胡輝輪+盧龍強(qiáng)+楊家倫+張大鵬

摘 要：介紹了30 m拖輪在地面大合攏建造達(dá)到下水狀態(tài)后采用整體吊裝下水的工藝技術(shù)，結(jié)合場(chǎng)地設(shè)施能力，通過(guò)對(duì)其受力形式分析及相關(guān)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度校核，設(shè)計(jì)出一種安全可靠的下水方案，使得該小型船舶無(wú)需在船塢或船臺(tái)建造，優(yōu)化了建造場(chǎng)地資源，有利于提高船廠產(chǎn)能。該吊裝技術(shù)采用船體結(jié)構(gòu)充當(dāng)?shù)醵透邚?qiáng)度吊帶結(jié)合的吊運(yùn)方式，優(yōu)于傳統(tǒng)焊接吊耳的吊運(yùn)方式，對(duì)類似船舶吊裝具有參考意義。

關(guān)鍵詞：小型拖輪；吊裝下水；高強(qiáng)度吊裝帶；

中國(guó)分類號(hào)：U671.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： This paper describes a launching technology of a small 30M TUG by lifting with lifting belt. Based on the stress analysis and strength check of the relevant structures， a safe and reliable launching scheme is designed， the small tug will be built without the construction site of dock or berth， it saves the shipbuilding space and improves shipbuilding capacity. With the hull structure as lifting lug and high-intensity lifting belt， the lifting technology is better than the traditional lifting by welding lifting lug.

Key words： Small Tug； Launching by lifting； High-intensity lifting belt；

1 前言

針對(duì)本廠承建的30 m拖輪，該船主尺度（總長(zhǎng)×型寬X型深）為30.80×12.00×5.35 m，空船重量約530 t。結(jié)合600 t龍門(mén)吊資源，決定于船塢邊地面上建造，然后利用龍門(mén)吊將船舶整體吊運(yùn)到船塢水上，最后直接出塢到碼頭進(jìn)行作業(yè)。本文介紹整體吊裝下水的工藝流程和方案措施。

傳統(tǒng)吊裝形式一般采用焊接鋼性吊耳，其工作量較大，需焊接吊耳、拆除吊耳、打磨等，而且破壞油漆。對(duì)此，現(xiàn)改進(jìn)設(shè)計(jì)以下的吊裝形式：船體首部采用高強(qiáng)度吊裝帶[4]繞過(guò)船底兜吊，尾部采用舷側(cè)外板伸出甲板面充當(dāng)?shù)醵?，然后掛卸扣進(jìn)行吊運(yùn)。該形式省去了傳統(tǒng)焊接吊耳、拆除吊耳的工作量，重點(diǎn)在于吊耳的設(shè)置和吊帶兜吊形式，同時(shí)需對(duì)各吊點(diǎn)進(jìn)行一系列的強(qiáng)度計(jì)算，校核強(qiáng)度[1]是否達(dá)到安全要求。

2 吊裝吊點(diǎn)設(shè)計(jì)

2.1 吊裝參數(shù)

空船重量：530 t；重心：X=FR29+12，Y=-5.5，Z=4 025； 龍門(mén)吊起重能力：600 t；

高強(qiáng)度吊裝帶（合成纖維吊帶）：2條，抗拉力：100 t； 工裝墊塊：5件。

2.2 吊點(diǎn)形式

（1） 尾部吊點(diǎn)形式

采用升高舷頂列板設(shè)置成吊耳結(jié)構(gòu)。根據(jù)30m拖輪船型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（見(jiàn)圖1），將舷頂列板設(shè)置成伸出甲板面，并改為加厚板，左右對(duì)稱，然后開(kāi)出吊耳孔充當(dāng)?shù)醵褂茫ㄒ?jiàn)圖4）。該船的型寬12 m，剛好與龍門(mén)吊的1#、2#鉤間距相等，可使用1#和2#鉤垂直掛鋼絲繩，受垂直拉力。船舶吊裝下水完成后，可直接將舷頂列板升高的吊耳部分修割平齊即可。

