王能揚(yáng)， 鄭 豐, 袁 博， 麥松彥

(1.中船華海船用設(shè)備有限公司， 上海200093； 2.上海海事大學(xué) 海洋工程技術(shù)研究中心， 上海201306)

0 引 言

綁扎橋是集裝箱船制造過程中最后與船體拼裝的大型鐵舾件，其制造場(chǎng)地往往與船體建造場(chǎng)地不在一處，故在完成片體總段制造后，需將其從施工場(chǎng)地運(yùn)輸至碼頭，再通過海上運(yùn)輸至造船廠，最后在船塢內(nèi)與集裝箱船船體進(jìn)行搭載。綁扎橋在運(yùn)輸和整體吊裝過程中，主要在總段陸上運(yùn)輸、總段海上運(yùn)輸和總段吊裝等3個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)上需要控制變形，在各個(gè)環(huán)節(jié)上都需要設(shè)計(jì)專用的胎架、連接固定方案和運(yùn)輸方案，以保證綁扎橋在運(yùn)輸和整體吊裝過程中的變形在可控的范圍內(nèi)。因此，對(duì)綁扎橋的運(yùn)輸及安裝工藝的分析和研究一方面能夠保證綁扎橋的順利搭載，為整船的成功交驗(yàn)打下基礎(chǔ)，另一方面也會(huì)提升相關(guān)船企在超大型集裝箱船領(lǐng)域快速建造的能力。

1 超大型集裝箱船綁扎橋結(jié)構(gòu)

21 000 TEU超大型集裝箱船綁扎橋的結(jié)構(gòu)主要由3面剪力墻、16根長立柱、16根短柱和5層平臺(tái)組成，寬度為58 565 mm，人行道板的寬度為750 mm，5層平臺(tái)的高度分別為(基于艙口頂部)850 mm、3 864 mm、6 830 mm、9 760 mm、12 671 mm。為了更清晰地表述工藝設(shè)計(jì)方案，選取綁扎橋的24個(gè)縱截面(沿船長方向)，截面設(shè)置在每根立柱的中線面上，編號(hào)如圖1所示。

圖1 21 000 TEU綁扎橋結(jié)構(gòu)

2 綁扎橋總段陸上運(yùn)輸

綁扎橋總段在總組胎架上完成定位和綁扎后，需要通過平板車從總裝場(chǎng)地運(yùn)輸?shù)酱a頭等待裝船。陸上運(yùn)輸過程需要設(shè)計(jì)專用運(yùn)輸托架，將綁扎橋連同總裝胎架一同放置在運(yùn)輸托架上。

2.1 綁扎橋總段陸上運(yùn)輸托架設(shè)計(jì)

運(yùn)輸托架[1]主要由工字鋼焊接制成?？紤]到托架尺寸較大，國標(biāo)型鋼中難以找到相應(yīng)合適的工字鋼型號(hào)，因此綁扎橋制造廠家可以用普通船用鋼板切割、焊接成相應(yīng)尺寸的工字鋼，節(jié)省制造成本。

運(yùn)輸托架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。托架四周的邊框選用455 mm×600 mm×7 mm的工字鋼1(面板寬度為455 mm，上下面板外側(cè)之間高度為600 mm，板厚為7 mm)，沿綁扎橋左右舷寬度方向的工字鋼也選用455 mm×600 mm×7 mm的工字鋼，沿船長方向的工字鋼選用455 mm×500 mm×7 mm的工字鋼2，兩根工字鋼之間采用焊接連接，再在交叉處的腹板兩側(cè)焊接三角板，三角板的板厚為7 mm。制作針對(duì)典型綁扎橋的運(yùn)輸托架共計(jì)消耗455 mm×600 mm×7 mm的工字鋼373.12 m，455 mm×500 mm×7 mm的工字鋼81.36 m，三角板若干。

圖2 綁扎橋總段運(yùn)輸托架結(jié)構(gòu)

