陳 坤

中海油能源物流有限公司渤海運輸中心，天津 300452

1 丙烯塔運輸鞍座概述

丙烯塔是100 萬t/年乙烯裝置區(qū)核心設(shè)備，在此項目中該塔采取了整體制造出廠、運輸、安裝的工藝，丙烯塔參數(shù)見表1。從制造車間到安裝施工現(xiàn)場，采取了水陸聯(lián)運方式運輸，包括車間至碼頭的倒運、滾裝裝船、海運、滾卸卸船、碼頭至現(xiàn)場公路運輸以及現(xiàn)場就位。為滿足各種運輸限制條件，在運輸過程中，需要多次改變運輸工況。為滿足吊裝工藝要求，該塔的主吊耳應(yīng)靠近重心位置；為滿足丙烯塔就位要求，需要改變鞍座擺放位置；工況和位置的變化，使運輸鞍座受力情況發(fā)生變化，運輸鞍座的設(shè)計需滿足各工況使用及受力要求。

表1 設(shè)備參數(shù)表

2 鞍座使用工況

丙烯塔在運輸及現(xiàn)場就位過程中多次改變鞍座使用工況，公路運輸使用三種車型，海運和現(xiàn)場就位兩種支墊方式，見圖1 ～圖5。

3 鞍座設(shè)計及校核

3.1 鞍座設(shè)計

根據(jù)丙烯塔在運輸及現(xiàn)場就位過程中各種工況的需要，丙烯塔運輸共需使用12 個鞍座，鞍座材質(zhì)選用Q345 鋼，單重約20t，鞍座結(jié)構(gòu)見圖6。

3.2 校核分析軟件

在鞍座的設(shè)計過程中使用了ANSYS 軟件對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行了校核和優(yōu)化。ANSYS 軟件是美國ANSYS 公司研制的大型通用有限元分析（FEA）軟件，是世界范圍內(nèi)增長最快的計算機(jī)輔助工程（CAE）軟件。ANSYS 因其功能強大、操作簡便，現(xiàn)已成為國際最流行的有限元分析軟件，在歷年的FEA 評比中都名列第一。其中，結(jié)構(gòu)靜力分析用來求解外荷載引起的位移、應(yīng)力。鞍座設(shè)計過程中使用了ANSYS 靜力分析。

圖1 車型一配車圖

圖2 車型二配車圖

圖3 車型三配車圖

圖4 海運支墊示意圖

圖5 現(xiàn)場就位支墊示意圖

圖6 鞍座結(jié)構(gòu)簡圖（單位：mm）

3.3 相當(dāng)應(yīng)力值σr 的概念

計算使用的是ANSYS 軟件模擬計算，采用的是應(yīng)力單元法，得出的是構(gòu)件每點在三維方向的最大應(yīng)力和應(yīng)變值，也可理解為折算應(yīng)力，因此需要將電算的折算應(yīng)力與許用應(yīng)力進(jìn)行量化比較。根據(jù)第四強度理論σr＜[σ]，折算應(yīng)力值σr的計算公式如下所示。

折算應(yīng)力是按畸變能密度準(zhǔn)則得出的應(yīng)力，即對某一點應(yīng)力：

3.4 有限元計算

（1）有限元模型的加載方式。根據(jù)弧形接觸理論，在使用ANSYS 模擬時，將荷載沿弧板底部半徑長范圍內(nèi)均布加載，同時考慮到荷載是由腹板和筋板向下傳遞，因此加載位置選取在腹板和筋板的正上方，而且因為罐體強度和剛度都很大，所以在ANSYS 模型中可將設(shè)備視為剛體。ANSYS 力學(xué)計算模型采用在鞍座上口加耦合可讓鞍座上口處相對位置保持不變。有限元模型見圖7。

圖7 ANSYS 軟件模型示意圖

（2）確定計算荷載。在運輸過程中，丙烯塔最少使用10 個鞍座支墊，理論上設(shè)備重量在10 只鞍座上均勻分布，每只鞍座承重2273÷10=227.3t，但在現(xiàn)場最終就位時，丙烯塔由9 只鞍座共同支撐，非對稱擺放，單只鞍座的模型計算荷載取426t。同時，在計算過程中，將鞍座的自重也考慮進(jìn)去，進(jìn)行加載。約束時，將鞍座的底板進(jìn)行簡支約束，約束點間距為8.7m。

（3）確定許用應(yīng)力值和折算應(yīng)力值σr。鞍座設(shè)計主要采用厚度為40mm 和20mm 的Q345B 碳素結(jié)構(gòu)鋼板整體焊接加工制造。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50017—2003），該型號鋼材的強度設(shè)計值可取265MPa，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范σr＜[σ]=265MPa。

（4）鞍座自卸工況承壓計算結(jié)論。根據(jù)ANSYS 計算結(jié)果，鞍座最大應(yīng)力值出現(xiàn)在耦合和約束的位置，數(shù)值約為190MPa，而在實際情況中，由于應(yīng)力的重分布，最大應(yīng)力小于計算值。同時根據(jù)計算可知，鞍座的弧板、腹板、底板、下部梁結(jié)構(gòu)的翼緣板、腹板強度基本上在160MPa 以下，因此鞍座強度是安全的，應(yīng)力云圖見圖8 ～圖11。鞍座變形量約為2.6mm，符合規(guī)范規(guī)定的撓度值必須小于11000÷500=22mm 的剛度要求，因此鞍座剛度也是安全的。

4 結(jié)論

圖8 運輸主鞍座自卸工況整體應(yīng)力云圖

圖9 運輸主鞍座自卸工況弧板應(yīng)力云圖

圖10 運輸主鞍座自卸工況腹板應(yīng)力云圖

圖11 運輸主鞍座自卸工況底板應(yīng)力云圖

該方案中設(shè)計的運輸鞍座無論是強度還是剛度都是安全可靠的。在實際使用過程中，此次設(shè)計的鞍座各方面均與理論計算相符，因此該設(shè)計在運輸過程中既能滿足各種工況的要求，又能保障運輸安全。