SINO大型磨机吊装施工模拟分析*
沈登龙，郝际平，王宇²，李宁²，魏尚起²，田黎敏'，郑江
（1.西安建筑科技大学土本工程学院，陕西西安710055；2.中国二十冶集团有限公司，上海201900）
[摘要]SINO大型磨机具有体积大和质量大的特点，根据钢管桁架刚度形成过程，基于有限元理论，对磨机品装施准确的.在数值模拟计算的依托下工程顺利完成，证明该数值模拟方法可靠合理. 工进行数值计算分析，并将施工现场动态监测值与数值计算分析进行对比.研究表明：该数值模拟方法是有效和
[关键词]安装；磨机；钢结构；桁架；模拟；吊装
[中图分类号]TU758.11 [文献标识码]A [文章编号]1002-8498(2014)21-0046-03
Construction Simulation Analysis ofHoistingSINO Large Mills
Shen Denglong' Hao Jiping' Wang Yu' Li Ning' Wei Shangqi' Tian Limin' Zheng Jiang'(1. Sehoof ef Gail Enginering Xi* an Archisectse & TEechnology Unirersity Xi* an Shanxi 710055 Chino;2. China MCC20 Group Co. Iud. Shanghai 201900 Chine)
Abstract :Based on the process of the rigid formation of the steel tube truss and finite element theory numerical simulation analysis is conducted on the SINO large mill construction in this paper. The SINO large mill has the characteristic of large volume and mass. Comparing with the numerical analysis resultsand the field dynamic monitoring of the construction the results show that the numerical simulationanalysis is effective and accurate. The project was pleted successfully under the guide of thesinulation analysis which is proved that the method of numerical simulation analysis is reliable andreasonable.
Key words ;installation; mills; steel structures ; trusses; simulation; hoists
越发复杂和大型.特别是冶金矿上的钢结构具有结构刚度的形成和设计成型的受力状态有很大差别，不同的施工“路径”和方式会对复杂的钢结构施工以及最终峻工成型结构的受力状态造成较大不 同，需在结构设计和施工中加以考虑
现代钢结构为了满足建筑使用功能要求，变得1工程概况
体型和自重大的特点，其建造过程中的力学问题更算机仿真技术”的一个专项研究，此专项旨在对冶 SINO项目是中国中治“冶金矿山建设模块计是无法忽略，也是必须解决的问题.施工过程中的金工程中的钢结构按照模块化建造技术进行研究.根据现场施工环境和起吊的自磨机和球磨机模块尺寸要求，将起吊结构设计成两个方向均为单跨的巨型钢管桁架，在桁架顶部架立2根起吊过程中安 放起吊设备的梁.钢管桁架成型及起吊过程如图1所示，结构平面尺寸为25m×26m，高32.58m.
传统的建造模式不适合SINO项目的施工，中国中治对冶金工程的模块化建造进行了一系列研究.本研究对运输完成后大型磨机吊装施工进行模拟和分析.
2钢管桁架施工过程模拟
2.1施工过程及模拟步骤
蘑机（自蘑机和球磨机）吊装至设计高度，设计如图 常规的大型起重机无法满足吊装要求，为了把1所示钢管桁架.钢管桁架构件截面形式均为方钢管，钢材材质为Q345B，自磨机模块重17.731.构件最大截面为桁架柱竖杆及横梁上、下弦，截面为 400×400×12×12，主要构件还包括柱斜腹杆和横梁腹杆等，截面分别为150×150×8×8和100 × 100 ×8 ×8.
形成时结构的自重.计算模型按照如图2所示施工步骤逐步激活各部（构）件，并在现有结构上施加相 应的施工荷载，计算结果如表1所示.
表1钢管标架施工过程验算结果
Table 1 Results of steel tube truss analysis施工步骤 步骤1 最大应力/MPa 竖向量大位移/mm步骤2 18 909 3.328 0. 307 2. 263步骤3 步聚4 33.278 45.614 11. 125 6. 760
经分析计算，由于步骤1，2的结构刚度变化较大，所以最大应力和位移出现的位置变化也较大，但是应力和位移值较小.步骤3，4的最大应力和变形均出现在起吊梁跨中位置，4个角增加拉杆后结构的整体性变得更好.
图1磨机起吊Fig. 1 Mills boisting
钢管桁架施工过程如图2所示.具体施工步骤：①在基础上拼装4个矩形衍架柱，并在行车方向右边第一个角柱上安装楼梯等后期服务设备（见图2a）.②在柱顶上搭设横梁并在行车方向铺装轨道、栏杆等设备，然后搭设2福桁架间的纵向连系梁 （见图2b）.③在横梁上架立2根起吊梁（见图2e）.④起吊梁安装就位后在起吊梁上安装过道、栏杆等，并安装上起吊过程中使用的重型起吊设备（见图2d）.待设备安装完成，结构初步成型后起吊 梁与4个角柱拉接，增加结构整体性能.