2.2 綁扎橋在運(yùn)輸托架上的固定方案

3片綁扎橋總段連同總裝胎架在運(yùn)輸托架上定位并放置完畢后，考慮到后續(xù)平板車運(yùn)輸過程的穩(wěn)定性，對(duì)綁扎橋總段以及胎架與托架之間進(jìn)行連接固定[2]。圖3是3片綁扎橋在運(yùn)輸托架上的固定方案示例：首先調(diào)整綁扎橋之間以及綁扎橋與總裝胎架之間的連接，將中間位置的綁扎橋其3、5、9截面的左右兩側(cè)用鋼絲繩與總裝胎架系緊；其次，將中間位置的綁扎橋其3、5、9截面分別與左右位置的綁扎橋通過連接桿連接；最后，將總裝胎架與運(yùn)輸托架之間滿焊固定，完成綁扎橋在運(yùn)輸過程中的固定。

圖3 綁扎橋在運(yùn)輸托架上的固定方案示例

2.3 運(yùn)輸托架塢墩及動(dòng)力頭布置方案

考慮到運(yùn)輸托架在建造場(chǎng)地的放置以及平板車的通行、運(yùn)輸需要，在運(yùn)輸托架下的相應(yīng)位置設(shè)置多點(diǎn)塢墩[3](或稱擱墩)。塢墩的作用是將運(yùn)輸托架整體抬高一定高度，使其脫離地面：一方面，有利于調(diào)整地面不平對(duì)托架擺放的影響，通過調(diào)整各個(gè)位置上的塢墩高度，保證運(yùn)輸托架整體保持水平，且各個(gè)塢墩承載均勻；另一方面，將運(yùn)輸托架整體抬高，可方便平板車(也稱動(dòng)力頭)駛?cè)脒\(yùn)輸托架底部，當(dāng)動(dòng)力頭到達(dá)指定位置后，升起運(yùn)輸甲板，使塢墩脫離地面一定高度，并保證運(yùn)輸過程中塢墩不會(huì)因地面高低起伏而發(fā)生碰撞。

圖4是運(yùn)輸托架塢墩及動(dòng)力頭的布置方案。在托架的左右兩側(cè)相應(yīng)位置各設(shè)置4個(gè)塢墩，在托架的中心線上也對(duì)應(yīng)設(shè)置4個(gè)塢墩，若堆放場(chǎng)地地面水平，則每個(gè)塢墩的高度約1.8 m。單片綁扎橋總段質(zhì)量約90 t，運(yùn)輸胎架和總裝胎架總重不超過20 t，則平板車的運(yùn)輸質(zhì)量約300 t[4]。考慮到單臺(tái)平板車的安全承載能力為100 t，因此選擇4臺(tái)動(dòng)力頭并行運(yùn)輸，其中2臺(tái)為長8.4 m的動(dòng)力頭、2臺(tái)為長5.6 m的動(dòng)力頭，首尾2臺(tái)動(dòng)力頭之間采用硬連接。

圖4 運(yùn)輸托架塢墩及動(dòng)力頭布置示例

2.4 綁扎橋總段吊裝

綁扎橋總段通過平板車運(yùn)輸?shù)窖b船碼頭后，逐片松開綁扎橋之間的連接桿和鋼絲繩，再切割掉其底部與總裝胎架之間的連接，即可開始起吊綁扎橋。但是，在松開固定之前，必須先完成吊車與綁扎橋之間的連接，即先在頂部完成吊裝前的準(zhǔn)備工作，才能松開原有固定。

吊裝綁扎橋總段時(shí)，需在吊裝前在綁扎橋的對(duì)應(yīng)位置上安裝總段吊裝用的臨時(shí)吊耳，安裝可以在零件制作階段進(jìn)行，也可以在分段裝配階段進(jìn)行，優(yōu)點(diǎn)是在整體進(jìn)涂裝前先完成吊耳焊接，減少對(duì)油漆的破壞。

