海洋平臺(tái)分段吊裝方案探究

于同文王 鑫

（1．遼寧陸海石油裝備研究院有限公司，遼寧，盤(pán)錦，124010；2．長(zhǎng)城鉆探工程有限公司，遼寧，盤(pán)錦，124010）

海洋平臺(tái)分段吊裝方案探究

于同文1王 鑫2

（1．遼寧陸海石油裝備研究院有限公司，遼寧，盤(pán)錦，124010；2．長(zhǎng)城鉆探工程有限公司，遼寧，盤(pán)錦，124010）

船舶以及平臺(tái)等分段的吊裝工作，是整個(gè)船體建造過(guò)程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其效果不僅影響到分段翻身、吊運(yùn)、合攏的速度和質(zhì)量，還直接影響到現(xiàn)場(chǎng)施工人員和起重設(shè)備的安全。造船生產(chǎn)的不斷發(fā)展，也給吊裝工作帶來(lái)了新的問(wèn)題，如新的大型起重設(shè)備的投入使用，導(dǎo)致分段尺度大型化，分段重量響應(yīng)增加，船體這些尺度、重量、結(jié)構(gòu)型式上的變化，也給吊裝工作帶來(lái)許多不利因素，因此本課題主要優(yōu)化吊裝設(shè)計(jì)方案，合理篩選吊耳及布置位置，使分段的吊裝工作達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

平臺(tái)；分段；吊裝；工藝

背景介紹

現(xiàn)代船舶除了一些小船采用整體建造外，一些有條件的船廠基本上都采用分段建造工藝。為了使分段中的大部分焊縫處于俯焊位置，以改善施工條件，保證焊接質(zhì)量，一般都采用反造工藝。對(duì)于一些線型比較復(fù)雜的首尾分段，為了簡(jiǎn)化胎架，節(jié)省材料也往往反造。隨著預(yù)舾裝工藝的采用，并為縮短船臺(tái)周期，分段尺寸及重量愈來(lái)愈大，所以分段的吊裝和翻身成為船體建造中的一個(gè)重要工序。為保證分段﹑設(shè)備﹑人員的安全，對(duì)吊運(yùn)翻身工藝應(yīng)該考慮計(jì)算，以免分段發(fā)生嚴(yán)重變形和損壞，造成安全事故。

1 分段重量重心的計(jì)算

分段的重量重心位置是確定吊耳數(shù)量及焊接位置的主要依據(jù)。對(duì)于比較方正規(guī)則的分段可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)重心位置來(lái)布置吊耳。但對(duì)形狀復(fù)雜的分段是難以憑經(jīng)驗(yàn)估算的，尤其是對(duì)落地滾翻的分段必須通過(guò)計(jì)算來(lái)確定重量重心，以便布置吊耳。按照船舶設(shè)計(jì)中重量重心計(jì)算方法，對(duì)照分段結(jié)構(gòu)圖逐項(xiàng)進(jìn)行計(jì)算得到重量與重心坐標(biāo)。

計(jì)算得到的重量應(yīng)加上3%～5%的焊縫金屬重量，臨時(shí)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)重量以及構(gòu)件余量的重量方可作為分段的起吊重量。

2 吊耳位置確定

對(duì)于落地翻身的分段，吊耳應(yīng)布置在分段重心平面上，否則會(huì)使分段翻身困難或者產(chǎn)生危險(xiǎn)。如吊耳布置在分段重心平面前，為了使分段繼續(xù)翻轉(zhuǎn)，必須使吊車(chē)前移產(chǎn)生一個(gè)水平分力。吊車(chē)前移時(shí)可能使分段加速翻轉(zhuǎn)造成很大的危險(xiǎn)性。所以吊耳不宜布置在分段重心平面前。

