倒掛腳手架在超大型油船修理中的運用

蘇 宇

(舟山中遠海運重工有限公司，浙江舟山 316131)

某超大型30萬t油船建造于2002年，至今運營已超15年，甲板及甲板縱骨腐蝕程度已經超過船級社標準，需要對全船近半的甲板及甲板縱骨換新，換新的鋼結構工程量近1 800 t，甲板反頂特涂面積20 000 m2。

1 腳手架設計

1.1 30萬t油船主要參數

船舶主尺度為330 m(長) ×60 m(寬) ×29.3 m(高);船舶肋距6.10 m;甲板縱骨間距0.85 m。

1.2 已知腳手架構件參數

腳手板4 m×0.3 m，單板質量16 kg;腳手管6 米/根，單根質量17.3 kg。

1.3 拉緊構件參數

船用小鏈條D 10，許用拉力4 kN。

1.4 腳手架與甲板縱骨連接裝置的設計

設計一種類似“夾扣”工裝，將“夾扣”直接套在縱骨面板上，利用細小的設計間隙，在下口垂直重力作用下，直接將“夾扣”與縱骨面板緊密接觸，為了防止“夾扣”在外力作用下發生脫落，在甲板縱骨背面設計一塊封板用螺栓與“夾扣”連接，如圖1所示。

圖1 甲板縱骨與“夾扣”連接形式

2 腳手架及連接件強度分析

1) 本文僅分析船寬方向8.5 m，船長6.1 m，即10個縱骨間距和2個肋距之間的情形，區域如圖2所示。

圖2 分析區域

2)用于近觀檢驗的腳手架設計形式 (如圖3所示)。

圖3 近觀檢驗腳手架設計形式

用于近觀檢驗的腳手架自身質量及施工時所需要承受的質量統計如下:腳手板4 m×0.3 m，單塊質量30 kg，48塊腳手板總質量30×48=1 440 kg;腳手管6米/根，單根質量17.3 kg，13根腳手管總質量13 ×17.3=224.9 kg; 船用鏈條2.6 kg/m，6.5 m 鏈條總質量為6.5 ×2.6=16.9 kg; 該區域同時4人施工及相應設備總質量約為400 kg;總質量為:1 440+224.9+16.9+400=2 081.8 kg。

已知船用小鏈條D10，許用拉力為4 kN，近觀檢驗腳手架受力分析如圖4所示。

已驗證該區域F1共有10處受力點，F2共有10處受力點。

F1=Fn×sin83°=4 kN ×0.992 5=3.970 kN;

F2=Fn×sin51°=4 kN ×0.777 1=3.109 kN;

F1×10=3.970 ×10=39.70 kN;

F2×10=3.109 ×10=31.09 kN。

按上述計算鏈條提供垂直向上的許用拉力為:39.70+31.09=70.79 kN。

故按上述計算，鏈條提供的垂直向上的拉力70.79 kN遠遠大于該區域的總重量20.82 kN。(1)吊耳1的強度校驗。

圖4 吊耳1與吊耳2腳手架受力分析

式中:P為吊耳允許的負荷;ASmin為垂直于P方向的最小截面積，mm2;AHmin為平行于P方向的最小截面積，mm2; ［σ］為材料許用正應力，MPa;［τ］為材料許用切應力，MPa;k為安全系數，取k=2.5～3.0;σs為原鋼種的屈服點，一般即取σs=235 MPa。

吊耳強度僅校驗其剪切強度即可，正應力不作分析校驗。

材料許用正應力 ［σ］ =235/3=78.33 MPa，材料許用切應力 ［τ］ =0.6 × 78.33=46.998 MPa，切應力 τ=4 000/(50 ×14)=5.71 MPa，基于吊耳厚度14 mm計算，吊耳滿足施工要求(其中50×14為吊耳1的受力截面積)。

(2)吊耳2的強度校驗。切應力τ=4 000/(25×14)=11.42 MPa，基于吊耳厚度14 mm計算，吊耳滿足施工要求 (其中25×14為吊耳2的受力截面積)。

3)用于換新甲板及甲板縱骨腳手架設計形式及受力分析，如圖5所示。

用于換新甲板及甲板縱骨時腳手架自身質量及施工時所需要承受的質量統計如下。

(1) 腳手板4 m×0.3 m，單塊質量30 kg，48塊腳手板質量為30×48=1 440 kg。

(2)腳手管6米/根，單根質量17.3 kg，13根腳手管質量為 13 ×17.3=224.9 kg。

(3)船用鏈條2.6 kg/m，8.5 m鏈條質量為8.5 ×2.6=22.1 kg。

(4)該區域同時6人施工及相應設備質量約為600 kg。

(5) 總質量為:1 440+224.9+22.1+600=2 287 kg。

已知船用小鏈條D10，許用拉力為4 kN，換新甲板及甲板縱骨后腳手架受力分析如圖6所示。

已驗證該區域F3共有10處受力點，F4共有10處受力點。

圖5 甲板及甲板縱骨的腳手架設計形式及受力分析

圖6 吊耳3腳手架受力分析

F3=Fn×sin83°=4 ×0.992 5=3.97 kN;

F4=Fn×sin42°=4 ×0.669 1=2.68 kN;

F3×10=3.97 ×10=39.7 kN;

F4×10=2.68 ×10=26.8 kN。

按上述計算鏈條提供垂直向上的許用拉力為:39.7+26.8=66.5 kN。

故按上述計算鏈條提供的垂直向上的拉力66 500 N遠遠大于該區域的總質量2 287 kg。

從上述計算可以得出向上的拉力還遠遠沒達到鏈條的許用拉力4 kN，吊耳與上述計算過程相同，故不做重復計算，滿足施工要求。

3 現場操作時腳手架照片

圖7用于檢驗甲板及甲板縱骨，圖8用于換新甲板及甲板縱骨。

圖7 檢驗甲板及縱骨

圖8 新甲板及縱骨

4 施工量對比

采用該倒掛腳手架后施工量對比 (20 000 m2甲板反頂特涂計算)如表1。

表1 施工量對比

5 結束語

該倒掛腳手架輪的成功運用，減少了大量搭架勞動力投入，節省了搭架作業的時間，為后期甲板及甲板縱骨換新、甲板反頂特涂創造了有利條件，通過此次運用為今后類似的修理工程積累了寶貴的經驗。