尾气烟囱塔架吊装研究初探.pdfVIP

尾气烟囱塔架吊装研究初探 张杰（PHONE），张宇(PHONE 单位：万州天然气净化厂施工项目部 1.前言 天然气净化厂尾气烟囱塔架的吊装是净化厂建设工程的重要控制点。塔架是一种空间构件结构，由钢 结构型材构成，具有体积大，质量分布不均等特点，吊装时易发生屈曲与失稳的现象。传统分析方法对塔 架吊装进行分析时，多采用经验公式进行计算，具有简单易行的特点。但此方法多是基于结构载荷、结构 边界条件大量简化为前提，对结构各部分 部受力分析能力弱，只能采用结合经验加大安全系数的方法对 分析结果进行弥补。 有限元方法可基于工程实际尺寸对塔架进行前期三维建模，中期对模型各构件赋予其实际特性参数 （即对结构赋予材质特性）及模拟实际载荷的加载，后期根据需要对结构吊点、吊件、结构薄弱点进行有 选择性的分析，同时可以根据结构分析结果对结构吊装部位、吊装方式及吊装加强进行优化设计。 2.工程概况 万州天然气净化厂是一座年产200 万方天然气的净化厂，其生产方法、流程在天然气净化厂中很具代 表性。万州 然气净化厂尾气烟囱塔架是属于典型的矩形平截面塔架，主肢及平截面采用无缝钢管、斜撑 等采用角钢现场焊接制作。塔架现场图片及塔架平面图如图1、图2 所示： 图1：现场吊装图 图2：塔架结构平面图 根据此厂建设周期安排，其尾气烟囱塔架采用现场整体卧式组对、整体吊装的方式进行建设。吊装则 采用在此类净化厂塔架吊装中运用较为成熟的两抬一 尾的方式。 根据工程设计图纸可计算此钢结构塔架主体及附件共重约900KN，吊装方式为两台150T履带式吊车对 称抬吊，一台100T 轮式汽吊 尾。主吊吊点采用轴式吊耳， 尾吊点利用塔架自身节点。 3.分析计算 本次计算根据设计图纸实际工程尺寸建立塔架三维模型如图 3。由于此次计算主要针对塔架整体结构 吊装过程中结构的特性进行分析，因此根据此次分析计算的特点，对塔架的附属结构进行了简化，其重力 影响在有限元建模及单元划分时进行考虑。 对三维塔架模型进行有限元单元建立，有限元单元划分，材质特性赋值及边界条件建立后，建立塔架 有限元模型如图4 所示。 图3：塔架三维模型图 图4：塔架有限元结构图 根据工程实际用料参数，本次分析采用PIPE16单元模拟塔体主肢及平截面，斜撑及连接梁等用BEAM188 单元模拟，爬梯、连接板及各层平台则采用质量单元MASS21 进行简化模拟。 根据塔架材料的特性采用了六种主要实常数对应PIPE16 单元、采用10 种梁截面模拟BEAM188 单元， 吊索则可采用LINK10 单元进行模拟，主吊索及 尾吊索分别采用两种实常数。 选用构件的材料特性如表1 所示： 表1：塔架结构有限元模型材料特性表 单元类型 材料 弹性模量 （Pa） 密度 （kg/m3） 泊松比 结构部分 BEAM188 钢 Q235B 2.06×1011 7850 0.3 斜撑等 LINK10 平行钢丝索 2.06×1011 7850 0.2 吊索 PIPE16 钢 X60 2.06×1011 7850 0.3 主肢等 MASS21 钢 Q235B 2.06×1011 7850 0.3 连接板钢梯等 塔架吊装前状态为卧放于制作胎具之上，经过模型边界条件简化，对塔架静止状态静力分析如图5 所 示。 图5：塔架结构吊装前结构位移图 由此分析云图可以看出，在制作胎具支撑下的结构整体变形不大，最大变形处发生在离最近支撑较远 的变坡尾部，分析可知这部分结构跨距较大，质量分布离支撑较远，导致此部分产生的钢架挠度最大。为 了改善此状况及防止塔架吊装时尾部变坡部分因 尾吊力及自身重力的影响发生颤震，本次制作采用了现 场临时焊接无缝管连接塔架四个基座点的方法。通过计算分析，由图6 可知，此方