大艙內懸掛式反頂架研究

馮木水 何鏡明 楊坤榮 李德朝

摘 要：本文研究在大艙頂部搭設懸空的腳手架，用于主甲板反面結構的施工，減少搭架的工作量，這是一種全新的不同于常規的搭架方式。

關鍵詞：大艙；主甲板反面；腳手架

中圖分類號：U667.59 文獻標識碼：A

Abstract： This paper introduces the erection of suspended scaffold on the top of ship hold， which is used for the construction of the main deck reverse structure. The new way of scaffold erection will reduce the work load for workers.

Key words： Ship hold； Upper deck reverse side； Scaffold

1 前言

在我司業務中，大型、超大型貨輪修理占很大比例，特別是大型油輪很多需要換新主甲板和甲板縱骨，需要在甲板的反面施工。對于300 000 DWT的超大型油輪，施工位置距艙底有30 m高，之前的方法是從艙底搭滿艙腳手架到艙的頂部進行施工作業，成本高、時間長，不僅花費很多的人力、物力和財力，而且不安全。因此，對于船舶的高空作業和修理，亟需研制一種新的工裝，解決在船上高空進行施工作業的難題。

我司曾承接2艘300 000 DWT油船改裝成FPSO的項目，17個大艙的主甲板及甲板縱骨全部更換，如果按常規做法需要搭滿艙架，當時公司腳手架資源不足，如重新購買腳手架需要很大的成本，于是我們研制出一種新的工裝，采用大艙內懸掛式反頂架，大大節省了人力、物力和財力，成功解決了在高空進行施工作業的難題。

2 設計與安裝方案

傳統的搭架方式為從低往高搭設，如果需要作業的高度較高，則傳統的搭架方式就不合適，會占用大量的時間和很高的成本。而先在高空中拉設兩根鏈條，然后在鏈條上搭設平臺，形成一條類似鐵索橋，再將鐵索橋懸掛固定在艙頂的反面縱骨上，防止平臺晃動，在平臺上面施工既安全又節約時間和成本。

2.1 鏈條安裝

在甲板面大艙人孔上方設置高1 800 mm的門字架，加斜撐燒焊固定；在橫梁上燒一個3 t的吊環，掛5t的導向滑輪；在同一個大艙的另一端，在甲板面人孔旁掛上另一個5 t的葫蘆：在人孔下方的甲板縱骨面板上焊接固定一個5 t的吊環，同時在人孔下方的橫艙壁焊接固定一個5 t的吊環掛導向滑輪。

在大艙前后橫艙壁相應位置各焊接5個吊環，用來掛鐵鏈和掛滑輪，吊環與甲板面的高度差即為甲板相應位置的梁拱差。其中用來掛鐵鏈的吊環共2個；間距為3 800 mm；掛導向滑輪的吊環共2個，位置為向舷側偏200 mm；橫艙壁中間居中掛1個滑輪。

在甲板面門字架旁分別安裝一臺5 t卷揚機，燒焊固定；然后將卷揚機鋼絲繩穿過門字架和吊梁上的導向滑輪后拉入大艙，再穿過前后橫艙壁相應吊環上的導向滑輪。

將已經備好的兩條鐵鏈（D13）從甲板面人孔放入大艙，幾個人一起將鐵鏈的一端用4.5 t的卸扣分別固定在4艙前壁吊環1上面，然后另一端放入艙底；同時放兩條（D14）的鋼絲繩，一端固定在吊環3上，一條用于拉懸掛架跳板，一條用于最后掛安全帶用；最后用從另一端進入大艙的鋼絲繩向后拉緊上升，其中鋼絲繩用5.3 t的蝴蝶扣扣在鐵鏈前端向后24 m的位置，鋼絲繩直接拉到后壁，3個人把鋼絲繩暫時綁到甲板縱骨流水孔上；鐵鏈每條總長為27 m、艙長25.5 m，待在鋼絲繩把鐵鏈拉緊適度后，3個人一起將鐵鏈自由一端固定在吊環上，最后再松開蝴蝶扣，拉出拉鐵鏈的鋼絲繩；解鐵鏈蝴蝶扣和用卸扣綁定鐵鏈與橫艙壁上的吊環。

兩條鐵鏈拉緊完成后，開始鋪懸掛架長4000 mm的支撐管到鐵鏈上方，同時用螺桿將支撐管下方的U型碼封閉連接固定，放置支撐桿拖出鐵鏈；然后用搭架隊架子長1770 mm的橫桿連接固定，形成片體，鋪9件寬400 mm的跳板用鐵絲綁扎牢固，最后用鋼絲繩向前拉動1800 mm的距離；此時再用橫桿連接固定形成片體鋪跳板，用鐵絲綁牢，最后再逐次向前拉動跳板。

