力學在工程中的應用

摘 要:以實例介紹了力學在工程中的應用，探討了桁架點簡化為鉸的條件。提出了使用過程中一些特殊問題的解決方法。

關鍵詞:應力桁架應變片

中圖分類號:O3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(b)-0108-01

在大型設備吊裝過程中，采用電測法進行應力監測，對安全可靠地進行吊裝起很重要的作用。特別是對一些既高且重的設備(如蒸餾塔、電視塔等)，若分段向上吊裝，必然會有大量的高空作業，很不安全，質量也很難保證。如我國30萬t 乙烯工程中的丙烯蒸餾塔，塔高83m，重500多噸;再如，同一工程中的火炬塔架高120m，重230多噸。這些設備很難采取分段吊裝，而是在現場首先臥式拼裝完工以后，再用桅桿吊裝豎立起來。由于這些設備高而重，在臥式狀態吊裝時，自重所產生的應力將會很大。特別是在吊點附近，由于集中力的作用，其應力更大。吊裝是否安全將決定于這些部位應力的大小，考慮不周將會造成設備損壞或人身事故。如果在吊裝過程中，用電測法對危險部位進行應力監測，則可以減少甚至避免事故的產生。這是現場吊裝中保證安全的一個重要手段。

1 應力監測

現以30萬t乙烯工程中火炬塔架的吊裝為例，來說明吊裝過程中應力監測的應用。這個塔架總高121.5m，重236.5t，塔架是桁架結構。采用A型桅桿扳倒法豎立。在實測中，對塔架的兩個起吊點附近的各桿件及底部支點各桿件分別布置有電阻片，塔架吊裝前用多個枕木垛支撐起來，并用水平儀測量其水平度，以便盡量減小其在初始狀態下的應力。

表1為上起吊點(即在86m高處的起吊點)附近主要受力桿件的應力值;由表1，表2列出的測量結果可得到以下結論:（如表1表2）

對于這些桁架結構，以往習慣的簡化計算方法都是將節點簡化為鉸，也就是認為各桿件是二力桿，只有軸向力作用，沒有彎矩的作用。測量結果表明，在有集中力及力矩作用點附近(如吊點等)的各桿件，不是單純的拉壓桿件，還存在著彎曲應力，有時甚至占主要地位。如上起吊點的上塔柱2、3 點的軸向平均應力是17.3MPa，而其彎曲應力競達到±79.3MPa;斜桿、橫桿在起吊點附近1m的范圍內，彎曲應力也占了不小的比重;支腿下塔柱的軸向平均應力是- 10.7MPa，而彎曲應力競達到±63.8MPa。在遠離起吊點的區域，彎曲應力的比重則大大下降。如上起吊點的下塔柱的15、16 兩點，軸向應力為-58.2MPa，而其彎曲應力只有±0.4MPa，幾乎可以忽略不計。

上述現象表明，桁架節點簡化為鉸來計算的條件，是各節點必須處于沒有集中力或力矩作用的區域。對于不滿足這個條件的桿件必須考慮彎曲應力的作用，對其進行彎曲應力強度校核。由于集中力作用的區域，理論簡化條件比較難以確定，因此，除了事先作必要的簡化計算外，吊裝現場實測則是一個重要的不可缺少的手段。通過實測，可以隨時發現問題，避免重大事故的發生。

2 大型結構電測試驗在實測過程中一些特殊問題及解決方法

2.1 導線的布局問題

大型結構的被測區域一般距離測量儀器都比較遠，通常引線長度都在100m以上，如果進行多點測量，每個電阻片都用長導線引到測量儀器上，則不但要耗費大量的導線，而且一旦出現問題，由于導線長而且多，尋找故障點將會很困難。這時最好采用自動巡回檢測電阻儀，將其換點箱放在被測點附近，從而使電阻片到自動換點箱的距離大大縮短，放置位置得當可將導線控制在10m以下。這樣不但節省大量導線，而且出現故障也容易找到。由自動換點箱引出一根四芯屏蔽測量線和一組控制引線到測量儀器和控制箱上，即可實現遠距離自動換點。如果測量儀器采用自動打印記錄裝置，那么就可以大大提高測量速度，并減少測量誤差。測量線電阻要事先測出，以便對測量結果進行修正。

2.2 電阻片的防潮問題

由于現場實測準備工作的工作量較大，一般電阻片粘貼完以后都要過幾天才能正式測量，室外防潮和防損問題就很突出。實踐證明，一般防潮用常溫固化環氧樹脂較為理想，它既可防潮，同時也達到了防損的目的。電阻片粘貼完以后用熱吹風機將潮氣驅出，再涂上防潮材料即可。2.3電阻片的溫度補償問題現場條件差，測量時間長，溫度補償片的布置就特別要注意。一般采用分區補償，區域不可太大。

補償片一定要放在被測區的附近，以減少溫度引起儀器讀數的漂移，并減少測量時間。溫度補償片的導線與工作片的導線的走向最好一致，以保證導線溫度場相同。

參考文獻

[1]劉烈全.驗應力分析中的電測法[M].北京:國防工業出版社，1999.

[2]莊德恩.實驗應力分析的若干問題及方法[M].北京:科學出版社，1979.