鋼管吊裝專用U型吊具研用

辛石鐿，王 強

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明650032）

從國內外風電塔筒、壓力鋼管項目的設計來看，每個項目的塔筒、壓力鋼管設計都是多套類型，其中每套又由多個單節(jié)鋼管組成。生產工序都為卷板-縱縫焊接-矯圓-筒節(jié)組裝（或倒運）這4個工序。制造過程中每個工序需要反復進行鋼管吊裝倒運，工作量繁多，從安全、質量、進度、成本上考慮，制造企業(yè)需要尋找一種簡潔、方便、實用、能提高質量安全的吊裝工具。

1 鋼管吊裝專用U型吊具研制使用目的

1.1 傳統(tǒng)吊具

使用傳統(tǒng)夾具吊具對單節(jié)鋼管進行吊裝、倒運，會存在以下的主要問題：

（1）安全問題，施工人員吊裝倒運過程中，需搭設爬梯進行高空作業(yè)裝掛（去除）夾具，且運動過程中無法觀察夾具是否鎖緊。

（2）質量問題，夾具夾住管壁會對鋼管表面造成壓痕傷害，鋼管重量越大，壓痕也越大。

（3）工作效率，每節(jié)管吊裝倒運至少需投入2名施工人員耗時3～5 min，工效較低。

1.2 研制使用的目的

鋼管生產過程中的吊裝倒運，需保質、安全且更高效的進行，鋼管吊裝專用U型吊具研用主要是為了解決傳統(tǒng)吊具使用過程中存在的3個主要問題，以達到下面目的：

（1）安全問題，人員和物體處于安全狀態(tài)，不需要高空作業(yè)裝掛（去除）夾具，且運動過程中能監(jiān)控吊具狀態(tài)。

（2）質量問題，避免鋼管本體受損，且與鋼管重量大小無關。

（3）提高工作效率，減少人員、時間、設備的投入。

2 鋼管吊裝專用U型吊具設計

2.1 研制方案

（1）設計思路：施工前，方便單人操作；操作過程中，杜絕搭設爬梯等高空作業(yè)，方便觀察；吊裝到位后，方便去除吊具；整個過程簡潔實用，不傷害鋼管管節(jié)本體。

（2）設計方案：選擇吊具為U型吊具，吊具截斷面為“工”字形，由翼緣板和腹板焊接組成；為了施工操作時起平衡作用，吊具上端前部設配重箱斗。

（3）達到最終目的：要求能承受目前國內常用風電塔筒或壓力鋼管的最大單管節(jié)（外形尺寸φ 4 200 mm×H 2 100 mm，板厚δ 70 mm，材料Q345D）的重量，承受載荷為15 t。

2.2 U型吊具穩(wěn)定性核算

圖1 鋼管吊裝專用U型吊具研制

根據規(guī)范GB50017-2003《鋼結構設計規(guī)范》對鋼管吊裝專用U型吊具進行板材核查，考慮到吊具主要承受向下的切應力，且整段U型吊具的截斷面都相同，若U型吊桿下部懸臂能滿足穩(wěn)定條件，那么整段亦滿足，假定下部懸臂為懸臂梁計算，整根U型吊架的長度為2.8 m，所吊鋼板所懸掛的范圍為假定為2 m，均布荷載75.00 kN/m（7.5 t/m），荷載分布：左端2.0 m。

（1）自動計算梁自重，梁自重放大系數1.20。

（2）材料：Q345，彈性模量 E=206 000 MPa，剪變模量 G=79 000 MPa，質量密度 ρ=7 850 kg/m3，線膨脹系數 α=12×10-6/℃，泊松比 ν=0.30，屈服強度fy=345 MPa，抗拉、壓、彎強度設計值 f=265 MPa，抗剪強度設計值fv=155 MPa。

（3）截面參數：225×200×40×25 mm，其中截面高hw=225 mm、翼緣板寬b=200 mm、腹板厚tw=40 mm、翼緣厚t=25 mm，截面上下對稱，截面面積A=200×25×2+175×40=17 000 mm2，自重 W=7.85×A=133.5 kN/m，面積矩S=653 125 mm3，抗彎慣性矩I=1/12×（200×2253-160×1753）=118 385 417 mm4，抗彎模量 W=2I/h=1 052 315 mm3，塑性發(fā)展系數 γ=1.05。

（4）強度應力：根據恒載工況時剪力圖可以得出剪力設計值V范圍為-154.39～0.00 kN，腹板厚度 tw=40 mm，則最大剪應力653125/118385417/40.0×1000=21.3 MPa滿足要求。

根據恒載工況時彎矩圖得出彎矩M設計值0.00～276.15 kN·m，最大正應力1052315×1e6=249.9 MPa≤f=265 Mpa，滿足要求。

（5）局部穩(wěn)定。腹板穩(wěn)定驗算：腹板高hw=175 mm，腹板厚tw=40.0 mm腹板高厚比為175/40.0=4.4≤無局部壓應力時可不配置加勁肋。

翼緣穩(wěn)定驗算：受壓下翼緣外伸寬度b=80.0 mm，翼緣厚t=25.0 mm，受壓下翼緣外伸寬度與厚度之比為

（6）驗算結論：若均布荷載，75.00 kN/m（7.5 t/m），荷載分布左端2.0 m時，滿足最大吊重為15 t的使用條件。

3 鋼管吊裝專用U型吊具實施使用

3.1 U型吊具現場試驗

根據設計圖紙和工藝指導書制作完成后，在制造車間，進行了現場技術交底及安全注意事項告知，由專業(yè)起重工進行吊裝試驗，首次試驗圓滿成功，無論人員操作、過程的穩(wěn)定性、吊裝到位后的質量檢查都達到了預期效果。試驗過程如圖2。

圖2 鋼管吊裝專用U型吊具吊裝

為了更好的運用于實際生產中，進行了為期3個月的實踐試驗，以便收集更多的數據來鞏固鋼管吊裝專用U型吊具吊裝的高效實用性。

3.2 U型吊具效果檢查

經過為期3個月的實踐試驗，在風電塔筒制造中，取得的效果非常顯著，對比原傳統(tǒng)夾具吊具，存在的問題已全部得到解決，對比表見表1。

表1 傳統(tǒng)的吊具與專用U型吊具對比表

3個月的時間里共制作塔筒60套1 980個單節(jié)鋼管，卷圓、縱縫焊接、單節(jié)矯圓、單節(jié)管組對4個工序，每個工序吊裝一次。對比傳統(tǒng)吊具吊裝，平均每一次吊裝由原來的4 min縮短到了1 min以內，節(jié)省了3 min以上時間。

4 結束語

鋼管吊裝專用U型吊具經過工廠的實際操作運用于黃草坡、巨龍山、大龍山、斗頂山、九龍坡、大荒山、阿澤、魯姑姆、古城等風電塔筒和緬甸布魯橋、苗基、斯里蘭卡M壩等壓力鋼管項目的生產吊裝，總共經過上萬節(jié)鋼管反復的吊裝實踐，驗證了鋼管吊裝專用U型吊具的實用性和經濟性，同時符合現在塔筒和壓力鋼管生產制造的節(jié)奏，已取代了傳統(tǒng)的吊裝方法，在安全、質量、成本上都給企業(yè)帶來了提升、創(chuàng)造了效益。