2.2 矩形金屬框預制及安裝

選用無縫鋼管制作，它包括橫桿、縱桿和固定于橫桿兩端下表面的卡碼。卡碼呈U型，開口向下，其下方設有鎖緊螺釘。

將金屬框安裝于鏈條的上方，安裝方法如下：在后端的橫壁一側，工人通過搭架將金屬框鋪設在兩條平行的鏈條的上方，兩條鏈條分別穿過每個橫桿兩端下方的卡碼，將鏈條卡固于卡碼中，使金屬框與鏈條相對固定，并可沿鏈條前后滑動；用卷揚機將金屬框拉到前端的橫壁一側，并逐個將全部金屬框連續向前運送并鋪設于鏈條的上方。

2.3 平臺跳板安裝

用大艙前橫艙壁上的鋼絲繩向前拉動跳板，跳板鋪滿大艙長度方向后，將先前暫時綁扎在甲板縱骨靠后壁的流水孔上的鋼絲繩系牢在后壁的中間吊環上，工人將安全帶掛靠在此鋼絲繩上，開始安裝安全護欄立柱和拉安全麻繩。

平臺跳板是中間帶網狀的平臺結構，其上表面呈矩形，四個端點處設有向外伸出的平臺掛鉤，平臺跳板通過平臺掛鉤掛接于金屬框的兩相鄰橫桿上，用于連接該相鄰橫桿；多個平臺跳板在兩個橫桿之間橫向連接組成平臺網絡。

2.4 吊鉤安裝

用葫蘆配合安裝懸掛架支撐管與甲板縱骨的連接掛鉤。吊鉤包括桿部、鉤部和夾碼。吊鉤通過夾碼固定于縱骨，然后將金屬框的橫桿放置于橫向相鄰吊鉤的鉤部內，金屬框通過這種方式固定于吊鉤。

實際使用時（見圖1～圖4），可以根據施工位置的尺寸搭若干個平臺，并可以將這些平臺連成網絡。

3 強度計算分析

鏈條吊架搭設在甲板下方，吊架跨距L=25 m、鏈條直徑為13 mm、自重3.9 kg/m、許用負荷為F=5.3 t、吊桿為圓鋼Φ20、鋼管為Φ51*5、剖面模數為W=7.58 cm3、慣性矩為I=19.338 cm4，鋼管上面鋪設跳板，如圖5所示。

3.1 鋼管受力計算

腳手架的工作載荷為2 kN/m2、單元腳手架規格為4 m*1.82 m、自重為195.6 kg，由三個吊桿承受。鋼管可視為簡支梁，鋼管長度為l=2 m、線載荷為q=2195N/m，其彎矩為M=ql2/8=1 097.5 N.m，應力為σ=M/W=144.8 N/mm2<175 N/mm2， 滿足強度要求。

3.2 圓鋼強度計算

圓鋼承受拉力，其截面積為A=3.14 cm2。經計算每個圓鋼的拉力為F=5.5 kN，應力為σ=F/A=17.5 N/mm2<215 N/mm2，滿足強度要求。

3.3 螺栓強度計算

圓鋼由一個M20的螺栓連接，截面積A1=3.14 cm2；夾碼由兩個M10的螺栓連接，截面積為A2=0.78 cm2。經計算M20螺栓的剪切力為F=5.5 kN，應力為σ=F/A1=17.5 N/mm2<215 N/mm2，滿足強度要求；M10螺栓的剪切力為F1=F/2=2.75 kN， 應力為σ=F1/A2=35.2 N/mm2<215 N/mm2，滿足強度要求。

3.4 鏈條下沉量計算

鏈條的許用負荷為F=5.3 t、長度為L=25 m、鏈條上的均布載荷為Q=800 N/m，根據公式F=

可得Fo=52 kN；由Fo=QL2/8 h，可得下沉量為h=1.2 m，因此鏈條的下沉量不能小于1.2 m。

4 經濟效益

我司承接修理的某油輪的甲板縱骨幾乎全部換新，一個艙有20 000 m3的艙容，如果從油艙內底板向上搭滿艙架子，需要35人6天的時間，勞務費用為13萬元；現在搭設“懸掛式反頂架”只需要15人3天的時間，勞務費用為6萬元。按一艘300 000 DWT油輪17個艙計算，可節省100萬元。

由此可見，采用“懸掛式反頂架” 結構穩定、安全性好、節約工作時間和生產成本，提高了工作效率。

5 結論

懸掛式高空施工平臺先在高空中拉設相互平行的鏈條，然后在鏈條上搭設平臺，形成一條類似鐵索橋，再將鐵索橋懸掛固定在艙頂的反面縱骨上，其結構簡單，安裝方便。

參考文獻

[1] 柯學， 盧隆政， 劉武玉. 一種船艙內部懸掛式腳手架的設計[J]. 廣東 造船， 2014（2）.

[2] 張士平. 懸掛式腳手架搭設設計[J]. 科技、經濟、市場， 2007（2）.

[3] 胡同飛， 顧建平， 劉聰， 袁凱. 懸掛式腳手架施工設計與有限元分析[J]. 建設科技， 2016（1）.