趙 銳，賴良洲，楊 輝，龔偉兵

（上海中遠船務(wù)工程有限公司，上海 200231）

0 引言

隨著船廠生產(chǎn)建造設(shè)施的不斷改善和吊裝能力的提高，船舶與海洋工程領(lǐng)域中的總段和模塊化建造逐漸成為提高預(yù)舾裝率和建造進度的發(fā)展方向，包括生活區(qū)模塊和上部模塊，通常采用模塊化建造、整體吊裝的建造工藝，以改善施工條件、實現(xiàn)平行作業(yè)和提高預(yù)舾裝率，從而提高生產(chǎn)效率，并縮短建造周期。

生活區(qū)模塊結(jié)構(gòu)主要有外形不規(guī)則、甲板圍壁尺寸較小、剛性弱和強度低等特點，因此如何保證整體吊裝的方案安全、可靠成為整體吊裝順利實施的關(guān)鍵所在。

本文以某大型油船改裝FPSO項目的生活區(qū)模塊整體在浮態(tài)狀態(tài)下的吊裝方案設(shè)計為主要研究對象，主要內(nèi)容包括起重船選取、吊點位置、吊索具參數(shù)、壓載調(diào)整和強度校核等。

1 概況

1.1 生活區(qū)模塊主要參數(shù)

本生活區(qū)模塊共有居住定員140人，共分7層，主要艙室包括駕駛室中央控制室、電氣系統(tǒng)儀表間、廚房、冷庫、餐廳、醫(yī)院、娛樂室、辦公室和居住房間等，環(huán)境噪聲和振動水平需要滿足SOLAS公約A.468 (XII)規(guī)則相關(guān)要求。

生活區(qū)模塊長約19.25 m，寬約48.10 m，最大高度38.80 m（包括雷達桅），結(jié)構(gòu)材料除吊耳和吊點位置采用局部加強高強度鋼以外，其他均為A級普通鋼。吊裝重量（不含鎖具重量）約計1 650 t，整個生活樓包括結(jié)構(gòu)、舾裝、內(nèi)裝、通風(fēng)、管系、電氣和吊索具等的具體分布如表1所示。

表1 生活區(qū)模塊重量重心

1.2 生活區(qū)模塊總體建造方案

生活區(qū)模塊總體建造方案包含的主要步驟如下：

1）利用公司重件碼頭場地進行模塊建造；

2）受制于模塊尺寸和重量限制，選用合適的大型起重船進行模塊吊運；

3）FPSO主船體?？坑诖a頭泊位；

4）由浮吊銜模塊移動至碼頭泊位；

5）浮態(tài)狀態(tài)下模塊落位，完成集成安裝。

2 吊裝方案設(shè)計

2.1 環(huán)境天氣條件

考慮到安全因素，所有大型吊裝必須在少于 4級（7.9 m/s）風(fēng)力情況下進行，原則上不允許夜間進行大型吊裝作業(yè)。如果必須在夜間進行作業(yè)的，其布置燈光能見度應(yīng)大于500 m，考慮到水域環(huán)境影響，應(yīng)選擇在平潮時間段內(nèi)完成，并且最大波高不超過1.0 m。

2.2 起重船

根據(jù)生活樓模塊的尺寸和重量信息，結(jié)合公司場地布置和水深條件，選某2 400 t非自航起重船進行此次吊裝作業(yè)，見圖1。

圖1 生活區(qū)后壁吊點位置

該起重船吊架分為左右2個吊臂，每個吊臂有2個主鉤，每個主鉤最大吊重600 t，最大吊重共2 400 t。起重船的起重性能見表2。

表2 起重船主鉤載荷參數(shù)表

在綜合考慮起重船載荷參數(shù)、場地布置和吊物尺寸重量的情況下，最終選取起重船作業(yè)狀態(tài)為：作業(yè)角度62.0°、最大吊高82.0 m，舷外吊距39.5 m，起重重量1 950 t。

2.3 吊點位置選取

對于剛性較弱的上層建筑吊裝來講，吊點位置的選取一般考慮以下要素：

1）盡可能對稱吊裝總段重心布置；

2）吊點位置盡量減少吊裝總段變形；

3）設(shè)置連續(xù)型吊耳，將生活樓外圍壁局部進行加強并延伸制成吊耳；

4）吊索與甲板水平夾角不大于60°；

5）安裝位置易于裝焊和拆除。

基于以上要素和起重船主鉤的特點，吊點選擇位置位于生活區(qū)駕駛甲板前壁48號肋位和后壁26號/28號肋位共計4處，其中前壁左右舷分別布置8只吊耳，后壁26號和28號肋位分別布置8只吊耳，吊耳和圍壁加強材料為屈服強度355 MPa的20 mm/30 mm嵌入板和對應(yīng)吊耳的垂向和橫向加強材，吊耳由30 mm主板制作并在兩側(cè)布置頰板，前壁吊點位置如圖1和圖2所示。

