軸線車在整船接載落駁中的應(yīng)用研究

朱波波，劉建斌

(啟東中遠(yuǎn)海運(yùn)海洋工程有限公司，江蘇 啟東 226200)

0 引言

隨著國產(chǎn)SPMT的成功研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用，國內(nèi)SPMT保有量快速攀升，憑借其出色的可靠性和靈活性，應(yīng)用領(lǐng)域正不斷擴(kuò)大，已在橋梁和風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。船舶建造領(lǐng)域，SPMT雖在潛艇、軍艦等小型高附加值船型接載落駁中有少量應(yīng)用，但在大型常規(guī)船型整船接載落駁中的應(yīng)用案例和文獻(xiàn)尚不多見[1]。

船舶在水平船臺(tái)建造完工后，通常采用滑道滑移接載方式。對(duì)于瘦長型船舶，由于船寬小，兩舷縱桁或縱壁等強(qiáng)框架覆蓋不到船臺(tái)主承載區(qū)，容易引起船臺(tái)地基超載，無法完成接載作業(yè)[2-3]。為此，本文以1.5萬t穿梭油船使用SPMT整船接載上半潛駁落墩為研究對(duì)象，首先對(duì)比分析整船接載上半潛駁方案分類和優(yōu)缺點(diǎn)，其次對(duì)建造擱墩布置和SPMT布車方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，最后對(duì)SPMT船臺(tái)擱墩布置設(shè)計(jì)、SPMT布車方案設(shè)計(jì)、SPMT接載作業(yè)方案設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

1 1.5萬t穿梭油船主要參數(shù)

1.5萬t穿梭油船船型為雙曲面線型，結(jié)構(gòu)為雙底雙殼設(shè)計(jì)，定位系統(tǒng)采用DP2動(dòng)力定位技術(shù)。該油船主要參數(shù)為：總長137.0 m，型寬22.8 m，型深12.5 m，吃水4.0 m，空船重量5 972 t。

2 接載方案對(duì)比分析

穿梭油船在水平船臺(tái)完成總裝建造和調(diào)試后，使用半潛駁接載和下水。接載方式分為3種類型，分別是滑靴接載、液壓臺(tái)車接載、SPMT接載。這3種接載方案對(duì)比分析見表1。

表1 接載方式對(duì)比分析

3 船臺(tái)擱墩布置方案設(shè)計(jì)

3.1 全船重量分布曲線計(jì)算

根據(jù)穿梭油船船體結(jié)構(gòu)、輪機(jī)設(shè)備、管路系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、舾裝件等的重量和沿船長方向的分布，疊加計(jì)算穿梭油船沿船長方向每米重量，生成全船重量分布曲線，作為擱墩和SPMT布車設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)輸入。通過全船重量分布曲線得知，穿梭油船艉部重量約1 000 kN/m，舯部重量約350 kN/m，艏部重量約500 kN/m，艉部區(qū)域重量集中。

3.2 艉部抬船梁設(shè)計(jì)

該油船F(xiàn)R4到FR50肋位為艉部區(qū)域。該區(qū)域長34.3 m，重25 600 kN，為雙曲面大線型區(qū)，平底區(qū)瘦小，擱墩和SPMT布車空間不足。為解決船臺(tái)搭載擱墩布置和SPMT布車空間不足問題，采用SPMT抬船梁加搭載擱墩一體組合設(shè)計(jì)。抬船梁作為SPMT頂升支撐工裝，將艉部區(qū)域重量傳遞到SPMT車板上。抬船梁下方的搭載擱墩作為艉部區(qū)域搭載過程中的支撐點(diǎn)，將艉部區(qū)域重量傳遞到船臺(tái)上。

抬船梁采用機(jī)翼型箱梁設(shè)計(jì)，主要參數(shù)如下：長6.4 m，寬0.8 m，中間高0.4 m，兩頭高0.3 m，額定承重2 600 kN；艉部共布置10條抬船梁，平均承重2 560 kN。抬梁上方設(shè)計(jì)防傾高支撐，防傾高支撐上方使用楔木塞緊。楔木可有效增加與船體接觸面積、減少應(yīng)力集中、規(guī)避船體變形和油漆破損。抬船梁布置見圖1，抬船梁應(yīng)力云圖見圖2。

