火力發(fā)電廠鍋爐鋼結(jié)構(gòu)安裝控制重點分析

仝建利

（山西省工業(yè)設(shè)備安裝集團有限公司，山西 太原 030032）

1 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的特點

在火力發(fā)電廠的建設(shè)施工過程中，鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的安裝容易出現(xiàn)問題會嚴重影響到安裝的質(zhì)量，導致鍋爐性能的下降。在電能生產(chǎn)的過程中，產(chǎn)生的能耗過高，會嚴重影響到火電廠的運營成本，產(chǎn)生經(jīng)濟損失。在火電廠鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的施工過程中，由于工程施工的工程量大，工程施工周期長，導致工程的整體施工難度較大。

1） 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的施工會應(yīng)用到很多的鋼結(jié)構(gòu)桿件，使用的螺栓數(shù)量多，高空穿轉(zhuǎn)和緊固工作量大，導致工程施工的危險性相對較大；2） 鍋爐鋼架桿件單件重量大，立柱尺寸較長，需要安裝和調(diào)整的工作量較大；3） 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)是鍋爐最重要的承力部件，需要做好對鋼結(jié)構(gòu)垂直度和框架尺寸的安裝，控制鍋爐安裝的質(zhì)量。

2 發(fā)電廠鍋爐鋼架結(jié)構(gòu)計算模型及安全評估標準

2.1 鍋爐鋼架結(jié)構(gòu)計算模型

目前常用的發(fā)電廠鍋爐鋼架結(jié)構(gòu)安全性計算模型為空間結(jié)構(gòu)計算模型。以桁架式鍋爐鋼架結(jié)構(gòu)為例。桁架式鍋爐鋼架結(jié)構(gòu)的梁與柱結(jié)構(gòu)采用高強度螺栓連接，連接節(jié)點一般為共用式。桁架式鍋爐鋼架結(jié)構(gòu)安全性空間結(jié)構(gòu)計算模型的搭建需要滿足如下條件：第一，縱向上，柱結(jié)構(gòu)無間斷，柱腳與基礎(chǔ)鉸固定。第二，以鉸接方式連接平臺梁與鋼架柱。第三，以鉸接方式連接縱向支撐與柱、梁結(jié)構(gòu)。第四，以鉸接方式連接水平支撐與柱、梁。第五，全部連接節(jié)點均為中心連接方式。結(jié)合有限元結(jié)構(gòu)計算軟件，鍋爐鋼架結(jié)構(gòu)受力情況進行分析。

2.2 鍋爐鋼架結(jié)構(gòu)安全評估標準

安全評估對象包括鋼架結(jié)構(gòu)及支撐系統(tǒng)兩部分。其中，一、二等級要求：鋼架結(jié)構(gòu)合理、系統(tǒng)完善，荷載傳遞路徑清晰，連接方式符合國家標準，支撐系統(tǒng)完善合理，構(gòu)造及結(jié)構(gòu)參數(shù)均符合國家要求，且支撐系統(tǒng)不存在明顯損傷。

3 大跨度鋼結(jié)構(gòu)安裝安全技術(shù)應(yīng)用過程中的影響因素

3.1 工程機械設(shè)備

本次體育館工程建設(shè)工程規(guī)模較大，工程量大，施工周期長，同時機械化程度較高，因此應(yīng)用大跨度鋼結(jié)構(gòu)安裝安全技術(shù)的施工過程會用到大型的機械設(shè)備。工程建設(shè)過程中，機械設(shè)備質(zhì)量的好壞，設(shè)備各項功能能否正常安全使用，操作手專業(yè)能力的高低，都會對工程質(zhì)量產(chǎn)生嚴重影響。工程中的車吊、切割機、照明設(shè)備等不符合工程要求，工程質(zhì)量就沒有保證。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)檢測

中南大學體育館是大型公共建筑。根據(jù)中南大學體育館設(shè)計文件，體育館屋面鋼結(jié)構(gòu)桁架跨度92.1m，鋼結(jié)構(gòu)桁架跨度大，受力情況復(fù)雜。因此，體育館屋面鋼結(jié)構(gòu)桁架在施工階段和運營階段進的監(jiān)測，對掌握各個階段的安全狀況和結(jié)構(gòu)的安全性評價非常重要。大跨度鋼結(jié)構(gòu)安裝安全技術(shù)監(jiān)測工程是對中南大學體育館屋面鋼結(jié)構(gòu)桁架在施工階段、使用階段，對安裝施工偏差或溫度等可能引起結(jié)構(gòu)作用變化的情況進監(jiān)測，本次監(jiān)測的工作內(nèi)容為桁架撓度監(jiān)測。

