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(duì)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(yùn)動(dòng)載荷以及風(fēng)載荷等，因此對(duì)工作狀態(tài)下的扒桿應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試有著重要的實(shí)際意義[1，2]。本文以1 000 t起重船扒桿結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，采用電阻應(yīng)變測(cè)試法對(duì)扒桿各截面進(jìn)行了應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試分析，對(duì)其穩(wěn)定性和強(qiáng)度進(jìn)行了評(píng)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(cè)點(diǎn)部位，進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，給測(cè)量帶來(lái)諸多便利。本次測(cè)試參照《起重設(shè)備法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》(1999)(簡(jiǎn)稱“法規(guī)”)、《1 000 t起重船扒桿整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算書》(簡(jiǎn)稱“計(jì)算書”)等對(duì)扒桿強(qiáng)度進(jìn)行了分析，最后得出分析結(jié)論。

1 試驗(yàn)工況與測(cè)試方法方案

1.1 試驗(yàn)工況

該船的主鉤設(shè)計(jì)起吊重量為1 000 t，具體試驗(yàn)工況根據(jù)《船舶試驗(yàn)大綱》、《1 000 t起重船扒桿整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算書》、《1 000 t起重船起吊系統(tǒng)計(jì)算書》和實(shí)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(yàn)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(cè)試方法及設(shè)備

1.2.1 電阻應(yīng)變測(cè)試法

用電阻應(yīng)變片測(cè)量扒桿危險(xiǎn)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(gè)截面的表面應(yīng)力，并根據(jù)“法規(guī)”來(lái)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(jì)要求。

1.2.2 主要測(cè)試設(shè)備

(1)測(cè)量導(dǎo)線:0.5 mm2，雙股絞形銅芯，長(zhǎng)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(hào)T-1。

(5)測(cè)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(jì)算書”、工作常態(tài)和現(xiàn)場(chǎng)勘察資料，對(duì)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(xiǎn)截面大體上是不變的。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作條件，在主桿上粘貼15個(gè)應(yīng)變片進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試。根據(jù)扒桿實(shí)際變形情況，將應(yīng)變片粘貼方向設(shè)為沿被測(cè)桿件軸線方向。由于焊縫影響在強(qiáng)度校核計(jì)算中未予以考慮，同時(shí)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(yàn)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(duì)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(yàn)采用公共溫度補(bǔ)償?shù)陌霕蚪臃?。將一個(gè)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(shí)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(gè)測(cè)試點(diǎn)所處溫度場(chǎng)基本一致，鋼板被空置在扒桿附近。

2 實(shí)測(cè)應(yīng)力值數(shù)據(jù)與計(jì)算分析

2.1 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

測(cè)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(yàn)中所有應(yīng)變片的測(cè)試數(shù)據(jù)是穩(wěn)定且可靠的。試驗(yàn)中導(dǎo)線過長(zhǎng)通常帶來(lái)熱輸出與電阻等影響。由于扒桿結(jié)構(gòu)較大，在本次測(cè)試中使用了200 m的導(dǎo)線，故需要對(duì)試驗(yàn)測(cè)試值進(jìn)行一定的修正。根據(jù)計(jì)算，修正系數(shù)為1.15。

2.2 實(shí)測(cè)應(yīng)力值修正計(jì)算

應(yīng)力值修正計(jì)算值見表2。

2.3 實(shí)測(cè)應(yīng)力值分析

(1)試驗(yàn)中由于試驗(yàn)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(duì)測(cè)試結(jié)果的影響;而在理論計(jì)算中，扒桿自重應(yīng)力可得到，并對(duì)其分析。

(2)試驗(yàn)時(shí)風(fēng)力僅為3級(jí)，故風(fēng)浪對(duì)扒桿結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加載荷較小;而在理論計(jì)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(jì)算結(jié)果偏大。

(3)在試驗(yàn)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(jì)算中，船舶橫傾對(duì)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(yàn)測(cè)得的結(jié)果，扒桿桁架各桿件實(shí)測(cè)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(jì)和“法規(guī)”的要求。

(2)在進(jìn)行起吊試驗(yàn)中，扒桿與水平夾角約為61.9°，此時(shí)各桿件內(nèi)的實(shí)測(cè)應(yīng)力小于許用應(yīng)力，但試驗(yàn)時(shí)風(fēng)力僅為3級(jí)。而實(shí)際作業(yè)時(shí)的工況經(jīng)常會(huì)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(jì)許可范圍。

(3)船身的傾斜會(huì)使起重船的起重結(jié)構(gòu)在作業(yè)時(shí)處于不利的受力狀態(tài)，可能會(huì)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(huì)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(duì)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(guó)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.