串聯(lián)式吊環(huán)在上層建筑總段吊裝中的應(yīng)用研究

陸方東

(滬東中華造船(集團(tuán))有限公司， 上海 200129)

串聯(lián)式吊環(huán)在上層建筑總段吊裝中的應(yīng)用研究

陸方東

(滬東中華造船(集團(tuán))有限公司， 上海 200129)

該文以某艦船塔式上層建筑總段吊裝為載體，針對(duì)薄板總段特性，“量身打造”總段吊裝工藝。通過分析總段受力，提出吊環(huán)布置方案；利用吊環(huán)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，創(chuàng)造性的采用“串聯(lián)”吊索具的連接方式，使甲板所受力得以改善，從而減少總段吊裝過程中的塑性變形。

塔式上層建筑總段 吊點(diǎn)受力分析 吊環(huán)連接形式

1 引言

上層建筑總段目前大多采用吊環(huán)吊裝工藝，但吊環(huán)吊裝均應(yīng)用于中厚板結(jié)構(gòu)的總段，由于艦船上層建筑總段多為薄板結(jié)構(gòu)，采用常規(guī)吊裝方案除易在吊環(huán)加強(qiáng)位置產(chǎn)生局部變形外，更易引起吊裝過程中總段的整體變形，故擬對(duì)常規(guī)工藝吊環(huán)布置及吊索具的連接方式進(jìn)行改進(jìn)，以便順利實(shí)施上層建筑總段吊裝。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及重心分布

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該上層建筑總段涉及4層甲板，包括6只分段，總段外形尺寸為16.9 m×13.1 m×8.5 m，結(jié)構(gòu)形式為內(nèi)傾、橫骨架式結(jié)構(gòu)，甲板厚度為4 mm，外板厚度為5 mm,整體結(jié)構(gòu)剛性較弱，同時(shí)該總段屬于駕駛室區(qū)域，外形復(fù)雜，如圖1所示。

2.2 重心分布

該總段(包含預(yù)裝設(shè)備)總重為62.11 t，中心位置在#82+415、左距中30 mm、距基線14 082 mm。上層建筑總段重量重心匯總表(見表1)。

序號(hào)分段與設(shè)備各稱重量W(t)坐標(biāo)位置縱向X(m)(參考#65)橫向Y(m)(參考C.L)垂向Z(m)(參考B.L)備注1BD2114.4134.153-0.06012.5192BD2216.93912.7530.05112.4303BD319.2234.369-0.00314.8474BD328.82612.4080.07314.7885BD419.16010.1890.05916.9806BD511.8999.6000.00019.0027NO.1空調(diào)器0.8009.9002.713.598BD328FM90N專用直接式空調(diào)裝置0.85010.030-1.67516.135BD41∑62.1108.9150.03014.082縱向#82+415

3 吊環(huán)布置及受力分析

3.1 吊環(huán)布置

在我司以往的艦船建造過程中，上層建筑總段吊裝通常將吊環(huán)布置在總段的單層甲板上，為了防止吊裝變形，對(duì)總段及吊環(huán)周圍實(shí)施了大量的臨時(shí)加強(qiáng)，這些臨時(shí)加強(qiáng)的裝焊及拆除對(duì)上層建筑總段極易產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致整體變形。

在充分考慮總段結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度及有效控制變形的情況下，決定調(diào)整吊環(huán)布置方式及吊環(huán)結(jié)構(gòu)形式：將吊環(huán)布置在雙層甲板企口處，與外板對(duì)接連接，吊環(huán)的形式采用四孔連體吊環(huán)，這樣可以盡量避免發(fā)生吊點(diǎn)周圍應(yīng)力集中的情況，同時(shí)安裝、拆除吊環(huán)對(duì)船體結(jié)構(gòu)沒有影響且吊環(huán)可以重復(fù)使用。根據(jù)整體構(gòu)架情況及總段重心位置，將四孔吊環(huán)分別布置在02甲板及03甲板的#72～#78和#87～#93肋位，吊裝時(shí)使用鋼絲繩將02、03甲板相對(duì)應(yīng)吊環(huán)孔進(jìn)行串聯(lián)，從而使甲板受力得到優(yōu)化，達(dá)到減小整體吊裝變形的目的，同時(shí)可以避免大量臨時(shí)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，省去裝拆、焊接及打磨工作，節(jié)約生產(chǎn)成本，如圖2所示。

