CB20结构模块吊装变形控制分析

  CB20结构模块吊装变形控制分析

谢崇富

（中国核工业二三建设有限公司（深圳）核反应堆分公司，广东省 深圳市）

摘要: 核岛非能动安全壳冷却水箱钢结构模块（以下简称CB20结构模块）位于外层混凝土安全壳的正上方，是非能动安全壳冷却系统的重要组成部分，属于核电厂关键核级设备。CB20结构模块外型结构属于中空薄壁型圆环结构，具有外型尺寸大、壳体结构薄、模块重量重等特点，模块吊装变形控制难度大。本文从CB20结构模块的设计结构特点出发，通过分析研究影响模块吊装变形因素，有针对性制定应对措施，保证其吊装过程变形可控、吊装系统整体稳定，有效保证现场施工整体推进。

关键字：核电站；CB20结构模块；吊装变形控制

0 引言

CB20结构模块安装位置位于核岛屏蔽厂房屋顶部，是核电厂建设过程中吊装高度最高的大型结构模块。模块为密闭水箱结构，内部空腔大、四围壳壁薄。模块整体呈圆环状，具有外型结构尺寸大、壳体四壁结构单薄、模块整体重量重等特点，模块整体结构偏软，模块吊装变形控制难度大。

1. CB20结构模块结构简介

CB20结构模块本体重量为344t，由18个类型的112子模块拼装焊接而成，为圆环箱体结构,主要功能部件包括平面顶板、倒锥型底板、外环壁板、内环壁板，模块结构如下图所示。

图1：模块外型示意图

2. CB20结构模块吊装变形控制难点

CB20结构模块是一个多部件组合的带倒锥结构的圆环体，整体结构复杂、外形尺寸大，吊装变形控制难度较大，主要体现在以下几个方面：

（1）CB20结构模块内部为中空结构，外型结构尺寸大、壳体四壁结构单薄、模块整体重量重，结构龙骨及壁板选材为塑性材料，整体结构偏软，因此，在吊装工艺设计中需要结合模块结构特点，充分利用本体上的32组吊点，合理选择吊装工艺，防止CB20结构模块吊装变形。

（2）模块吊装过程中需同时控制好CB20结构模块外环壁板上16组吊耳和内环壁板上16组吊耳的受力状态，确保内、外环壁板上的每组吊耳受力均匀，特别要关注CB20结构模块吊装输入状态，需要结合现场模块实际拼装状态和土建单位钢筋与预埋件施工实际确定。

（3）CB20结构模块的内环区域为空心圆柱结构，属于整体结构中的薄弱环节，需要结合吊装过程中结构内部应力应变的变化和分布情况，制定防变形措施，对整体结构进行补强。

3. CB20结构模块吊装变形控制要点分析及措施制定

根据上述CB20结构模块的结构特点和吊装工艺难点，在制定吊装变形控制措施前，须深入分析与CB20结构模块吊装变形相关的影响因素，并结合模块吊装工艺，确定合理的模块防变形技术措施，确保吊装工艺的可行性和安全性。

3.1 CB20结构模块吊装工艺设计

CB20结构模块的顶部设计有两圈共计32组模块吊装用专用吊耳，其中外环16组吊耳均匀分布在的外环圆周上，内环16组吊耳均匀分布在内环圆周上，且内、外环吊耳位于在同一角度线上，单组吊耳设计承载力不小于230kN。在CB20结构模块吊装过程中，要求吊索与“吊耳平面内最大竖向偏转角不超过30°”、与“吊耳平面外最大竖向偏转角不超过5°”。

结合上述模块结构特点和专用吊耳承载技术要求，针对CB20结构模块吊装方案工艺制定，通常采用“载荷分配装置+多吊索联结”吊装结构形式，为此，可采用圆盘式载荷分配器或桁架式吊装环梁。

（1）圆盘式载荷分配器的吊装工艺

采用圆盘式载荷分配器的吊装工艺，大型履带吊吊钩将通过转接头与圆盘式载荷分配器连接后，利用数组压制钢丝绳直接与被吊结构模块连接。该类型吊装工艺具有如下优点：

吊索结构简洁；

吊索具连接形式简单。

同时，该类型吊装工艺也有一定局限性，主要包括：

由于吊索与模块重心铅垂线存在一定夹角，结构模块上每组吊耳都将承担一定的水平分力，分力大小与吊索长度直接相关，若要满足吊耳设计要求，吊索长度要求较长；

吊索长度长、重量大，吊索与模块上吊耳采用斜拉式连接工艺，吊索连接难度较大；

吊索数量需要结合模块结构确定，长吊索数量较大。

（2）桁架式吊装环梁的吊装工艺

采用桁架式吊装环梁的吊装工艺，一级吊索一端通过转接头与大型履带吊吊钩连接，另外一端通过卸扣与桁架式吊装环梁连接，二级吊索一端连接吊装环梁，一端连接被吊结构模块。该类型吊装工艺具有如下优点：

