基于抱箍吊装技术的大吨位薄壁筒屈曲稳定性研究.pdf

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1、464化工机械2014年基于抱箍吊装技术的大吨位薄壁筒屈曲稳定性研究+谢大帅料1黄松和1杨高传2(1．西南交通大学机械工程学院；2．中铁四局集团有限公司工管中心)摘要针对化工行业中大吨位薄壁筒的吊装问题，提出了一种适用于薄壁筒吊装的新型双抱箍结构。对比分析了薄壁筒在传统单抱箍和新型双抱箍作用下的受力特点，提出了简化的力学模型并分别推导在单、双抱箍作用下薄壁筒屈曲稳定性计算公式，探讨了抱箍尺寸参数对薄壁筒稳定性的影响。以300t硝酸吸收塔吊装为例，用有限元方法对所推导公式进行验证，结果表明：所推导公式的计算结果

2、与有限元计算结果相近，可作为抱箍设计计算时的参考；双抱箍结构可改善薄壁筒在吊装时的受力情况，提高吊装时薄壁筒的稳定性。关键词薄壁筒抱箍吊装屈曲稳定性中图分类号TQ051．3文献标识码A文章编号0254-6094(2014)04-0464-05在化工行业中，对一些无吊装吊耳或顶层吊盖的薄壁筒(如吸收塔、造粒塔等)常采用摩擦抱箍法进行吊装。薄壁筒在使用抱箍吊装时不仅受到来自箍身均匀的外压载荷，而且受到来自牛腿因偏载力产生的局部外压载荷，对于直径与厚度比大于20的薄壁圆筒来说，在外压载荷下容易周向屈曲失稳⋯。而随着

3、科技的发展，吸收塔、造粒塔等化工设备正向着高产能、大直径、大吨位的方向发展，因此传统的单抱箍结构已不能满足吊装要求。为了满足大吨位、大直径薄壁筒吊装的要求，提出了一种新型的双抱箍结构，通过对单、双抱箍作用下薄壁筒的受力进行分析，推导出了薄壁筒稳定性计算公式，并通过300t硝酸吸收塔吊装实例用有限元的方法加以验证。通过对比分析表明：双抱箍结构在大吨位薄壁筒的吊装施工工艺中具有较大优势，为大吨位薄壁筒的吊装提供新思路。1摩擦抱箍法图1为传统的单抱箍结构示意图。抱箍主要结构为两个折弯成略小于半圆形的钢板，钢板上焊接

4、有箱型结构的牛腿和预紧螺栓板。通过预紧螺栓使两半圆形钢板对薄壁筒产生正压力，从而产生克服竖向载荷的摩擦力。}四JII省应用基础计划项目(201lJY0028)。}十谢大帅，男，1986年10月生，硕士研究生。四川省成都市，610031。#啭简一1一o：r]}_。＼／／—、、o预紧螺栓，牛腿图1单抱箍结构示意图第41卷第4期化工机械465图2为双抱箍的结构示意图。双抱箍由上、下两个单抱箍组成，上、下抱箍的牛腿通过连接梁由抗摩擦型高强度螺栓组连接。单个抱箍的宽度小便于加工，而且在运输时可将上、下抱箍和连接梁拆卸便

5、于运输。r。、‘义．乡图2双抱箍结构示意图l——上抱箍；2——上抱箍牛腿；3——抗摩擦型高强度螺栓组；4——连接梁；5——下抱箍；6——下抱箍牛腿；7——薄壁筒；8——预紧螺栓；9——橡胶层；10——吊耳2稳定性计算公式推导2．1单抱箍作用下薄壁筒稳定性计算公式薄壁筒在抱箍吊装时，一方面受到来自箍身抱紧薄壁筒产生的外压，可近似认为这种外压力沿周向均匀分布心1，对薄壁筒稳定性影响不大。另一方面如图l、2所示，作用在牛腿上的竖向载荷由于距牛腿根部有一定的距离h形成偏载，偏载的竖向力会产生较大的弯矩，从而对薄壁筒表

6、面产生较大的局部外压，是引起薄壁筒失稳的主要原因。因此在计算抱箍作用下薄壁筒屈曲稳定性时，可以只考虑来自牛腿的局部外压作用。对于单抱箍牛腿可以将其简化为简支梁模型，在单边竖向力的作用下所产生的弯矩为：Jlf=eh2(1)式中h——竖向力作用点到牛腿根部的距离；P——吊装时所需克服的竖向载荷。弯矩M在抱箍上引起的应力分布如图3所示，可近似认为抱箍上半部受压、下半部受拉。根据力系平衡n--I知』4R01"ox2dx=M，应力分布的最大值p。=器，其中p。为应力分布的最大值(图3)；n为单抱箍的宽度；20为牛腿周向

7、的作用范围(图3)。三三j，一po‘一Po岳牛腿j￡三喜叩。+，，。仨三图3单抱箍牛腿在箍身上的应力分布由于抱箍的厚度相对于其直径尺寸较小，可将抱箍视为柔性弹体日1，作用在抱箍上的压应力可认为直接作用在薄壁筒上。因此可将薄壁筒的受力看作两段沿周向相距很远的间断式集中外压载荷，如图4所示。载荷的平均值P。为：po3M⋯PJ2—22丽‘z，当在壳的一段上沿周向受均匀分布的压力作用时，其临界外压载荷肌。为H1：妒5P坤=0．92kaE三而(3)Ⅱn式中口——外压载荷作用宽度；E——薄壁筒材料的弹性模量；矗——薄壁筒

8、的形状缺陷系数，由于此处载荷为两段沿周向相距很远的间断式集中外压载荷，因此k值可取为0．5；466化工机械2014年一／，＼、P“P”毫==jN室飞℃==2三亨亭寻、尹—，———、＼．图4单抱箍牛腿在薄壁筒上的应力分布P。。——周向临界外压载荷；R——薄壁筒的半径；a——和约束有关的系数，此处由于抱箍的宽度相对于薄壁筒长度较小，a可取0．5；占——薄壁筒的厚度。单抱箍作用下要使薄壁筒不屈曲失稳，应满