摘 要：某水泥廠生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)三次風(fēng)管的三個(gè)鋼結(jié)構(gòu)門架焊縫開裂，導(dǎo)致不同程度的傾斜，如不及時(shí)加固處理三次風(fēng)管將有斷裂倒塌的危險(xiǎn)。由于整個(gè)三次風(fēng)管處于多約束、受力邊界條件難以確定的超靜定狀態(tài)，針對(duì)這種大口徑薄壁鋼管，無(wú)施工經(jīng)驗(yàn)可循。三次風(fēng)管外形尺寸為Φ4020mm×88000mm，內(nèi)含耐火材料，設(shè)備總重約480t，管壁由8mm至20mm不同厚度鋼板焊接而成，與水平面傾斜10°，高端標(biāo)高38m。文章以此工程為研究對(duì)象，針對(duì)狹窄施工場(chǎng)地，論證了常規(guī)起重機(jī)吊裝無(wú)法滿足施工條件下，采用了筒吊筒節(jié)及液壓提升裝置進(jìn)行設(shè)備吊裝的方案，對(duì)施工過(guò)程中涉及的鋼結(jié)構(gòu)等進(jìn)行詳盡受力分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)備安全可靠吊裝，成本低工期優(yōu)的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：大型薄鋼管；吊裝；臨時(shí)門架；超靜定

1 概況

在狹窄空間內(nèi)將重型設(shè)備經(jīng)濟(jì)可靠地吊裝，已成為特種吊裝技術(shù)課題，并隨著起重工程新技術(shù)新設(shè)備應(yīng)用而得到快速發(fā)展。特別在薄壁管吊裝技術(shù)研究方面，國(guó)內(nèi)通常做法采用龍門架或流動(dòng)式起重機(jī)；龍門架結(jié)合液壓提升裝置，起重能力大；流動(dòng)式起重機(jī)機(jī)動(dòng)靈活，作業(yè)時(shí)負(fù)荷率裕量一半控制在30%左右。

由于本工程三次風(fēng)管處于多約束、受力邊界條件難以確定的超靜定狀態(tài)，而流動(dòng)式起重機(jī)在此類吊裝條件不明，風(fēng)險(xiǎn)較高的施工作業(yè)，負(fù)荷率裕量一半控制在30%以上，經(jīng)核算至少需要兩臺(tái)千噸級(jí)的流動(dòng)式起重機(jī)才能滿足施工。經(jīng)過(guò)分析論證最終采24節(jié)筒節(jié)組成4點(diǎn)支撐架，與吊裝梁形成整體穩(wěn)定井字結(jié)構(gòu)，結(jié)合液壓提升裝置形成吊裝臨時(shí)門架。

如何將三次風(fēng)管一次布置兩次提升是整個(gè)吊裝工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。文章將結(jié)合某水泥廠三次風(fēng)管吊裝對(duì)該技術(shù)進(jìn)行探討和論證，希望為國(guó)內(nèi)大型施工項(xiàng)目（特別是在化工行業(yè)、電建行業(yè)）大型管道設(shè)備吊裝提供一種思路驗(yàn)，為今后的研究和方案設(shè)計(jì)提供借鑒。

2 吊裝方案可行性分析

2.1 吊裝方案可行性分析

三次風(fēng)管重約430t，跨度長(zhǎng)達(dá)88m，壁厚8～20mm，傾斜10°安裝，高端標(biāo)高38m，屬于重型薄壁管，檢修工期緊張，吊裝難度相當(dāng)大。

方案一：是使用大吊機(jī)抬吊，經(jīng)初步分析，需要使用一臺(tái)900t和兩臺(tái)600t履帶吊抬吊，但是場(chǎng)地?zé)o法滿足三臺(tái)大吊機(jī)的組裝，且工期長(zhǎng)，費(fèi)用昂貴，因此該方案否決。

方案二：是使用筒節(jié)+液壓提升裝置進(jìn)行吊裝，采用由24節(jié)筒節(jié)組成4點(diǎn)支撐架，與吊裝梁形成整體穩(wěn)定井字結(jié)構(gòu)，結(jié)合LSD-350液壓提升裝置形成吊裝系統(tǒng)，該吊裝系統(tǒng)吊裝能力滿足要求，現(xiàn)場(chǎng)也具備組裝條件，關(guān)鍵是吊點(diǎn)的選擇及整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性控制。

