(浙江海洋學(xué)院 船舶與建筑工程學(xué)院，浙江 舟山 316000)

隨著船舶大型化以及預(yù)舾裝程度的提高，上層建筑整體分段的尺寸、重量越來越大，剛性越來越小，整體吊裝難度問題更加突出。上層建筑整體吊裝方案與船廠吊裝能力密切相關(guān)，吊裝方案應(yīng)考慮充分利用現(xiàn)有的吊裝條件以實(shí)現(xiàn)大型分段的整體吊裝[1-4]。在充分考慮實(shí)際吊裝能力的前提下，對(duì)92 500 DWT散貨船上層建筑整體吊裝進(jìn)行整體聯(lián)吊方案設(shè)計(jì)，并驗(yàn)證該方案的可行性。

1 上層建筑有限元計(jì)算模型

1.1 上層建筑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

92 500 DWT散貨船上層建筑總段有六層甲板和一個(gè)煙囪，甲板包括A、B、C、D甲板、駕駛甲板以及羅經(jīng)甲板。整個(gè)上層建筑長(zhǎng)21.32 m，寬37.56 m，高19.50 m。上層建筑各甲板采用橫骨架式，結(jié)構(gòu)采用普通碳素鋼。

1.2 有限元模型

利用MSC.Patran有限元軟件[5]對(duì)船體結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件建立三維有限元模型：采用板殼單元模擬上層建筑的甲板與各層平臺(tái)及其下圍壁、腹板高度大于350 mm的扶強(qiáng)材；采用梁?jiǎn)卧M腹板高度小于350 mm的骨材和較大扶強(qiáng)材的面板以及甲板開孔邊緣的面板等；對(duì)有限元計(jì)算模型進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，模型中忽略了尺寸較小的肘板，并對(duì)圍壁上的小開口采用板厚折算。有限元模型見圖1。

圖1 上層建筑有限元模型

單元尺寸近似為一個(gè)肋距。駕駛甲板的吊耳區(qū)域單元細(xì)分見圖2。

圖2 駕駛甲板的吊耳區(qū)域單元細(xì)分

煙囪的吊耳區(qū)域單元細(xì)分見圖3，細(xì)分區(qū)域的單元尺寸近似為1/10個(gè)肋距。

圖3 煙囪的吊耳區(qū)域單元細(xì)分

1.3 吊裝載荷

上層建筑包括船體、舾裝、輪機(jī)、電氣各部件，總重量約為476 t，以質(zhì)量形式直接施加到有限元模型上。其中舾裝、輪機(jī)、電氣質(zhì)量折算到船體結(jié)構(gòu)中。

對(duì)各個(gè)吊耳與鋼絲繩的連接點(diǎn)施加線位移約束?？紤]起吊過程中的瞬間慣性力，重力加速度取為1.1g，即為10.78 m/s2。

2 吊裝條件

92 500 DWT散貨船建造船廠擁有400 t龍門吊兩臺(tái)，龍門吊、吊牌技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 起吊設(shè)備技術(shù)參數(shù)

3 吊裝方案的初步設(shè)計(jì)

按照船廠的起吊能力，吊裝采用2臺(tái)400 t龍門吊聯(lián)的方式進(jìn)行，吊裝方案說明如下。

1) 兩臺(tái)吊機(jī)聯(lián)吊，吊機(jī)中心線相距14.975 m；

2) 共設(shè)置4個(gè)吊點(diǎn)，分別為左舷艏吊點(diǎn)A、右舷艏吊點(diǎn)B、左舷艉吊點(diǎn)C、右舷艉吊點(diǎn)D。其中艏吊點(diǎn)位于靠近船艏一端的駕駛甲板上，艉吊點(diǎn)位于靠近船艉一端煙囪區(qū)域的C甲板上；

3)A為吊機(jī)Ⅰ、兩臺(tái)副吊下的吊牌中間的吊點(diǎn)；B為吊機(jī)Ⅰ、主吊的吊鉤；C為吊機(jī)Ⅱ、主吊的吊鉤；D為吊機(jī)Ⅱ、兩臺(tái)副吊下的吊牌中間的吊點(diǎn)。

吊裝方案見圖4、5。

圖4 駕駛甲板吊點(diǎn)設(shè)置

圖5 C甲板吊點(diǎn)設(shè)置

在該方案中，對(duì)吊碼區(qū)域板厚進(jìn)行局部加強(qiáng)，在吊碼區(qū)域附近的甲板與側(cè)壁連接位置處增加加強(qiáng)肘板，對(duì)A甲板從側(cè)壁向兩端延伸部分增加支撐構(gòu)件控制其變形，在機(jī)艙棚甲板及前端壁與B甲板及后端壁之間增加支撐構(gòu)件以保證變形控制。具體加強(qiáng)方案因?yàn)槠?，不予介紹。在上述吊裝方案設(shè)計(jì)及一定的加強(qiáng)措施條件下，驗(yàn)證該聯(lián)吊方案的可行性。

4 主吊、副吊承載計(jì)算

約束點(diǎn)處鋼絲繩的拉力計(jì)算如下。

(1)

式中：FX、FY、FZ——約束點(diǎn)沿3個(gè)坐標(biāo)方向的約束力，直接通過計(jì)算軟件讀取。

連接各鋼絲繩的吊點(diǎn)對(duì)應(yīng)的承載F采用如下公式進(jìn)行計(jì)算。

(2)

由于Fi并不在同一方向，應(yīng)用式(2)計(jì)算的吊點(diǎn)承載大于實(shí)際鋼絲繩的載荷合成結(jié)果。

吊牌自重：15 t，索具共計(jì)2 t。

副吊承載Q1：

Q1=吊點(diǎn)承載+索具重力+吊牌重力

主吊承載Q2：

Q2=吊點(diǎn)承載+索具重力

龍門吊承載Q3；

Q=Q1+Q2。

經(jīng)過計(jì)算，各龍門吊構(gòu)件承載匯總見表2、表3。

顯然該聯(lián)吊方案能夠滿足各龍門吊各構(gòu)件的承載極限，能夠應(yīng)用于工程實(shí)際。

表2 龍門吊I各構(gòu)件承載匯總

表3 龍門吊Π各構(gòu)件承載匯總

5 結(jié)論

對(duì)92 500 DWT散貨船上層建筑整體聯(lián)吊方案的數(shù)值模擬表明，合理的吊裝方案能夠?qū)崿F(xiàn)重量大于單件吊裝設(shè)備承載極限的大型分段的整體吊裝，該設(shè)計(jì)思路能有效降低不具備大型起吊設(shè)備的中小型船廠的船舶建造成本。

[1] 袁紅莉，蔡振雄，陳章蘭. 53 000 DWT散貨船上層建筑整體吊裝工藝設(shè)計(jì)[J].船舶工程，2009,31(2)：1-3.

[2] 葉家瑋，吳學(xué)仁，王勇毅.2.9萬t貨船上層建筑吊裝內(nèi)舾裝的安全性分析[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，1997(7):139-143.

[3] 張延昌，王自力，羅廣恩．船舶上層建筑整體吊裝強(qiáng)度有限元分析[J]．船舶工程，2006，28(3)：62-65．

[4] 黃興群.上層建筑完整性整體吊裝工藝研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2008.

[5] 馬愛軍，周傳月，王 旭．Patran 和Nastran有限元分析專業(yè)教程[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2005．