53000DWT散货船上层建筑整体吊装工艺设计

53000DWT散货船上层建筑整体吊装工艺设计 (2010-09-25) 来源：船舶工程 阅读次数：399次 摘要：介绍了53000DWT散货船上层建筑整体吊装工艺设计.在技术上，通过对上层建筑整体吊装过程中结构的静力有限元分析，由分析结果找到受力薄弱环节，对薄弱环节提出加强方案，并对加强后的上层建筑结构再次有限元分析校核强度，将加强后的上层建筑整体吊装.生产实践表明，上层建筑整体吊装工艺设计相当成功，对后续船舶上层建筑整体吊装和其它船舶实施上层建筑整体吊装具有较强的指导和借鉴意义.

0 前言 近年来，我国船舶建造设施、能力、规模得到大幅改善，技术水平也大幅提高[1].要高质量、高效率按期完成新船建造任务，缩短造船周期，必须依靠新工艺、新技术.而上层建筑整体吊装技术的运用，则可以大大缩短造船周期，降低造船成本.通常上层建筑由五至六层甲板及内外围壁构成，每一层甲板及其下围壁组成一个或二个分段，再加上烟囱等分段，共计有9~12个分段.传统造船是以分段建造为主，将各个分段分别吊装上船台大合拢.船台周期较长，同时船尾所在的船台局部承压大，船舶下水后再进行舾装、内装.上层建筑中包含较多的舾装、管装和电装件，生活设施多、居住舱室内装修时间长，码头舾装时间长. 上层建筑整体吊装是将船体主甲板以上的上层建筑部分作为一个区域，先行在陆地上（搭载平台）进行分段合拢，形成一个大的总体区域，同时进行预舾装（设备进舱、管道和电缆铺设、内装和涂装等）作业，待上层建筑区域舾装结束后，进行水上吊装与主船体合拢，实现缩短船台周期，特别是码头舾装周期，从而缩短造船总周期.一般来说，上层建筑整体吊装可以缩短造船周期1个多月的时间，大大提高了劳动生产率，降低造船成本[2].因此对上层建筑实施整体吊装水上合拢，对提高船台效率和缩短码头周期以及改善作业条件具有重要意义. 要实行上层建筑整体吊装，必须考虑以下几个方面因素：上层建筑外形尺寸、重量重心位置；结构强度、刚度；工厂设备的吊运能力；快速定位装置；安全可靠性等[3].根据现有浮吊的起重能力和上层建筑整体重量、重心进行分析，对上层建筑实现整体吊装并成功进行水上合拢.

1 上层建筑基本情况 1.1上层建筑整体吊装范围 53 000 DWT散货船上层建筑共有七层甲板，自下而上分别是第一居住甲板、第二居住甲板、第三居住甲板、第四居住甲板、第五居住甲板、第六居住甲板（驾驶甲板）和罗经甲板.此次吊装范围包括以上七层结构和烟囱. 整个上层建筑长约16.0 m（FR14~FR34），宽约32.3 m，高约20.0 m.上层建筑主体尺寸如图1所示 1.2上层建筑整体吊装重量重心 上层建筑整体吊装重量，包括船体钢料、舾装（船机电）、内装、吊耳及局部加强结构、索具等重量，总计670t.重心位置：FR26-308，距前围壁6.704m.

2 上层建筑整体吊装技术方案 53 000 DWT散货船上层建筑整体吊装总重量约为670 t，整体吊装选用1 000 t浮吊，吊高75.1 m，扑幅26.1 m，采取侧吊方式，大致估算具备上层建筑整体吊装的硬件能力.实施整体吊装方案所涉及的技术问题重点在于上层建筑结构强度校核、吊耳设计、布置、吊耳所在位置局部结构加强、索具选取及吊装方案设计等方面.FR34侧视图

2.1吊耳设计 吊耳的设计需要计算起吊物件重心位置，确定吊耳位置.根据起吊物的重量，确定吊耳的结构及强度.上层建筑整体吊装的总重量、重心可根据整吊范围逐项累计算出，由此确定吊耳位置及结构型式和局部加强措施.吊耳设计与布置如图2所示. 2.1.1吊耳位置

吊耳为保证起吊过程中上层建筑整体受力平衡，根据浮吊情况，并确保吊耳受力能在上层建筑结构中由主要围壁板、纵桁及横隔板传递，防止薄弱部位变形，吊耳布置在驾驶甲板两侧、距舯12000外围壁板正上方，共设4个吊耳组，其下有纵桁及横隔板、肘板加强，左右舷对称布置，吊点位置为FR21（艉吊耳）、FR32（艏吊耳）处，保证吊钩受力与重量重心在同一直线上.吊耳布置见图2中左侧图示. 2.1.2吊耳结构 吊耳结构根据起吊受力情况进行设计，吊耳板厚22 mm，内外各加一块复板（厚16 mm）加强，每个吊耳组有4个吊孔.艏、艉吊耳的结构分别见图2中艏吊耳图和艉吊耳图所示. 2.1.3吊耳强度计算 起吊时，吊耳承受拉力，而吊耳与上层建筑间由焊缝传递力，吊耳受力最恶劣部位在吊钩位置与焊缝位置.吊钩位置受拉伸和挤压，设计中以抗拉伸应力进行计算，而以挤压应力作为校核，由此计算出吊钩处板厚. 吊耳受力经焊缝传递给上层建筑结构，焊缝处受拉伸应力，由吊耳受力计算板的厚度，根据板厚可得焊脚高度.再根据焊缝的抗拉强度计算焊缝长度，布置焊缝.

