加熱爐對(duì)流段模塊保護(hù)拉桿受力分析

張 騫，陳孫藝，劉 恒

(茂名重力石化裝備股份公司，廣東 茂名 525024)

加熱爐一般由輻射室、對(duì)流室、集煙罩等部件組成，目前對(duì)流室多采用模塊化(簡(jiǎn)稱(chēng)對(duì)流段或?qū)α鞫文K)生產(chǎn)，在工廠進(jìn)行制造，然后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)吊裝就位后，再進(jìn)行局部鋼結(jié)構(gòu)連接(焊接與螺栓連接)即完成對(duì)流室的安裝。

對(duì)流段模塊一般由爐墻(見(jiàn)圖1)、盤(pán)管(由管排、端管板、中間管板等組成，管排通過(guò)端管板和中間管板支撐，與爐墻連接)、彎頭箱等部件組成。

由于模塊本體的中部無(wú)其他有效約束，為了增強(qiáng)模塊運(yùn)輸及吊裝期間的整體剛度和穩(wěn)定性，工程上一般應(yīng)用保護(hù)拉桿進(jìn)行加固【1】(見(jiàn)圖1)，待模塊安裝就位后拆除。

圖1 拉桿的受力示意

因拉桿的材質(zhì)、直徑、數(shù)量及布置密度暫無(wú)規(guī)范可供參考，也無(wú)現(xiàn)成的計(jì)算方法可以采用，一般憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，稍有不慎就可能出現(xiàn)拉桿作用失效現(xiàn)象，這一問(wèn)題已引起業(yè)內(nèi)的關(guān)注。實(shí)踐和初步理論分析表明，在運(yùn)輸或吊裝過(guò)程中，后者拉桿的受力復(fù)雜性不比前者低，而且承受的載荷更大，因此可把后者作為最危險(xiǎn)工況進(jìn)行分析。文獻(xiàn)【2】對(duì)沿著爐墻板面的橫向和縱向的力和位移進(jìn)行了分析，但是缺少對(duì)垂直于爐墻板面方向的力和位移的數(shù)據(jù)分析，起吊過(guò)程中拉桿的受力和管板間距的變化趨勢(shì)不明，這一技術(shù)內(nèi)容尚屬空白。因此，對(duì)模塊吊裝狀態(tài)下拉桿的受力狀態(tài)進(jìn)行分析有著非常積極的意義。

1 對(duì)流段模塊受力狀態(tài)分析

對(duì)流段模塊一般包含多個(gè)中間管板、2個(gè)端管板和2個(gè)彎頭箱。為簡(jiǎn)化計(jì)算，忽略了上述部件的數(shù)量因素，分別按3種不同受力情況來(lái)考慮。

以某乙烯項(xiàng)目對(duì)流段模塊為例(模塊在垂直起吊狀態(tài)受力示意見(jiàn)圖2)，對(duì)模塊各部件的受力情況進(jìn)行逐一分析。

由材料力學(xué)平衡理論可知：模塊在吊裝過(guò)程中，雖然出現(xiàn)局部微變形，但整體結(jié)構(gòu)完整，狀態(tài)良好，說(shuō)明模塊的內(nèi)力和內(nèi)部力矩均平衡，即分別符合平衡方程∑F=0和∑M=0。

圖2 對(duì)流段模塊主要受力(支點(diǎn)A與A′為鏡像關(guān)系)

為方便描述，本文把吊耳孔的中心線與紙面的交點(diǎn)定義為“支點(diǎn)”，把爐墻底部遠(yuǎn)離爐中心線的現(xiàn)象定義為“爐墻外翻”。

結(jié)合圖2～圖4，得到如下平衡方程：

∑M=MS+MC+Mf+MR+Me=0

(1)

式中：MS——單側(cè)爐墻的偏心彎矩，N·mm；

MC——盤(pán)管的重力通過(guò)托架產(chǎn)生的力矩，N·mm；

Mf——靜摩擦力對(duì)支點(diǎn)(起吊點(diǎn))產(chǎn)生的力矩，N·mm；

MR——拉桿對(duì)支點(diǎn)(起吊點(diǎn))產(chǎn)生的力矩，N·mm；

Me——其他因素產(chǎn)生的力矩之和，N·mm。

其中，促進(jìn)爐墻外翻的力矩定義為負(fù)方向，阻止?fàn)t墻外翻的力矩定義為正方向。

當(dāng)式(1)滿(mǎn)足時(shí)，或者拉桿對(duì)支點(diǎn)產(chǎn)生的力矩等阻止?fàn)t墻外翻的力矩略大于促進(jìn)爐墻外翻的其他彎矩之和時(shí)，模塊結(jié)構(gòu)的起吊是安全的。