圖2 生活區(qū)前壁吊點位置

2.4 索具選擇

當(dāng)?shù)玫矫總€吊點的受力情況后，根據(jù)公司現(xiàn)有卸扣、滑車及鋼絲繩尺寸和參數(shù)進行選擇，所選擇的吊鎖具和鋼絲繩的安全工作載荷在考慮各種環(huán)境因素影響的前提下要大于其承載力。

根據(jù)吊點位置，選取由滑車、卸扣和鋼絲組成的索具組合，如圖3所示。

圖3 生活區(qū)后壁吊點位置

為保證吊點和鋼絲繩均勻受力，每個吊點配備2組滑車進行調(diào)節(jié)。4個吊點的索具清單及最大負(fù)載表（吊點3為例）見表3。

表3 索具及最大負(fù)載表

3 相關(guān)計算

3.1 壓載計算

由于整個模塊吊裝作業(yè)時FPSO主船體和起重船均是在浮態(tài)狀態(tài)下作業(yè)，因此需要對作業(yè)過程中主船體和起重船進行局部壓載，保證調(diào)平狀態(tài)下作業(yè)。通過分別進行壓載計算，確定起重船尾部4個壓載艙100%壓載，F(xiàn)PSO主船體首尾舷側(cè)2個壓載艙進行70%和90%的壓載，見圖4。

圖4 FPSO主船體壓載計算表截圖

3.2 吊裝強度校核

由于生活區(qū)結(jié)構(gòu)普遍采用薄板，結(jié)構(gòu)剛性較小，且總吊重近1 560 t，因此利用有限元軟件校核整個吊裝過程中的應(yīng)力響應(yīng)和位移響應(yīng)對于評估整個吊裝方案設(shè)計的安全性與可靠性至關(guān)重要。

根據(jù)有限元方法，甲板、圍壁、橫梁腹板和其他平臺板等采用板單元建模，骨材、扶強材和加強筋等采用梁單元建模。吊耳采用50 mm×50 mm網(wǎng)格，吊耳附近區(qū)域的嵌入板加強采用 200 mm×200 mm網(wǎng)格，其他結(jié)構(gòu)均采用400 mm×400 mm網(wǎng)格。有限元模型見圖5和圖6。

圖5 整體有限元模型

圖6 吊耳及加強區(qū)域有限元模型

坐標(biāo)系原點選擇以FPSO主船體一致，坐標(biāo)系原點即采用右手法則，即：沿船長方向為

X

軸，船首為正；沿船寬方向為

Y

軸，左舷為正；沿高度方向為

Z

軸，朝上為正。

邊界條件為吊耳位置增加位移約束，同時為保證有限元計算時的穩(wěn)定性，在模型底部選取2個節(jié)點約束水平方向位移。

載荷工況在吊耳及周邊加強結(jié)構(gòu)處選用1.65倍安全系數(shù)，其他區(qū)域選用 1.27倍安全系數(shù)。依據(jù)GL Nobel Denton對于許用應(yīng)力的要求，衡準(zhǔn)系數(shù)采用0.75，因此高強鋼許用應(yīng)力為266 MPa，普通A級鋼許用應(yīng)力為176 MPa。

根據(jù)有限元計算結(jié)果顯示，吊裝作業(yè)時最大高應(yīng)力區(qū)集中在吊耳和吊耳加強處（圖7），應(yīng)當(dāng)特別引起注意。同時，吊耳位置下方的窗戶開孔需要臨時封閉，駕駛室甲板窗戶開孔需要增加臨時支撐加強，見圖8。其他區(qū)域均滿足最大許用應(yīng)力和變形要求。

圖7 整體應(yīng)力分布云圖

圖8 駕駛室甲板應(yīng)力分布云圖

4 結(jié)論

本文通過合理布置吊耳、吊索具連接等方式保證生活區(qū)模塊整條吊裝時吊點均勻受力和吊裝完整性，并且通過穩(wěn)性和有限元軟件分別對浮態(tài)和結(jié)構(gòu)強度進行校核和補強優(yōu)化，保證大型生活區(qū)模塊整體吊裝順利實施。