一些大型化工設(shè)備需要預(yù)先安裝在鋼結(jié)構(gòu)上通過海運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，運(yùn)輸過程中由于海浪的作用，設(shè)備會(huì)產(chǎn)生較大的水平力，通常這一部分水平力會(huì)大于現(xiàn)場(chǎng)安裝就位后的地震力和風(fēng)荷載。由于設(shè)備底部的螺栓數(shù)量和大小的限制，無法承擔(dān)這么大的海運(yùn)荷載，因此海運(yùn)狀態(tài)時(shí)，在設(shè)備重心位置以上設(shè)置水平力導(dǎo)向?qū)樱�使得一部分水平力通過導(dǎo)向?qū)又苯觽鬟f到柱子，設(shè)備底部的水平力相對(duì)減小，從而滿足設(shè)備和鋼結(jié)構(gòu)間連接螺栓的抗拔承載力。

為了追求高精度，高效率和低成本，一些化工設(shè)備都需要預(yù)先安裝在鋼結(jié)構(gòu)管架上，和鋼結(jié)構(gòu)一同運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)安裝就位。但是，由于基礎(chǔ)尺寸和支撐設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)的限制，基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)足夠的連接螺栓很難承擔(dān)設(shè)備的水平力。筆者幸運(yùn)地設(shè)計(jì)了管架構(gòu)筑物，長(zhǎng)48m，寬21.2m，高約20m，共有7層管架。管架有10個(gè)大設(shè)備，其中有3個(gè)相同型號(hào)的設(shè)備v，單個(gè)自重達(dá)到133t左右，高約17m。設(shè)備與鋼結(jié)構(gòu)之間采用10.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓連接，16個(gè)，36個(gè)螺栓沿底座均勻配置，海運(yùn)時(shí)，根據(jù)海運(yùn)組提供的船運(yùn)數(shù)據(jù)，設(shè)備底部最大彎矩的計(jì)算值達(dá)到6900kNm左右。此時(shí)，一側(cè)圓周上的8個(gè)螺栓被拉動(dòng)，另一側(cè)圓周上的8個(gè)螺栓被壓迫，拉動(dòng)和壓迫螺栓的受力大小由螺栓離設(shè)備中心的水平距離(西安)的多少?zèng)Q定，距離越大受力越大。

可以按照以下公式計(jì)算。[7]Fi:螺栓受到拉伸(壓力)的力m:作用于設(shè)備底部的扭矩的西安:螺栓離設(shè)備中心的水平距離。由此可推算出在水平力作用下，最外側(cè)螺栓承擔(dān)拉力最大，約為Tmax=500kN，減去設(shè)備自重在每個(gè)螺栓處產(chǎn)生的壓力值約80kN，螺栓1的拉力為420kN。根據(jù)螺栓的拔出力計(jì)算公式T=(π*de2/4)*ft[1]，一個(gè)36級(jí)的高強(qiáng)度螺栓的拔出力約為325kN，不能承擔(dān)420kN的拔出力。由于設(shè)備底座的尺寸限制和鋼結(jié)構(gòu)部件的布局，螺栓的數(shù)量和大小很難增加。假設(shè)設(shè)設(shè)備底部螺栓承擔(dān)船運(yùn)加速度產(chǎn)生的一部分水平力，另一部分水平力從上部某層直接傳遞到柱子上，可以解決螺栓承載力不足的問題。因此，設(shè)備必須與某個(gè)樓層連接，將一部分水平力傳遞給該樓層。

