田 雷，吳 介

(1.鹽城市地方海事局，江蘇鹽城224002;2.江蘇科技大學(xué)，江蘇鎮(zhèn)江212003)

0 引言

扒桿作為起重船的主要起吊部件，對起重船的起吊能力與安全性有著很大影響。扒桿主要由扒桿底座、扒桿桁架、扒桿吊頭3大部件組成，在使用過程中要承受多種載荷，如貨物起升載荷、船舶運動載荷以及風(fēng)載荷等，因此對工作狀態(tài)下的扒桿應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行現(xiàn)場測試有著重要的實際意義[1，2]。本文以1 000 t起重船扒桿結(jié)構(gòu)為研究對象，采用電阻應(yīng)變測試法對扒桿各截面進(jìn)行了應(yīng)力應(yīng)變測試分析，對其穩(wěn)定性和強(qiáng)度進(jìn)行了評估。電阻應(yīng)變片具有尺寸小、重量輕、粘貼方便，可以輕易地粘貼到所需測點部位，進(jìn)行多點測量等優(yōu)點，給測量帶來諸多便利。本次測試參照《起重設(shè)備法定檢驗技術(shù)規(guī)則》(1999)(簡稱“法規(guī)”)、《1 000 t起重船扒桿整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算書》(簡稱“計算書”)等對扒桿強(qiáng)度進(jìn)行了分析，最后得出分析結(jié)論。

1 試驗工況與測試方法方案

1.1 試驗工況

該船的主鉤設(shè)計起吊重量為1 000 t，具體試驗工況根據(jù)《船舶試驗大綱》、《1 000 t起重船扒桿整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算書》、《1 000 t起重船起吊系統(tǒng)計算書》和實際使用情況提出，通過與地方海事局代表、船東代表討論后確定。試驗工況中所涉及的起吊重量由船東核定，并經(jīng)過地方海事局等確認(rèn)。

1.2 測試方法及設(shè)備

1.2.1 電阻應(yīng)變測試法

用電阻應(yīng)變片測量扒桿危險截面的表面應(yīng)變，再根據(jù)應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系確定每個截面的表面應(yīng)力，并根據(jù)“法規(guī)”來判斷此起重船的扒桿結(jié)構(gòu)在相應(yīng)工作狀況下的強(qiáng)度是否符合設(shè)計要求。

1.2.2 主要測試設(shè)備

(1)測量導(dǎo)線:0.5 mm2，雙股絞形銅芯，長度200 m。

(2)電阻應(yīng)變片:BF120-4AA，120Ω，敏感柵4 mm×2 mm，靈敏系數(shù)2.12。

(3)防護(hù)膠:704硅膠。

(4)應(yīng)變膠:氰基丙烯酸酯粘合劑(502)，型號T-1。

(5)測試儀器:XL2101B2型數(shù)字靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。

1.3 應(yīng)變片的布置

根據(jù)本船起吊系統(tǒng)的布置情況和“法規(guī)”，結(jié)合該船的結(jié)構(gòu)形式、“計算書”、工作常態(tài)和現(xiàn)場勘察資料，對該船的扒桿進(jìn)行了分析。

根據(jù)分析可得，在各種不同載荷作用與工況條件下，扒桿結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的危險截面大體上是不變的。結(jié)合現(xiàn)場工作條件，在主桿上粘貼15個應(yīng)變片進(jìn)行應(yīng)變測試。根據(jù)扒桿實際變形情況，將應(yīng)變片粘貼方向設(shè)為沿被測桿件軸線方向。由于焊縫影響在強(qiáng)度校核計算中未予以考慮，同時焊縫處可能存在的殘余應(yīng)力不在委托范圍之內(nèi)，且焊縫處應(yīng)力較為復(fù)雜，故本次試驗中應(yīng)變片均避開焊縫布置。