1.1 對(duì)流段模塊各部件的受力分析

1.1.1 單側(cè)爐墻

爐墻由鋼結(jié)構(gòu)和襯里組成，每個(gè)模塊包含2面爐墻，本文僅對(duì)單側(cè)爐墻進(jìn)行分析。吊裝時(shí)，起吊點(diǎn)位于立柱的中心，因爐墻上有襯里，根據(jù)計(jì)算，襯里的重量約為鋼結(jié)構(gòu)重量的125%，因此整面單側(cè)爐墻的重心位于襯里那一側(cè)，與支點(diǎn)所在的垂線在水平方向上存在距離，該距離為爐墻重力的作用力臂。

爐墻自身重力對(duì)支點(diǎn)產(chǎn)生外翻趨勢(shì)的力矩，本文定義為“偏心力矩”(見(jiàn)圖3)。

圖3 單側(cè)爐墻的受力示意

(2)

式中：FS——單側(cè)爐墻的重力，取垂直吊裝狀態(tài)下，單側(cè)爐墻所有部件的重力之和，N；

LS——爐墻重力的作用力臂，取爐墻重心與支點(diǎn)在豎直方向上的水平距離，mm。

1.1.2 管排

管排通過(guò)中間管板與端管板支撐于爐墻上，其重力通過(guò)中間管板和端管板進(jìn)行傳遞。后文將單獨(dú)分析中間管板和端管板的受力狀態(tài)，此處不重復(fù)考慮。

1.1.3 中間管板

對(duì)流段模塊的長(zhǎng)度一般為3～30 m，當(dāng)模塊長(zhǎng)度小于等于4 m時(shí),一般情況下不設(shè)置中間管板，此種模塊本文定義為“短模塊”；模塊長(zhǎng)度大于4 m時(shí)，往往需要設(shè)置中間管板或等效支撐件，此種模塊本文定義為“長(zhǎng)模塊”。

1) 短模塊的中間管板

短模塊一般不設(shè)置中間管板，不考慮中間管板的作用。

2) 長(zhǎng)模塊的中間管板

長(zhǎng)模塊的中間管板承擔(dān)管排絕大部分重量，而端管板處于次要地位，此時(shí)，2個(gè)端管板按等效為1個(gè)中間管板考慮。

下面依次分析幾種主要的受力狀態(tài)：

a) 盤(pán)管的重力

盤(pán)管的重力通過(guò)中間管板和端管板傳遞到托架，對(duì)支點(diǎn)產(chǎn)生力矩作用，其方向?yàn)闋t墻外翻方向(見(jiàn)圖4)。

圖4 盤(pán)管的重力與靜摩擦力示意(支點(diǎn)A與A′為鏡像關(guān)系)

該力矩為：

MC=-0.5FCLCcosα

(3)

式中：FC——盤(pán)管的重力(按單側(cè)考慮時(shí)，需乘分?jǐn)傁禂?shù)0.5)，N；

LC——靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)盤(pán)管重力的作用力臂，取靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)托架支撐點(diǎn)與支點(diǎn)在豎直方向上的水平距離，mm；

α——托架支撐面與水平方向的夾角(即爐墻的翻轉(zhuǎn)角度)，(°)。

b) 中間管板與托架的摩擦力

吊裝開(kāi)始前，模塊靜置在地面上，中間管板與托架之間的支撐面處于水平狀態(tài)，不存在運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，無(wú)摩擦力產(chǎn)生。當(dāng)?shù)跹b開(kāi)始時(shí)，因爐墻偏心彎矩的存在，爐墻存在外翻趨勢(shì)，而托架通過(guò)螺栓連接固定在爐墻上(見(jiàn)圖4)，跟隨爐墻一起也存在外翻趨勢(shì)，導(dǎo)致中間管板與托架之間的支撐面與水平方向產(chǎn)生夾角。由于管排重力在夾角方向的分力作用，中間管板與托架之間產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，二者相互遠(yuǎn)離，宏觀表現(xiàn)為爐墻遠(yuǎn)離管排。為阻止該運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，支撐面上產(chǎn)生靜摩擦力，方向與該運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)相反。該摩擦力對(duì)支點(diǎn)產(chǎn)生力矩，阻止?fàn)t墻外翻，方向?yàn)橛蔂t墻外側(cè)指向爐中心方向旋轉(zhuǎn)(見(jiàn)圖4)。