3.3 施工現(xiàn)場的安全生產(chǎn)措施

影響大跨度鋼結(jié)構(gòu)安裝安全技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量的因素是多種多樣的，工程機械設(shè)備的技術(shù)環(huán)境、工程管理環(huán)境、安全生產(chǎn)措施的設(shè)置都會對工程質(zhì)量造成影響。本次體育館大跨度鋼結(jié)構(gòu)安裝安全技術(shù)應(yīng)用的安全生產(chǎn)措施主要有桁架安裝通道設(shè)置、高空操作吊籃設(shè)置以及地面安全措施等。

4 火力發(fā)電廠鍋爐鋼結(jié)構(gòu)安裝控制重點

4.1 工程概況

儲料棚鋼屋蓋包含：管桁架、系桿及水平支撐、屋面檁條、桁架內(nèi)馬道、吊掛馬道，鋼結(jié)構(gòu)工程量約3200t，鋼結(jié)構(gòu)模型圖如圖1 所示。

根據(jù)管桁架結(jié)構(gòu)形式，以及盡量減少與土建專業(yè)之間互相干涉的影響，綜合考慮設(shè)置3 條滑移軌道。為保證倒三角管桁架在高空組榀時不發(fā)生傾翻，在分段的管桁架就位后吊機松鉤前，在混凝土柱頂上設(shè)置支撐塔（提供支撐力保證桁架不向南傾） 及纜風繩（提供拉力保證管桁架不向北傾），支撐塔頂起后，纜風繩再捆住混凝土結(jié)構(gòu)柱兩邊的鋼筋混凝土連系梁，來臨時增強倒三角管桁架的穩(wěn)定性，最后吊機方可松鉤。

4.2 鋼結(jié)構(gòu)檢測工作

本次工程采用整體旋挖樁基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，屋面鋼結(jié)構(gòu)為管桁架承重，鋁鎂錳金屬板屋面。本工程主要有深基坑施工，高支模施工，大跨度預(yù)應(yīng)力梁施工，鋼桁架吊裝與滑移施工等重點施工項目。由于體育館用于文體活動，其鋼結(jié)構(gòu)桁架長度達92.1m，為確保體育館在施工期間和運營期間的安全，本次將對體育館的12榀桁架，設(shè)計整體的三維立體式自動化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，以便及時、全面掌控每一榀桁架的變形情況。擬建立以鋼結(jié)構(gòu)桁架撓度變形為監(jiān)測內(nèi)容的自動化監(jiān)測系統(tǒng)。鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)測項可以全部進行自動化在線監(jiān)測，以實現(xiàn)24 小時不間斷監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集時間間隔可根據(jù)需求進行自定義設(shè)置，通常每間隔30分鐘進行一次采集，鋼結(jié)構(gòu)桁架卸荷、滑移、加載階段每間隔10s 進行一次采集。但是桁架撓度觀測頻次是正常情況下對鋼結(jié)構(gòu)桁架的觀測，當桁架出現(xiàn)變形加快時，需要增加觀測頻次。在本次工程建設(shè)大跨度鋼結(jié)構(gòu)安裝安全技術(shù)的應(yīng)用過程中，鋼結(jié)構(gòu)檢測工作應(yīng)當充分重視起來，對于監(jiān)測的硬件設(shè)備、軟件功能、監(jiān)測系統(tǒng)的調(diào)試、應(yīng)用和管理要保證高效有序進行。

4.3 鋼架結(jié)構(gòu)抗震性能分析

1） 鋼架結(jié)構(gòu)自振周期，采用兩組計算模型進行對比分析。在模型1 中，第一振型到第三振型鋼架結(jié)構(gòu)的自振周期分別為1.67、1.66 和1.12s。在模型2 中，第一振型到第三振型鋼架結(jié)構(gòu)的自振周期分別為1.91、1.79 和1.36s。模型1中，鋼架結(jié)構(gòu)的第一、第二振型分別為水平彎剪振型和豎直彎剪振型。主要原因是由于鋼架結(jié)構(gòu)在受力時表現(xiàn)出懸臂梁的特點。而第三振型因鋼架結(jié)構(gòu)受到懸吊力作用，導致其剛度中心與質(zhì)量中心錯位，表現(xiàn)為扭轉(zhuǎn)振型。模型2 中加入了鍋爐本身剛度及晃動外力的影響，在第一、第二振型上與模型1 恰好相反?？偟膩砜矗Ｐ? 中鋼架結(jié)構(gòu)的自振周期要小于模型2。從第一和第二振型的比例上看，兩個模型大致相同，說明改造后的鋼架結(jié)構(gòu)相對規(guī)整，有利于抗震性能的提升。

