彭秀武

上海寶冶集團(tuán)有限公司

高爐大修工程中SPMT滑移裝卸技術(shù)分析與運(yùn)用

彭秀武

上海寶冶集團(tuán)有限公司

本文結(jié)合某高爐短期化大修工程，介紹了爐體分段整體運(yùn)輸情況及SPMT相關(guān)特性，提出利用有限元軟件SAP2000非線性靜力分析完成SPMT滑移裝卸過程計(jì)算機(jī)模擬的可行辦法，并通過該方法完成不同工況的滑移裝卸過程理論計(jì)算和運(yùn)輸托架設(shè)計(jì)。最后總結(jié)工程實(shí)施過程中的經(jīng)驗(yàn)，指出SPMT滑移裝卸技術(shù)運(yùn)用過程中需要重點(diǎn)注意的幾個(gè)問題。

高爐；短期化大修；SPMT；滑移裝卸

1　概述

某高爐短期化大修工程中采用爐體分段整體拆裝施工工藝中，采用索埃勒平板模塊車（ScheuerlePlatformModularTrailers，簡稱SPMT）作為爐體分段大件運(yùn)輸工具，其基本性能參數(shù)為：軸距1.4m，軸額定載荷34t，平均軸自重3t，底盤抗彎截面模量830273cm3；由于施工工藝的需要和起重設(shè)備能力的限制，需要在在舊爐體下段更換過程中使用整體滑移裝卸技術(shù)，爐體下段外形尺寸Φ18.5×9.1m，整體重量4020t，選用SPMT軸線數(shù)160軸，編組采用4×30+2×20沿滑移中心線軸對稱布置。

2　滑移裝卸工藝特點(diǎn)及分析模型

圖2.1.1　舊下段爐體滑移裝車過程示意

2.1滑移裝卸技術(shù)特點(diǎn)

滑移裝卸過程中，重物直接從固定平臺滑移裝載至SPMT運(yùn)輸車上或從SPMT運(yùn)輸滑移卸載至固定平臺上，該過程簡言之是一滑動(dòng)荷載轉(zhuǎn)換過程。根據(jù)SPMT受力特點(diǎn)，重物運(yùn)輸時(shí)需要確保理論上物體重心與SPMT軸線荷載合力中心重合，方能保證運(yùn)輸托架水平，此外，SPMT軸線荷載基本一致，方能保證運(yùn)輸順利進(jìn)行，這從SPMT編組及布置形式等綜合考慮。以舊下段滑移裝車為例，當(dāng)重物從固定平臺局部滑移上運(yùn)輸托架時(shí)，僅需要后面局部區(qū)域SPMT承載即可，如圖2.1.1（a）所示；隨著滑移過程的推進(jìn)，SPMT承載范圍逐步擴(kuò)大，如圖2.1.1（b）所示；最終達(dá)到運(yùn)輸受力狀態(tài)，如圖2.1.1（c）所示。

同時(shí)，由于SPMT軸線最大額定承載能力僅34t，扣除其自重所占比例，實(shí)際承載能力為30t。在圖2.1.1（a）、（b）所示狀態(tài)，由于上部物體重量很大，而SPMT僅尾部靠近重物部分軸線承載，其他軸線反力不能太大，否則容易導(dǎo)致運(yùn)輸托架頭部上翹。為了避免因受力過大破壞SPMT設(shè)備和結(jié)構(gòu)，尾部靠近重物部分軸線承載最大受力必須限制在額定承載能力范圍內(nèi)?；蒲b卸過程中，SPMT軸線荷載之和逐步增大；SPMT軸線從滑移裝車方向往車頭方向逐漸參與承載；滑移至運(yùn)輸位置時(shí)，所有軸力參與工作且軸荷基本一致，軸線荷載之和與上部重量相等。因此，SPMT滑移裝卸過程具有荷載非線性的特點(diǎn)。

2.2SPMT模擬

由于SPMT在額定荷載范圍內(nèi)可以運(yùn)用液壓調(diào)整變形量，其Z向剛度很難模擬。為了在運(yùn)輸托架設(shè)計(jì)上具有一定的安全系數(shù)和防止SPMT過載，假設(shè)在額定軸荷范圍內(nèi)，SPMT為線彈性性關(guān)系；當(dāng)其上部荷載超過額定荷載時(shí)，SPMT反力不再增加，變形與托架結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)一致。此外，軸荷不可能出現(xiàn)小于0的情況，SPMT模擬采用SAP2000中框架拉壓比限定設(shè)置。

