升壓站分段模塊吊裝變形分析研究控制

馮茹鳴 殷俊杰 溫敏東

1.中廣核新能源浙江分公司 浙江杭州 202103；2.上海振華重工（集團）股份有限公司 上海 202103

海上升壓站采用分段模塊化制造，將整個升壓站分成多個分段模塊同時建造，電氣，暖通，消防等專業的預舾裝件都會在分段模塊建造過程中提前預制，后續再分段模塊合攏。有效加快建設進度。但分段模塊吊裝翻身過程中產生的變形會直接影響結構合攏和后續專業電纜，管路，風管安裝，因此升壓站分段模塊吊裝變形是必須嚴格控制的。本文涉及的升壓站分段模塊吊裝變形分析研究控制可以提高分段模塊吊裝過程中的安全性及質量，吊裝變形減少，有利于后續結構合攏及電氣，暖通，消防等專業工作展開都是有益的，可以增加后續工作的順利度，以保證項目建設在規定周期內完成。

圖1 中廣核嵊泗升壓站效果圖

1 升壓站分段模塊結構分段劃分及建造方式

由于中廣核嵊泗海上升壓站上部組塊單層甲板平臺長寬主尺寸較大（最大截面40.3m×37.6m），在綜合考慮結構車間起重設備及沖砂油漆車間尺寸參數后，中廣核嵊泗海上升壓站結構一層采用2個分段（H11P和H11S）制作、二層采用4個分段（H21P、H21S、H21C-A和H21C-F）制作、三層采用2個分段（H31P和H31S）制作、四層采用2個分段（H41P和H41S）制作，共計10個分段模塊。結構分段采用反造制作，反造制作優點在于可以減少現場施工人員仰焊數量，保證結構焊接質量及進度，同時便于電氣支吊架、暖通、消防預舾裝的焊接工作和安裝工作。但結構反造在結構分段合攏前，需完成分段翻身工作，在翻身過程中，結構容易產生變形，影響結構制作精度，因此通過有限元計算分析結構強度[1]。

圖2 中廣核嵊泗升壓站總體制作流程圖

2 升壓站分段吊裝吊耳安裝、翻身

2.1 各分段重量重心

分段 總重/T 重心X Y Z H11P 137.9 #1+15810 #C+8714 14424 H11S 171.8 #1+19291 #C-8437 14437 H21P 82.8 #1+17064 #C+13782 20197 H21S 147.5 #1+18122 #C-14319 19884 H21C-A 147.2 #1+9620 #C-4 20189 H21C-F 118.9 #1+27365 #C-228 20366 H31P 134.9 #1+17216 #C+9807 25184 H31S 111.1 #1+16889 #C-11224 25017 H41P 167.2 #1+17537 #C+8427 30601 H41S 167.5 #1+17323 #C-10290 30611

2.2 300T龍門吊參數

主鉤 120T×1 配人字形吊索，連平吊吊耳副鉤 100T×2 副鉤間距12m，連翻身吊耳

2.3 吊耳布置原則和吊索具選配

（1）根據重心位置，吊耳盡可能對稱均布。

（2）兩個副鉤之間的承載差不得超過30t。

（3）根據吊耳的設計載荷和分段翻身尺寸選用相應規格和長度的吊索和卸扣。

（4）人字形吊索夾角不得超過50°。

圖3 吊耳布置形式一

圖4 吊耳布置形式二

2.4 升壓站分段吊裝翻身示意

圖5 翻身步驟示意

3 升壓站分段吊裝翻身有限元分析及結構加強

3.1 模型簡化

（1）不考慮吊耳的細節受力狀態，僅校核主結構的承載狀態。

（2）分析中認為鋪板結構是與主結構連接完好的，主結構無強度問題，則其不存在強度問題。

（3）結構采用beam單元模擬。

（4）為考慮鋪板剛度，采用板單元進行模擬，但不對其強度進行校核。

3.2 載荷及約束情況

（1）根據工藝文件，將載荷以重力的形式加載到梁段上，安全系數1.5（極限應力/許用應力）。

（2）鋪板結構載荷包括面板和支撐結構，模型中統一以面板質量的形式加載。

（3）艙壁荷載根據需要加載。

3.3 材料屬性與模擬工況

結構分析選用材料Q345級別，其彈性模量210GPa，泊松比0.3，屈服強度345MPa。

鋪板厚度6mm，材料為Q235級別，其彈性模量210GPa，泊松比0.3。屈服強度235MPa。

模擬工況：1.5*分段結構自重。

3.4 典型分段H21P分段有限元分析位移結果

圖6 位移云圖

3.5 典型分段H21P分段有限元分析應力比

圖7 應力比云圖

3.6 分段吊裝翻身校核結果

表1 校核結果（本表格只包含部分典型分段）

表1（續）校核結果

3.7 分段結構強加方案

模擬結果表明：結構主要表現為應力比超標。造成該結果的主要原因是吊點位置布置不合理，吊點數目不足，進而導致吊耳附近工字鋼受彎組合應力過大。本報告針對出現上述問題的幾個分段分別作了吊點的調整，調整后結構滿足使用需要。

H21P分段吊裝-新方案在原始方案基礎上增加吊點數目，H21C-F分段吊裝-新方案改變吊點位置，改變翻身吊耳位置。

表2 新方案校核結果

考慮到升壓站三層結構主變、GIS、高抗房間都是跳空房間，三層甲板面結構都有大開孔，四層結構有主變、GIS、高抗、柴油發電機的艙口蓋也有規格不小的檢修口，在吊裝前在開孔處做了十字加強以保證各個開孔的強度，三層、四層結構在有限元計算過程中就一次算過了，見H31P分段和H41S分段計算結果[2]。

4 現場精度檢測

4.1 測量階段

本階段的時間節點為：分段結構油漆噴刷結束后至結構翻身吊裝合攏結束。在這一階段主要測量任務：

（1）根據分段焊后結構數據進行合攏模擬；

（2）主柱合攏后定位測量；

（3）分段水平測量；

（4）層高水平測量；

（5）電氣支座水平測量。

4.2 測量項目、方法及精度要求

4.2.1 水平測量

使用儀器：自動安平水準儀、鋼卷尺、水平尺。

應用項目：分段水平測量、層高水平測量、電氣支座水平測量方法、精度見表3：

表3 測量方法、精度

4.2.2 定位測量

使用儀器：全站儀、鋼尺

應用項目：分段結構定位、主柱及將軍柱定位、結構中線定位測量方法、精度見表4：

表4 測量方法、精度

4.2.3 其他相關測量

使用儀器：激光水平儀、線錘、水平尺，鋼卷尺

應用項目：將軍柱、主柱、小立柱、斜立柱垂直度測量方法、精度見表5：

表5 測量方法、精度

4.2.4 現場翻身吊裝合攏測量數據

圖8 合攏檢測數據

現場各層結構分段翻身吊裝合攏以后，精度控制均滿足要求，證明有限元計算后加強，效果明顯。

5 結語

通過檢測，有限元計算分析有效加強了結構分段強度，保證翻身、吊裝，合攏過程中的結構變形小于規定值，提高結構制作精度，提升整個升壓站制造質量，同時為后續類似項目提供經驗參考[3]。