大直径钢圆筒吊装方案解析

项旭东 赵双宝 黄 超

江苏省特种设备安全监督检验研究院江阴分院 江阴 214400

摘 要：介绍了采用门式起重机和浮式起重机两种起重设备吊装钢圆筒的方案，以满足钢圆筒在不同工况下的吊装需求，并通过有限元分析软件Ansys对吊装过程中受力模拟分析，计算出吊耳受力情况及钢圆筒吊装变形量。方案在实施过程中不断完善并取得了很好的质量改进和顺利吊装，对今后类似结构具有很好的借鉴意义。关键词：大直径；钢圆筒；吊梁；方案

中图分类号：U653.921 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2019）18-0099-05

Abstract: In order to meet the hoisting requirements of steel cylinder under different working conditions, this paper introduces the

hoisting scheme of the steel cylinder with gantry crane and floating crane, simulates and analyzes the force during hoisting by using the finite element analysis software Ansys, calculates the hoisting lug force and the steel cylinder hoisting deformation. Through continuous improvement during the implementation, good quality improvement has been obtained and smooth hoisting has been realized, which can serve as a good reference for similar structures in the future.

Keywords: large diameter; steel cylinder; hoisting beam; scheme

0 引言

钢圆筒是人工岛的围堰，作为深基坑支护兼止水的主结构是人工岛建设中最关键的结构（见图1）。在施工场地，通过震沉设备夹住钢圆筒上端，吊装至指定位

置震入水底，钢圆筒上端的圆度直接影响震沉设备能否将其顺利夹装，故其制造过程中上口圆度的控制为质量控制的重中之重。钢圆筒的吊装是钢圆筒制造环节中的最后一道工序，直接关系到钢圆筒上口圆度的质量，吊装方案的优劣直接关系到钢圆筒的圆度是否符合要求，

引　用　格　式 项旭东，赵双宝，黄超.大直径钢圆筒吊装方案解析[J]. 起重运输机械，2019（18）：99-103.参考文献

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作者邮箱：1499668775@qq.com收稿日期：2019-01-29

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安装调试INSTALLATION COMMISSIONING

是质量控制的关键。

通过多个钢圆筒项目，总结了多项生产制造的关键技术。本文以深中项目钢圆筒为例进行研究，其结构特点是直径大、高度高、质量大。

图1 由钢圆筒围堰的人工岛

1 结构特点及要求

深中通道项目单个钢圆筒质量约为700 t，直径为28 m，最大高度为41 m，筒壁厚度为20 mm，筒内无任何横撑，自身结构刚性较弱，在吊装过程中钢圆筒稳定性不易保证。当变形超过弹性形变极限时，可能造成钢圆筒的整体塑性变形，从而影响其整体质量，无法确保后续震沉工序的顺利夹装。因此，在钢圆筒吊装方案的设计和吊点的选取时，需要根据钢圆筒的结构特点确定吊耳的结构形式、数量、分布及加固措施，再根据现有起重设备、吊装索具等资源设计合理的吊装方案。

2 吊装方案

根据钢圆筒结构特点，受内场及外场起重能力及场地的，将整个制造流程分为以下几步：1）在车间完成片作，将片体转运至外场进行拼装合拢成整圆；2）将钢圆筒利用门式起重机吊装移位至码头浮式起重机可以吊装的位置；3）由浮式起重机将钢圆筒直接吊装上船绑扎后发运。

由于外场门式起重机起重能力只有500 t，而单个钢圆筒约重700 t，外场移位时需同时利用2台500 t门式起重机配合吊装，故方案一为两台门式起重机配合的吊装；方案二为一台浮式起重机吊装。需要考虑如何科学合理布置吊点以适应这两种不同设备的吊装。