靜摩擦力為：

f=0.5FCsinα

(4)

式中：f——中間管板與托架支撐面之間的靜摩擦力(按單側(cè)考慮時(shí)，需乘分?jǐn)傁禂?shù)0.5)，N。

其中，最大靜摩擦力為：

fmax=0.5μSFCcosα

(5)

式中：fmax——最大靜摩擦力，N；

μS——最大靜摩擦系數(shù)，鋼與鋼無(wú)潤(rùn)滑時(shí)的最大靜摩擦系數(shù)為0.15【3】。

當(dāng)f=fmax時(shí)，

tanα=μS

(6)

摩擦力產(chǎn)生的力矩為：

Mf=fLfcosα

(7)

式中：Lf——靜摩擦力的作用力臂，取盤(pán)管支撐面到支點(diǎn)的距離，mm。

由式(4)和(7)可知：

Mf=0.25FCLfsin2α

(8)

根據(jù)式(4)～式(6)，可以得出產(chǎn)生摩擦力的有效載荷與爐墻翻轉(zhuǎn)角度α的變化關(guān)系。

在本文中，定義“有效載荷與重力的比值”為“有效載荷系數(shù)”，其與爐墻翻轉(zhuǎn)角度α的變化曲線如圖5所示。

經(jīng)計(jì)算可知：在翻轉(zhuǎn)角度達(dá)到8.53°以前，有效載荷系數(shù)與角度的正弦值成正比；當(dāng)翻轉(zhuǎn)角度達(dá)到8.53°時(shí)，有效載荷系數(shù)達(dá)到峰值，為0.148；當(dāng)翻轉(zhuǎn)角度繼續(xù)增大，有效載荷系數(shù)與角度的余弦值成正比，隨角度增大而變小；當(dāng)翻轉(zhuǎn)角度達(dá)到90°時(shí)，有效載荷系數(shù)為0，即無(wú)摩擦力作用。

圖5 有效載荷系數(shù)與爐墻翻轉(zhuǎn)角度α的變化關(guān)系曲線

1.1.4 端管板

1) 短模塊的端管板

短模塊一般不設(shè)置中間管板，此時(shí)端管板支撐整個(gè)管排的重量，按第1.1.3條第2)款的中間管板進(jìn)行等效分析。

2) 長(zhǎng)模塊的端管板

長(zhǎng)模塊的中間管板數(shù)量一般較多，且位于管排的中部，相比處于兩端的端管板，中間管板承擔(dān)了管排絕大部分重量，而端管板處于次要地位，此時(shí)，2個(gè)端管板按等效為1個(gè)中間管板考慮，按第1.1.3條第2)款的中間管板進(jìn)行等效分析。

3) 端管板的其他受力分析

端管板作為管排2個(gè)端部的支撐件，通過(guò)螺栓與爐墻連接在一起。由于爐子運(yùn)行時(shí)，溫度較高，盤(pán)管的熱應(yīng)力影響顯著，為預(yù)留端管板的熱膨脹空間，端管板上的螺栓孔一般為大圓孔或長(zhǎng)圓孔(見(jiàn)圖6)。

圖6 案例中的端管板螺栓孔與螺栓

在模塊吊裝狀態(tài)下，當(dāng)爐墻外翻變形時(shí)，因螺栓預(yù)緊力的存在，端管板與爐墻螺栓板之間產(chǎn)生的摩擦力可以在一定程度上阻止?fàn)t墻的外翻變形。

然而，因螺栓孔為大圓孔或長(zhǎng)圓孔，當(dāng)摩擦力被克服之后，端管板將會(huì)產(chǎn)生滑移，直至螺栓邊緣觸碰到螺栓孔邊緣，在螺栓被螺栓板剪切失效之前，爐墻將停止外翻。

為方便分析，本文定義“靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)螺栓邊緣與螺栓孔邊緣的最大距離”為“螺栓的可滑移距離”。

