中石油第二建設(shè)有限公司 甘肅蘭州 730060

近幾年石化裝置的檢維修、升級(jí)改造、環(huán)保項(xiàng)目等施工都有不同規(guī)模的鋼結(jié)構(gòu)的安裝工程,特別是大截面鋼結(jié)構(gòu)的安裝屢見不鮮。此類工程多數(shù)是在裝置不停工的情況下進(jìn)行,鋼結(jié)構(gòu)的安裝需要在現(xiàn)場組對(duì)焊接完成。焊接動(dòng)火作業(yè)與裝置生產(chǎn)同時(shí)進(jìn)行,而且大多是在易燃易爆的周圍環(huán)境下進(jìn)行,面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)特別大。如果采用傳統(tǒng)安裝工藝,單個(gè)柱子、梁、板的安裝方法將大大增加高空動(dòng)火持續(xù)的時(shí)間和面積,加大火災(zāi)、爆炸發(fā)生的概率,安全管控難度大。實(shí)踐證明,解決這一問題最有效的方法就是將鋼結(jié)構(gòu)在距離危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)域安全可控的地面拼裝成模塊,再利用現(xiàn)場的大型吊裝機(jī)械將模塊就位,這樣既保證安全又可降本增效。

1 工程概況

蘭州石化2.5萬t/a裂化催化劑裝置尾氣綜合治理項(xiàng)目的升級(jí)改造需要安裝大型鋼結(jié)構(gòu)。為了減少安全風(fēng)險(xiǎn),加快工程進(jìn)展,采用在大型鋼結(jié)構(gòu)安裝位置旁邊,進(jìn)行分段預(yù)制、分段吊裝的方式。大型鋼結(jié)構(gòu)總高37000mm,東西方向15000mm,南北方向9000mm,根據(jù)現(xiàn)場條件結(jié)合中石油第二建設(shè)有限公司的吊裝能力,分3段將鋼結(jié)構(gòu)整體預(yù)制吊裝就位,分段規(guī)格如下:

第1段大截面鋼結(jié)構(gòu)(模塊)長×寬×高為15100 mm×15000 mm×9000mm,重量為68000kg;

第2段大截面鋼結(jié)構(gòu) (模塊)長×寬×高為9200 mm×15000 mm×9000mm,重量為57000kg;

第3段大截面鋼結(jié)構(gòu) (模塊)長×寬×高為6700 mm×15000 mm×9000mm,重量為45000kg。

2 施工吊裝說明

以第1段大截面鋼結(jié)構(gòu)(模塊)吊裝為例進(jìn)行說明。

2.1 吊點(diǎn)的選擇和設(shè)置

主吊點(diǎn)位置設(shè)置在15100mm平臺(tái)層,如圖1所示,此位置處有橫梁,在吊裝過程中產(chǎn)生的水平方向及斜方向的壓力可以由結(jié)構(gòu)的橫梁承擔(dān),因而鋼結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生大的變形;溜尾吊點(diǎn)設(shè)置在3800mm平臺(tái)層,位于框架立柱和橫梁連接的主立柱處。

在與主立柱連接的水平橫梁根部200mm處翼板上焊接吊耳。吊耳采用板式吊耳,對(duì)稱設(shè)置4個(gè),吊耳板前后加筋板增強(qiáng)吊耳抗扭的能力,單個(gè)吊耳許用載荷34000kg(翻轉(zhuǎn)吊裝過程中底部的兩個(gè)吊耳承受鋼結(jié)構(gòu)大部分的重量)。吊耳規(guī)格尺寸如圖1所示,吊耳孔需采用機(jī)加工制造,吊耳板、筋板、圓孔及連接板等不允許存在裂紋、毛刺等缺陷;吊耳焊接后還要進(jìn)行表面著色檢測,并出具檢測合格報(bào)告。