圖1 抬船梁布置(單位：mm)

圖2 抬船梁應(yīng)力云圖(單位：MPa)

3.3 舯部沙箱擱墩設(shè)計(jì)

該油船F(xiàn)R51到FR89肋位為舯部區(qū)域。該區(qū)域長80.5 m，重26 500 kN，為平行中體區(qū)域;底部平底區(qū)域大，采用普通砂箱擱墩。砂箱擱墩高1.68 m，額定承重750 kN，沿船長方向布置4縱列，中間預(yù)留3列SPMT布車空間，共計(jì)124只擱墩，平均承重220 kN，見圖3。

3.4 艏部門架設(shè)計(jì)

該油船F(xiàn)R90到FR119肋位為艏部區(qū)域。該區(qū)域長22 m，重7 620 kN。門架在搭載過程中作為擱墩使用，在接載過程中作為SPMT的支撐工裝。門架高1.65 m，額定承重1 000 kN；沿船長方向布置8排，平均承重950 kN。

4 SPMT布車方案設(shè)計(jì)

4.1 SPMT布車圖

根據(jù)全船重量分布，艉部中間布置2列76軸線，艏部中間布置1列38軸線，舯部兩側(cè)布置2列116軸線，總計(jì)230軸線SPMT，見圖3。

圖3 SPMT布車圖

4.2 SPMT軸載及對(duì)地壓強(qiáng)計(jì)算

車貨總重量為72 710 kN，將230軸SPMT車組編為4個(gè)。根據(jù)力矩平衡原理計(jì)算各分組載荷；根據(jù)分組內(nèi)軸載相等原理計(jì)算各分組軸載；根據(jù)單軸線對(duì)應(yīng)的投影面積計(jì)算對(duì)地壓強(qiáng)。計(jì)算結(jié)果見表2。

根據(jù)摩擦阻力系數(shù)、車貨重量、動(dòng)力頭可提供的牽引力，計(jì)算得出牽引力安全系數(shù)，見表3。

綜上，SPMT最大軸載320 kN小于額定軸載400 kN, 軸載滿足要求。最大對(duì)地壓強(qiáng)94 kPa小于船臺(tái)額定壓強(qiáng)100 kPa, 對(duì)地壓強(qiáng)滿足要求。最大摩擦阻力3 563 kN小于額定牽引力9 250 kN,動(dòng)力頭牽引力滿足要求。

4.3 SPMT枕木設(shè)計(jì)

SPMT枕木采用鐵木+楔木+木板+橡膠墊組合設(shè)計(jì)。枕木高度可以通過楔木和木板調(diào)整，確保枕木與船底板有效貼合、所有枕木受力均勻，有效防止在SPMT頂升和行走過程中引起的穿梭油船船底板結(jié)構(gòu)變形。

表2 分組載荷

表3 動(dòng)力頭牽引力計(jì)算

4.4 穿梭油船底板強(qiáng)度校核

根據(jù)SPMT枕木對(duì)船體結(jié)構(gòu)的支反力，可計(jì)算出最大支反力為2 200 kN；最大船底結(jié)構(gòu)應(yīng)力為157.0 MPa，小于許用應(yīng)力213.0 MPa，滿足要求。

4.5 SPMT行走路線船臺(tái)及半潛駁強(qiáng)度校核

根據(jù)SPMT對(duì)地壓強(qiáng)，計(jì)算船臺(tái)碼頭地面和半潛駁甲板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。結(jié)果顯示，船臺(tái)碼頭區(qū)面板強(qiáng)度不足，半潛駁甲板及反面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。路基板采用模塊化設(shè)計(jì)，其長×寬×高為15.0 m ×2.0 m×0.3 m。路基板垂直于SPMT行走方向鋪設(shè)，兩端支撐在碼頭樁位上，將SPMT載荷通過路基板直接傳遞到碼頭樁位，此做法可有效解決碼頭面板強(qiáng)度問題。

5 SPMT接載落駁作業(yè)方案設(shè)計(jì)

5.1 半潛駁系泊設(shè)計(jì)