2） 鋼架結(jié)構(gòu)地震影響，利用模型計算鋼架結(jié)構(gòu)在受地震影響時其基底反力的情況。模型1 中，X、Y 方向上的基底反力分別為620.5 和602.65t。模型2 中則為560.74 和507.98t。從結(jié)果中可以看出，模型1 表示鋼架結(jié)構(gòu)的第8 層出現(xiàn)應(yīng)力比過高的問題，作用力為Y 方向上的地震荷載。模型2 表示鋼架結(jié)構(gòu)的第4 與第8 層添加模擬晃動力的部分出現(xiàn)應(yīng)力比過高問題，作用力依然為Y 方向的地震荷載。對比模型1 和模型2 的結(jié)果，模型1 中得出的鋼架結(jié)構(gòu)基底反力明顯更高，其原因是模型1 將整個鍋爐定義為剛塊結(jié)構(gòu)，導致其剛度過高。但在模型2 中，發(fā)生應(yīng)力比超限的結(jié)構(gòu)層數(shù)較多，主要是由于外加晃動荷載的作用。

4.4 各層鋼結(jié)構(gòu)的安裝

火電廠生產(chǎn)活動開展的過程中，與之相關(guān)的鍋爐鋼結(jié)構(gòu)性能是否可靠，關(guān)系著火電廠的生產(chǎn)效率及經(jīng)濟效益。因此，需要在切實有效的施工原則及說明書的指導下，對鍋爐各層鋼結(jié)構(gòu)進行核銷安裝，規(guī)范操作行為，避免影響鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量。同時，應(yīng)對其安裝前上下鋪面的平整度是否良好加以分析，處理好加工過程中的毛刺，確保上下層端面接觸的緊實。在了解鍋爐鋼結(jié)構(gòu)安裝施工要求及實際情況的基礎(chǔ)上，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的驗收程序，明確待檢點，促使相應(yīng)的驗收工作開展更加科學、合理，避免引發(fā)鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量問題。除此之外，應(yīng)在自檢工作的支持下，實施好螺栓初緊操作，并在綜合素質(zhì)良好的質(zhì)檢人員支持下，了解火電廠鍋爐安裝施工質(zhì)量狀況，確保鋼結(jié)構(gòu)的合格率可以達到100%。

4.5 對高強螺栓連接的施工

為了實現(xiàn)對高強螺栓的高效利用，提高其連接施工質(zhì)量，則需要在相應(yīng)的固定要求下進行施工作業(yè)。這方面施工前需要對相關(guān)的質(zhì)量證明書進行核算，還需要按照批次對螺栓連接的抗滑系數(shù)進行復(fù)檢試驗，如果試驗合格之后才能夠在工程中使用。在具體的施工過程中，應(yīng)做好高強螺栓的發(fā)放管理工作，并對其緊固狀況是否良好加以分析。同時，應(yīng)強化螺栓應(yīng)用過程中的個規(guī)范化管理意，充分考慮相應(yīng)的圖紙要求，按照“先中間后兩邊”的順序，增強螺栓緊固效果，全面提升構(gòu)件的潛在應(yīng)用價值，為火力發(fā)電廠鍋爐的高效運行提供科學保障，滿足其結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量可靠性要求。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著國家城市現(xiàn)代化建設(shè)進程的不斷加快，在大跨度鋼結(jié)構(gòu)安裝安全技術(shù)的應(yīng)用過程中，為了確保技術(shù)應(yīng)用的質(zhì)量與安全，工程建設(shè)過程中必須規(guī)避影響質(zhì)量的因素帶來的風險，做到規(guī)范施工、文明施工。在實際的施工中需要始終理清工序，明確標準，做好科學測量，確保鋼結(jié)構(gòu)的施工能夠有效達到標準，提高火力發(fā)電廠的施工效益。