超大型油輪上建整體吊裝工藝

張瑪 高麗 龔永林

摘 要：本文以廣州龍穴造船有限公司在建的32萬載重噸VLCC為例，介紹超大型油輪上層建筑整體吊裝工藝。

關鍵詞：超大型油輪上層建筑；整體吊裝工藝

VLCC Superstructure Complete Assembly Lifting Technic

Zhang Ma， Gao Li， Gong Yonglin

（ CSSC Guangzhou Longxue Shipbuilding Co.，Ltd. Guangzhou 511462 ）

Abstract： In this paper， taking Guangzhou Longxue Shipbuilding Co. Ltd. in 320000 DWT VLCC as the object， introduces the VLCC superstructure complete assembly lifting technic.

Key words： Superstructure of VLCC； Lifting technic

1 前言

VLCC船作為遠洋石油運輸的戰略性運輸工具，是國家進口原油運輸不可或缺的“助手”。隨著船舶主尺度的增加，VLCC的上層建筑尺寸和重量隨之增大，其內部布置復雜程度亦隨著增加。上層建筑整體吊裝，對縮短造船周期、降低勞動成本和提高生產效率具有十分重要的意義。由于VLCC的上層建筑具有尺寸大、重量大和剛性弱的特點，因此有必要探討上層建筑整體吊裝工藝，保障整體吊裝順利進行。本文以廣州中船龍穴造船有限公司建造的32萬噸VLCC原油輪為例，介紹超大型油輪上層建筑整體吊裝工藝。

2 上層建筑概況

上層建筑整體長17.1m（Fr34～Fr53）、寬60m（包括翼橋）、高22.15m，共有七層。自上而下分別為：羅經甲板及其下圍壁、駕駛甲板及其下圍壁（包括翼橋及其支撐）、E甲板及其下圍壁、D甲板及其下圍壁、C甲板及其下圍壁、B甲板及其下圍壁、A甲板及其下圍壁，如圖1所示。

3 整體吊裝重量、重心

整體吊裝重量為整體分段結構重量加整體分段預舾裝重量之和，如表1所示.

表1 結構的重量及重心位置

4 吊裝方案

目前，廣州中船龍穴造船有限公司的兩個干船塢均各配置兩臺600 T龍門吊。由于上層建筑整體吊裝重量已超過單臺龍門吊額定吊運能力，因此采取兩龍門吊聯吊方式進行吊運。

一般吊運物體大都設置4個吊點，雖然這樣的吊點設置受力簡單，但是每個吊點要承受很大的拉力，易引起吊點附近上建結構變形或被撕裂。根據本船上層建筑整體結構形式，整體吊裝的吊碼采用非標準形式板式吊碼，不僅與結構易形成一體化連接，而且還可以反復利用，提高吊碼的利用率。根據整體吊裝的重量和重心位置，為降低吊點所承受的拉力值，我們在B甲板左右圍壁上FR37+300，FR38，FR40，FR40+600及駕駛甲板上（距中14450mm處）FR50，FR50+600，FR51+300，FR52位置，左右對稱共設置16個吊點，如圖2所示。吊碼單點受力最大為55噸，吊碼設計承重為70噸（按2倍安全系數計算）。考慮到預防調運可能出現的不平衡狀態，在吊碼上多設幾個臨時吊點。

5 上層建筑結構有限元分析

本船上層建筑的結構有限元計算模型采用三維有限元模型，參考中國船級社《船體結構強度直接計算指南》，有限元網格尺寸沿船長方向每肋位（肋距900mm）2個，船寬方向每縱骨間距（850mm）2個；吊碼及其相連結構采用體單元模擬，甲板、艙壁以及T型材腹板采用板單元模擬，縱骨、橫梁、艙壁扶強材以及T型材面板采用梁單元模擬，舾裝質量采用集中質量模擬。整個有限元模型節點數320481個，體單元229968個，三角形單元660個，四邊形單元42921個，梁單元11 600個，集中質量單元11884個，見圖3。

