板式吊耳設(shè)計(jì)及應(yīng)用

1、在吊裝工程中經(jīng)常使用板孔式吊耳，而相應(yīng)的規(guī)范或參考資料沒有大于20t的板孔式吊耳的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。通常板孔式吊耳的失效形式以吊耳板與設(shè)備本體的焊接強(qiáng)度不夠及板孔撕裂為多，易造成不安全因素。所以吊耳板孔的強(qiáng)度和焊縫強(qiáng)度是板孔式吊耳設(shè)計(jì)的最重要環(huán)節(jié)。本文僅介紹單板孔吊耳的設(shè)計(jì)計(jì)算，雙板孔吊耳的設(shè)計(jì)計(jì)算參照執(zhí)行。1 吊耳板孔的強(qiáng)度計(jì)算1.1 拉曼公式 圖1 板孔式吊耳 圖2孔壁承壓應(yīng)力分布 圖3板孔失效形式圖1為板孔式吊耳的基本形式，即單板孔吊耳。圖2為板孔式吊耳在受外力作用下孔壁承壓應(yīng)力分布情況。圖3為板孔式吊耳板孔強(qiáng)度不夠吊耳板被撕裂的主要失效形式示意圖。也就是說板孔失效是吊軸與板孔接觸所形成的接

2、觸壓應(yīng)力過大，不是造成接觸處壓潰，而是吊耳在外力的作用下對吊耳板進(jìn)行的剪切作用引起的。所以吊裝工程中常用拉曼公式來對吊耳板孔進(jìn)行抗剪強(qiáng)度校驗(yàn)。拉曼公式板孔校核表達(dá)式為： （1）式中：k動(dòng)載系數(shù)，k=1.1；板孔壁承壓應(yīng)力，MPa； P吊耳板所受外力，N；板孔壁厚度，mm；d板孔孔徑，mm；R吊耳板外緣有效半徑，mm；r板孔半徑，mm；吊耳板材料抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2；1.2 吊耳參數(shù)確定 從（1）式可以看出，當(dāng)P、d卸扣、一定時(shí)，取 適宜的值可最節(jié)省材料，顯然，令，則。從理論而言，較為科學(xué)，但使用單板孔吊耳，還應(yīng)考慮卸扣和繩扣連接時(shí)必須預(yù)留的間隙，顯然R值不宜太大。筆者認(rèn)為，R=(34)r

3、較適宜。通常設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先按負(fù)荷選定使用的卸扣或受力軸的尺寸，則孔徑d=d卸扣+（1020）mm。因此，吊耳設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在R與上進(jìn)一步做文章。首先，確定板厚，使根部焊縫的強(qiáng)度與設(shè)備本體局部穩(wěn)定性滿足要求。必要時(shí)，可延長焊縫長度或增加筋板加以解決。 圖4 吊耳板孔的加強(qiáng)其次，按R=(34)r選定R值。 再次，采取加補(bǔ)強(qiáng)板的措施增加板孔局部的強(qiáng)度。通常在吊耳孔處焊接單或雙面補(bǔ)強(qiáng)板。參見圖4。通過以上措施可以比較合理的利用材料。校核時(shí)需按照公式（1）中，來替換，即補(bǔ)強(qiáng)圈的半徑。2 吊耳板強(qiáng)度計(jì)算2.1 吊耳板材料選擇吊耳板選擇材料時(shí)，宜選擇與母材的材質(zhì)相同或相近為好。施工現(xiàn)場一般選擇Q235、Q345等

4、普通材質(zhì)的材料，且可焊性較好。按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對應(yīng)的鋼材板厚取值，只要（1）式成立，吊耳板的強(qiáng)度可滿足要求。 2.2 吊耳板焊接與焊縫強(qiáng)度校核吊耳板焊接應(yīng)有焊接工藝評(píng)定。焊縫應(yīng)為連續(xù)焊，不應(yīng)有夾渣、氣孔、裂紋等缺陷。主受力焊縫應(yīng)按JB4730-2005進(jìn)行滲透檢測，級(jí)合格。焊縫強(qiáng)度按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017-2003選定焊縫的值,并進(jìn)行校核。焊縫強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)具體分析。a. 當(dāng)?shù)醵芾熳饔?，焊縫不開坡口或小坡口時(shí)，屬于角焊縫焊接，焊縫強(qiáng)度按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中式7.1.3-1校核，即： （2）式中：垂直于焊縫方向的應(yīng)力，MPa；N焊縫受力， N=kP=1.4P, 其中k=1.4為可變載荷分項(xiàng)

