利用囤船對(duì)大型打樁船樁架水面整體吊裝

徐素蘭　雷文濤

摘要：樁架是打樁船的主要部件，尺寸非常大，只能在合適的位置整體建造好，再安裝到打樁船上，利用碼頭囤船，在囤船上建造整個(gè)樁架，再下水到指定水域，利用3艘浮吊將樁架整體翻身再吊裝合攏，能有效地彌補(bǔ)船廠大型設(shè)施上的不足，解決了該船建造的關(guān)鍵技術(shù)，既提高了建造質(zhì)量，也縮短了建造周期。

關(guān)鍵詞：囤船；樁架；整體吊裝；浮吊

1 引言

公司為上海某公司建造了一艘當(dāng)時(shí)號(hào)稱“亞洲第一”的高性能打樁船，該船主要工作部件為一凈長(zhǎng)度90m的樁架，可以打直徑2m，長(zhǎng)度80m，重量150t的樁，鑒于第一次建造如此大型的鋼結(jié)構(gòu)，并且還要將樁架安裝到主船體上。以公司當(dāng)時(shí)的設(shè)備是不可能完成任務(wù)的，最后決定樁架在囤船上整體建造，下水后用三艘浮吊聯(lián)合吊裝。為保障樁架的安全吊裝，需要對(duì)船舶的穩(wěn)性、樁架的重心等進(jìn)行核算，確認(rèn)吊裝時(shí)在安全范圍內(nèi)。

2 樁架的重量、重心

樁架的重量、重心位置，如表1所列。

由圖3可見，該囤船的橫穩(wěn)心高GM＝7530mm，橫穩(wěn)心非常高，復(fù)原力矩很大，靜態(tài)橫穩(wěn)性非常好，下水后安全穩(wěn)定。

4 各起吊點(diǎn)受力分析

如圖1所示，B-B型雙耳吊耳位于平臺(tái)5和平臺(tái)6的軸線上，材料為A3，屈服極限σs=235MPa，由300t浮吊主鉤和付鉤先后著力，配合另外兩艘浮吊將樁架吊起，再空中翻身，最后再聯(lián)吊就位。根據(jù)廠內(nèi)庫存鋼板的規(guī)格和平時(shí)起吊的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合樁架的結(jié)構(gòu)，先將吊耳的大致尺寸設(shè)計(jì)好，再進(jìn)行強(qiáng)度核算，這樣就比較簡(jiǎn)單快捷，如圖4所示。

4.1 雙耳吊點(diǎn)強(qiáng)度分析

剛起吊時(shí)受力最大，按雙吊耳受力1225kN核算：

（1） 吊耳正應(yīng)力

單只吊耳正應(yīng)力最小截面積：A1＝22300mm2

單吊耳受力：F=1225/2=612.5kN

單吊耳正應(yīng)力：σ=F/A1=612.5/22300=27.5MPa

取安全系數(shù)為8，則[σ]=235/8=29.4MPa

（2）切應(yīng)力

單只吊耳切應(yīng)力最小截面積：A2＝11150mm2

單吊耳受力：F=1225/2=612.5kN

單吊耳切應(yīng)力：τ=F/A2=612.5/11150=55MPa

取安全系數(shù)為2.5，則[τ]=56.4MPa

（3） 雙耳吊點(diǎn)軸向分力的分析

因雙耳之間加了兩塊隔板，故雙耳可認(rèn)為是一個(gè)整體，535.08KN的軸向分力（根據(jù)鋼絲繩的角度算出）即為焊縫側(cè)向剪力，焊縫的安全系數(shù)完全可以涵蓋之，可以不予核算。

4.2 吊點(diǎn)附近節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度分析

采用Ф864管子加強(qiáng)內(nèi)圈強(qiáng)度（兩道內(nèi)圈帶板寬度取400mm）：

Ф864管子加強(qiáng)內(nèi)圈橫截面和帶板截面A3＝168×20×2+200×14×2＝12320mm2

吊耳受力F=1225/2=612.5kN

σ=F/A3=612.5/12320=50MPa

取安全系數(shù)為2.5，則[σ]=σs/Ns=235/4=58.8MPa

4.3 焊縫強(qiáng)度分析

經(jīng)過對(duì)單只吊耳環(huán)焊縫強(qiáng)度和與Ф864管子對(duì)接平臺(tái)管焊縫強(qiáng)度的計(jì)算，各焊縫強(qiáng)度遠(yuǎn)大于許用強(qiáng)度。