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2.1 吊装方案

钢圆筒本体结构为均匀的圆筒结构，吊点需相对均匀地布置在筒体结构上，才能使吊装时吊点受力均衡作用在筒体结构上，避免圆筒体受力不均而产生塑性变形。

因圆筒内无任何横撑结构对圆筒加强，吊装过程中只要存在水平分力，即便是受力很小也会对钢圆筒圆度产生变形。若吊装时直接将钢圆筒上吊点与钩头通过钢丝绳连接，因钢圆筒高度比较高，只有采用较短的钢丝绳才能控制吊装高度，导致在有限的高度范围内吊装钢圆筒时存在较大水平分力，从而使钢圆筒变形较大。如果采用常规方案在钢圆筒内增加临时工艺横撑，在吊装

完成后需高空拆除，且钢圆筒制造数量较多，利用临时工艺撑加强方案不仅增加了辅助材料的使用，还增加了工作量，这样更会延长钢圆筒的生产周期。综合考虑若设计一个专用吊梁，通过吊梁克服吊装过程中的水平分力，可循环吊装所有钢圆筒，有限提高生产效率及质量控制。

2.2 钢圆筒吊点的设计

1）吊耳的设计及布置

钢圆筒结构由筒壁、环向筋板、筒内沿周长方向均布48根纵向T形钢等部分组成，其中T形钢安装位置刚性相对较强。为考虑吊点的均匀布置，若在48根T形钢上均布4个吊点，单个吊点垂直受力就达到175 t，

对结构变形影响较大。若采用16个吊点，受力很均匀，但因吊装时需保证每个吊点同时受力，现有起重设备的双爪钩头和吊装索具无法满足要求。综上考虑，在圆筒上均布8个吊点，使得吊装时钢圆筒结构能够均匀受力，减小吊装变形（见图2）。

每个吊点位置安装一个吊耳，吊装钢丝绳上安装卸扣，通过卸扣的销轴与吊耳孔进行装配连接。钢圆筒上端1 m为震沉时夹装区域，为了减少后续高空切割吊耳的工作量，吊耳安装位置避开上端夹装区域，吊耳与T形钢连接（见图3）。按单个钢圆筒重700 t进行计算，考虑吊装时可能受力不均，单个吊耳设计受力120 t，通过计算均满足要求。

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图2 钢圆筒上端均布8个吊装吊耳

1.钢圆筒内壁 2.吊装吊耳 3.加强板 4.钢圆筒T形钢

图3 吊耳安装示意图

2）吊点结构受力计算

单个钢圆筒起重量约为700 t，考虑受力不均单个吊点，假定最大作用力为120 t，通过有限元分析软件Ansys进行校核， T形钢最大应力为202 MPa（许用应力为235 MPa），满足要求，筒壁最大应力为252 MPa（许用应力为345 MPa），满足要求，最大位移为23.9 mm，各吊点均满足受力要求（见图4）。

INSTALLATION COMMISSIONING安装调试图4 吊点结构受力计算

3）钢圆筒吊装变形量计算

对模型中吊耳处节点简支约束力进行计算，施加竖直向下1.5g的重力加速度，最大应力为292 MPa（许用应力为345 MPa），满足要求，最大变形为60.4 mm（见图5）。

图5 钢圆筒吊装变形量计算

2.3 吊梁的设计

1）吊梁结构

为确保吊装过程中筒体上的吊点不受水平分力作用，而仅受垂直向上的作用力，必须在钩头与钢圆筒之间设置吊梁来平衡水平分力。钢圆筒8个吊点均布在直径为28 m的圆筒上，吊梁需满足下方的8个吊点在钢圆筒8个吊点正上方，设计吊梁必须为正八边形，且吊

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安装调试INSTALLATION COMMISSIONING

梁上的8个吊点和钢圆筒8个吊点尺寸完全一致，以满足吊装过程中钢圆筒上的吊点仅受垂直向上的力，减小了因吊装而产生的变形。

钢圆筒的吊装作业涉及两台门式起重机和一台浮式起重机两种起重设备吊装的两种工况，这两种工况不同之处在于浮式起重机双钩头开档为5 m，而两台门式起重机为避免自身结构碰撞，起重机钩头之间开档尺寸为20 m，吊装时对吊梁的受力不同，故需设计两种不同结构形式的吊梁（见图6），以满足钢圆筒在不同情况下的吊装需求。