2.2 方案的確定

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的詳細(xì)考察，結(jié)合工期、施工難度、風(fēng)險(xiǎn)控制等相關(guān)因素，決定先對(duì)三次風(fēng)管進(jìn)行臨時(shí)加固，然后選擇在P3與P4支架之間布置筒節(jié)+液壓提升裝置吊裝系統(tǒng)，在P2處用兩臺(tái)300t汽車吊抬吊，分兩次提升作業(yè)，先修復(fù)好P4支架，再修復(fù)P3、P2支架。各個(gè)吊點(diǎn)的受力大小先由計(jì)算機(jī)軟件模擬分析得出，并根據(jù)三次風(fēng)管的實(shí)際受力狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

3 吊裝方案實(shí)施

3.1 概述

如圖2所示布置吊裝系統(tǒng)：基礎(chǔ)壓實(shí)承壓達(dá)15t/m2，在其上并排布置兩塊6m均載板，在均載板上布置筒節(jié)，筒節(jié)加到三節(jié)高度時(shí)，用圓鋼和工字鋼加固后再繼續(xù)往上加節(jié)，布置好筒節(jié)后再用工字鋼和圓鋼加固，形成框架穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。最后在筒節(jié)頂部布置24m吊裝梁及LSD-350液壓提升裝置。在布置吊裝系統(tǒng)的施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制筒節(jié)的垂直度，保證安裝好后垂直度不大于H/1500。

3.2 吊裝重點(diǎn)難點(diǎn)

3.2.1 筒節(jié)-臨時(shí)門架

采用筒節(jié)-臨時(shí)門架，對(duì)地基要求平整壓實(shí)，且并排鋪設(shè)兩塊6m×2.4m×0.3m均載板，地壓要求：吊裝系統(tǒng)重約545t，三次風(fēng)管重約480t，則對(duì)地壓強(qiáng)為（545+480）/（6×2.4×0.7×2×4）=12.8t/m2（式中0.7為均載板與地面的接觸率），因此地基承壓需達(dá)到15t/m2。筒節(jié)與筒節(jié)之間通過(guò)20顆高強(qiáng)螺栓連接，筒節(jié)安裝好后的垂直度根據(jù)相關(guān)規(guī)范應(yīng)不大于H/1500。

3.2.2 水平力分析與控制

如圖4所示，吊具直接作用在三次風(fēng)管上的力為F，由于三次風(fēng)管與水平面成10°傾角，作用力F可分解為垂直分力F1與水平分力F2，根據(jù)作用力與反作用力關(guān)系可知，三次風(fēng)管在吊裝受力過(guò)程中，會(huì)對(duì)吊裝系統(tǒng)產(chǎn)生水平作用力F2'，因此臨時(shí)門架式吊裝系統(tǒng)必須具備抵抗傾翻的能力，由于筒節(jié)與地基沒有固定連接，單座筒節(jié)抗傾翻能力是不足的，需要將四座筒節(jié)連成一個(gè)整體框架結(jié)構(gòu)。

加固措施。在筒節(jié)與均載板之間，吊裝梁與均載板之間均用“7”字板焊接，左右筒節(jié)之間在第三節(jié)上孔穿Ф219mm無(wú)縫鋼管連接，前后筒節(jié)之間通過(guò)32#工字鋼水平連接和交叉連接，頂部?jī)蓷l24m吊裝梁通過(guò)32#工字鋼連接，這樣整個(gè)吊裝系統(tǒng)形成穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)。

3.2.3 鞍座設(shè)計(jì)制作

三次風(fēng)管質(zhì)量重，直徑大，壁薄，傾斜10°，對(duì)吊點(diǎn)吊具設(shè)計(jì)要求苛刻。結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)制作了兩個(gè)加寬型鞍座，接觸面寬度1500mm，單個(gè)承載能力200t，并在鞍座的表面墊5mm厚橡膠皮，這樣可以保證三次風(fēng)管受力良好，不會(huì)發(fā)生過(guò)大變形。