3.2 吊點(diǎn)位置受力分析

BZ01總段吊裝過程中吊車受力分析的計(jì)算工況按垂直起吊工況計(jì)算，如圖3所示。

上圖為BZ01總段側(cè)面投影受力圖。其中,總段重量G=62.110t,重心作用于#82+415處。

法國(guó)加利埃尼將軍巧用摩托化運(yùn)兵術(shù)使法軍化險(xiǎn)為夷。幾天前，他已命令組織一支出租汽車運(yùn)輸車隊(duì)。但是到了1914年9月6日，他看到已經(jīng)組織的出租車數(shù)量實(shí)在是太少了，必須立即將所有可以利用的出租車改做運(yùn)兵車。晚間8時(shí)，將軍決定組織一支出租車大軍，運(yùn)送上萬名官兵趕赴前線。

圖2 上層建筑總段吊裝示意圖

圖3 受力分析圖

根據(jù)垂向受力平衡和對(duì)重心力矩平衡條件得

解得T1=32.421t,T2=29.689t。

所以#90肋位右舷垂直分力為：32.421/2=16.21t,以最大吊裝安全角度(30°)計(jì)算，該點(diǎn)吊索具張力為16.21/cos30°=18.72t。

由圖4可知，該受力點(diǎn)的重量經(jīng)這種鋼絲繩穿接方案平均分配給了8只吊環(huán)，每只吊環(huán)受力為：18.72t/8=2.34t,這樣與常規(guī)布置單層單只吊環(huán)相比，避免了甲板吊環(huán)集中受力情況的發(fā)生，有利于控制薄板上層建筑總段的吊裝變形。

3.3 吊裝強(qiáng)度校核分析

圖4為BZ01總段船體結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖。

圖4 BZ01總段船體結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

表2 船體結(jié)構(gòu)最大合成應(yīng)力匯總

根據(jù)以上BZ01總段吊裝過程結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，以及船體結(jié)構(gòu)應(yīng)力及變形計(jì)算結(jié)果，并根據(jù)中國(guó)船級(jí)社規(guī)范對(duì)船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求，可以得出如下結(jié)論：

(1) 在現(xiàn)有條件下，上層建筑BZ01總段在吊裝過程中結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足相關(guān)規(guī)范要求；

(2) 上層建筑BZ01總段由于結(jié)構(gòu)較為緊湊，整體變形除下側(cè)前端開口和部分艙室開口有一定的變形外，其余部分變形不大；

(3) 吊環(huán)受力較小，吊環(huán)反力位于2 t～2.34 t之間，布置合理；

(4) 高應(yīng)力區(qū)主要出現(xiàn)在#88～#94肋位設(shè)置吊排的局部區(qū)域和#64～#70肋位，最大值42 MPa位于#91肋位橫艙壁開口處，但量值仍小于許用應(yīng)力。

4 吊索具配置方案

4.1 吊鉤高度確定

根據(jù)吊車吊鉤最高位距其軌道面為38 m，該船體在船臺(tái)定位后01甲板#65肋位(上層建筑總段最艏端)距吊車軌道面15.2 m，由于塔式上層建筑各甲板的層高及外側(cè)壁內(nèi)傾的原因，吊鉤距01甲板的距離范圍為12 m～22 m，綜合吊裝安全及鋼絲繩配備合理的角度，我們選擇吊鉤距01甲板高度為16.5 m，后續(xù)吊索具的配備均以該數(shù)據(jù)作為計(jì)算依據(jù)。

圖5 典型橫剖面受力投影圖

4.2 吊索具配備

以艏部吊環(huán)為例，艏部吊環(huán)中心位于#75肋位，以#75肋位作為受力平面展開計(jì)算。圖5為#75肋位橫剖面，G點(diǎn)為吊鉤位置，A、B分別為03、02甲板吊環(huán)中心點(diǎn)，連接AG、BG，作出∠AGB的角平分線GM相交AB于點(diǎn)M，GM則為以虛擬M點(diǎn)為吊點(diǎn)的鋼絲繩長(zhǎng)度。N為假設(shè)的A、B串聯(lián)鋼絲繩受力后的分點(diǎn)(根據(jù)力學(xué)原理，串聯(lián)A、B的鋼絲繩受力后交點(diǎn)N必在∠AGB的角平分線上)，OM為吊鉤在#75肋位受力面距吊點(diǎn)M的水平距離，因此，