圖1 吊耳規(guī)格尺寸及三維加固圖

溜尾吊耳設(shè)置在3800mm平臺(tái)層處,在上部兩個(gè)主立柱H型鋼翼板上對(duì)稱焊接兩個(gè)板式吊耳。溜尾重量為34000kg,單個(gè)吊耳提升重量為17000kg,吊耳結(jié)構(gòu)型式如圖2所示。

圖2 溜尾吊耳圖

2.2 吊裝工藝計(jì)算分析

2.2.1 翻轉(zhuǎn)吊裝工藝吊車載荷的計(jì)算

計(jì)算出設(shè)備在整個(gè)吊裝過程中主吊車與溜尾吊車的提升力后,分別對(duì)主吊車與溜尾吊車吊裝載荷隨著設(shè)備旋轉(zhuǎn)而變化的結(jié)果與吊車的額定載荷制作表格(見表1)進(jìn)行比較,分析吊裝過程中是否有超載的情況出現(xiàn),再根據(jù)表格全面考慮主吊車、溜位吊車站位。

2.2.2 吊裝立面抗桿及高度計(jì)算

主吊車站位選擇在距離吊裝就位跨距15000mm處(見圖3),框架橫梁抗桿高度為15100mm。此位置處吊臂底部高度為22000mm,不抗桿。

表1 鋼結(jié)構(gòu)翻轉(zhuǎn)過程載荷變化計(jì)算表

圖3 立面抗桿示意圖

圖3所示吊鉤高度為30000mm,鋼結(jié)構(gòu)高度為15100mm,鋼絲繩垂直距離為12200mm,基礎(chǔ)高度按500mm計(jì)算,則吊裝計(jì)算高度為15100+12200+500=27800mm＜吊鉤高度30000mm,滿足吊裝條件。

2.2.3 局部應(yīng)力集中處計(jì)算

鋼結(jié)構(gòu)材料為Q345-A,其σs=310～345MPa,取中值 327.5MPa(GB700-80),許用應(yīng)力,許用剪切應(yīng)力［t］=0.7［σ］152.6MPa。根據(jù)表2計(jì)算彎曲應(yīng)力最大值為16.41MPa,在初始吊裝時(shí)梁受力最大,為計(jì)算表格的2倍,即32.82MPa。32.82MPa＜152.6MPa,說明吊點(diǎn)設(shè)置合理。

2.2.4 整體穩(wěn)定性計(jì)算

表2 應(yīng)力計(jì)算表

第1段(模塊)吊裝時(shí)由臥式雙車配合將鋼結(jié)構(gòu)水平抬高時(shí)為最不利受力狀態(tài),此時(shí)兩臺(tái)吊車均提升鋼結(jié)構(gòu)一半的重量,中間位置7550mm處為危險(xiǎn)截面。由于鋼架結(jié)構(gòu)尺寸高,抗彎能力很大,完全能夠滿足穩(wěn)定性要求,該計(jì)算過程不再說明。

2.2.5 吊裝偏心計(jì)算

鋼結(jié)構(gòu)偏心計(jì)算見圖4。三維放樣結(jié)果所示吊裝重心線與實(shí)物吊裝時(shí)偏心距離為61mm,因距離很小可以忽略不計(jì),所有計(jì)算均按對(duì)稱布置進(jìn)行校核即可。

圖4 鋼結(jié)構(gòu)偏心計(jì)算圖

3 實(shí)際吊裝效果

吊裝完成后的現(xiàn)場效果圖見圖5。

圖5 第1段(模塊)吊裝現(xiàn)場

4 結(jié)束語

通過采用大截面鋼結(jié)構(gòu)模塊化預(yù)制與吊裝技術(shù),有效解決了施工過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)難題,提高了功效,提前了工期,為項(xiàng)目順利進(jìn)展提供了可靠保障,也為今后類似大型截面鋼結(jié)構(gòu)整體預(yù)制吊裝積累了經(jīng)驗(yàn)。