端管板的受力過(guò)程可按以下3種情況分析：

a) 當(dāng)爐墻外翻產(chǎn)生的變形位移小于螺栓的可滑移距離時(shí)，端管板除了作為管排重量支撐點(diǎn)外，還會(huì)與螺栓板之間產(chǎn)生由爐墻外側(cè)指向爐中心的摩擦力，阻止?fàn)t墻的繼續(xù)外翻變形；

b) 當(dāng)爐墻外翻產(chǎn)生的變形位移等于螺栓的可滑移距離且螺栓未失效時(shí)，爐墻停止外翻，螺栓提供由爐墻外側(cè)指向爐中心的反向作用力抵抗螺栓板的剪切力，阻止?fàn)t墻的繼續(xù)外翻變形；

c) 當(dāng)爐墻外翻產(chǎn)生的變形位移大于螺栓的可滑移距離時(shí)，螺栓會(huì)出現(xiàn)局部裂紋或斷裂失效，端管板螺栓的約束作用失效。

上述情況的匯總見(jiàn)表1。

表1 端管板螺栓的作用狀態(tài)分析

案例中，端管板所用螺栓為M20，其對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)螺栓孔為φ23 mm，而端管板螺栓孔是長(zhǎng)圓孔38 mm×48 mm，其中長(zhǎng)度方向?yàn)?8 mm，與標(biāo)準(zhǔn)孔相比，螺栓具有了額外25 mm的可滑移距離。后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量確認(rèn)，單側(cè)爐墻的最大變形(約25 mm)發(fā)生在模塊的中部，而模塊的端部(即端管板附近)的變形較小。

案例的結(jié)果應(yīng)屬于第1.1.4條第3)款中a)或b)的情況，驗(yàn)證了前述分析的正確性。

因螺栓的材質(zhì)、規(guī)格、數(shù)量和布置等有多種選擇，各種不同的組合造成參數(shù)的多樣化，導(dǎo)致計(jì)算模型極其復(fù)雜，本文不再做深入探討。

1.1.5 彎頭箱

彎頭箱作為模塊2個(gè)端部的連接件，通過(guò)螺栓將兩側(cè)爐墻連接在一起，對(duì)爐墻的2個(gè)端部有很好的約束作用。

因拉桿的失效位置一般在模塊的中部，而彎頭箱的受力結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，螺栓的材質(zhì)、尺寸、數(shù)量和布置又各不相同，不同參數(shù)的組合數(shù)量龐大，導(dǎo)致其受力模型復(fù)雜，已超出本文的討論范圍。

1.2 對(duì)流段模塊在外加載荷情況下保護(hù)拉桿的受力分析

為了抵消第1.1條中分析的幾種不利因素，工程上一般采用增加保護(hù)拉桿的方式作為補(bǔ)償。

保護(hù)拉桿是一種桿狀結(jié)構(gòu)，通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的拉桿座，將兩側(cè)爐墻拉緊，并利用螺母固定在拉桿座上(見(jiàn)圖1)。

拉桿的作用是利用金屬材料良好的拉伸或壓縮性能，使桿件產(chǎn)生軸向力(拉力或壓力)，該力對(duì)支點(diǎn)產(chǎn)生的力矩可以抵消爐墻的外翻或內(nèi)翻變形(見(jiàn)圖1)。

拉桿產(chǎn)生的力矩為：

MR=FRLR

(9)

其中

FR=nRARσR

(10)

(11)

式中：FR——拉桿承受的總軸向力，N；

LR——拉桿的作用力臂，取拉桿中心到支點(diǎn)的距離，mm；

nR——拉桿數(shù)量；

AR——拉桿的截面面積，mm2；

σR——拉桿的軸向應(yīng)力，MPa；

dR——拉桿端部螺紋的根徑，mm。

1.3 力矩平衡計(jì)算

考慮到其他要素影響較小，本文中取Me=0，根據(jù)式(1)可得出下式：

MS+MC+Mf+MR=0

(12)

將式(2)、式(3)、式(8)和式(9)代入式(12)中可得：

-FSLS-0.5FCLCcosα+

0.25FCLfsin2α+FRLR=0

(13)

1.4 拉桿應(yīng)力計(jì)算

由式(13)可得，拉桿軸向力為：

(14)

根據(jù)式(10)和式(11)可得出拉桿的軸向應(yīng)力(取拉應(yīng)力為正)為：

(15)

將式(14)代入式(15)可得：

(16)

1.5 爐墻底部橫梁的撓度計(jì)算

支撐拉桿的拉桿座為H型鋼，拉桿座與立柱H型鋼焊接在一起(見(jiàn)圖1)，具有良好的剛性。根據(jù)案例現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)看，有拉桿支撐的位置爐墻變形較小或不變形，而無(wú)拉桿支撐的位置變形較大。