總段吊裝用的吊耳布置如圖5所示，吊裝過程中用到Z-10 t吊耳8只、Z-15 t吊耳8只。吊耳眼孔中心要求在同一高度保持水平，總段吊裝還需使用2根12 m長的吊排配合吊裝，根據(jù)制造和運(yùn)輸場(chǎng)地的起吊能力制訂起吊方案。

圖5 綁扎橋總裝吊耳布置

3 綁扎橋總段海上運(yùn)輸

3.1 綁扎橋總段裝船及海運(yùn)方案

考慮到運(yùn)輸成本和運(yùn)輸周期，一次綁扎橋的海上運(yùn)輸一般會(huì)同時(shí)運(yùn)送多片綁扎橋，因此綁扎橋海上運(yùn)輸一般會(huì)選擇甲板空間開闊的大件運(yùn)輸船。結(jié)合該21 000 TEU超大型集裝箱船綁扎橋總段橫向跨度超過58 m、單片底部與甲板的接觸面積約為0.723 m2、質(zhì)量約為90 t的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用甲板寬度超過65 m、甲板設(shè)計(jì)載荷超過137 t(選用1.1倍的安全余量)的大件運(yùn)輸船來完成綁扎橋總段的海上運(yùn)輸任務(wù)[5]。

考慮到運(yùn)輸船的承載能力，采用一次平行運(yùn)輸9片綁扎橋總段的海上運(yùn)輸方式。綁扎橋在運(yùn)輸船甲板上的布置如圖6所示，其中布置方向?yàn)榻壴鷺螋疾棵嫦蜻\(yùn)輸船左舷，左舷朝向船首。對(duì)照?qǐng)D6,綁扎橋總段的裝船順序?yàn)锳→B→C→D→E→F→G→H→I，卸船順序與裝船順序逆序，即I→H→G→F→E→D→C→B→A。A片綁扎橋首先裝船并用鋼絲繩拉緊固定，然后再依照上述順序逐片吊裝上船。裝船時(shí)較高的綁扎橋放在中間，較低的綁扎橋放在兩側(cè)，且在A片綁扎橋兩側(cè)對(duì)稱布置。

圖6 綁扎橋在運(yùn)輸船甲板上的布置示例

3.2 海上運(yùn)輸綁扎固定方案

在海上運(yùn)輸綁扎橋總段過程中，考慮到卸船時(shí)的便捷性以及減少對(duì)運(yùn)輸船甲板的破壞，綁扎橋底部與運(yùn)輸船甲板的連接處不允許使用焊接固定。因此，主要通過上部綁扎和下部限位兩個(gè)方式實(shí)現(xiàn)綁扎橋在海上運(yùn)輸過程中的固定[6]。

A片綁扎橋首先裝船并用鋼絲繩系緊固定，其他綁扎橋依次裝船后再用連接桿相互固定，如圖7所示。連接桿首先安裝在較高的一側(cè)，落點(diǎn)放在結(jié)構(gòu)較強(qiáng)的位置。一共需要連接桿80套，鋼絲繩約7.2 m。

圖7 綁扎橋海上運(yùn)輸綁扎連接示例

連接桿的作用是將9片綁扎橋總段連接成一個(gè)整體，使其不易于傾覆，但是在海上運(yùn)輸過程中，仍有可能發(fā)生綁扎橋整體在甲板上平移的危險(xiǎn)，因此還需要在運(yùn)輸船甲板上設(shè)置滑移限位裝置。

運(yùn)輸船甲板水平方向上的限位裝置分成兩種：一種用槽鋼制成，用作限定綁扎橋立柱沿運(yùn)輸船船長和船寬方向的位移；另一種是特制的組合肘板，布置在綁扎橋左右舷側(cè)立柱與甲板接觸的對(duì)應(yīng)位置，用作限制綁扎橋沿運(yùn)輸船船寬方向的位移。限位工裝的布置如圖8所示，限位工裝與運(yùn)輸船甲板之間焊接，焊接長度一般為立柱左右各500 mm，焊腳統(tǒng)一為6 mm，但工裝與綁扎橋之間不焊接。