1確定橫力導(dǎo)向?qū)?/p>

這個(gè)項(xiàng)目除了底層還有5個(gè)操作平臺(tái)，如果選擇設(shè)備重心以下的樓層作為橫力導(dǎo)向?qū)樱�所有的橫力都會(huì)導(dǎo)向橫力導(dǎo)向?qū)印ｏ@然，設(shè)備重心以下的樓層作為水平力導(dǎo)向?qū)硬唤?jīng)濟(jì)，設(shè)備重心位置在110m的高度，110m以上的樓層分別為113.3m、117.7m和120.5m。設(shè)備總高17m，在樓層117.7m處為設(shè)備進(jìn)口，不能設(shè)置水平力導(dǎo)向塊，因此只有標(biāo)高113.3m的這個(gè)樓層適合作為水平力導(dǎo)向?qū)印?.1水平負(fù)荷作用[4、6](1)海運(yùn)負(fù)荷[2、6]。由于在運(yùn)輸過程中會(huì)遇到波浪，形成波動(dòng)，鋼結(jié)構(gòu)上固定的設(shè)備會(huì)隨船擺動(dòng)，擺動(dòng)幅度取決于設(shè)備的自重和波浪的大小。波浪運(yùn)動(dòng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)和設(shè)備的影響可以簡(jiǎn)化為三個(gè)方向的作用[1]，分別為沿船寬方向、船長(zhǎng)方向的水平力和垂直于船體的垂直力。這三個(gè)方向都有正反兩個(gè)力量，所以總共有三對(duì)力量分別與其他力量組合后分析計(jì)算。波的作用力與地震相似，可以簡(jiǎn)化為各方向的加速度和自重的乘積，各方向的加速度與波譜、運(yùn)輸船的大小、航海速度等有關(guān)。通常，海運(yùn)產(chǎn)生的x方向、y方向和z方向的水平力和垂直力對(duì)設(shè)備的影響往往大于設(shè)置位置后的風(fēng)負(fù)荷和地震力對(duì)設(shè)備的影響。除了一些特殊的設(shè)備外，體積大、自重輕，設(shè)備產(chǎn)生的風(fēng)負(fù)荷可能大于海運(yùn)產(chǎn)生的負(fù)荷。

（2）風(fēng)荷載[3]。海運(yùn)狀態(tài)時(shí)，海運(yùn)團(tuán)隊(duì)提供的風(fēng)速為21m/s。安裝到位后，鋼結(jié)構(gòu)承擔(dān)風(fēng)荷和管道的水平力組合。此時(shí)，設(shè)置場(chǎng)所的風(fēng)速為93m/s，水平力導(dǎo)向?qū)又丿B設(shè)備的風(fēng)負(fù)荷，對(duì)該層鋼結(jié)構(gòu)有很大影響，部分結(jié)構(gòu)截面需要增大，不經(jīng)濟(jì)合理。因此，設(shè)置位置后，不考慮設(shè)備的風(fēng)荷載由水平力導(dǎo)向?qū)訉?dǎo)向鋼結(jié)構(gòu)柱。此時(shí)，必須在設(shè)備和鋼結(jié)構(gòu)之間確保足夠的間隙，使設(shè)備在風(fēng)荷載作用下的變形小于確保的間隙，防止設(shè)備發(fā)生水平位移，在鋼結(jié)構(gòu)上施加水平力。

(3)水平負(fù)荷組合[4]。海運(yùn)狀態(tài)時(shí)，為了短期效應(yīng)的組合，考慮采用標(biāo)準(zhǔn)組合。此時(shí)，水平力負(fù)荷效應(yīng)組合為船運(yùn)加速度產(chǎn)生的水平力與海運(yùn)時(shí)的風(fēng)負(fù)荷組合，組合系數(shù)為1.0。1.2計(jì)算模型(1)建立力學(xué)模型1，將設(shè)備v簡(jiǎn)化為部件形式，如圖1所示。這種簡(jiǎn)化力學(xué)模式的部件設(shè)定為一內(nèi)徑2.9m、壁厚114mm的鋼柱形，與設(shè)備v剛基本一致，因此能夠更準(zhǔn)確地反映設(shè)備的變形位移。標(biāo)高113.3m層作為水平力導(dǎo)層，對(duì)設(shè)備有側(cè)向支撐作用，簡(jiǎn)化為節(jié)點(diǎn)3。節(jié)點(diǎn)3作為支架對(duì)設(shè)備x、y兩個(gè)方向的水平側(cè)移動(dòng)起到限制作用[5]。海運(yùn)狀態(tài)下加速度產(chǎn)生的負(fù)荷水平力作用在設(shè)備的重心位置。通過簡(jiǎn)化力學(xué)模型，根據(jù)結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，設(shè)備底部的扭矩約為500kN米，不設(shè)置水平力導(dǎo)向?qū)訒r(shí)，底部的扭矩約為6900kN米，比較減小的幅度大。此時(shí)，螺栓的最大拉力為50kN，滿足螺栓的拔出承載力要求。