又因點(diǎn)N在線段GM上移動(dòng)，為使吊環(huán)受力的角度有利，點(diǎn)N應(yīng)高出03甲板，經(jīng)作圖確定：MN=4 000mm，實(shí)際量取AB鋼絲繩為AN+BN≈8 000mm,GN=13 609.8-4 000=9 609.8mm,從而根據(jù)計(jì)算得出其他部位鋼絲繩的長(zhǎng)度。#90肋位計(jì)算方法與此相同。又根據(jù)每個(gè)吊環(huán)受力約2.5t，查表確定每級(jí)所使用鋼絲繩的直徑。吊索具配備情況，如圖6所示。

圖6 吊索具配備情況

5 結(jié)論

5.1 實(shí)施效果

上層建筑總段定位后，從外觀來看，外圍壁線型光順，吊環(huán)處無局部變形，整體無撓曲現(xiàn)象，具體見圖7總段完工測(cè)量圖。表3為02甲板平整度測(cè)量表，表4為03甲板平整度測(cè)量表。

圖7 總段完工測(cè)量圖

表3 02甲板平整度測(cè)量表 單位：mm

[][]

表4 03甲板平整度測(cè)量表 單位：mm

5.2 主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

(1) 提出了對(duì)艦船塔式上層建筑總段吊裝吊環(huán)分別安裝在上下兩層外板企口處的這一觀點(diǎn)，并使用鋼絲繩將兩層相對(duì)應(yīng)吊環(huán)進(jìn)行串聯(lián)，使甲板受力得到優(yōu)化。

(2) 提出了針對(duì)兩層甲板吊環(huán)吊裝所使用吊索具的配備方法即“假設(shè)受力投影面計(jì)算法”，為雙層吊環(huán)鋼絲繩配備提供技術(shù)支撐。

5.3 社會(huì)效益分析

通過本項(xiàng)目的研究，在艦船建造過程中，采用布置特殊吊點(diǎn)完成對(duì)塔式薄板上層建筑總段吊裝，減少了常規(guī)上層建筑總段吊裝所引起的應(yīng)力集中、吊裝變形的情況；盡可能地減少由于安裝、拆除不必要的工裝(如甲板吊環(huán)、臨時(shí)加強(qiáng)等)所產(chǎn)生的人工工時(shí)及材料成本，實(shí)現(xiàn)公司降本增益的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)理念。

6 結(jié)束語

我們希望通過此次對(duì)塔式上層建筑總段吊裝工藝探索的點(diǎn)滴經(jīng)驗(yàn)，為今后公司同類型艦船的總段吊裝起到一定的借鑒作用，同時(shí)我們將會(huì)繼續(xù)對(duì)該類型船塔式上層建筑總段吊裝工藝進(jìn)行探索，為我公司的大發(fā)展做出新的貢獻(xiàn)。

[1] 華玉潔.起重機(jī)械與吊裝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[2] 中華人民共和國(guó)勞動(dòng)部.起重機(jī)用吊索具安全規(guī)程LD-48(93)[S].1994.

The Application Research on Lifting Ring Connected in Series in Superstructure Block Hoisting

LU Fang-dong

(Hudong Zhonghua Shipbuilding (Group) Co., Ltd., Shanghai 200129, China)

Taking the block hoisting of a marine tower-type superstructure as a research subject, this article provides a block hoisting technology especially for the thin steel plate. After the stress analysis of the block, the arrangement plan of lifting ring is proposed. Base on the structure characteristic of lifting ring, an innovative connection method of slings, called Connection in Series, is adopted to improve the stress performance of deck, thereby the plastic deformation in block hoisting is minimized.

Block of a tower-type superstructure Stress analysis of lifting point Connection type of lifting ring

陸方東(1966-)，男，高級(jí)工程師。

U671

A