DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.32.033

摘" 要：該文主要介紹新一代82 000 t系列散貨船的上建煙囪總段合并建造及吊裝的可行性方案設(shè)計(jì)，并簡述設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的若干焦點(diǎn)問題及解決方案，最后借用吊裝分析軟件對上建煙囪總段整體吊裝方案進(jìn)行仿真驗(yàn)證，保證上建煙囪總段的強(qiáng)度與剛度符合建造要求。通過上述的研究方法，上建煙囪總段的結(jié)構(gòu)形式得到進(jìn)一步的優(yōu)化，受力薄弱區(qū)域得到進(jìn)一步加強(qiáng)，吊裝實(shí)踐過程的安全性與可靠性得到進(jìn)一步增強(qiáng)，為順利交船甚至提前交船打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：完整性；合并建造；吊裝；結(jié)構(gòu)加強(qiáng)；仿真驗(yàn)證

中圖分類號：U671" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）32-0１３２-0４

Abstract： This paper mainly introduces the feasible scheme design of the combined construction and hoisting of the upper chimney section of the new generation 82 000 ton series bulk carrier， and briefly describes some focus problems and solutions in the design process. Finally， the hoisting analysis software is used to simulate and verify the overall hoisting scheme of the upper chimney section to ensure that the strength and stiffness of the upper chimney section meet the construction requirements. Through these research methods， the structural form of the total section of the upper chimney has been further optimized， the weak area has been further strengthened， and the safety and reliability of hoisting practice have been further increased， so as to lay a solid foundation for smooth delivery or even early delivery.

Keywords： integrity; combined construction; hoisting; structural reinforcement; simulation verification

中船澄西船舶修造有限公司（以下簡稱“公司”）新承接的82 000 t系列散貨船，是經(jīng)過設(shè)計(jì)院各項(xiàng)優(yōu)化的第四代船型，其在載貨量、產(chǎn)品性能、環(huán)保等方面都得到了進(jìn)一步提高。此前建造的舊型船均采用上層建筑與煙囪分開建造、吊裝的形式，有著建造周期長、總段舾裝完整性差等一系列痛點(diǎn)。隨著建模2.0及工序前移的深入推進(jìn)，船舶總段要求愈來愈大型化，總段的舾裝完整性要求更高[1]。經(jīng)公司各部門討論決定，新一代船型采用上建煙囪整體吊裝的形式。

1" 總段概況介紹

船舶大型化及預(yù)舾裝程度的提高，使得上層建筑整體尺寸與重量越來越大，剛性越來越小，因此上建煙囪總段的整體吊裝變得更加困難[2]。設(shè)計(jì)將該型船的上建與煙囪共計(jì)10個分段合并為一個總段，同時將駕駛室舷墻、雷達(dá)桅桿、物料吊、救助艇吊、鍋爐和排煙管等大型構(gòu)件及設(shè)備一并安裝到位。除最下層外，其余每層的復(fù)合巖棉板、甲板敷料、家具及油漆等均應(yīng)施工完成。腳手架、施工設(shè)備、工具等在吊裝前均需吊離總段。整個總段外形最大尺寸為長度方向23.8 m，寬度方向32.26 m，高度方向28.41 m（包含雷達(dá)桅桿）。該型船的上建煙囪總段整體設(shè)計(jì)重量約為688.28 t，總段重心長度方向于FR22+587 mm，寬度方向于右舷距中354 mm（右舷為負(fù)），高度方向于B甲板向上1 617 mm。詳細(xì)的重量重心數(shù)據(jù)見表1。

2" 吊裝方案設(shè)計(jì)

2.1" 設(shè)備及方案

本次總段的吊裝采用公司1 600 t大浮吊進(jìn)行，用4只400" t的大浮吊主鉤進(jìn)行聯(lián)合吊裝，并采用側(cè)面吊裝的方式上船搭載。浮吊在起重過程中，重物會給整臺浮吊一個很大的傾覆力矩[3]。因此，根據(jù)場地以及起重設(shè)備情況，起吊時大浮吊扒桿仰角設(shè)計(jì)為45.4°，對應(yīng)吊重為861 t。浮吊移位及上船安裝時，大浮吊的扒桿仰角設(shè)計(jì)為58°。

2.2" 吊耳及加強(qiáng)設(shè)計(jì)

總段共設(shè)6個吊耳（左右舷都對稱，共3對），一對八眼吊耳布置于上建駕駛室外，一對雙眼吊耳布置于上建尾部，另一對雙眼吊耳布置于煙囪百葉窗上方。吊耳應(yīng)布置在構(gòu)件區(qū)域，可以有效傳遞所受的拉力[4]。吊耳孔直徑為80 mm，后鏜孔至89 mm。所有吊耳的甲板區(qū)域以及圍壁板均做加厚處理，吊耳孔的間距為半檔肋位，每塊吊耳肘板反面均增加或修改加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。由于駕駛室窗戶玻璃均需在總段階段安裝完成，而上建煙囪總段的吊耳布置均在駕駛甲板上（駕駛室窗戶玻璃附近）。為防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)吊裝變形導(dǎo)致的窗戶玻璃破裂等情況，在上建煙囪總段吊耳肘板與羅經(jīng)甲板的T排梁之間，共增加4根20號槽鋼。

