炼化装置大型钢结构模块化安装数据分析与应用

翟德宏，欧阳成渝，罗晓军

中国石油兰州石化公司，甘肃兰州 730060

1 概述

某催化剂厂废气综合治理项目中，需建设2套15 m×9 m×46 m的综合塔钢结构框架，该结构属于大型钢结构范畴，施工难度大。第1套综合塔钢结构框架施工采用散装法进行，该方法是先分别预制钢结构的柱、梁，而后依次吊装到相应位置进行安装，需搭设超高脚手架进行柱、梁的空中组对及焊接，高空作业情况多，安全风险高，施工效率低。为解决此问题，研究采用模块化技术进行第2套综合塔钢结构框架施工。模块化钢结构的节点及受力情况复杂，吊点位置的确定与单根梁、柱安装的散装法完全不同，梁、柱之间相互作用，不仅需要对不同吊点位置进行分析，还需分析模块划分、预制及吊装过程不同状态下钢结构的整体受力情况，以确保模块化安装不造成钢结构的失稳及应变，而传统手算已无法实现如此复杂的分析计算，考虑采用有限元方法。

2 有限元计算方法的确定

经分析发现，因钢结构连接复杂，有限元软件亦不能自动进行节点及雅可比计算并划分网格，因而需进行二次开发。由于吊装过程持续时间较短，且恶劣环境下不能吊装，因此分析计算不考虑风载、温度变化等外部因素的影响，仅考虑重力作用。数学建模时忽略翼缘与腹板连接处圆角部分的面积，假定H型钢由m个网格组成，每个网格截面有n个高斯点，如图1所示。

图1 H型钢结构高斯点分布示意

有限元算法为[1]：设H型钢网格内任意高斯点坐标应力为{δx，δy，δz，τxy，τyz，τzx}，法向矢量为n，计算坐标轴X、Y、Z方向的余弦为{lx，ly，lz}。……