57 000噸散貨船上層建筑整體吊裝方案設計

摘要：本文介紹了57 000噸散貨船上層建筑整體吊裝設計方案，使用500噸浮吊完成船舶下水后上層建筑總段的搭載。

關鍵詞：上層建筑； 整體吊裝

1 引言

本文根據公司限于龍門吊的起重能力不能滿足約400噸上層建筑總段吊裝，需租用浮吊完成上層建筑總段吊裝的情況，設計在建的57 000噸散貨船上層建筑總段吊裝方案。此設計方案可以廣泛應用于船舶及海工產品的居住區以及大型組裝單元模塊的整體吊裝。整體吊裝對縮短建造周期，提高區域模塊完整性有重要的意義。

2 設計原則

上層建筑整體吊裝的方案設計，整體把握的原則如下：

（1）保證整體吊裝過程中上建結構不被破壞；

（2）最大限度地保證上建的舾裝及結構完整性，以及結構及舾裝件不被損傷；

（3）盡可能的減少材料浪費，減少重復施工，保證方便施工。

3 方案設計

3.1 吊排方案的選取

在統計上建區域內結構、內舾裝及外鐵舾的完整性基礎上，確定上建整體的重量、 重心，并結合上建結構布局形式，選取吊排的位置。

同時，位置的選取還需要考慮到材料成本、施工成本和方便施工等因素。

57 000噸散貨船的上建整體的吊裝方案選取，主要有三種選擇：

（1）吊排布置在上建露天甲板強肋骨區域。此種布置需要對吊排區域的甲板的板厚進行加厚，及甲板下的普通肋骨換成強肋骨。為了保證吊排受力有效的往下層甲板傳遞，及減少結構梁的彎曲變形，需要在吊排位置增加支撐。通過逐層甲板有效的拉力傳遞，保證受力均勻，減少結構變形，達到整體吊運。此種布置需要對甲板面及肋骨進行加強，在吊點下逐層甲板增加支撐，這些均可以在分段制作階段完成，但影響甲板艙室的內舾裝的完整性。

（2）吊排布置在前后圍壁。根據橋樓甲板與前后圍壁的結構形式，有效利用圍壁伸出甲板的特點，吊排可布置在前后圍壁板上，采用焊接形式與圍壁板對接，并在吊排增加防傾肘板，在甲板下對應做必要的加強。此布置可有效的保證拉力沿前后圍壁向下延伸。但此設置影響了橋樓甲板上的舷墻的安裝，無法保證結構的完整性。

（3）吊排布置在左右側壁。根據橋樓甲板與左右側壁的結構形式，側壁伸出甲板面約100 mm，利用這個特點，吊排可直接布置在左右側壁上，采有焊接形式與圍壁板對接，并在吊排增加防傾肘板，在甲板下對應增加必要的加強，此類加強均可做成永久性加強，在分段制作階段可完成，同時吊排可以在吊運完成后，切割下來重復利用，降低成本。此種吊排布置有效的保證了上建區域內絕緣敷料及木作壁的完整性，鋼結構的完整性，減少了不必要的施工量，為后一道工序提供有效的保證。

綜上所述，結合上建結構形式和降低成本的設計原則，以及結合公司吊運資源和建造方針，決定采取第三種吊排布置，即吊排布置在左右側壁上。

3.2 吊排位置的選取

57 000噸散貨船上建完整舾裝后統計的理論總重量約425噸，結合公司可能租用500噸及1 000噸的浮吊的基本參數（浮吊的可吊運能力及高度，吊運跨距，主吊鉤的間距，可用鋼絲繩規格及卸扣等參數），以及結合上建結構的特點，確定左右舷側邊共設置16個吊點，每個吊點受力約為31 t，即分配到每個吊點的拉力約31t，拉力有效的延伸到左右側壁，起到分散拉應力的作用，也可以消除吊運過程中，因受力不均而引起的結構局部變形及破壞的問題，保證了吊運的安全性。圖1為側壁吊排布置示意圖。

圖1 外側壁吊排布置

3.3 單個吊點最大抗剪強度校核

吊排材料選用Q235普通鋼，屈服強度為235 MPa，安全系數取6，許用剪切應力為{τ}=23.5 MPa，每個吊孔的受剪切力約為31t，故受剪切面積

A’≥31x104 N/23.5 MPa=6 595 mm2

吊環孔的具體尺寸見圖2。

圖2 吊排腹板開孔圖

由圖2所示尺寸可知受剪切面積為A=7 340 mm2>A’，即選用的尺寸符合剪切強度要求。在確定吊裝孔時必須要考慮卸扣的選用規格尺寸，避免在安裝時，開孔尺寸與卸扣尺寸不匹配。

3.4 甲板橫向強度校核

中縱剖面彎矩最大M=WB/4=2 620 t*m，根據各層甲板主要構件的尺寸和位置計算得出慣性矩I=1.24x109 cm4，最大拉應力至中和軸的垂直距離Z1=794.3 cm，最大壓應力至中和軸的垂直距離Z2=628.7 cm。所以最大拉應力發生在分段的下腳：

σ1=MZ1/I=0.164 MPa，

最大壓應力發生在分段的頂甲板

σ2= MZ2/I =0.132 pa

顯然，甲板橫向強度是滿足吊裝要求的.

3.5 上層建筑整體有限元分析

同時，對整體吊裝的方案進行有限元計算分析，分析的結構表明滿足各方面要求。

3.6 編制吊裝方案

在完成吊排及強度校核后，應編制吊裝方案，以指導吊運前準備及吊運過程控制。應注意以下幾個方面：

（1）概述上建整體吊運的基本要素：總組段的布置，船舶及浮吊的停靠位置、朝向，船體的主要吃水，作業環境要求等；

（2）上建總組段的重量重心、外形尺寸，浮吊的參數及吊運時使用的重量和吊桿角度等；

（3）描述清楚吊裝所用鋼絲繩，卸扣的規格數量，責任提供及安裝部門；

（4）整體吊運總段的過程控制：

① 吊運前，鋼絲繩和卸扣安裝到位檢查，及上建總組內部及周邊檢查。同時，檢查主船體吊運安裝位置的現場是否已經準備完畢；

② 在正式吊運前，進行吊起約離（下轉第頁）（上接第頁）地面100 mm，停留15分鐘的試吊，放回地面，重新檢查吊排及鋼絲繩卸扣等；

③ 檢查無礙后，繼續按原設計的吊運路線吊運，直到指定的位置，徐徐放下，最終定位好后，松鉤完成吊運。

5 總結

該方案已成功應用共10多艘船，取得了良好的使用口碑和經濟利益。采用上層建筑整體吊運模式有利于提高舾裝預裝率，通過并行工作模式，大幅縮短造船周期。圖3和圖4為上建總組段吊裝圖。

由于租用浮吊的時間不穩定，影響船舶建造周期，且不利于上層建筑區域的工程提前完善。因此，提高公司龍門吊的起重能力成為重中之重。現公司新建造450噸龍門吊已近完工，為縮短船舶建造周期提供堅實的基礎。