彭秀武

上海宝冶集团有限公司

高炉大修工程中SPMT滑移装卸技术分析与运用

彭秀武

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本文结合某高炉短期化大修工程，介绍了炉体分段整体运输情况及SPMT相关特性，提出利用有限元软件SAP2000非线性静力分析完成SPMT滑移装卸过程计算机模拟的可行办法，并通过该方法完成不同工况的滑移装卸过程理论计算和运输托架设计。最后总结工程实施过程中的经验，指出SPMT滑移装卸技术运用过程中需要重点注意的几个问题。

高炉；短期化大修；SPMT；滑移装卸

1　概述

某高炉短期化大修工程中采用炉体分段整体拆装施工工艺中，采用索埃勒平板模块车（ScheuerlePlatformModularTrailers，简称SPMT）作为炉体分段大件运输工具，其基本性能参数为：轴距1.4m，轴额定载荷34t，平均轴自重3t，底盘抗弯截面模量830273cm3；由于施工工艺的需要和起重设备能力的限制，需要在在旧炉体下段更换过程中使用整体滑移装卸技术，炉体下段外形尺寸Φ18.5×9.1m，整体重量4020t，选用SPMT轴线数160轴，编组采用4×30+2×20沿滑移中心线轴对称布置。

2　滑移装卸工艺特点及分析模型

图2.1.1　旧下段炉体滑移装车过程示意

2.1滑移装卸技术特点

滑移装卸过程中，重物直接从固定平台滑移装载至SPMT运输车上或从SPMT运输滑移卸载至固定平台上，该过程简言之是一滑动荷载转换过程。根据SPMT受力特点，重物运输时需要确保理论上物体重心与SPMT轴线荷载合力中心重合，方能保证运输托架水平，此外，SPMT轴线荷载基本一致，方能保证运输顺利进行，这从SPMT编组及布置形式等综合考虑。以旧下段滑移装车为例，当重物从固定平台局部滑移上运输托架时，仅需要后面局部区域SPMT承载即可，如图2.1.1（a）所示；随着滑移过程的推进，SPMT承载范围逐步扩大，如图2.1.1（b）所示；最终达到运输受力状态，如图2.1.1（c）所示。

同时，由于SPMT轴线最大额定承载能力仅34t，扣除其自重所占比例，实际承载能力为30t。在图2.1.1（a）、（b）所示状态，由于上部物体重量很大，而SPMT仅尾部靠近重物部分轴线承载，其他轴线反力不能太大，否则容易导致运输托架头部上翘。为了避免因受力过大破坏SPMT设备和结构，尾部靠近重物部分轴线承载最大受力必须限制在额定承载能力范围内。滑移装卸过程中，SPMT轴线荷载之和逐步增大；SPMT轴线从滑移装车方向往车头方向逐渐参与承载；滑移至运输位置时，所有轴力参与工作且轴荷基本一致，轴线荷载之和与上部重量相等。因此，SPMT滑移装卸过程具有荷载非线性的特点。

2.2SPMT模拟

由于SPMT在额定荷载范围内可以运用液压调整变形量，其Z向刚度很难模拟。为了在运输托架设计上具有一定的安全系数和防止SPMT过载，假设在额定轴荷范围内，SPMT为线弹性性关系；当其上部荷载超过额定荷载时，SPMT反力不再增加，变形与托架结构变形协调一致。此外，轴荷不可能出现小于0的情况，SPMT模拟采用SAP2000中框架拉压比限定设置。

2.3有限元分析模型

计算采用SAP2000软件，移动荷载模拟采用不同位置施加荷载实现。便于分析结果对比，在同一个模型文件立面建立8个不同的位置的子模型实现。依次分别旧炉体下段荷载部分滑移至运输托架到滑移至运输状态的不同位置1～8，相邻位置间滑移距离为3m。模型中，所有下部模拟SPMT的虚拟柱纵向间距6m，等效SPMT轴数为6/1.4=4.3轴，虚拟柱的拉压比限定设置为拉力为0kN，考虑一定安全系数压力为1250kN。采用静力非线性分析工况，考虑模型P-Δ效应，分析结果收敛状况较好。

3　滑移过程计算结果

3.1计算反力及变形

由计算结果可知，旧炉体下段滑移装车作业时，在荷载从平台转移至SPMT运输车上的过程中，运输托架下部SPMT轴线极其容易达到额定承载力极限，荷载交接阶段为SPMT受力的最不利阶段。

运输托架变形随着旧炉体下段滑移位置不同逐渐增大。运输托架长度方向上最大变形产生的位置与滑移的位置有关，基本上出现在旧炉体下段中心位置处。运输托架的绝对变形呈下挠趋势，最大变形出现在位置8，即所有荷载均转移至运输托架中心。

3.2运输托架应力

由计算结果可知，在旧炉体下段荷载全部转移至运输托架上，但尚位于运输托架尾部的位置5时，运输托架的应力比达到最大值。炉体滑移至位置8（最左侧）时，此时虽然运输托架承受旧炉体全部荷载，应力比反而降低，是因为该状态下，SPMT反力比较一致的原因。因此，位置5状态是运输托架设计的控制状态。

不同位置运输托架内力、挠度及应力比计算结果见表3.2.1。

表3.2.1　旧下段滑移装车过程运输托架计算结果比较

4　结论

滑移装卸车过程是大件运输荷载作业的关键过程，由于荷载转移过程中极易导致部分SPMT轴线荷载超过额定承载力；运输托架承载力最不利情况通常出现在装卸车荷载转移过程中。因此，在工程实际运用滑移装卸技术中需要特别重视荷载转移过程，以免发生设备和结构破坏事故。利用有限元分析软件的非线性分析可以很好的模拟装卸车过程计算问题。在该高炉工程众多的滑移装卸车作业均顺利完成的实际运用表明，该计算方法是可行的，计算结果是可靠的。

［1］北京金土木软件技术有限公司中国建筑标准设计研究院SAP2000中文版使用指南人民交通出版社，2006.9

［2］林同炎S.D.斯多台斯伯利（著）高立人方鄂华钱稼茹（译）结构概念和体系中国建筑工业出版社，1999.2