3.2.4 超靜定結(jié)構(gòu)加固

三次風(fēng)管共有五處支撐點(diǎn)，為超靜定結(jié)構(gòu)。三次風(fēng)管由8mm～20mm不同厚度鋼板焊接而成，跨距大，如何保證其在吊裝過(guò)程中不因過(guò)度變形而發(fā)生破壞是難點(diǎn)。采取了如下措施：

三次風(fēng)管本身加固，對(duì)三次風(fēng)管全長(zhǎng)范圍內(nèi)的每道焊縫加焊三塊鋼板，防止焊縫在受力后爆裂；

對(duì)三次風(fēng)管三通管處進(jìn)行加固處理，在其底部安裝一個(gè)托架，與廠房立柱固定，防止三次風(fēng)管進(jìn)一步下垂；對(duì)已發(fā)生傾斜的三個(gè)鋼結(jié)構(gòu)門架焊接斜撐及拉設(shè)攬風(fēng)繩，防止其進(jìn)一步傾倒，并且保證在三次風(fēng)管提升離空后門架不會(huì)倒塌。

3.2.5 超靜定結(jié)構(gòu)受力分析

作業(yè)時(shí)每個(gè)吊點(diǎn)的選擇及受力大小直接影響著整個(gè)超靜定結(jié)構(gòu)受力情況，對(duì)施工過(guò)程吊點(diǎn)受力及三次風(fēng)管穩(wěn)定性情況進(jìn)行預(yù)判，顯得非常重要，把各種風(fēng)險(xiǎn)降到最低。由于三次分管處于多約束超靜定結(jié)構(gòu)模式下，常規(guī)的手工計(jì)算已無(wú)法精確得出結(jié)果，通過(guò)SMSolver軟件可以模擬分析得出數(shù)據(jù)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

為確保三次風(fēng)管在提升預(yù)定位移的過(guò)程中不因變形過(guò)大而發(fā)生破壞，需要確定各個(gè)提升點(diǎn)的受力大小，并轉(zhuǎn)換成液壓提升裝置的提升壓力值。

第一次提升，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)多次模擬分析，確定各提升點(diǎn)的最佳受力值（液壓提升裝置壓力）為：第1提升點(diǎn)勞辛格提升30t（2×1.0MPa），第2提升點(diǎn)勞辛格提升180t（2×6.3MPa），第3提升點(diǎn)輔助汽車吊提升35t。（如圖4，表2）

第二次提升，按照加固點(diǎn)未移除的情況下計(jì)算，確定各提升點(diǎn)的最佳受力值為：第1提升點(diǎn)勞辛格提升175t（2×6.1MPa），第2提升點(diǎn)勞辛格提升100t（2×3.5MPa），第4提升點(diǎn)兩臺(tái)汽車吊提升135t。（如圖5，表3）

通過(guò)三次風(fēng)管多約束超靜定結(jié)構(gòu)模式狀態(tài)下的受力分析，指導(dǎo)了施工；液壓提升裝置實(shí)際受力大小與模擬計(jì)算結(jié)果出入不到，很好地從技術(shù)方面保障了施工的安全。

經(jīng)過(guò)三次風(fēng)管吊裝方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低起重機(jī)作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，降低成本，節(jié)省工期，安全可靠吊裝，效益相當(dāng)明顯。文章提到的解決方案是個(gè)例，能為類似大型工程項(xiàng)目中的設(shè)備吊裝提供一種思路，為今后方案設(shè)計(jì)提供很好借鑒。

4 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

針對(duì)狹窄施工場(chǎng)地，特別在常規(guī)起重機(jī)吊裝無(wú)法滿足施工條件下，采用非常規(guī)吊裝的方案，對(duì)施工過(guò)程中涉及的鋼結(jié)構(gòu)等進(jìn)行詳盡受力分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化，為類似施工提供一個(gè)施工案例。三次風(fēng)管的成功吊裝，檢驗(yàn)了該套重型薄壁管吊裝技術(shù)的可行性及優(yōu)越性，該吊裝技術(shù)具有通用性，極具推廣使用價(jià)值。