為分析出爐墻變形與拉桿的關(guān)系，本文將爐墻底部按簡(jiǎn)支梁考慮，以無(wú)拉桿支撐的最大間距作為無(wú)支撐跨距，分別按均布載荷和集中載荷進(jìn)行撓度計(jì)算。

1.5.1 撓度計(jì)算

均布荷載下的最大撓度在梁的跨中位置,其計(jì)算公式【3】為:

(17)

式中：Yamax——均布荷載下的最大撓度，mm；

q——底部橫梁承受的均布線荷載值，

N/m；

Ln——爐墻最大無(wú)拉桿支撐跨距，取相鄰兩拉桿距離的最大值，mm；

E——鋼的彈性模量，工程結(jié)構(gòu)鋼取2 100 000 N/mm2；

I——鋼的截面慣性矩，選取橫梁上各截面慣性矩的最小值，mm4。

其中，均布載荷為：

(18)

式中：Le——均布載荷分布長(zhǎng)度，取爐墻底部橫梁的長(zhǎng)度，mm；

LΔ——拉桿中心線與橫梁截面形心在垂直方向的距離(見(jiàn)圖1)，mm。

將式(14)代入式(18)可得：

(19)

集中荷載下的最大撓度在集中載荷的作用位置,其計(jì)算公式【3】為:

(20)

式中：Yfmax——集中荷載下的最大撓度，mm。

其中，集中載荷為:

(21)

式中：p——底部橫梁承受的集中荷載值之和，kN。

將式(14)代入式(21)可得：

(22)

1.5.2 撓度值

根據(jù)式(17)和式(19)，均布載荷作用下?tīng)t墻底部橫梁的最大撓度值為：

(23)

根據(jù)式(20)和式(22)，集中載荷作用下?tīng)t墻底部橫梁的最大撓度值為：

(24)

2 計(jì)算結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證

某乙烯項(xiàng)目對(duì)流段模塊在吊裝過(guò)程中保護(hù)拉桿的作用失效，導(dǎo)致?tīng)t墻底部向兩側(cè)外翻變形，端部視圖呈正梯形(見(jiàn)圖4), 具體表現(xiàn)為模塊分模面槽鋼邊緣無(wú)法完全對(duì)齊，部分位置打拱變形。經(jīng)過(guò)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)上下分模面的部分螺栓孔中心無(wú)法對(duì)正(見(jiàn)圖7)，上下螺栓孔中心之間的最大偏差達(dá)到5 mm。查閱相關(guān)設(shè)計(jì)要求，允許的螺栓孔的最大偏差值為2 mm，那么以此判定，保護(hù)拉桿的約束作用是失效的。

通過(guò)對(duì)比類(lèi)似項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)目布置的拉桿數(shù)量相對(duì)較少(見(jiàn)表2)。

圖7 上下分模面螺栓孔無(wú)法完全對(duì)正

表2 某4個(gè)項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比

2.1 理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析

因影響因素較多，模塊在真實(shí)情況下的受力狀態(tài)比較復(fù)雜，第1節(jié)的受力分析僅是一種簡(jiǎn)化后的模型，又因目前暫無(wú)專(zhuān)門(mén)的計(jì)算軟件對(duì)拉桿進(jìn)行強(qiáng)度校核以及對(duì)由此引起的爐墻變形進(jìn)行計(jì)算，為驗(yàn)證上述推導(dǎo)的正確性，基于案例中某對(duì)流段模塊的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用某軟件進(jìn)行模擬建模計(jì)算，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪結(jié)果進(jìn)行對(duì)比(見(jiàn)表3)。

表3 3種算法與實(shí)際情況的對(duì)比

注：受該軟件功能限制，無(wú)法創(chuàng)建拉桿實(shí)體模型，僅通過(guò)加載載荷模擬拉桿的作用，故無(wú)法計(jì)算出拉桿的應(yīng)力值。

從表3可以看出：

1) 案例中拉桿拉應(yīng)力值較小，并未超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度，說(shuō)明拉桿并未屈服；

2) 理論計(jì)算和軟件計(jì)算的結(jié)果在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪的變形量范圍之內(nèi)，一定程度上驗(yàn)證了理論計(jì)算模型的適用性和指導(dǎo)性；