(2)建立整體三維結(jié)構(gòu)模型，在113.3的高度平臺(tái)輸入力學(xué)模型計(jì)算收入節(jié)點(diǎn)3的支架反力。船運(yùn)時(shí)加速度產(chǎn)生的海運(yùn)載荷和自重、風(fēng)負(fù)荷和波浪結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的上拱和下拱的力組合，進(jìn)行分析計(jì)算。沿船長(zhǎng)方向海運(yùn)負(fù)荷小，此時(shí)負(fù)荷由八字梁傳遞到水平支撐，水平支撐傳遞到鋼柱。沿船寬方向產(chǎn)生的海運(yùn)負(fù)荷大，此時(shí)水平支撐和鋼梁形成桁架，海運(yùn)負(fù)荷作用于桁架節(jié)點(diǎn)，傳輸路徑簡(jiǎn)單明了，如圖2所示。（3）施工安裝。①設(shè)備上導(dǎo)向塊。設(shè)備制造商在與水平力導(dǎo)向?qū)訉?duì)應(yīng)的設(shè)備高度焊接水平力導(dǎo)向塊。設(shè)備沿船長(zhǎng)方向，船寬方向方向產(chǎn)生海運(yùn)水平負(fù)荷，設(shè)備0°、90°、180°、270°四個(gè)方向分別焊接導(dǎo)向塊，如圖3所示。②鋼結(jié)構(gòu)上導(dǎo)向塊。在水平力導(dǎo)向?qū)訕?biāo)高，設(shè)備四周鋼梁側(cè)邊加水平力導(dǎo)向塊，尺寸與設(shè)備上的導(dǎo)向塊相適應(yīng)。為了避免鋼梁扭曲，在鋼梁上下翼緣各設(shè)置連接件，該帶肋L形連接件與梁翼緣焊接，與導(dǎo)向塊螺栓連接，水平力通過導(dǎo)向塊均勻地傳遞到梁上下翼緣，如圖4所示。考慮到位后，考慮到風(fēng)荷產(chǎn)生的水平力不再傳遞到水平力導(dǎo)向?qū)樱�設(shè)備與鋼結(jié)構(gòu)之間需要預(yù)留足夠大的空間，因此鋼結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)向塊由螺栓連接到鋼梁上，以便拆卸。

鋼結(jié)構(gòu)模塊組裝時(shí)，先吊裝設(shè)備，設(shè)備安裝到位后，再安裝水平導(dǎo)向?qū)釉O(shè)備周圍的梁，梁上導(dǎo)向塊與設(shè)備周圍預(yù)約的導(dǎo)向塊緊密結(jié)合，保證海運(yùn)狀態(tài)時(shí)，設(shè)備水平力傳遞給導(dǎo)向?qū)印ｄ摻Y(jié)構(gòu)加工時(shí)，導(dǎo)向塊表面應(yīng)噴涂氟碳涂料，摩擦系數(shù)小，易于移除導(dǎo)向塊。管架運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)安裝后，在導(dǎo)向塊上部預(yù)約的安裝孔中插入鋼絲繩，取下導(dǎo)向塊。導(dǎo)向塊拆除后，設(shè)備與鋼梁之間的間隙為拆除的導(dǎo)向塊厚度-45mm，此時(shí)在水平力的作用下，設(shè)備在水平導(dǎo)向?qū)痈叨鹊奈灰浦挡蛔?5mm，水平力不能通過水平導(dǎo)向?qū)觽鬟f水平力。為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，移動(dòng)力學(xué)模型1中節(jié)點(diǎn)的3個(gè)支架，輸入風(fēng)荷載，檢查節(jié)點(diǎn)的3個(gè)位移值。根據(jù)計(jì)算，在風(fēng)荷載x、y的作用下，節(jié)點(diǎn)3的位移值達(dá)到5mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)備和鋼梁之間預(yù)約的間隙，因此所有的風(fēng)荷載都直接傳達(dá)到設(shè)備的底部[5]。

2結(jié)尾詞

安裝水平力導(dǎo)向?qū)涌梢杂行У胤謸?dān)船運(yùn)時(shí)設(shè)備產(chǎn)生的水平力，減少設(shè)備底部的彎矩，滿足設(shè)備與鋼結(jié)構(gòu)之間連接螺栓的拔出承載力。計(jì)算時(shí)，要充分考慮各種情況下的受力情況，正確加載水平力，考慮節(jié)點(diǎn)細(xì)節(jié)，保證水平力的傳導(dǎo)，設(shè)置水平支撐，明確傳輸路徑，保證結(jié)構(gòu)安全性。

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