挖掘结构承载潜力,设计合理简约的安装方案

摘 要：大型设备的安装在电力工程中有着举足轻重的地位，是非常关键的工程节点，验算理论涉及到多学科如材料力学、结构力学等。本文旨在通过适用理论分析应用到工程的实践中，针对性地适应施工企业的需求。施工方案是否合理关系到工程建设的进度、安全及成本，本文以国电双辽工程除氧器安装的实践为例，阐述通过基本理论分析挖掘结构承载潜力、优化施工方案所带来的效率。

关键词：大型设备，结构校核，挖掘结构承载潜力，应用

中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）08-01-01

对目前大多数的工程企业来说，在重大设备的安装上仍缺乏理论依据，仍属经验性的施工，是施工企业技术上的一大瓶颈。对需在结构上拖运重大设备时，因不能确定厂房结构的承载强度，为确保安全就位设备不得不考虑更大的安全系数，铺设昂贵的钢结构轨道安装设备。其实不然，通过基本理论分析可以挖掘设计的潜力，指导我们制定合理可行、简约、便捷、较通用的施工方案，必能减轻这种矛盾所带来不利影响。

1.1行业现状及我国电力事业发展趋势

随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，对电力的依赖程度也越来越高，电力消费或生产发展的速度超过国民经济或工农业生产发展的速度。同时环保要求日益严格，迫使燃煤电厂要采用更高的参数以获得更高的效率。目前世界上超超临界机组的最高热效率已达47%，在美国已运行的超临界机组总数有166台，117台800MW及以上的火力发电机组均为超临界机组，最大的单机容量为1300MW。日本450MW以上的火力发电机组也全部采用超临界或超超临界机组，其容量占总装机容量的61%。俄罗斯300MW以上容量机组全部采用超临界参数，共有超临界机组224台。

为淘汰落后产能，节约能源，我国相继下达“上大压小”的政策，建设大容量、高参数、少排放机组。我国发电机组正朝着单机容量600M～1000MW方向大力发展，具体表现为：

a）广泛应用单机容量为600MW及以上的大容量超临界机组；

b）空冷发电机组、热电联产供热机组向大型化发展。

随着不断增容的机组问世，设备的重量亦在成倍地增加，对成套设备的安装要求更高，因此对于工程企业来说制定与之相适应的施工方案迫在眉睫。

1.2大型设备安装现状

目前大型设备的吊装多为直线型运动为主，液压提升、起重机械直接吊装、重物移运器拖运滑行三种方式安装。无论以何种方案施工，发电厂房的构造决定了设备的安装都离不开在平台楼面上拖运滑行。前两种方式主要由起重设备性能决定，故不做论述。国电双辽工程除氧器总重约130t布置在组合梁平台上，如依据平台楼面的设计活载值指导施工则只能通过铺设型钢轨道加载在主梁上拖运安装，极不经济。故挖掘设计承载潜力，对于缩短工期、节省成本作用巨大。

2.1 梁的类型特点

只承受弯矩或弯矩与剪力共同作用的构件称为受弯构件。结构中的受弯构件主要以梁的形式出现，以弯曲变形为主或发生弯扭变形的构件称为梁。梁在钢结构中是应用较广泛的一种基本构件，例如房屋建筑中的吊车梁和工作平台梁等。

梁按弯曲变形状况分为单向弯曲梁和双向弯曲梁。按截面形式分为冷弯薄壁型钢梁、空腹式截面梁、组合梁。按支承条件分为简支梁、连续梁、悬臂梁。

钢梁一般都用简支梁，简支梁制造简单，安装方便，且可避免支座不均匀沉陷所产生的不利影响。

2.2梁验算步骤

对于在楼面上移动的大型设备，主要考虑两种危险因素：楼板刚度不够导致型钢弯曲变形、楼板凹陷。校核梁的一般步骤：分析荷载组合计算弯矩验算强度、刚度、整体稳定性。

梁的强度计算主要包括抗弯、抗剪、局部压应力和折算应力等强度应足够；刚度主要是控制最大挠度不超过按受力和使用要求规定的容许值。

对于已知梁的承载强度，不能简单的根据设备承重部位对梁进行验算，合理安排梁加载方式也是提高梁强度的重要措施。

2.3钢与钢筋混凝土组合梁基本假设

我国规范规定可以采用塑性理论计算抗弯承载力，并在计算中假定钢梁与混凝土翼板有可靠连接，能保证钢筋应力的充分发挥，忽略混凝土抗拉强度的贡献。

组合梁截面的基本假定为：

a）组合梁截面变形符合平面假定。

b）钢梁与混凝土翼板之间的相互连接可靠，有微小的相对位移，可忽略不计。

c）钢材与混凝土均为理想的弹塑性体。

d）忽略钢筋混凝土翼板受压区中钢筋的作用。

e）假定剪力全部由钢梁承受，同时不考虑剪力对组合梁抗弯承载力的影响。

组合梁按施工阶段计算：钢梁承受混凝土和钢梁的自重以及施工活荷载，钢梁应计算强度、稳定性和刚度。组合梁的挠度计算则与钢筋混凝土梁类似，可按结构力学公式进行，计算时应分别考虑在荷载标准组合及荷载准永久组合下的截面折减刚度，并以其中的较小值作为挠度计算的依据。

3.1除氧器吊装方案的应用

国电双辽发电有限公司二期扩建1×660MW机组工程主厂房为钢筋混凝土框架结构，厂房横向尺寸110m，跨度为10m；分6.9m和13.7m层平台且均为钢与钢筋混凝土组合梁楼板，主设备安装区最小钢梁为HN588×300×12×20；厂房集中了整个工程70%主设备，如除氧器、高压加热器等，主设备单重均在100t级以上。

国电双辽工程除氧器为哈尔滨锅炉厂有限责任司生产：SSD-1995/270单筒式除氧器单重126t，长31m布置在主厂房，由三个鞍式支座分别支承在13.7m层主梁的基础上，基础高度1.7m。依据前叙分析可将平台楼面简化成简支梁模式，忽略钢筋混凝土抗拉强度的贡献。

设计院图纸注明：楼面设计允许活载为32kN/m?，安装检修荷载必须作用在楼板钢梁上，不允许较大集中荷载作用在楼板上。再加上1.7m的基础高度，安装难度极大，根据前章节理论总结分析假定，对组合梁结构验算如下。

结论

“挖掘结构承载潜力”将是拓展工程建设领域中的新思想，旨在正确的协调分配安全、经济、进度目标。

本文基于客观事实、基于工程的实践，通过国电双辽工程除氧器安装实践证明了挖掘结构承载潜力对提高综合效率的巨大作用以及具有广泛的适用性，将为同类工程设备安装提供经验借鉴。

参考文献

[1] 洪范文，《结构力学》，高等教育出版社，2007年第五版

[2] 单辉祖，谢传锋.《工程力学》（静力学及材料力学），高等教育出版社，2004年第一版

[3] 叶列平，《混凝土结构》，清华大学出版社，2005年第二版

[4] 所列超临界机组使用数据来源于“中国商品网”《世界火电设备发展态势分析》http：///spbg/show.php？id=4742