2.2上层建筑结构强度校核 上层建筑整体结构强度校核是整体吊装时最核心也是最复杂的部分，由于安装吊耳的部位承受整个上层建筑总体重量，如果该部位强度不够，则会产生局部屈服，导致塑性变形，严重情况下会出现撕裂；同时，对上层建筑整体而言，吊耳部位拉力向上，而上层建筑重力方向向下，使结构产生附加弯矩，弯矩超过结构所能承受的负荷时，结构会产生弯曲变形，严重时，弯矩产生的塑性变形无法恢复；此外，结构的弯曲变形会造成内部部分相对薄弱部位产生破坏等. 因此，吊装时对上层建筑结构的强度校核关键在于加强吊耳部位强度，以防撕裂和控制结构变形两个方面. 上层建筑吊装过程主要考虑受静力作用，为简化计算过程，忽略门洞等影响，将各下层甲板、内部舱壁等视为隔板，且以最不利载荷状况计算，有利于吊装过程的安全设计.其中，吊耳部位承受集中载荷，可直接进行静力受力分析计算，然后据此进行吊耳部位 结构强度设计及焊缝长度设计.而对上层建筑其它部位在吊装过程中受力变形情况较复杂，将上层建筑建立简化的有限元模型，采用PLAN42进行网格划分，将结构重量转化为均布载荷加载于箱形结构上，然后进行有限元静力求解.为清楚显示图形，截取吊耳所在甲板（第六甲板）的变形情况，如图3所示，可以看出，由于吊耳位置向上受力产生的垂直向上的变形与由重力作用向下方向的变形。

分析表明上层建筑由于吊装引起的大部分结构相对变形不大，不会破坏内装，有限元计算结果表明结构强度满足要求.各层甲板及围壁上的应力分布以吊耳附近围壁上和驾驶甲板上应力最大，愈往下层甲板应力愈小，局部区域需进行加强.如吊耳所在局部区域、最下层甲板下的围壁下口靠船中附近需进行加强. 此外，还可得出有孔洞位置存在应力集中情况，但各层水密门、窗因自身的金属门框、窗框起到加强作用而无须进行额外的加固.

2.3上层建筑结构局部加强 根据上层建筑有限元分析结果，围壁板的强度较弱，甲板板偏薄.为保证吊点的力能很好地传递到下层甲板，对结构采取的加强措施有：1）吊耳加强：在吊耳内外两侧各增加防倾肘板；2）吊耳所处位置结构加强：吊耳所处位置下的外围壁增厚至22 mm，并延伸 至下层加板；驾驶甲板局部加厚至12mm和8mm，且在其下增加纵桁材和横梁L250×90×10.5/15和横向肘板，详见上图2中所示；3）上层建筑围壁最下口（自由边）四周用槽钢加强.通过对加固后的结构进行有限元分析，其变形可控制在弹性范围内，证实结构加强设计理论上可行.

2.4快速定位装置––定位销的布置

设置定位销是为了上层建筑整体能与主船体快速、准确定位.定位销设置3只，分别安装在主甲板的中心线上、左右舷FR27处，其中中心线处的一只定位销最高，较其它两只分别高出200mm和100mm.具体安装位置如图4，定位销采用直径为80 mm的圆钢制成；定位耳板的孔为直径85 mm车制，安装在上层建筑下部外围壁上.安装时确保定位耳板中心与定位销中心位置一致，使上层建筑能准确、快速定位. 2.5索具配置与布置校核 计算出主、副索具许用载荷、长度，配备相应的索具.检查连接卸扣情况，检查其许用载荷是否在设计范围内. 主索：利用1000t浮吊原有的索具，21m，4根，单根许用载荷不小于200t. 副索1：20m，4根，单根许用载荷不小于120t. 副索2：20m，4根，单根许用载荷不小于52t. 校核吊点位置和索具布置，驾驶室和索具之间有足够的空间，索具不会与驾驶室刮擦，如图5所示.校核吊具和吊高位置，如图5所示.侧吊时，浮吊吊高上限为75.1m，浮吊船头距离舷侧有足够的空间；按下水后船尾吃水3.5m计算，以及浮吊起吊670t物件时的工况，浮吊基本保持平衡，考虑到第一层甲板下有管子设备等已经预装到位，此时整吊物件下口距离主甲板有足够的富裕空间.

3 结论 在综合考虑造船企业吊装运输能力、技术水平，在建造53000DWT系列散货船的过程中，在不断完善上层建筑分段设计、吊装工艺方案的同时，上层建筑整体吊装技术方案趋于成熟，最后成功地实现上层建筑整体吊装，大大缓解了船台紧张状况，同时缩短码头舾装周期近一个月的时间，为扩大造船总量赢得贵的时间. 通过精心设计，吊装实践证明，上层建筑整体吊装工艺设计相当成功，取得圆满效果.通过生产实践，我们更体会到依靠新工艺以及工艺技术创新所带来的巨大效益，该上层建筑整体吊装技术的运用，对后续船舶上层建筑整体吊装和其它船舶实施上层建筑整体吊装具有较强的指导和借鉴意义. 参考文献： [1]张澄宇，赵大利.中国船舶配套业现状及其发展方向[J].船舶工程，2005,27(1):11-15. [2]张延昌，王自力，罗广恩.船舶上层建筑整体吊装强度有限元分析[J].船舶工程，2006,28(3):70-73. [3]叶家玮，吴学仁，王勇毅，等.2.9万吨货船上层建筑整体吊装内舾装的安全性分析[J].华南理工大学学报，1997(7):139-143.