图6 钢圆筒吊装吊梁

2）吊梁受力计算

如图7所示，吊梁下方吊耳节点处简支约束，上方吊耳沿吊点方向施加120 t的作用力，方向指向吊点，经计算满足要求；杆件最大长细比为141.36，满足要求，最大位移为21.1 mm。

图7 吊梁受力分析

2.4 吊索具的选用

钢圆筒利用两台门式起重机和一台浮式起重机两种起重设备分别吊装时的两种工况均为双钩吊装，单个钩

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头需连接4个吊点。众所周知，除圆筒圆心以外，无任何位置可以达到与圆筒周边4个点的距离相同，均布在圆筒上的4个吊点到钩头距离各不相同，吊装时如果每个钩头使用单根钢丝绳，因钩头至4个吊点长度不同，无法保证4个吊点同时受力。将4个吊点对称分为2组，每组中的2个吊点利用一根钢丝绳串联使用，串联钢丝绳可以调节两个吊点至钩头距离，2组钢丝绳长度一致，从而满足了吊装要求。

吊装时两个钩头之间利用钢丝绳进行捆绑，使两钩头开档固定在5 m不变。在吊装过程中，由风力等因素钢圆筒会出现晃动，此时使钢丝绳倾斜而产生水平分力，使钢圆筒变形。为减少受水平分力，吊梁与钢圆筒之间的连接钢丝绳需尽可能地采用短钢丝绳，将钢圆筒与吊梁连成一个整体，即使出现晃动也是钩头与吊梁之间的钢丝绳出现倾斜，减小吊装过程中因钢圆筒的晃动而产生的变形，浮式起重机吊索具配置见图8、图9。

3 吊装方案的实施

3.1 吊装注意事项

1）吊装作业前

检查钢圆筒结构，确保结构完整性符合吊装要求；检查起重设备、吊装索具等，确保符合使用要求；布置钢圆筒吊装移位后放置位置，均布搁置点不少于18个，所有搁置点水平水平控制在3 mm内。

2）吊装作业时

吊装作业区域内无关人员不得停留或通过，在起重设备伸臂和吊装构件下发严禁任何人员停留或通过。起吊过程中应匀速平衡，不得突然制动或没有停稳时作反向行走和回转，落下时应低速轻放。如遇恶劣天气或风力大于6级不得进行吊装作业。

3.2 门式起重机吊装

利用两台500 t门式起重机配合同步抬吊，起吊时需注意钩头上吊装质量，两台门机需同时逐步增加起重量，防止单个钩头受力过大，缓慢地将钢圆筒移位至发运码头（见图10）。

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图8 门式起重机钢丝绳配置

图9 浮式起重机吊索具配置

图10 门式起重机吊装钢圆筒

INSTALLATION COMMISSIONING安装调试3.3 浮式起重机吊装

利用1600 t浮式起重机双钩吊装钢圆筒，起吊时需注意缓慢升钩头，两个钩头亦需同步增加质量。

因前期对钢圆筒特点进行了较详细的分析，对吊装过程中可能出现的问题有了基本的预判及解决措施，钢圆筒吊装过程进展顺利，吊装后钢圆筒未出现吊装而引起的变形，满足了设计要求。

4 结束语

大型圆筒结构的吊装一直是起重行业内的难点，本文通过对大直径钢圆筒的结构特点和吊装过程中可能出

现的问题进行了分析，结合相关起重设备，编制合理的吊装方案以满足钢圆筒的生产需求，并对吊装方案的计算及应用进行了介绍，为以后类似结构吊装提供一定的借鉴。

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作 者：黄 超

电子邮箱：weiliang@zpmc.com收稿日期：2019-03-27

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