具體應(yīng)變片的布置示意圖如圖1所示。圖中，扒桿為桁架結(jié)構(gòu)，縱向主桿桿件為對稱分布，位置如圖1所示，從扒桿頂部到底部依次為1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#、13#、14#、15#。

圖1 應(yīng)變片布置圖

1.4 接橋方法

本次試驗采用公共溫度補(bǔ)償?shù)陌霕蚪臃ā⒁粋€電阻應(yīng)變片作為溫度補(bǔ)償片粘貼在一塊與本扒桿結(jié)構(gòu)制造材料完全相同的鋼板上，且接入應(yīng)變儀時電阻(含導(dǎo)線)與其他工作片保持一致。為了保證鋼板與各個測試點所處溫度場基本一致，鋼板被空置在扒桿附近。

2 實測應(yīng)力值數(shù)據(jù)與計算分析

2.1 測試數(shù)據(jù)分析

測試應(yīng)變初值數(shù)據(jù)見表1。

表1 應(yīng)變結(jié)果匯總表

根據(jù)分析得知，在此次試驗中所有應(yīng)變片的測試數(shù)據(jù)是穩(wěn)定且可靠的。試驗中導(dǎo)線過長通常帶來熱輸出與電阻等影響。由于扒桿結(jié)構(gòu)較大，在本次測試中使用了200 m的導(dǎo)線，故需要對試驗測試值進(jìn)行一定的修正。根據(jù)計算，修正系數(shù)為1.15。

2.2 實測應(yīng)力值修正計算

應(yīng)力值修正計算值見表2。

2.3 實測應(yīng)力值分析

(1)試驗中由于試驗條件的限制，未能得到由扒桿結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的應(yīng)力對測試結(jié)果的影響;而在理論計算中，扒桿自重應(yīng)力可得到，并對其分析。

(2)試驗時風(fēng)力僅為3級，故風(fēng)浪對扒桿結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加載荷較小;而在理論計算中，扒桿結(jié)構(gòu)除了考慮作業(yè)系數(shù)外，還按極端情況考慮了風(fēng)載荷的影響，故計算結(jié)果偏大。

(3)在試驗中船舶基本保持平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)較大的橫傾現(xiàn)象;而在理論計算中，船舶橫傾對扒桿應(yīng)力的影響是應(yīng)該考慮的因素。

表2 修正應(yīng)變值結(jié)果匯總表

3 結(jié)論

(1)根據(jù)試驗測得的結(jié)果，扒桿桁架各桿件實測應(yīng)力值均小于許用應(yīng)力，其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度滿足設(shè)計和“法規(guī)”的要求。

(2)在進(jìn)行起吊試驗中，扒桿與水平夾角約為61.9°，此時各桿件內(nèi)的實測應(yīng)力小于許用應(yīng)力，但試驗時風(fēng)力僅為3級。而實際作業(yè)時的工況經(jīng)常會遇到惡劣的天氣，所以根據(jù)操作規(guī)范讓扒桿的起吊角度保持在合理的數(shù)值是非常重要的，且工作載荷不能超過設(shè)計許可范圍。

(3)船身的傾斜會使起重船的起重結(jié)構(gòu)在作業(yè)時處于不利的受力狀態(tài)，可能會導(dǎo)致起重結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加扭矩，同樣也可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)桿件內(nèi)的應(yīng)力會分配不合理，即使在載荷較小的情況下某些構(gòu)件也可能產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力，這對起重船的安全是極為不利的。因此，在起重作業(yè)開始前及起重作業(yè)過程中都應(yīng)保證船身平穩(wěn)，防止船體傾斜。

[1] 周國寶，米旭峰，渠延模.1 000 t起重船扒桿結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2009，9(17):52－55.

[2] 章偉星，莫鑒輝，金立明，等.多工況下大型起吊船扒桿的結(jié)構(gòu)分析[J].船海工程，2008，37(3):7－8.

[3] 李家才.大型起重船舶開發(fā)的一些技術(shù)問題[J].江蘇船舶，2008，25(2):7－10.