受力分析在大型物件吊装的应用

隋吉涛

第七采油厂第三作业区生产指挥中心

摘要：本论文着重研究受力分析在大型物件吊装的应用。本文从重量与重心计算、吊机及吊点位置的确定、吊点及辅助构件的设计以及吊机的参数选择等各个方面进行详细的阐述和说明。通过受力的分析从而确定吊车的选择，机具的应用等。

关键词  受力分析  吊装工程  吊装方法  吊装设计  吊装机具  准备工作。  

0前言

目前油田地面工程建设预制化施工和撬装产品应用频繁，使得大型、重要吊装工程越来越多,而且吊装的构件形式、吊装所使用的设备和吊装方式方法越来越趋向于多样化、复杂化，如何安全顺利完成安装工程已经严重影响到现场施工进度。吊装安全工作从设计制造、运输、吊运及安装每一步都同样重要。但通过工作接触，各施工单位部分设计者考虑不够周全，只管把构件做出来，吊物重量不知道、现有起重设备是否符合要求、绑扎方法不确定、吊装方法未确定、吊具未准备等等不周全因素。这样如何通过受力分析确定吊车及吊具，就是本文主要阐述和说明的。

1  重量与重心计算

大型构件通常包含以下部分: (1) 主结构；(2) 管线及管线支座；(3) 电仪及电缆桥架；(4) 设备及底座；(5) 辅助构件等。

结构物的重量和重心也就是以上5个方面的分项重量和重心之和。结构、管线及管线支座、电仪及电缆桥架、设备底座重量重心可以通过净料单或结构模型来进行计算；设备可以通过其供货的资料上直接得到它的重量和重心；辅助构件主要包括必要的脚手架、吊装辅助以及索具，脚手架可以通过结构物的安装特点进行估算；吊装辅助重量可以从吊装设计中得到。主结构重量及重心推荐使用从结构模型中直接获取。

结构物重量及重心计算公式如下：

W=∑Wi

X= ∑Wi*Xi/ ∑Wi

Y= ∑Wi*Yi/ ∑Wi

Z= ∑Wi*Zi/ ∑Wi

式中：

W—构件总重量

Wi—各分项重量

X—构件重心在X轴的坐标值

Xi—各分项重心在X轴的坐标值

Y—构件重心在Y轴的坐标值

Yi—各分项重心在Y轴的坐标值

Z—构件重心在Z轴的坐标值

Zi—各分项重心在Z轴的坐标值

2  吊机及吊点位置的确定

当我们知道结构物的制作位置和安装位置后，吊机资源首先被锁定，当吊机资源选定后，依据吊机的特点和性能布置吊点的位置。吊点位置的确定原则如下：

(1): 满足吊机的整体使用性能；

(2): 满足各吊钩的起重能力；

(3): 满足结构物自身结构的承载能力；

(4): 易于施工。

吊点位置确定后，必须通过图纸形式用大实心圆点进行标注，并标注出相关的定位尺寸。

3  各吊点位置力的确定

各吊点位置力的确定分两步进行：

(1): 计算各吊点位置处的垂向力；计算公式如下：

∑Hi +W=0

∑Hi*Xi +W*X =0

∑Hi*Yi +W*Y =0

(2): 依据各吊钩处的垂向力计算各吊点位置的钢丝绳力Fi；计算公式如下：

Fi sin(a)=Hi

式中：

W—构件重量

Hi—各吊点位置垂向力

Fi—各吊点位置钢丝绳拉力

a—钢丝绳与水平面的夹角

4  吊点及辅助构件的设计

吊点的常用形式有两种：吊耳和吊柱(吊轴)。

4.1 吊耳的设计

（1）吊耳的设计时考虑的因素包括选配卸扣的参数和结构物自身的结构特征。例如：卸扣的轴径决定了吊耳的开孔直径，卸扣的弓高决定了吊耳外缘尺寸的大小等等。

（2） 吊耳设计时需校核的方面

1) 吊耳本身：

a轴内孔的挤压应力；b吊耳的最大拉应力；c吊耳的最大剪应力；

d吊耳外边缘的撕裂力e贴板焊角校核。

2) 在连接位置：

a拉应力；b平面内弯曲应力；c平面外弯曲应力；d最大剪应力       e组合应力。

4.2 吊柱(吊轴)的设计

吊柱(吊轴)设计需校核的方面

(1) 在钢丝绳接触位置：

1）接触位置的剪应力；2）接触位置的局部屈曲应力

(2) 在连接(包括焊缝)位置：

1）剪应力；2）弯曲应力；3）组合应力

4.3辅助构件的设计

辅助构件的设计；辅助构件通常包括撑杆和吊装框架，也叫吊梁。只有当吊点的布置不能满足吊机的安全操作时，撑杆或吊装框架才被使用。撑杆或吊装框架的设计原则是即要满足使用要求又尽可能设计成工艺简单易于制作的结构形式。撑杆或吊装框架在设计时主要校核以下方面：

（1）拉应力；（2）剪应力；（3）弯曲应力等。

5  索具的选择、连接及校核

5.1 索具的选择

索具选择的依据；当我们得到每个吊点的力后，根据公司现有卸扣及钢丝绳(包括吊带)的尺寸及能力进行选择，所选择的卸扣和钢丝绳的安全工作荷载一定要大于它所要承载的力(要考虑各种环境因素的影响)。

5.2 索具的连接

原则上，钢丝绳之间的夹角应小于等于90度；钢丝绳对折时应保证钢丝绳圆滑过渡，圆滑面的直径应大于等于5倍的钢丝绳直径，吊带和无接头钢丝绳除外。              5.3 索具的校核

索具的校核通常连同选择一起进行，在索具选择列表栏的后面加上工作荷载、索具安全荷载及安全系数。见下表（供参考）：

索具参数表：表1

序号	名称	规格	数量	安全荷载	工作荷载	安全系数
1	钢丝绳	φ66×14000	2	50T	20T	2.5
2	50T卸扣		2	55T	20T	2.8

6  吊机的参数选择

由于吊机的吊重与吊机的操作半径相关，随着操作半径的增加，吊机的吊重随之减少。为了吊机的操作安全，吊装方案中必须给出安装构件所需的吊机参数，此参数将作为吊机操作的依据。下面是吊机参数选择的例子供参考。当多台吊机参与联合吊装作业时，吊机应在吊机及吊点位置布置中编上编号，并且每台吊机的起重能力应不大于在此条件下额定起重能力的75%。

吊机参数表：表2

序号	名称	操作半径	主臂长	起吊能力	工作荷载	安全系数
1	50t	32m	40m	50T	25T	2.5

7  吊装高度校核

吊机高度校核包括以下方面：

（1）校核吊机吊装最大高度是否满足被吊物件的吊高要求。

（2）校核被吊物体外缘在安装高度下是否与吊机臂杆相碰撞（龙门吊除外）。

（3）如果使用浮吊进行吊装，还要校核浮吊主船体边缘是否与被吊物件或要安装到的目标物件是否相碰撞。

参考文献：

《大型设备吊装工程施工工艺标准》SH/T 3515-2003

《建筑施工起重吊装工程安全技术规范》JGJ276-2012