半潛駁艉部停靠碼頭后，通過左舷帶1根漲水纜繩和1根位置調(diào)節(jié)纜繩，以及右舷帶1根落水纜繩和1根位置調(diào)節(jié)纜繩固定。船位可通過纜繩末端絞車進(jìn)行調(diào)整，確保接載過程中駁船相對(duì)碼頭的位置偏差控制在正負(fù)50 mm以內(nèi)，見圖4。

圖4 半潛駁系泊設(shè)計(jì)

5.2 SPMT跳板設(shè)計(jì)

半潛駁靠碼頭后，駁船舷側(cè)與碼頭間隙0.6 m，采用30 mm厚鋼板作為過駁跳板。鋼板長×寬為6 m×3 m，以軸線車中心線作為鋼板定位基準(zhǔn)，垂直于碼頭并排擺放4塊跳板。SPMT車寬2.43 m，軸距1.4 m，滾裝期間只有1軸線壓在0.6 m跨距內(nèi)，見圖5。

圖5 跳板載荷形式(單位：mm)

跳板強(qiáng)度計(jì)算如下：

(1)靜力計(jì)算概況

單跨梁形式：簡支梁；跳板跨距為600 mm；活動(dòng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值：400 kN；活動(dòng)載荷彎矩設(shè)計(jì)值：6.00×104kN·mm；活動(dòng)載荷剪力設(shè)計(jì)值：300 kN·mm。

(2)截面特性

鋼板厚度：30 mm；鋼板寬度：3 000 mm；屈服強(qiáng)度：355 MPa；截面積：9.00×104mm2；慣性矩：6.75×106mm4；剖面模數(shù)： 4.50×105mm3；彈性模量：2.06×105MPa。

跳板強(qiáng)度和擾度計(jì)算見表4。

表4 跳板強(qiáng)度和擾度計(jì)算表

5.3 SPMT拼車和進(jìn)車頂升

按照SPMT分組設(shè)計(jì)，將SPMT分成3列38軸線和2列58軸線單獨(dú)拼車、劃線和枕木鋪設(shè)。拼車完畢后,將SPMT逐列開入穿梭油船底部指定位置，5列車進(jìn)行分組和信號(hào)并聯(lián)。所有SPMT一起緩慢頂升，待載荷達(dá)到設(shè)計(jì)載荷5%時(shí)停止頂升，通過調(diào)整楔木將所有枕木塞實(shí)，然后開始同步頂升，將整船完全托起。

5.4 SPMT接載及半潛駁調(diào)載

在接載過程中，通過半潛駁艏、艉壓載艙的壓、排水，補(bǔ)償潮汐漲落與SPMT接載到半潛駁船上的重量。

半潛駁甲板始終保持高于碼頭50～200 mm。若高差小于設(shè)計(jì)值，SPMT停止前進(jìn)，待高差達(dá)到設(shè)計(jì)范圍時(shí)繼續(xù)前進(jìn)；若高差大于設(shè)計(jì)值，SPMT加速前進(jìn)，待高差達(dá)到設(shè)計(jì)范圍后恢復(fù)正常速度。

5.5 穿梭油船落駁和SPMT退車

通過穿梭油船平底四角標(biāo)記點(diǎn)，定位穿梭油船在半潛駁上的位置。穿梭油船相對(duì)駁船位置定位完成后，SPMT下降并將穿梭油船落到提前布置好的擱墩上。在落墩過程中要求擱墩木和底板的間隙均勻。若出現(xiàn)間隙不均勻情況，可使用楔木調(diào)節(jié)，確保所有擱墩木與底板貼合。最后將SPMT分列退出。

6 結(jié)語

軸線車在整船接載落駁中的應(yīng)用技術(shù)研究，成功將SPMT應(yīng)用領(lǐng)域拓展到整船接載落駁中，解決了船體艏艉線型大引起的載荷集中、碼頭面板承載力不足、駁船下潛深度不足、船底板結(jié)構(gòu)偏弱等相關(guān)技術(shù)難題，同時(shí)提高了接載下水作業(yè)安全性。