圖8 綁扎橋海運(yùn)限位工裝布置

在運(yùn)輸船甲板上設(shè)置限位型鋼，共使用20b號(hào)槽鋼112.11 m、組合肘板72套。限位工裝布置及制作細(xì)節(jié)如圖9所示。

圖9 綁扎橋海運(yùn)限位工裝詳圖

4 總段搭載

綁扎橋總段通過海上運(yùn)輸?shù)竭_(dá)卸船碼頭時(shí)，吊車直接將綁扎橋搭載到靠泊于碼頭或在船塢內(nèi)的目標(biāo)集裝箱船上[7]。吊車與綁扎橋總段之間利用裝船時(shí)使用的總段吊裝用吊耳，通過2個(gè)12 m長的吊排(見圖10)，將鋼絲繩連接到吊車和綁扎橋結(jié)構(gòu)上。

圖10 綁扎橋搭載現(xiàn)場(chǎng)

一般來說，船體分段在吊裝時(shí)，若局部結(jié)構(gòu)變形較大，往往會(huì)采取臨時(shí)加強(qiáng)的方法減小結(jié)構(gòu)變形。綁扎橋?qū)儆趧偠容^弱的桁架式結(jié)構(gòu)，在搭載方案設(shè)計(jì)前期，必須通過計(jì)算機(jī)輔助軟件估算其變形量來確定是否需要在結(jié)構(gòu)上焊接臨時(shí)補(bǔ)強(qiáng)件。針對(duì)綁扎橋在吊裝過程中的工況，并結(jié)合有限元軟件ANSYS，對(duì)搭載過程進(jìn)行分析。

在總段搭載過程中，綁扎橋在自身重力作用下產(chǎn)生形變。從分析結(jié)果看，由于綁扎橋橫向跨度大、結(jié)構(gòu)較弱，在沒有吊點(diǎn)固定的舷側(cè)部分位移相對(duì)較大。形變所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)位移可以分解為x、y、z等3個(gè)方向的軸向位移，在搭載時(shí)，當(dāng)綁扎橋底部接觸到船體時(shí)，z向的位移會(huì)被抵消，所以此時(shí)精度控制主要考慮x、y向的位移。

在施工現(xiàn)場(chǎng)，綁扎橋通過艙口圍頂板上的安裝位置線和定位安裝點(diǎn)進(jìn)行寬度和前后方向的搭載定位。在開始第2片綁扎橋安裝之前，需要對(duì)兩片綁扎橋之間的間距進(jìn)行測(cè)量，滿足間距精度要求后才能開始焊接，定位焊接結(jié)束后才可松鉤。通常使用全站儀測(cè)量綁扎橋第4層平臺(tái)水平基準(zhǔn)線上的反射片保障綁扎橋的垂直度和前后間距，要求前后定位偏差和左右定位偏差小于±2 mm、極限情況不能超過±3 mm，水平度小于±3 mm、極限情況不超過±5 mm，前后綁扎橋間距偏差小于±5 mm、極限情況不超過±8 mm。如圖11和圖12所示，x向與y向的最大位移約為6 mm，滿足綁扎橋間距的精度要求。

圖11 綁扎橋吊裝過程中x向形變量

圖12 綁扎橋吊裝過程中y向形變量

5 結(jié) 論

隨著市場(chǎng)需求的不斷擴(kuò)大，國內(nèi)已有越來越多的船廠具備了超大型箱船的建造能力，本文對(duì)綁扎橋的陸上及海上運(yùn)輸、總段搭載進(jìn)行了流程化的分析及研究，旨在為相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)部門提供一定的參考，以此提高超大型箱船的建造質(zhì)量和效率，并降低運(yùn)輸、安裝過程中的成本，達(dá)到提升經(jīng)濟(jì)效益的目的。該運(yùn)輸及搭載工藝已在某船廠制造的21 000 TEU超大型集裝箱船上得以驗(yàn)證，得到船舶所有人及船級(jí)社的認(rèn)可，印證了工藝方案的可行性和合理性。