（2）首部吊點(diǎn)形式

采用墊塊工裝和吊帶進(jìn)行兜吊，具體工裝形式和安裝方式見(jiàn)圖2、3。

墊塊的作用是將吊帶線狀的集中勒力通過(guò)墊塊分散傳遞到船體外板，同時(shí)固定吊帶位置，分隔吊帶與外板的接觸，保護(hù)外板不受集中力而發(fā)生變形以及保護(hù)外板油漆。工裝墊塊結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6，長(zhǎng)度橫跨5檔肋位，與外板接觸的一面加裝一層橡膠，避免與外板剛性接觸。工裝另一面設(shè)置兩卡槽，承載兩根吊帶。工裝墊塊安裝時(shí)，先使用鋼絲繩串聯(lián)起來(lái)（圖3），然后掛上船外板，收緊鋼絲繩，使工裝墊塊緊貼船體外板。船舶吊裝下水完成后，在水上卸下工裝回收即可。

3 鋼絲繩和吊帶的穿掛形式

3.1 首部穿吊帶形式

先于船體外板掛好墊塊工裝，將兩條吊帶的一端從船底穿過(guò)，兩邊的兩條吊帶的端部通過(guò)環(huán)形吊索連通，使得兩條吊帶在受力時(shí)能自動(dòng)平分拉力。兩條吊帶要卡到工裝墊塊上的兩個(gè)卡槽位處，使吊帶在受拉過(guò)程中不會(huì)滑動(dòng)。

3.2 尾部穿鋼絲繩形式

尾部的升高結(jié)構(gòu)吊耳一邊各有四個(gè)吊耳眼孔，吊耳眼孔上掛卸扣與鋼絲繩連接，為使每個(gè)吊耳受力平均，鋼絲繩需走通連接。

4 受力分析及強(qiáng)度校核

4.1 吊點(diǎn)受力分析

主要參數(shù)：空船重量530 t；重心：X=FR29+12， Y=-5.5， Z=4 025，重心在橫向偏移5.5 mm可略去不計(jì)；尾部吊點(diǎn)距船舶重心的縱向距離為5 512 mm，首部墊塊吊點(diǎn)中心距船舶重心的縱向距離為6 738 mm。

（1）尾部采用1#鉤和2#鉤掛鉤，鋼絲繩垂直，兩個(gè)吊鉤受力相同，為：

2×F1×（5 512+6 738）-530×6 738=0 ， F1=145.8 t 。在1#、2#鉤起重能力范圍內(nèi)（單鉤額定起重量225 t）。

F1平均分給4個(gè)吊耳，每個(gè)吊耳受力約為36.6 t。

（2）首部3#鉤的吊鉤受力為： F2×（5 512+ 6 738）-530×5 512=0 ， F2=238.5 t ，在3#鉤起重能力范圍內(nèi)（單鉤額定起重量320 t）。

（3）吊帶的兜吊形式及角度如圖2所示，每根吊帶受拉力為P，上墊塊受壓力為Fa，舭部墊塊受壓力為Fb，下墊塊受壓力為Fc：

2P=F2/2/cos17°=124.4 t， P=62.2 t<100 t，在吊帶負(fù)荷范圍內(nèi)。

（4）舷側(cè)a處，墊塊對(duì)船外板的壓力為 Fa=2×2P×cos78°=51.7 t。

（5）舭部b處，墊塊對(duì)船外板的壓力為： Fb=2×2P×cos61°=120.6 t。

（6）底部c處，墊塊對(duì)船底呆木底板的壓力為 Fc=2×2P×cos65°=105.1 t。

4.2 船體整體強(qiáng)度校核：

將船體簡(jiǎn)化成一根簡(jiǎn)支梁，將船體的重量簡(jiǎn)化為在重心處的集中載荷進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，則最大彎矩在重心位置的截面。經(jīng)計(jì)算，該彎矩值為：Ma=1.574 613 04×107 kN·mm，重心位置的截面如圖5所示，該截面的中和軸位置y=2 580 mm，即呆木底板到中和軸距離y1=2 580 mm ， 主甲板距中和軸最大距離y2=3 306 mm，截面慣性矩為：I=25 895.98 cm2.m2 。

由圖5可知，主甲板受最大壓應(yīng)力σ-max，呆木底板受最大拉應(yīng)力σ+max ：

最大拉應(yīng)力σ+max 和最大壓應(yīng)力σ-max遠(yuǎn)小于抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度（板材材質(zhì)為普通碳素鋼Q235），故船體強(qiáng)度是安全的。