根据以上分析，各施工步骤模拟计算得到各构件的应力及变形均满足设计要求.结构的施工方案合理，每一个施工步骤中结构均满足承载力要求.
3起吊过程模拟
3.1起吊过程施工模拟
钢管桁架施工完毕，生成最后结构刚度后，将在结构上进行磨机吊装.在起吊设备处建立只受拉的索单元，自磨机附加鞍座自重均等分配在单元端部，拉力为445kN，乘以1.3的动力系数，每个单 元端部验算拉力为578.5kN.
经有限元计算，结构在正常起吊过程中，刚起吊时起吊梁跨中节点竖向位移为-53.558mm，为整个结构最大的变形点.结构构件在起吊过程中最杆.正常理想的情况下起吊施工，结构的位移及应 大应力为160.301MPa，最大应力点位于横梁斜腹力均能满足设计要求.
3.2特殊工况下起吊验算
在起吊的施工过程中，由于钢结构模块体型和能出现横摆、摇晃等不利工况.为了确保起吊施工 自重大，以及风荷载的影响，模块在起吊过程中可过程的安全，对钢桁架结构及钢结构模块的验算是必要的.按照钢结构模块横摆15°，1.3g的形式施加在起吊结构上进行结构的最不利工况验算.
分析结果显示，在最不利工况下结构最大应力为163.415MPa，小幅度的横摆对结构最大应力的影响较小：对增加结构整体性而在4个角增设的拉杆影响较大，正常施工情况下拉杆最大应力为44.318MPa，出现横摆后为69.015MPa.结构与正 常情况下比较，横向位移增大，最大的横向位移为14.351mm.在小幅度横摆情况下，结构的位移及应力均能满足设计要求.
图2钢管析架施工过程分解Fig. 2 Deposing of the process for steeltube truss construction
2.2起吊结构施工过程分析
施工过程的力学跟踪则与设计有较大区别，模型的刚度建立应该与结构的建造过程相一致，所施加在既有结构上的荷载应该为下一个构件刚度未
3.3结构及起吊过程分析对比
5.6，取一些特殊节点和单元进行位移及应力的比对 把正常起吊和横摆情况下分别编作施工步骤分析，结果如图3，4所示.根据对比分析，杆件的应力和位移在不同施工步骤下并不是单纯的累加增长，有可能出现反向的应力和位移.
图3典型节点竖向位移变化
Fig. 3 Vertieal displacement of typical nodes
图4典型构件应力变化Fig. 4 Stress variation of typical parts
3.4磨机及鞍座分析
根据自磨机模块及鞍座尺寸，运用有限元分析软件ABAQUS，对节点及模块进行起吊过程的模拟分析.经计算，起吊过程中，在鞍座与简体接触的 部分应力最大，达68.34MPa.由于起吊钢丝绳挂在鞍座顶部，荷载作用下鞍座两边向内收缩变形，在鞍座与筒体接触面最上端出现应力集中.筒体及鞍座在起吊过程中都在弹性变形范围内.
4施工难点
1）起吊结构高耸，构件平面尺寸大在施工过程中采用整体吊装与部分拼装相结合的方式进行施工，对起吊设备有较高要求.
接点为16个，架立梁与钢衍架梁接点为8个，对拼 2）精度要求高井字形钢桁架梁与四周立柱装和吊装过程精度控制要求较高.在地面拼装时要求精确拼装，横梁起吊要求选择合理的起吊点，
6结语
参考文献：
保证起吊变形后节点与柱顶节点对应.
理的钢结构模块最重的为自磨机模型，自重达 3）钢结构模块质量大SINO早期研究出较合1772.7kN.起吊过程要求平稳，起吊结构必须具有良好的整体性.
5实际建造和吊装建议及过程监测控制
，防止误差累积.建造过程现场与设计冲突 为了保证安装精度，应在建造过程中实时监测时，应及时与设计方沟通，设计确认后方可施工.
在整个结构的吊装过程中，为避免出现过大的横摆和侧移，应对柱顶位移和模块横摆角度进 行监测.对柱顶的最大侧移量限定为30mm，钢结构模块的横摆角度控制在15°以内.为防止晃动应在模块周边设置如图5a所示大绳，提升过程中应不断检测吊装使用的钢绞线，确保不会出现断裂现象.
图5模块吊装过程及吊装就位Fig. 5 Module hoisting process and place
SINO大型钢结构模块于2012年10月均吊装完成，图5b所示为吊装完成状态下的安装支架.所监测的数据与模拟分析数值基本一致.
基于MIDAS及ABAQUS有限元分析平台，对SINO大型钢结构（磨机）模块的起吊施工进行模拟和分析.现场监测结果显示，所模拟计算结果较为准确，起吊结构及施工方案科学合理.
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