圖3 上層建筑整體吊裝有限元模型示意圖

由于上層建筑結構的變形主要是由結構的重量載荷引起的，因此采用以下三個工況進行有限元計算：

（1）工況load case-G：吊裝前的結構響應；

（2）工況load case-1.1G：吊裝時結構的響應；

（3）吊裝引起的響應：吊裝時結構的響應—吊裝前的結構響應。

其邊界條件為：

（1）吊裝前： A甲板下圍壁下端完全剛性約束；

（2）吊裝過程中：B甲板左圍壁上緣的在FR37+300位置的一個吊碼孔XYZ三個方向剛性固定，這一組其余三個吊碼孔及其余三組吊碼孔僅約束垂向位移。

計算載荷：

（1）吊裝前：慣性載荷取az=g=-9.8 kgm/s2，即Fz=m · az =-8318.9kN，其余方向為0；

（2）吊裝過程中：吊裝過程中考慮其沖擊載荷的影響在計算吊裝時的慣性載荷，在垂直方向取az=1.1 g =-10.78 kgm/s2，即Fz=m·az =-9150.8kN，其余方向為0。

經過有限元計算，上層建筑在建造、吊裝過程中結構的應力最大值出現在FR37+300吊碼正下方與下圍壁相交處，其值為144 N/mm2 < 6 s，結構強度滿足要求；上層建筑在建造過程中結構的絕對最大位移為12.5 mm，位置在E甲板FR44-450與OFFCL850 mm相交處甲板開孔處附近；吊裝過程中結構的絕對最大位移為24.1mm，位于E甲板左舷側伸出板最外側。由吊裝引起的結構的相對應力水平為147 N/mm2，出現在FR37+300吊碼正下方與下圍壁相交處；引起各甲板、圍壁的最大位移為20.2 mm，出現在FR47-300與OFFCL-7900 mm相交橫艙壁開孔處。

6 吊碼有限元分析

吊碼模型，每個吊碼模型的縱向長度取一個肋位長度（即600 mm），高度取腹板和延伸板的高度（即450mm）。全部采用Solid體單元，每個吊碼單元數：32844，見圖4。

圖4 吊碼有限元模型示意圖

吊碼邊界條件：甲板延伸板所有節點位移完全剛性約束（Ux、Uy、Uz）。

吊碼載荷：每根鋼絲繩（每個吊碼）按60噸考計算。考慮到沖擊載荷的影響在計算吊裝時的慣性載荷，在型深方向取az=1.1g=-10.78 kgm/s2，即在每個吊碼及對應腹板上施加垂向向上的載荷為60×9.8×1.1=646.8 kN，其余方向為0。對于吊碼及腹板模型，吊碼及腹板開孔頂部所有節點上共施加垂向向上的載荷為646.8 kN。

經過有限元計算，在每個吊碼及相臨腹板受到646.8 kN的拉力作用下，吊碼內孔的最大應力為271 Mpa，出現在吊碼開孔頂部外邊沿局部（與鋼絲繩接觸拐角處），略大于吊碼材料的屈服應力235 MPa，小于吊碼材料（（Q235） 的抗拉強度（375～500 MPa）；吊碼內孔四周大部分區域的應力為130Mpa左右，小于吊碼材料的屈服應力235 MPa；吊碼正下方的艙壁延伸板應力為122 Mpa，小于吊碼材料的屈服應力，結構強度上是安全的。

7 實施效果

根據有限元分析結果，進行優化上建整體的結構加強，以最少加強材料達到減少整體吊裝變形的目的。上層建筑整體吊裝后，經測量其吊裝變形在控制范圍內，吊裝過程如圖5所示。

圖5 起吊中的上層建筑

8 結語

通過與計算分析報告進行數據對比，為后續船上層建筑吊裝提供了數據參考，更好的控制了吊裝的安全性及了解預舾裝的完整性，實現快速搭載和縮短船塢周期，為以后的擴大預裝量提供有力的技術支撐。