2.3" 吊索具設(shè)置

大浮吊的2號、4號主鉤單側(cè)鉤頭懸掛2根10 m的鋼絲繩，對折使用，鋼絲繩直徑80 mm，對折后通過55 t卸扣分別與直徑76 mm的15 m鋼絲繩相連，再通過55 t卸扣與吊耳孔直接相連，采用1號和3號與2號和4號的交錯連接方式；1號、3號主鉤單側(cè)鉤頭掛1根9 m的鋼絲繩圈，對折使用，鋼絲繩直徑85 mm，下方掛250 t滾輪卸扣，滾輪卸扣下穿20 m鋼絲繩，鋼絲繩直徑85 mm，對折使用，最后通過55 t卸扣與吊耳孔直接相連。55 t卸扣共計(jì)38只、85 t卸扣共計(jì)2只（該型卸扣的使用是為了調(diào)節(jié)鋼絲繩長度，使鋼絲繩受力均勻），250 t滾輪卸扣共計(jì)4只?？偠握w的吊裝方案設(shè)置示意圖如圖1所示。

2.4" 場地、建造等設(shè)計(jì)

總段在港池東北角300 t場地總組，為兼顧分段與總段吊裝，設(shè)計(jì)總段重心距碼頭45 m?？偠沃苯釉诘孛娼ㄔ欤ㄟ^墊墩工裝、槽鋼與地面（預(yù)埋鐵）相連。為防止總段起吊后嚴(yán)重晃動導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)損壞以及人員擠壓傷害，需要在上建底層外側(cè)增加槽鋼進(jìn)行限位，位于左右艙壁FR25位置處以及前艙壁L0處。羅經(jīng)甲板上左右舷靠近總段吊耳的天線不裝，防止掛鉤時被吊索具撞壞。因煙囪及上建尾部新增了雙孔吊耳，其鋼絲繩與物料吊扒桿干涉，需提前將物料吊扒桿轉(zhuǎn)向羅經(jīng)甲板固定。上建煙囪總段的定位銷子共設(shè)置3只：首部LP3位置設(shè)置1只，高為500 mm，與其干涉的踏步梯需等上建煙囪總段整體吊裝結(jié)束后安裝；左舷艙壁FR26處設(shè)置1只，高為400 mm，干涉的踏步梯需等上建煙囪總段整體吊裝結(jié)束后安裝；右舷艙壁FR26處設(shè)置1只，高為300 mm，同樣，干涉的踏步梯等上建煙囪總段整體吊裝結(jié)束后安裝。

3" 重點(diǎn)、難點(diǎn)設(shè)計(jì)

為更好、更科學(xué)地進(jìn)行難點(diǎn)方案策劃，作者將學(xué)習(xí)發(fā)明問題解決理論（TRIZ）并應(yīng)用。該理論將創(chuàng)造發(fā)明的內(nèi)在規(guī)律和原理進(jìn)行了歸納總結(jié)，重點(diǎn)在于澄清和強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中存在的矛盾，其目標(biāo)是徹底解決矛盾，從而達(dá)到最終理想狀態(tài)[5]。

3.1" 小平臺吊裝設(shè)計(jì)

由于總段最下層PD12C分段帶有左右舷2塊小平臺，平臺與總段主體只有小部分連接，左舷平臺重約5 t，右舷平臺重約18 t。原設(shè)計(jì)2塊小平臺需待總段整體吊裝結(jié)束后單獨(dú)安裝，后考慮到完整性以及碼頭吊裝難度等問題，優(yōu)化原先方案，將2塊小平臺在總段階段組到位，跟隨總段一起吊裝。小平臺固定的方案有二：其一為槽鋼斜撐的剛性連接形式，其二為鋼絲繩的柔性連接方式。由于方案一所需槽鋼過長、耗材大、結(jié)構(gòu)弱和破壞完整性等缺點(diǎn)被排除，遂選用方案二。經(jīng)過有限元仿真計(jì)算，在左右舷小平臺上各設(shè)計(jì)2只D-10吊耳，且在上方PD41C分段的舷墻上表面設(shè)計(jì)2只T-10吊耳，設(shè)計(jì)在上表面可以防止割除時對翅膀外面油漆的破壞。為保證鋼絲繩能調(diào)節(jié)長度且受力均勻，上下吊耳之間除了用鋼絲繩連接外，在鋼絲繩中間還需增加花籃螺絲，所有連接部件強(qiáng)度均應(yīng)大于10 T，具體形式如圖2所示。

3.2" 物料吊擺放設(shè)計(jì)