2.3有限元分析模型

計(jì)算采用SAP2000軟件，移動(dòng)荷載模擬采用不同位置施加荷載實(shí)現(xiàn)。便于分析結(jié)果對比，在同一個(gè)模型文件立面建立8個(gè)不同的位置的子模型實(shí)現(xiàn)。依次分別舊爐體下段荷載部分滑移至運(yùn)輸托架到滑移至運(yùn)輸狀態(tài)的不同位置1～8，相鄰位置間滑移距離為3m。模型中，所有下部模擬SPMT的虛擬柱縱向間距6m，等效SPMT軸數(shù)為6/1.4=4.3軸，虛擬柱的拉壓比限定設(shè)置為拉力為0kN，考慮一定安全系數(shù)壓力為1250kN。采用靜力非線性分析工況，考慮模型P-Δ效應(yīng)，分析結(jié)果收斂狀況較好。

3　滑移過程計(jì)算結(jié)果

3.1計(jì)算反力及變形

由計(jì)算結(jié)果可知，舊爐體下段滑移裝車作業(yè)時(shí)，在荷載從平臺轉(zhuǎn)移至SPMT運(yùn)輸車上的過程中，運(yùn)輸托架下部SPMT軸線極其容易達(dá)到額定承載力極限，荷載交接階段為SPMT受力的最不利階段。

運(yùn)輸托架變形隨著舊爐體下段滑移位置不同逐漸增大。運(yùn)輸托架長度方向上最大變形產(chǎn)生的位置與滑移的位置有關(guān)，基本上出現(xiàn)在舊爐體下段中心位置處。運(yùn)輸托架的絕對變形呈下?lián)馅厔?，最大變形出現(xiàn)在位置8，即所有荷載均轉(zhuǎn)移至運(yùn)輸托架中心。

3.2運(yùn)輸托架應(yīng)力

由計(jì)算結(jié)果可知，在舊爐體下段荷載全部轉(zhuǎn)移至運(yùn)輸托架上，但尚位于運(yùn)輸托架尾部的位置5時(shí)，運(yùn)輸托架的應(yīng)力比達(dá)到最大值。爐體滑移至位置8（最左側(cè)）時(shí)，此時(shí)雖然運(yùn)輸托架承受舊爐體全部荷載，應(yīng)力比反而降低，是因?yàn)樵摖顟B(tài)下，SPMT反力比較一致的原因。因此，位置5狀態(tài)是運(yùn)輸托架設(shè)計(jì)的控制狀態(tài)。

不同位置運(yùn)輸托架內(nèi)力、撓度及應(yīng)力比計(jì)算結(jié)果見表3.2.1。

表3.2.1　舊下段滑移裝車過程運(yùn)輸托架計(jì)算結(jié)果比較

4　結(jié)論

滑移裝卸車過程是大件運(yùn)輸荷載作業(yè)的關(guān)鍵過程，由于荷載轉(zhuǎn)移過程中極易導(dǎo)致部分SPMT軸線荷載超過額定承載力；運(yùn)輸托架承載力最不利情況通常出現(xiàn)在裝卸車荷載轉(zhuǎn)移過程中。因此，在工程實(shí)際運(yùn)用滑移裝卸技術(shù)中需要特別重視荷載轉(zhuǎn)移過程，以免發(fā)生設(shè)備和結(jié)構(gòu)破壞事故。利用有限元分析軟件的非線性分析可以很好的模擬裝卸車過程計(jì)算問題。在該高爐工程眾多的滑移裝卸車作業(yè)均順利完成的實(shí)際運(yùn)用表明，該計(jì)算方法是可行的，計(jì)算結(jié)果是可靠的。

［1］北京金土木軟件技術(shù)有限公司中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院SAP2000中文版使用指南人民交通出版社，2006.9

［2］林同炎S.D.斯多臺斯伯利（著）高立人方鄂華錢稼茹（譯）結(jié)構(gòu)概念和體系中國建筑工業(yè)出版社，1999.2