升压站分段模块吊装变形分析研究控制

冯茹鸣 殷俊杰 温敏东

1.中广核新能源浙江分公司 浙江杭州 202103；2.上海振华重工（集团）股份有限公司 上海 202103

海上升压站采用分段模块化制造，将整个升压站分成多个分段模块同时建造，电气，暖通，消防等专业的预舾装件都会在分段模块建造过程中提前预制，后续再分段模块合拢。有效加快建设进度。但分段模块吊装翻身过程中产生的变形会直接影响结构合拢和后续专业电缆，管路，风管安装，因此升压站分段模块吊装变形是必须严格控制的。本文涉及的升压站分段模块吊装变形分析研究控制可以提高分段模块吊装过程中的安全性及质量，吊装变形减少，有利于后续结构合拢及电气，暖通，消防等专业工作展开都是有益的，可以增加后续工作的顺利度，以保证项目建设在规定周期内完成。

图1 中广核嵊泗升压站效果图

1 升压站分段模块结构分段划分及建造方式

由于中广核嵊泗海上升压站上部组块单层甲板平台长宽主尺寸较大（最大截面40.3m×37.6m），在综合考虑结构车间起重设备及冲砂油漆车间尺寸参数后，中广核嵊泗海上升压站结构一层采用2个分段（H11P和H11S）制作、二层采用4个分段（H21P、H21S、H21C-A和H21C-F）制作、三层采用2个分段（H31P和H31S）制作、四层采用2个分段（H41P和H41S）制作，共计10个分段模块。结构分段采用反造制作，反造制作优点在于可以减少现场施工人员仰焊数量，保证结构焊接质量及进度，同时便于电气支吊架、暖通、消防预舾装的焊接工作和安装工作。但结构反造在结构分段合拢前，需完成分段翻身工作，在翻身过程中，结构容易产生变形，影响结构制作精度，因此通过有限元计算分析结构强度[1]。

图2 中广核嵊泗升压站总体制作流程图

2 升压站分段吊装吊耳安装、翻身

2.1 各分段重量重心

分段 总重/T 重心X Y Z H11P 137.9 #1+15810 #C+8714 14424 H11S 171.8 #1+19291 #C-8437 14437 H21P 82.8 #1+17064 #C+13782 20197 H21S 147.5 #1+18122 #C-14319 19884 H21C-A 147.2 #1+9620 #C-4 20189 H21C-F 118.9 #1+27365 #C-228 20366 H31P 134.9 #1+17216 #C+9807 25184 H31S 111.1 #1+16889 #C-11224 25017 H41P 167.2 #1+17537 #C+8427 30601 H41S 167.5 #1+17323 #C-10290 30611

2.2 300T龙门吊参数

主钩 120T×1 配人字形吊索，连平吊吊耳副钩 100T×2 副钩间距12m，连翻身吊耳

2.3 吊耳布置原则和吊索具选配

（1）根据重心位置，吊耳尽可能对称均布。

（2）两个副钩之间的承载差不得超过30t。

（3）根据吊耳的设计载荷和分段翻身尺寸选用相应规格和长度的吊索和卸扣。

（4）人字形吊索夹角不得超过50°。

图3 吊耳布置形式一

图4 吊耳布置形式二

2.4 升压站分段吊装翻身示意

图5 翻身步骤示意

3 升压站分段吊装翻身有限元分析及结构加强

3.1 模型简化

（1）不考虑吊耳的细节受力状态，仅校核主结构的承载状态。

（2）分析中认为铺板结构是与主结构连接完好的，主结构无强度问题，则其不存在强度问题。

（3）结构采用beam单元模拟。

（4）为考虑铺板刚度，采用板单元进行模拟，但不对其强度进行校核。

3.2 载荷及约束情况

（1）根据工艺文件，将载荷以重力的形式加载到梁段上，安全系数1.5（极限应力/许用应力）。

（2）铺板结构载荷包括面板和支撑结构，模型中统一以面板质量的形式加载。

（3）舱壁荷载根据需要加载。

3.3 材料属性与模拟工况

结构分析选用材料Q345级别，其弹性模量210GPa，泊松比0.3，屈服强度345MPa。

铺板厚度6mm，材料为Q235级别，其弹性模量210GPa，泊松比0.3。屈服强度235MPa。

模拟工况：1.5*分段结构自重。

3.4 典型分段H21P分段有限元分析位移结果

图6 位移云图

3.5 典型分段H21P分段有限元分析应力比

图7 应力比云图

3.6 分段吊装翻身校核结果

表1 校核结果（本表格只包含部分典型分段）

表1（续）校核结果

3.7 分段结构强加方案

模拟结果表明：结构主要表现为应力比超标。造成该结果的主要原因是吊点位置布置不合理，吊点数目不足，进而导致吊耳附近工字钢受弯组合应力过大。本报告针对出现上述问题的几个分段分别作了吊点的调整，调整后结构满足使用需要。

H21P分段吊装-新方案在原始方案基础上增加吊点数目，H21C-F分段吊装-新方案改变吊点位置，改变翻身吊耳位置。

表2 新方案校核结果

考虑到升压站三层结构主变、GIS、高抗房间都是跳空房间，三层甲板面结构都有大开孔，四层结构有主变、GIS、高抗、柴油发电机的舱口盖也有规格不小的检修口，在吊装前在开孔处做了十字加强以保证各个开孔的强度，三层、四层结构在有限元计算过程中就一次算过了，见H31P分段和H41S分段计算结果[2]。

4 现场精度检测

4.1 测量阶段

本阶段的时间节点为：分段结构油漆喷刷结束后至结构翻身吊装合拢结束。在这一阶段主要测量任务：

（1）根据分段焊后结构数据进行合拢模拟；

（2）主柱合拢后定位测量；

（3）分段水平测量；

（4）层高水平测量；

（5）电气支座水平测量。

4.2 测量项目、方法及精度要求

4.2.1 水平测量

使用仪器：自动安平水准仪、钢卷尺、水平尺。

应用项目：分段水平测量、层高水平测量、电气支座水平测量方法、精度见表3：

表3 测量方法、精度

4.2.2 定位测量

使用仪器：全站仪、钢尺

应用项目：分段结构定位、主柱及将军柱定位、结构中线定位测量方法、精度见表4：

表4 测量方法、精度

4.2.3 其他相关测量

使用仪器：激光水平仪、线锤、水平尺，钢卷尺

应用项目：将军柱、主柱、小立柱、斜立柱垂直度测量方法、精度见表5：

表5 测量方法、精度

4.2.4 现场翻身吊装合拢测量数据

图8 合拢检测数据

现场各层结构分段翻身吊装合拢以后，精度控制均满足要求，证明有限元计算后加强，效果明显。

5 结语

通过检测，有限元计算分析有效加强了结构分段强度，保证翻身、吊装，合拢过程中的结构变形小于规定值，提高结构制作精度，提升整个升压站制造质量，同时为后续类似项目提供经验参考[3]。