60 m火炬塔架吊装有限元校核分析计算

60 m火炬塔架吊装有限元校核分析计算
张宏志;舒均满;张冰欣;李金超
【摘要】采用CATIA软件建立火炬塔的三维模型，利用该软件的有限元分析功能，火炬塔架采用现场组装，用550 t履带起重机及250 t汽车起重机整体抬吊。

计算时考虑了火炬塔的两个状态：水平位置和竖直位置。

结果表明：在水平位置时，结构完全能够满足材料的屈服强度要求，结构的位移也很小，结构的屈曲因子为负，不会发生结构屈曲；在竖直位置时，吊耳上的应力也低于材料的屈服强度，现有结构满足强度要求。

【期刊名称】《油气田地面工程》
【年(卷),期】2013(000)004
【总页数】1页(P102-102)
【关键词】火炬塔;吊耳;有限元分析;吊装
【作者】张宏志;舒均满;张冰欣;李金超
【作者单位】大庆油田建设集团安装公司;大庆油田建设集团安装公司;大庆油田建
设集团安装公司;大庆油田建设集团安装公司
【正文语种】中文
塔架结构是火炬放空管的载体。

它的结构形式一般是上小下大的四棱（或三棱）体空间钢桁架；吊装过程中塔架结构的破坏形式是发生受力主肢整体失稳破坏或局部失稳破坏。

要保证吊装的顺利完成，必须在运动分析的基础上对危险工况进行验算，
校核危险工况塔架结构的强度和稳定性。

本文火炬塔所有材料材质均为Q345B。

火炬塔架总高60 m，总重61.5 t。

1 有限元分析模型及加固措施
有限元的分析计算是在CATIA 软件内进行的，网格划分重新定义的网格参数，火
炬塔的总体网格尺寸为100 mm，对于吊耳局部位置，采用局部细化的网格，局
部网格尺寸为10 mm。

只考虑了火炬塔重量，而未考虑吊装过程中的风载荷、雪载荷等其他载荷作用。

2 校核结果
采用CATIA软件建立火炬三维模型。

手工计算对于简单构件的重心计算精度也可以，但是复杂构件的重心计算就非常困难，在惯性矩的计算中，手工计算采用把整个结构简化为一个单管的结构计算，I总=0.1 m4；程序计算的重心惯性矩是采用把每个结构相对于重心的惯性矩计算出来，然后积分叠加在一起得到的，I机
=0.223 m4，结果非常精确。

从结果可看出手工计算与程序计算的结果相差2.23倍，因此，实际吊装施工采用有限元计算结果。

3 强度和挠度校核分析
火炬塔架采用现场组装，用550 t 履带起重机及250 t 汽车起重机整体抬吊。

分析火炬塔的起吊过程，最危险的位置有两个，一是火炬塔完全水平状态时，火炬塔要承受重力产生的弯矩，火炬塔塔中部弯矩大，需要对火炬塔的强度进行校核；另一种是火炬塔直立状态时，火炬塔的全部重量作用在上部的吊耳位置，需要对此位置进行校核，具体强度和挠度校核分析如下：
（1）火炬水平状态时计算结果。

水平位置时，结构整体在吊装时处于水平状态是安全的。

结构的最大Von Mises 应力在火炬塔左侧的吊耳上，最大应力值为32.7 MPa，也小于材料的屈服强度值，能够满足要求。

在火炬塔结构处于水平状态时，结构在重力作用下，火炬塔会有向下的位移，若位移过大，结构在吊装过程中会失
稳破坏。

火炬塔在水平状态时的位移，中间部位位移最大，为51.9 mm，右端的
位移为37 mm。

两吊点距离36 m，吊点距底脚19 m，中点挠度0.12 m>0.052 m；底脚挠度0.063 m>0.037 m，可见结构稳定性符合要求。

对结构进行屈曲计算分析，计算所得屈曲因子-0.64，即表明荷载反向时会屈曲，结构在水平位置时
满足材料的强度要求，处于水平位置不会发生屈曲。

在竖直状态，即提升方向和重力都是一个方向，即结构吊装时，不会发生失稳破坏。

（2）竖直状态时计算结果。

竖直位置时，结构整体在吊装时处于竖直状态是安全的。

结构的最大Von Mises 应力在火炬塔上部的吊耳上，最大应力值为277 MPa，小于材料的屈服强度值。

在竖直位置时，火炬塔不可能发生失稳破坏。

在水平位置时，结构完全能够满足材料的屈服强度要求，结构的位移也很小，结构的屈曲因子为负，不会发生结构屈曲。

在竖直位置时，吊耳上的应力也低于材料的屈服强度，现有结构满足强度要求。

[本文系特约大庆油田公司基建管理中心供稿]。