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        利用囤船對(duì)大型打樁船樁架水面整體吊裝

        2012-04-29 08:40:26徐素蘭雷文濤
        廣東造船 2012年6期

        徐素蘭 雷文濤

        摘要:樁架是打樁船的主要部件,尺寸非常大,只能在合適的位置整體建造好,再安裝到打樁船上,利用碼頭囤船,在囤船上建造整個(gè)樁架,再下水到指定水域,利用3艘浮吊將樁架整體翻身再吊裝合攏,能有效地彌補(bǔ)船廠大型設(shè)施上的不足,解決了該船建造的關(guān)鍵技術(shù),既提高了建造質(zhì)量,也縮短了建造周期。

        關(guān)鍵詞:囤船;樁架;整體吊裝;浮吊

        1 引言

        公司為上海某公司建造了一艘當(dāng)時(shí)號(hào)稱“亞洲第一”的高性能打樁船,該船主要工作部件為一凈長(zhǎng)度90m的樁架,可以打直徑2m,長(zhǎng)度80m,重量150t的樁,鑒于第一次建造如此大型的鋼結(jié)構(gòu),并且還要將樁架安裝到主船體上。以公司當(dāng)時(shí)的設(shè)備是不可能完成任務(wù)的,最后決定樁架在囤船上整體建造,下水后用三艘浮吊聯(lián)合吊裝。為保障樁架的安全吊裝,需要對(duì)船舶的穩(wěn)性、樁架的重心等進(jìn)行核算,確認(rèn)吊裝時(shí)在安全范圍內(nèi)。

        2 樁架的重量、重心

        樁架的重量、重心位置,如表1所列。

        由圖3可見,該囤船的橫穩(wěn)心高GM=7530mm,橫穩(wěn)心非常高,復(fù)原力矩很大,靜態(tài)橫穩(wěn)性非常好,下水后安全穩(wěn)定。

        4 各起吊點(diǎn)受力分析

        如圖1所示,B-B型雙耳吊耳位于平臺(tái)5和平臺(tái)6的軸線上,材料為A3,屈服極限σs=235MPa,由300t浮吊主鉤和付鉤先后著力,配合另外兩艘浮吊將樁架吊起,再空中翻身,最后再聯(lián)吊就位。根據(jù)廠內(nèi)庫(kù)存鋼板的規(guī)格和平時(shí)起吊的經(jīng)驗(yàn),結(jié)合樁架的結(jié)構(gòu),先將吊耳的大致尺寸設(shè)計(jì)好,再進(jìn)行強(qiáng)度核算,這樣就比較簡(jiǎn)單快捷,如圖4所示。

        4.1 雙耳吊點(diǎn)強(qiáng)度分析

        剛起吊時(shí)受力最大,按雙吊耳受力1225kN核算:

        (1) 吊耳正應(yīng)力

        單只吊耳正應(yīng)力最小截面積:A1=22300mm2

        單吊耳受力:F=1225/2=612.5kN

        單吊耳正應(yīng)力:σ=F/A1=612.5/22300=27.5MPa

        取安全系數(shù)為8,則[σ]=235/8=29.4MPa

        (2)切應(yīng)力

        單只吊耳切應(yīng)力最小截面積:A2=11150mm2

        單吊耳受力:F=1225/2=612.5kN

        單吊耳切應(yīng)力:τ=F/A2=612.5/11150=55MPa

        取安全系數(shù)為2.5,則[τ]=56.4MPa

        (3) 雙耳吊點(diǎn)軸向分力的分析

        因雙耳之間加了兩塊隔板,故雙耳可認(rèn)為是一個(gè)整體,535.08KN的軸向分力(根據(jù)鋼絲繩的角度算出)即為焊縫側(cè)向剪力,焊縫的安全系數(shù)完全可以涵蓋之,可以不予核算。

        4.2 吊點(diǎn)附近節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度分析

        采用Ф864管子加強(qiáng)內(nèi)圈強(qiáng)度(兩道內(nèi)圈帶板寬度取400mm):

        Ф864管子加強(qiáng)內(nèi)圈橫截面和帶板截面A3=168×20×2+200×14×2=12320mm2

        吊耳受力F=1225/2=612.5kN

        σ=F/A3=612.5/12320=50MPa

        取安全系數(shù)為2.5,則[σ]=σs/Ns=235/4=58.8MPa

        4.3 焊縫強(qiáng)度分析

        經(jīng)過(guò)對(duì)單只吊耳環(huán)焊縫強(qiáng)度和與Ф864管子對(duì)接平臺(tái)管焊縫強(qiáng)度的計(jì)算,各焊縫強(qiáng)度遠(yuǎn)大于許用強(qiáng)度。

        4.4 起吊軸強(qiáng)度分析(材料為A3)