5、系數(shù)，N;角焊縫的計(jì)算厚度，為焊角尺寸，mm；角焊縫的計(jì)算長度，取角焊縫實(shí)際長度減去，mm；角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)增大系數(shù)，??； 角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2；b當(dāng)?shù)醵芾熳饔?，吊耳板采用雙面坡口滿焊時(shí)，可按對接焊縫校核，即： （3）式中： k動(dòng)載系數(shù)，k=1.1； L焊縫長度，mm；吊耳板焊接處母材板厚，mm； 其他符號(hào)意義同上。c當(dāng)焊縫在三向應(yīng)力狀態(tài)下受力時(shí)，按材料力學(xué)第四強(qiáng)度理論校核，即： （4）式中： 焊縫所受軸向應(yīng)力，MPa； 焊縫所受彎曲應(yīng)力，MPa； 焊縫所受剪切應(yīng)力，MPa； 應(yīng)當(dāng)指出，雖然焊縫的強(qiáng)度計(jì)算滿足要求，但由于吊耳板與設(shè)備焊接處產(chǎn)生的焊接應(yīng)力及連接面較小產(chǎn)生的應(yīng)力集中，

6、使用吊耳時(shí)也不可能在設(shè)計(jì)的理想狀態(tài)下受力等原因，可能造成設(shè)備局部變形或?qū)⒛覆乃毫训炔涣己蠊Ｒ虼?，?yīng)有以下有效安全措施：一是對焊縫進(jìn)行焊后熱處理，以消除焊接應(yīng)力，特別是當(dāng)?shù)醵宓暮穸冗_(dá)到規(guī)范要求焊后熱處理的厚度時(shí)，必須進(jìn)行進(jìn)行焊后熱處理；二是在吊耳板與設(shè)備之間焊接連接筋板，增大了焊縫受力面積，同時(shí)也加強(qiáng)了局部穩(wěn)定性。焊縫強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)在不考慮連接筋板的作用下強(qiáng)度和局部穩(wěn)定性同時(shí)滿足要求。3 板式吊耳設(shè)計(jì)校核示例某設(shè)備吊裝抬尾需設(shè)計(jì)一載荷P=50t的板式吊耳，材質(zhì)Q235A。選擇55t卸扣，卸扣軸直徑70mm，取板孔r=45mm，R=200mm，焊縫長度L=400mm。Q235A強(qiáng)度設(shè)計(jì)值， （GB50017-2003）。參照圖4。拉曼公式校核吊耳板孔強(qiáng)度板孔強(qiáng)度滿足要求。抬尾吊耳在受力最大時(shí)為拉伸狀態(tài)，按吊耳受拉伸校核焊縫強(qiáng)度。由式（2）按角焊縫校核由式（3）按對接焊縫校核，結(jié)果與（2）相差不大。焊縫強(qiáng)度滿足要求。4 結(jié)語我公司在惠州煉油項(xiàng)目1200萬噸/年煉油工程大件設(shè)備吊裝B標(biāo)段施工中，通過對單板孔吊耳設(shè)計(jì)計(jì)算的規(guī)范化，用EXCEL建立了本文所述的力學(xué)模型，快速輸出數(shù)據(jù)，用CAD軟件將其按1：1比例繪出滿足吊裝負(fù)載能力的吊耳施工圖，在較短時(shí)間內(nèi)順利完成56臺(tái)設(shè)備的吊耳設(shè)計(jì)工作并提交到設(shè)備制造廠，達(dá)到了事半功倍的效