4.4 起吊軸強(qiáng)度分析（材料為A3）

（1）垂向剪應(yīng)力核算

F=1225kN/2=612.5kN

A=3.14×d2/4

F/A=612.5kN/（3.14×d2/4）≤141MPa

d≥74.4mm，實(shí)取d=150mm

則安全系數(shù)Ns=141/（612.5/3.14×752）=4

（2）軸向剪力核算

A4=3.14×150×10=4710mm2

F=535.08kN

τ=F/A=535.08/4710=114MPa<[τ]=0.6×235=141MPa

因安全系數(shù)太小，故軸端部再焊一φ170-150×20的環(huán)，以保證一定的安全系數(shù)。

4.5 單耳吊點(diǎn)強(qiáng)度分析（見圖5，材料為343MPa級(jí)）

（1）正應(yīng)力

單只吊耳正應(yīng)力最小截面積：A5＝18200mm2

單吊耳受力：F=735kN

單吊耳正應(yīng)力：σ=F/A5=735/18200=40MPa

取安全系數(shù)為8，則[σ]=343/8=43MPa

（2）切應(yīng)力

單只吊耳切應(yīng)力最小截面積：A6＝9100mm2

單吊耳受力：F=735kN

單吊耳切應(yīng)力：τ=F/A6=735/9100=81MPa

取安全系數(shù)為2.5，則[τ]=0.6×σs/Ns=82MPa

（3）吊點(diǎn)軸向分力的分析

為了防止軸向分力將吊耳損壞，吊耳側(cè)向分力一側(cè)再加兩塊20×300×300的肘板即可，且吊耳下角焊縫為一圓弧，承載軸向分力能力更好。

綜上所述，所有吊耳強(qiáng)度可靠，節(jié)點(diǎn)處加強(qiáng)強(qiáng)度可靠，焊縫承重能力遠(yuǎn)大于其實(shí)際受力，吊點(diǎn)強(qiáng)度是有保障的。

5 吊樁架時(shí)打樁船的狀態(tài)

樁架吊裝后船的平均吃水增加200mm，具體浮態(tài)在吊樁時(shí)情況較為復(fù)雜偶然性較大，不必核算，只需核算起吊高度即可。

5.1 吊樁架時(shí)橫剖面（如圖6）

5.2 吊樁架時(shí)縱剖面（如圖7）

圖7 85米樁架三浮吊聯(lián)合翻身二次就位縱向視圖

6 施工時(shí)注意事項(xiàng)

（1）樁架制作完成后交輪機(jī)部門對(duì)兩個(gè)主軸承進(jìn)行鏜孔作業(yè)。

（2）樁架兩個(gè)主軸采取先將軸承、軸承座等所有相關(guān)部件都安裝好，樁架吊裝到位后，擱在專門設(shè)計(jì)的軸承架上，然后按嚴(yán)格的焊接程序施焊，這樣就減少了一個(gè)對(duì)主軸承座鏜孔的工序，節(jié)省了資金和寶貴的時(shí)間。有專門的施工工藝解決此關(guān)鍵點(diǎn)。

（3）起吊索具要按規(guī)定選擇，還要考慮鋼絲繩的磨損程度。

（4）浮吊測(cè)力裝置準(zhǔn)確有效，起吊時(shí)通過吊鉤測(cè)重裝置控制，雙耳吊點(diǎn)吊重不宜超過125t。

（5）雙耳吊耳160t副鉤至少承受該點(diǎn)處60%以上的力，因?yàn)橛?60t副鉤鋼絲繩夾角小，吊耳的側(cè)向分力小。

（6）起吊軸尾帽端（直徑170mm）應(yīng)背軸向分力。

（7）在最小高度時(shí)翻身。

（8）翻身時(shí)φ762的管子靠吊耳附近用壓制的管包起來，防勒壞主管。

（9）起吊是觀察有多根鋼絲繩的起吊點(diǎn)，防止卡繩。

（10）起吊作業(yè)較復(fù)雜，請(qǐng)各浮吊和船舶按泊位圖就位，起吊工作由總指揮統(tǒng)一指揮。

7 小結(jié)

實(shí)踐表明，囤船浮態(tài)、強(qiáng)度均符合計(jì)算結(jié)果，較為理想。本方案經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)施工證實(shí)是一個(gè)安全、簡(jiǎn)易、快速的方案，各項(xiàng)參數(shù)均在計(jì)算的安全范圍內(nèi)，船舶下水、樁架整體吊裝均一次成功，對(duì)于中小型船廠，特別是基建規(guī)模小、基礎(chǔ)設(shè)施薄弱的船廠承建大尺度鋼結(jié)構(gòu)是具有借鑒意義的。

參考文獻(xiàn)

［1］盛振邦，楊尚榮，陳雪深，船舶靜力學(xué)（修訂版）國(guó)防工業(yè)出版社，

1984

［2］劉鴻文 材料力學(xué)（第二版）高等教育出版社，1983

［3］范欽珊、王琪 工程力學(xué)高等教育出版社，2002