船舶重型管支架設計要點

王 柱

（大連中遠海運重工有限公司，遼寧大連 116113）

0 引言

近些年各種海洋工程項目興起，相關船型的新制和改裝也隨之火熱，如浮式生產儲油設備（Floating Production Storage and Offloading，簡稱：FPSO）、自升式海工平臺等。這類船型功能多樣化，因此船上的功能設備繁多，管路系統復雜，其中大型管路系統（如貨油系統、消防系統等）在初始泵壓試驗和后期正常運行時，由于管內液體流動從而帶動管系在止動點處產生巨大的支反力，這些位置的管支架需要設計很強的結構形式才能保護管路穩定運行，這些管支架被稱為重型管支架。

本文通過對各種類型的重型管支架進行歸類和結構分析，研究如何根據現場實際管路布置情況，進行有效的重型管支架的結構形式設計，以達到減重結構、節約人力和節省成本的目的。本文止動點的結構設計方案已進行實際應用并獲得認可。

1 管路系統的止動點

整套管路系統的支撐點布置形式見表1。當支撐點是固定支撐的形式（同時固定

F

、

F

、

F

、

M

、

M

、

M

）或者導向支撐的組合形式（同時固定

F

、

F

、

F

）的時候被稱作止動點，其他形式的支撐點則被成為非止動點。

表1 管路系統支撐點形式說明

一般在整套管路系統的起始點、轉彎處及中間適當位置布置止動點，止動點處的支反力很大，需要設置重型管支架；而非止動點處的管支架只需能支撐住管路及液體的重量即可，不需要很強結構，在本文中不做研究。

圖1顯示的是某段管路系統的支撐點布置，其中支撐點6535即為止動點，其他則為普通的非止動點。

圖1 某段管路系統支撐點設置圖

3 重型管支架的結構設計要點

重型管支架是根據管路系統的止動點布置而設置的，考慮管路支反力大小方向、周圍強結構情況及管支架設置空間等，設計出不同形式的重型管支架，可歸類為以下幾種：一般獨立式管支架、特殊獨立式管支架、多點支撐式管支架和多止動點式管支架。

3.1 一般獨立式管支架

一般情況下，管路高度至少在2 m以上，在周圍沒有強結構的情況下，管支架需要自主獨立生根，所以結構形式基本為瘦高型。圖2即為一般獨立式管支架的常見形式。

圖2 一般結構式管支架

3.1.1 結構端部放大

管支架的結構端部是應力較大的區域，所以盡可能對端部進行放大結構形式設計，如端部加肘板、加斜支撐等方式，從而增大根部的剖面模數，以抵抗傳遞到端部的力和彎矩。如圖3所示，典型管支架采用加端部肘板的方式。

圖3 結構端部放大

3.1.2 結構對應加強

當確定了管支架的布置后，在管支架設計初期，一定要考慮所在位置的原船強結構，盡量在強結構附近生根，將力最終傳遞到強結構上。若所在位置沒有強結構，一定要注意保護原船結構，因為傳遞的力和彎矩會對管支架和原船結構造成很大的破壞，這時需要做對應加強。如圖4所示，管支架充分利用了原船甲板下的強筋和艙壁結構，避免再次做反面加強結構，省時省力又節省成本。

圖4 管支架對應加強

3.1.3 結構頂部止動點結構

管路與管支架的連結是通過止動點結構來實現的，此結構分為2個部分：一部分在管支架結構頂部，由高強度加厚板拼接而成，如圖5所示；一部分焊接在管路上，具體結構形式如圖6所示，此部分結構一定要前后2面都設置，這樣才能更好地將管路的支反力傳遞到整個管支架結構上，消除因為結構不對稱、不合理而造成的麻煩。

圖5 止動點結構（管支架部分）

圖6 止動點結構（管路部分）

圖7為工程中實際應用的止動點結構，在安裝過程中會出現一個常見的工藝問題，即止動點的 2部分結構裝配對接很難實現，這時需要預留裝配間隙，當對接完成后，將剩余的間隙用相應厚度的墊板來填充。

圖7 止動點結構實物圖

3.2 特殊獨立式管支架

當管路傳遞的支反力達到百噸級左右的時候，一般獨立式的管支架的整個結構基本失效，需要設計更強的特殊獨立式管支架，此種管支架形式一般為漸變墩式管支架，如圖8所示。

圖8 特殊獨立式管支架

3.3 多點支撐式管支架

當周邊有強結構時，要充分考慮管支架周邊強結構物，在允許依托的情況下盡量依托，增加管支架的支撐點，從而減少支架的自由端，這對管支架結構有質的幫助，可以大幅精簡支架結構，見圖9。

圖9 多支撐點式管支架

3.4 多止動點式管支架

由于管路密集且平行，一個位置的管支架可能要承擔多套管路系統的支撐任務，所以要盡量避免多個應力較大的止動點放在同一個支架上，分散止動點布置；若不能避免，需為設置管支架的區域留出足夠空間，以便日后做加強處理。如圖10所示。

圖10 多止動點結構式

4 結論

在管支架布置確定后，結合管路支反力的等級以及周邊的原船環境來確定管支架的結構形式。在設計過程中依據現場實際空間及主要支反力的方向來確定斜支撐的布置，在條件允許的情況下盡量借助原船強結構來增加管支架的支撐點，進而減少支架的自由端。與此同時對于原船結構的保護也不能忽略。另外，管支架頂部的止動點結構也能對以后其他管支架的設計起到借鑒作用。