        (1)垂向剪應(yīng)力核算

        F=1225kN/2=612.5kN

        A=3.14×d2/4

        F/A=612.5kN/(3.14×d2/4)≤141MPa

        d≥74.4mm,實(shí)取d=150mm

        則安全系數(shù)Ns=141/(612.5/3.14×752)=4

        (2)軸向剪力核算

        A4=3.14×150×10=4710mm2

        F=535.08kN

        τ=F/A=535.08/4710=114MPa<[τ]=0.6×235=141MPa

        因安全系數(shù)太小,故軸端部再焊一φ170-150×20的環(huán),以保證一定的安全系數(shù)。

        4.5 單耳吊點(diǎn)強(qiáng)度分析(見圖5,材料為343MPa級(jí))

        (1)正應(yīng)力

        單只吊耳正應(yīng)力最小截面積:A5=18200mm2

        單吊耳受力:F=735kN

        單吊耳正應(yīng)力:σ=F/A5=735/18200=40MPa

        取安全系數(shù)為8,則[σ]=343/8=43MPa

        (2)切應(yīng)力

        單只吊耳切應(yīng)力最小截面積:A6=9100mm2

        單吊耳受力:F=735kN

        單吊耳切應(yīng)力:τ=F/A6=735/9100=81MPa

        取安全系數(shù)為2.5,則[τ]=0.6×σs/Ns=82MPa

        (3)吊點(diǎn)軸向分力的分析

        為了防止軸向分力將吊耳損壞,吊耳側(cè)向分力一側(cè)再加兩塊20×300×300的肘板即可,且吊耳下角焊縫為一圓弧,承載軸向分力能力更好。

        綜上所述,所有吊耳強(qiáng)度可靠,節(jié)點(diǎn)處加強(qiáng)強(qiáng)度可靠,焊縫承重能力遠(yuǎn)大于其實(shí)際受力,吊點(diǎn)強(qiáng)度是有保障的。

        5 吊樁架時(shí)打樁船的狀態(tài)

        樁架吊裝后船的平均吃水增加200mm,具體浮態(tài)在吊樁時(shí)情況較為復(fù)雜偶然性較大,不必核算,只需核算起吊高度即可。

        5.1 吊樁架時(shí)橫剖面(如圖6)

        5.2 吊樁架時(shí)縱剖面(如圖7)

        圖7 85米樁架三浮吊聯(lián)合翻身二次就位縱向視圖

        6 施工時(shí)注意事項(xiàng)

        (1)樁架制作完成后交輪機(jī)部門對(duì)兩個(gè)主軸承進(jìn)行鏜孔作業(yè)。

        (2)樁架兩個(gè)主軸采取先將軸承、軸承座等所有相關(guān)部件都安裝好,樁架吊裝到位后,擱在專門設(shè)計(jì)的軸承架上,然后按嚴(yán)格的焊接程序施焊,這樣就減少了一個(gè)對(duì)主軸承座鏜孔的工序,節(jié)省了資金和寶貴的時(shí)間。有專門的施工工藝解決此關(guān)鍵點(diǎn)。

        (3)起吊索具要按規(guī)定選擇,還要考慮鋼絲繩的磨損程度。

        (4)浮吊測(cè)力裝置準(zhǔn)確有效,起吊時(shí)通過(guò)吊鉤測(cè)重裝置控制,雙耳吊點(diǎn)吊重不宜超過(guò)125t。

        (5)雙耳吊耳160t副鉤至少承受該點(diǎn)處60%以上的力,因?yàn)橛?60t副鉤鋼絲繩夾角小,吊耳的側(cè)向分力小。

        (6)起吊軸尾帽端(直徑170mm)應(yīng)背軸向分力。

        (7)在最小高度時(shí)翻身。

        (8)翻身時(shí)φ762的管子靠吊耳附近用壓制的管包起來(lái),防勒壞主管。

        (9)起吊是觀察有多根鋼絲繩的起吊點(diǎn),防止卡繩。

        (10)起吊作業(yè)較復(fù)雜,請(qǐng)各浮吊和船舶按泊位圖就位,起吊工作由總指揮統(tǒng)一指揮。

        7 小結(jié)

        實(shí)踐表明,囤船浮態(tài)、強(qiáng)度均符合計(jì)算結(jié)果,較為理想。本方案經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)施工證實(shí)是一個(gè)安全、簡(jiǎn)易、快速的方案,各項(xiàng)參數(shù)均在計(jì)算的安全范圍內(nèi),船舶下水、樁架整體吊裝均一次成功,對(duì)于中小型船廠,特別是基建規(guī)模小、基礎(chǔ)設(shè)施薄弱的船廠承建大尺度鋼結(jié)構(gòu)是具有借鑒意義的。

        參考文獻(xiàn)

        [1]盛振邦,楊尚榮,陳雪深,船舶靜力學(xué)(修訂版)國(guó)防工業(yè)出版社,

        1984

        [2]劉鴻文 材料力學(xué)(第二版)高等教育出版社,1983

        [3]范欽珊、王琪 工程力學(xué)高等教育出版社,2002

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