3) 案例中最大變形量均超過(guò)了理論計(jì)算值和軟件計(jì)算值，說(shuō)明計(jì)算存在誤差(包括計(jì)算模型本身因簡(jiǎn)化計(jì)算引起的系統(tǒng)誤差、吊裝時(shí)吊具的垂直度、爐墻制造過(guò)程中的殘余應(yīng)力等)。

2.2 選用不同直徑及數(shù)量的拉桿計(jì)算對(duì)比

基于案例中某對(duì)流段模塊的幾何尺寸及重量，選取不同直徑和不同數(shù)量的拉桿進(jìn)行對(duì)比計(jì)算(見(jiàn)表4)。

表4 相同條件下，不同拉桿組合的對(duì)比

注：因案例中模塊立柱非等距布置，因此隨著拉桿數(shù)量的增加，無(wú)拉桿支撐的最大跨距并未出現(xiàn)線性變化。

由表4中數(shù)據(jù)及式(16)、式(23)和式(24)可分析得出，在相同的吊裝條件下，拉桿應(yīng)力值、爐墻撓度值與拉桿的數(shù)量、直徑、布置等因素呈現(xiàn)以下關(guān)系：

1) 式(16)中變量復(fù)雜，不易于分析，為方便工程應(yīng)用，將其簡(jiǎn)化。拉桿的應(yīng)力值與拉桿數(shù)量成線性反比關(guān)系(見(jiàn)圖8)、與拉桿直徑成二次方反比關(guān)系(見(jiàn)圖9)。

圖8 拉桿應(yīng)力與拉桿數(shù)量的關(guān)系曲線

圖9 拉桿應(yīng)力與拉桿直徑的關(guān)系曲線

2) 式(23)中變量復(fù)雜，為方便工程應(yīng)用，將其簡(jiǎn)化。按均布載荷計(jì)算時(shí)，爐墻的撓度與無(wú)拉桿支撐的最大跨距成四次方正比關(guān)系(見(jiàn)圖10)，與其他無(wú)關(guān)。

3) 式(24)中變量復(fù)雜，為方便工程應(yīng)用，將其簡(jiǎn)化。按集中載荷計(jì)算時(shí)，爐墻的撓度與無(wú)拉桿支撐的最大跨距成三次方正比關(guān)系(見(jiàn)圖11)，與拉桿數(shù)量成線性反比關(guān)系，與其他無(wú)關(guān)。

圖10 均布載荷下，撓度與最大無(wú)支撐跨距的關(guān)系曲線

圖11 集中載荷下，撓度與最大無(wú)支撐跨距的關(guān)系曲線

4) 拉桿的數(shù)量越多、布置越均勻，均布載荷和集中載荷2種模式下的計(jì)算結(jié)果越接近，模型的精確度越高。

5) 拉桿的數(shù)量越多、直徑越大、布置越均勻，加固效果越好。

3 結(jié)語(yǔ)

不同裝置加熱爐的對(duì)流段模塊尺寸與重量各不相同，根據(jù)本文提供的簡(jiǎn)化受力模型，可對(duì)其拉桿的應(yīng)力及爐墻的撓度進(jìn)行校核，如發(fā)現(xiàn)拉桿的理論應(yīng)力值接近或超過(guò)其屈服強(qiáng)度，或爐墻底部橫梁的理論撓度值過(guò)大(超過(guò)模塊控制尺寸偏差)，或二者兼具，則拉桿存在作用失效的潛在風(fēng)險(xiǎn)，可從拉桿的材質(zhì)、數(shù)量、直徑及布置密度等幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，從而避免現(xiàn)場(chǎng)吊裝時(shí)出現(xiàn)拉桿作用失效的現(xiàn)象；同時(shí)也應(yīng)關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)吊裝垂直度、爐墻板殘余應(yīng)力消除等方面。

由于拉桿失效后的測(cè)量取樣和鑒定難度大，為方便工程應(yīng)用以便進(jìn)行直觀判斷，本文依據(jù)行業(yè)規(guī)范和企業(yè)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)模塊吊裝后外觀尺寸的控制來(lái)間接判定拉桿是否失效(見(jiàn)表5)，供同行參考。

通過(guò)本項(xiàng)目研究，又開(kāi)發(fā)出多種無(wú)需拆除的拉桿形式，目前已經(jīng)取得專(zhuān)利授權(quán)。

表5 拉桿失效的判斷條件

注：L——分模面橫梁的總長(zhǎng)，mm。