.65/171=97.5%，能滿足吊裝要求。

B. 鋼絲繩承受負(fù)荷計(jì)算：

主吊鋼絲繩選用：φ65-6×37+1-1700

l=58 m， 2組，每組兩彎四股使用，

AB=（l/4-D）=10.3m，BC間距為3m， α=arccos（BC/AB）=73.1°

鋼絲繩高度H4=AC=AB* sinα=10.3*sin73.1°=9.86 m

單股鋼絲繩受力F=Q/2/sinα/4=166.65/8/sin73.1°=21.8t

鋼絲繩破斷拉力為：P破=2665000N

安全系數(shù)為：K=2665000/（21.8t×9800）=12.5>6滿足要求

C. 起升高度校核

臂桿傾角計(jì)算：

β=arc cos（R-E-E1）/L

= arc cos（28-1.5-0.7）/56

=62.57°

式中：R — 吊車回轉(zhuǎn)半徑：選R=28m

E — 臂桿底鉸至回轉(zhuǎn)中心的距離，E=1.5m

E1— 臂桿頂定滑輪偏離臂桿中心的距離，E1=0.7m

L — 吊車臂桿長(zhǎng)度，選L=56m

吊車吊鉤最大提升高度H=L*sinβ+H5-H7=56* sin62.57°+2.59-3.5=48.79 m

式中： H5 — 吊車臂桿支軸高度，H5=2.59m

H7 — 吊鉤至頂滑輪的高度，H7=3.5m

安裝所需提升高度： H0=H1+H2+H3+H4

=7.9+0+0.5+9.86

=18.26 m

式中：H1 —設(shè)備安裝標(biāo)高7.9m

H2 —設(shè)備支座高度0m

H3 —設(shè)備支腿高度0.5m

H4—鋼絲繩高度9.86m

H - H0=48.79-18.26=30.53 m >2m，起升高度滿足要求；

D. 凈空距離C的計(jì)算：

本次吊裝過(guò)程離臂桿最近處的位置在7.9米高橫梁處；

C=L*cosβ+E1*sinβ-H1*ctgβ-A-B/2/sinβ

=56*cos62.57°+0.7*sin62.57°-7.9* ctg62.57°-20.72-1.25/sin62.57°

=25.8+0.62-4.1-20.72-1.41

=0.19 m

式中：A — 設(shè)備安裝中心到框架邊緣的距離，A=20.72m （見(jiàn)附圖： E1301吊裝平面圖）

B — 臂桿寬度，H=2.5m

由以上抗桿計(jì)算、吊裝起升高度以及吊裝能力校核，說(shuō)明所選的吊車性能能滿足吊裝需求。

3.2 立式設(shè)備的吊裝計(jì)算

3.2.1設(shè)備E1409是一臺(tái)立式換熱器，設(shè)備凈重181.69噸，設(shè)備高度15.35米，直徑4.5米。安裝位置在框架上，安裝標(biāo)高度為20米。擬選用400噸履帶吊（LR1400-2）主吊， 250T汽車吊（LTM1250）溜尾，完成該設(shè)備的吊裝工作。

3.2.2在AUTO-CAD中按1：1的比例畫(huà)出設(shè)備E1409的吊裝立面圖（見(jiàn)圖2）。

3.2.3立式設(shè)備吊裝承載計(jì)算

立式設(shè)備吊裝承載計(jì)算與臥式設(shè)備的計(jì)算類似，在此不再進(jìn)行詳述。

3.2.4，平衡梁的制作選用及強(qiáng)度校核：

立式設(shè)備吊裝通常要使用平衡梁，平衡梁的制作需進(jìn)行強(qiáng)度校核，確保平衡梁有足夠的強(qiáng)度滿足吊裝時(shí)的受力。

平衡梁選擇

由E1409設(shè)備吊裝計(jì)算可知，兩組鋼絲繩夾角為56°，平衡梁選用φ325×10的鋼管，材質(zhì)20#鋼，平衡梁長(zhǎng)度需4.7米，其力學(xué)特性：截面積F=99cm2、回轉(zhuǎn)半徑r=11.1cm，兩端的鋼板厚度為δ=20mm，緊固螺栓選用M20×180的高強(qiáng)螺栓，平衡梁圖見(jiàn)（圖3）

強(qiáng)度校核：

a. 平衡梁受力計(jì)算

P1=P2= （Q1+Q2）/2* tg28.05°=（181.69+0）/2*0.533=48.42t=48420kg

式中：P1----------平衡梁所受正壓力

平衡梁細(xì)長(zhǎng)比： λ=μl/r=470/11.1=42

上式中u-----長(zhǎng)度系數(shù)、兩端鉸支 u=1

l-----支撐梁長(zhǎng) l=470cm

查表得穩(wěn)定系數(shù)

Φ=0.92

平衡梁應(yīng)力為[σ]= P1/（ΦF）= 48420/（0.92×99）=532kg/cm2

鋼管的屈服極限為：σs=2451.5kg/cm2取安全系數(shù)n=1.8

[δ] = δs /n =2451.5/1.8 = 1362kg/cm2>[σ] 平衡梁選用φ325×10的鋼管滿足要求

b. 兩端夾板鋼板計(jì)算

鋼板所受應(yīng)力

δ=P1/A

=48420/829cm2

=58.41kg/cm2

δ-----鋼板所受壓應(yīng)力kg/cm2

P1----吊裝梁所受正壓力kg

A------受壓面積cm2

鋼板δ=20 Q235 的屈服極限為：σs=2250kg/cm2取安全系數(shù)n=1.8

[δ] = δs /n =2250/1.8 = 1250kg/cm2>δ=58.41kg/cm2， 兩端夾板的鋼板滿足要求.

4 地基承載計(jì)算與處理措施

地基承載載荷=（350+135+260+157.95）* 9.8/（1.2*9.34*2）=0.395Mpa，由于該工程所在地區(qū)為長(zhǎng)江三角洲河流洪沖積平原，地表土層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，降雨量大，地表土層含水量大，地基承載能力較差；設(shè)備吊裝時(shí)，大型吊車行走和吊裝站位的地面進(jìn)行下列處理。吊車吊裝站位區(qū)域，將回填松土挖出至原土，壓實(shí)后填大塊石層，厚度800mm；分層壓實(shí)后，鋪墊厚度為200mm的水泥石灰渣土層，再壓實(shí)，然后在在吊車履帶站位的位置鋪墊30mm厚的鋼板，上面加200mm的路基箱板；必須確保地基承載能力達(dá)到0.395Mpa以上。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以一工程為例，詳述大型設(shè)備吊裝的承載計(jì)算及平衡梁校核，保證大型設(shè)備吊裝的順利進(jìn)行，有效控制設(shè)備吊裝的質(zhì)量，規(guī)避大型設(shè)備吊裝風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 《大型設(shè)備吊裝工藝標(biāo)準(zhǔn)》SHJ515

[2] 《化工工程建設(shè)起重規(guī)范》HGJ201

[3] 《起重設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50278

[4] 《鋼絲繩》GB/T8918

[5] 三一重工LR1400-2吊車性能表

作者簡(jiǎn)介：

李明樟，男，1978年生，工程師，畢業(yè)于安徽理工大學(xué)機(jī)電工程專業(yè)，就職于中國(guó)化學(xué)工程第三建設(shè)有限公司.