采用吊装环梁后，一级吊索产生的水平分力基本被吊装环梁消化，模块基本不承受吊装水平分力；

一级吊索（长吊索）数量较少，且长度较圆盘式载荷分配器的吊装工艺方案的要短，吊索连接难度较小；

采用吊装环梁后，二级吊索的吊点位置基本与模块吊耳基本保持在一条铅垂线上，二级吊索长度短、连接方便，吊耳受力最佳。

同时，该类型吊装工艺的局限性也较为明显，主要包括：

该工艺需要配置吊装环梁，且吊装环梁外形尺寸基本与模块本体相当，吊装环梁设计要求和成本造价高；

由于吊装环梁的存在，可以理解为间接加大结构模块的外形尺寸，特别是模块本体高度的增大，对于大型履带吊主臂长度和吊装高度，提出了更高的性能要求；

吊索具过多的层级设计使吊索具连接过于复杂，不便于操作，且吊索具整体高度较高，将限制其使用范围；

长吊索数量虽有减少较少，但需要配置与吊耳数量相等的短吊索，整体吊索数量偏多。

（3）小结

结合上述对比分析，采用圆盘式载荷分配器的吊装工艺，吊索具连接形式简单，成本相对偏低，但吊索具连接难度较大，且模块本体将承受一部分吊索水平分力；现场配置的大型履带吊与吊装用载荷分配器，从工艺上能满足CB20要求，且现场针对吊索斜拉式连接工艺的技术革新，能有效辅助解决吊索具连接难题。因此，采用圆盘式载荷分配器的吊装工艺更适合CB20结构模块吊装。

3.2 CB20结构模块吊点载荷分配及均衡性分析

CB20模块为环形设备，模块重心位置与模块形心位置重合，在设备顶部内外两圈分别设置了16组专用吊耳用于模块吊装。考虑到吊索制造偏差，参考类似结构模块经验，吊索结构一般采用“压制钢丝绳+索具螺旋扣”的配置方式，以便于调整单根吊索的长度。

（1）CB20结构模块吊点载荷均衡分配分析-工艺设计层面

结合CB20结构模块专用吊耳的布置特点，其吊索具设计及连接形式，考虑到内、外环吊耳位于在同一角度线上，拟选用16组压制钢丝绳吊索对折后采用“跑马绳式”拴挂方式与圆盘式载荷分配器连接，其中吊索的一端通过索具螺旋扣与模块外环吊耳拴连、另外一端通过卸扣与模块外环吊耳拴连。按此吊索具连接工艺，在模块吊装阶段通过实施分级加载，可以实现单根吊索两端时时保持受力平衡，保证内外圈吊点之间的载荷均衡性，同时调整吊索数量减少至16组，能有效降低各吊点间载荷均衡性调整的难度，满足现场模块吊装工期要求。

（2）CB20结构模块吊点载荷均衡分配分析-现场操作层面

按上述工艺完成吊索具设计和连接后，受吊索数量较多、吊索长度长和CB20模块本体变形等多种因素影响，各吊索受力存在偏差。为保证各吊点受力均匀，需对每根吊索的受力进行准确的监测，辅助进行吊索受力调节，确保CB20结构模块吊点载荷均衡分配，现场主要采用分级加载和应力监测两项措施，监测数据各吊索拉力，要求确保每根吊索受力不超过所有吊索实际受力平均值的±20%。

3.3 CB20结构模块中空区域防变形措施

CB20结构模块自重大，模块吊装时吊索的水平分力较大，且模块骨架及主体板材皆为塑性材料。因此，在CB20结构模块吊装阶段，模块内环区域为整体结构变形控制的薄弱环节。根据模块吊装工艺，为有效平衡吊装阶段吊索的水平分力，采用在CB20结构模块顶部加装丰字形结构的防变形工装，通过角焊缝采用围焊方式与模块的T型钢龙骨焊接成一个整体，控制模块上口的变形量，保证吊装过程中吊索的水平分力能通过龙骨有效传递至工装梁上，实现吊装系统水平分力的内力平衡。

4.结语

CB20结构模块吊装及防变形工艺制定，以CB20结构模块的结构特点和设计吊装要求为出发点，有针对性地制定吊装工艺与吊索具选择，有效控制了吊装变形，对类似结构设备、模块吊装变形控制具有较强指导意义，具有一定的参考价值。

参考文献

[1] GBT1591-2018 低合金高强度结构钢

[2] GB50017-2017钢结构设计标准，北京：中国建筑工业出版社，2017

[3] GB/T 3811—2008起重机设计规范. 北京：中国标准出版社，2008

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