4.3 船體局部強(qiáng)度校核

（1）工裝墊塊在舷側(cè)外板的壓力為Fa=51.7 t，承壓區(qū)域有甲板（板厚8 mm）和5檔型材（板厚均10 mm），承壓面積達(dá)3.68×104 mm2，壓應(yīng)力為14.05 MPa，小于允許壓應(yīng)力78.33 MPa。

（2）工裝墊塊在舭部外板的壓力為Fb=120.6 t，承壓區(qū)域有5檔T型材（T型材腹板板厚10 mm），承壓面積達(dá)3.2×104 mm2，壓應(yīng)力為37.69 MPa，小于允許壓應(yīng)力78.33 MPa。

（3）工裝墊塊在船底呆木外板的壓力為Fc=105.1 t，呆木底板板厚25 mm，承壓區(qū)域有5檔肋板，（板厚10 mm），兩邊還有10 mm厚的封板，承壓面積達(dá)6.8×104 mm2，壓應(yīng)力為15.46 MPa，小于允許壓應(yīng)力78.33 MPa。

由上計(jì)算得知，工裝墊塊對(duì)外板的擠壓應(yīng)力均小于許用應(yīng)力，工裝墊塊處的外板局部強(qiáng)度是安全的，外板不會(huì)變形凹陷。

4.4 墊塊工裝強(qiáng)度校核

工裝墊塊結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖6。

單塊工裝墊塊受力最大的位置在呆木底板處，由上計(jì)算知呆木位置兩根吊帶對(duì)墊塊的壓力為105.1t，單根吊帶施力約為52.5 t。按肋板對(duì)墊塊的集中載荷計(jì)算，墊塊對(duì)船體外板的壓力平均分散到5檔肋板處，墊塊受最大拉應(yīng)力在兩根吊帶位置的兩處截面，該兩處截面的最大彎矩值相等，為Mb=7.408 8×104 kN·mm。

墊塊橫剖面的慣性矩I=2.17×108 .mm4，ymax= 171 mm，最大拉應(yīng)力為：

故墊塊工裝強(qiáng)度安全。

4.5 尾部的伸出吊環(huán)強(qiáng)度校核

由前面得知單個(gè)吊環(huán)受力約36.6 t，吊環(huán)示意圖如圖7所示，將吊環(huán)分解出單個(gè)吊環(huán)形式進(jìn)行計(jì)算：

（1）吊耳拉應(yīng)力

[σ]=σ/3=78.33 MPa

σ拉=36.6 t/（670×12）mm2=44.612 MPa<78.33 MPa

故吊耳抗拉強(qiáng)度安全。

（2）吊耳切應(yīng)力

[τ]=0.6[σ]=47.00 MPa

τ=36.6 t/2/（110×16+75×20×2）mm2=37.676 MPa<47.00 MPa

故吊耳剪切強(qiáng)度安全。

（3）吊耳擠壓應(yīng)力

[σ擠壓]=0.42σ=98.7 MPa，85 t

σ擠壓=36.6 t/（85×56） mm2=75.353 MPa<98.7 MPa

故吊耳擠壓強(qiáng)度安全。

4.6 吊耳焊縫強(qiáng)度校核

[σ焊]=0.3σ=0.3×235 MPa=70.5 MPa

σ焊=36.6 t/（12×670）mm2=44.612 MPa<70.5 MPa。

故吊耳焊縫強(qiáng)度安全。

整個(gè)吊環(huán)加厚板的區(qū)域有主甲板、2檔橫壁、5檔T梁，足以將吊環(huán)受力分散到船體結(jié)構(gòu)，且鋼絲繩垂直往上拉，船體結(jié)構(gòu)區(qū)域強(qiáng)度能夠承受而不會(huì)發(fā)生變形。

4.7 結(jié)論

通過(guò)上述強(qiáng)度校核計(jì)算結(jié)果可知，30 m拖輪整體吊裝強(qiáng)度安全，現(xiàn)場(chǎng)按該方案執(zhí)行順利完成吊裝下水，實(shí)踐證明該吊運(yùn)方案是安全可行的。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)該吊裝方案進(jìn)行了介紹和分析，通過(guò)一系列的強(qiáng)度校核，確保方案的安全性和可行性，對(duì)類似小型船舶吊裝有參考意義，也可進(jìn)一步考慮首尾同時(shí)采用吊帶的形式或者同時(shí)采用延伸結(jié)構(gòu)作為吊耳的形式。

參考文獻(xiàn)

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