根據(jù)起重能力以及完整性等方案的考慮，該總段尾部的物料吊也將在總段階段安裝完畢。由于上建尾部和煙囪上也設(shè)計(jì)了雙孔吊耳，且兩吊耳間懸掛有鋼絲繩，若按圖紙將物料吊安裝到位（即物料吊機(jī)固定于擱架），必然會與起重鋼絲繩形成干涉。因此，將物料吊安裝后，需旋轉(zhuǎn)50°至羅經(jīng)甲板上方。在羅經(jīng)甲板上方放置一個船臺鵝卵石沙箱，作為扒桿擱置工裝使用。強(qiáng)度及剛度經(jīng)計(jì)算均滿足建造要求，如圖3所示。

3.3" 吊耳重復(fù)利用設(shè)計(jì)

該型船為大批量系列船，若按傳統(tǒng)模式設(shè)計(jì)吊耳，僅能使用一次，會造成大量材料浪費(fèi)，增加施工成本。因此，在煙囪及上建尾部吊耳的設(shè)計(jì)上，采用了雙邊肘板的形式，雙邊肘板會更加有效地控制切割變形。吊耳鋼材的強(qiáng)度驗(yàn)算內(nèi)容包括：受拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、拉剪強(qiáng)度、吊耳孔承載力和錨固底板強(qiáng)度驗(yàn)算[6]。在強(qiáng)度驗(yàn)算合格的基礎(chǔ)上，吊耳根部增高50 mm，作二次切割使用，大大提高吊耳的材料利用率。為避免切割后的吊耳流轉(zhuǎn)周期長的問題，在流轉(zhuǎn)形式上，需間隔1條船使用。

3.4" 完整性設(shè)計(jì)

船舶制造是制造業(yè)的一個大類，是一個綜合性的工程[7]，因此上建煙囪總段完整性設(shè)計(jì)顯得尤為重要。由于首制船設(shè)計(jì)周期緊，前期各類資料提供不準(zhǔn)確，因此首制船在設(shè)計(jì)時做了保守處理，即上建煙囪總段吊耳下方的窗戶孔均封閉，并加以固定。待后續(xù)船的各項(xiàng)數(shù)據(jù)完整后重新進(jìn)行有限元計(jì)算，并結(jié)合首制船吊裝的實(shí)際情況，對后續(xù)所有船進(jìn)行優(yōu)化：上建煙囪總段所有的窗戶孔全部開設(shè)到位，并全部安裝好窗框和復(fù)合巖棉板等，大大提高總段完整性且避免了后續(xù)施工對前道工序的破壞性。

4" 總段強(qiáng)度校核

該總段采用TSV-BLS吊裝軟件進(jìn)行吊裝強(qiáng)度有限元分析，較于傳統(tǒng)的吊裝軟件，本軟件大大節(jié)省建模時間，且可以分析吊索具干涉、調(diào)整吊裝狀態(tài)等[8]。本章節(jié)所示結(jié)果為加強(qiáng)優(yōu)化之后的最終結(jié)果。除特殊位置外，網(wǎng)格大小為200 mm×200 mm。上建煙囪總段結(jié)構(gòu)材料包含A級鋼、AH36高強(qiáng)鋼、DH36高強(qiáng)鋼，彈性模量均為2.06×105 N/mm2，泊松比0.3，密度7.85×10-9 t/mm2。模型網(wǎng)格處理好之后調(diào)整重量重心，使之與理論數(shù)據(jù)相契合。在仿真部分，模擬大浮吊的4只主鉤，創(chuàng)建4個吊點(diǎn)，并根據(jù)設(shè)計(jì)的吊索具，配置好對應(yīng)的鋼絲繩索模型。運(yùn)行文件后可得出各個吊耳孔的受力情況，最后提交運(yùn)算。

計(jì)算結(jié)果如圖4所示，整體形變最大為6.63 mm，位于右舷的加強(qiáng)槽鋼上；最大應(yīng)力為73.61 Mpa，位于相同槽鋼位置。二者均符合公司規(guī)定的強(qiáng)度與剛度建造要求。

5" 結(jié)束語

船舶總段的吊裝是船舶建造的一個極其重要的環(huán)節(jié)，需要考慮的因素比較多，所以在吊裝之前的設(shè)計(jì)階段，通過策劃總段方案，可以對實(shí)際建造起指導(dǎo)作用，對安全、高效、高精度造船有著極其重要的意義。本論文對公司新型82 000 t系列散貨船的上建煙囪總段吊裝方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，從總段的概況、吊裝布局等基礎(chǔ)設(shè)計(jì)展開敘述，著重闡述了在整個設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)問題，并對其進(jìn)行吊裝有限元分析，確認(rèn)其強(qiáng)度以及剛度均滿足建造要求，生產(chǎn)現(xiàn)場也已圓滿完成該總段的吊裝任務(wù)。依據(jù)該總段實(shí)際吊裝的成功案例，為后續(xù)新船型的吊裝設(shè)計(jì)提供理論支撐。

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第一作者簡介：隆俊（1981-），男，工程師。研究方向?yàn)榇敖ㄔ旃しㄔO(shè)計(jì)。