吊耳布置在分段重心平面后，當(dāng)分段逐漸翻轉(zhuǎn)到大于90°時(shí)，產(chǎn)生的力矩都促使分段翻轉(zhuǎn)，從而使分段產(chǎn)生沖擊加速度。為了吸收這一能量，鋼索張力必須迅速增長(zhǎng)。此時(shí)鋼索容易被拉斷，所以是很危險(xiǎn)的，因此吊耳不應(yīng)該布置在分段重心平面后。吊耳位置在分段重心平面上，在分段整個(gè)翻轉(zhuǎn)過(guò)程中始終處于力的平衡狀態(tài)，故不會(huì)產(chǎn)生沖擊。因此正確的吊耳安裝位置應(yīng)在分段的重心平面內(nèi)。當(dāng)?shù)醵坏貌恢糜谥匦钠矫媲皶r(shí)，應(yīng)采取措施防止分段的滑移，當(dāng)?shù)醵坏貌恢糜谥匦钠矫婧髸r(shí)，為防止翻倒和沖擊，應(yīng)設(shè)置輔助拉索和絞車(chē)，使分段緩慢，穩(wěn)定地翻轉(zhuǎn)，以確保安全。

3 吊耳結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度

吊耳應(yīng)采用有良好可焊接的鋼板焊接而成。一般分為有肘板和無(wú)肘板兩種，無(wú)肘板的吊耳只需校核剪切強(qiáng)度，可不考慮其抗拉強(qiáng)度，有肘板的吊耳應(yīng)該注意的是因吊耳承受的動(dòng)負(fù)載。計(jì)算的安全系數(shù)應(yīng)取5到10倍。

吊耳的強(qiáng)度，除考慮吊耳本身的材料﹑尺寸及有無(wú)損傷之外，還應(yīng)考慮到焊接位置的強(qiáng)度。吊耳的眼孔應(yīng)該使用鉆孔，或鏜孔。如果是氣割出來(lái)的孔眼，則應(yīng)磨光以免損壞索具。吊耳孔周?chē)杉雍笍?fù)板，以提高抗剪切的強(qiáng)度。吊耳安裝位置附近不應(yīng)留有緩焊區(qū)，需全部焊好。另外根據(jù)需要，吊耳處船體部位的焊縫高度可以增大。單面焊或連續(xù)焊必須改成雙面滿焊，安裝吊耳處的船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，剛度不足時(shí)，應(yīng)加肘板或扶墻材進(jìn)行加強(qiáng) 如果分段重量大而安裝吊耳處的船殼板又較薄，除采用肘板等加強(qiáng)外，最好在吊耳處再增加腹板以增強(qiáng)。

吊耳位置應(yīng)與分段重心對(duì)稱(chēng) 保持吊耳負(fù)荷的均衡，使分段吊運(yùn)平穩(wěn)。水平起吊分段時(shí)，吊耳安裝方向要沿分段對(duì)角線布置，并以分段的重心為起點(diǎn)，按等距離成放射狀布置，垂直起吊艙壁等分段時(shí)，吊耳的安裝方向與鋼索作用線相一致，以免產(chǎn)生扭矩。確定吊耳位置時(shí)，應(yīng)注意鋼索的長(zhǎng)度與夾角a，這與分段的尺度大小，吊車(chē)的有效起吊高度有關(guān)。一般應(yīng)使鋼索夾角小于90°,最大也不應(yīng)超過(guò)120°。

4 兩種吊耳的使用及安裝

對(duì)于一個(gè)建造船長(zhǎng)在110米以?xún)?nèi)的中小型船舶來(lái)說(shuō)， 船臺(tái)合攏一般采用總段和平面分段合攏法，每個(gè)總段的重量大多在60噸到80噸之間，吊運(yùn)翻身每個(gè)分段用4只吊耳，原來(lái)使用一次性的吊耳，材料和人工消耗都較大，經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，我們?cè)O(shè)計(jì)采用了一種能夠多次重復(fù)使用的吊耳。

底部是一個(gè)匣形座子，在底座上焊接環(huán)板與肘板，匣形底座與船體分段焊接，底座高度為120-150MM，每個(gè)吊耳可承受負(fù)荷25噸，每次分段吊運(yùn)翻身完畢后，將吊耳從分段上割下，對(duì)底座進(jìn)行休整后即可多次使用。視底座高度而異，一般可反復(fù)使用10次左右。

在船舶批量建造情況下，建造分段數(shù)量大，需使用吊環(huán)數(shù)量也很多，輔助工作量也就大了，另外焊接型吊耳底座經(jīng)多次修割焊接，由于受熱影響區(qū)影響，底座的機(jī)械性能，強(qiáng)度﹑韌性等都會(huì)有所改變。為此我們研究設(shè)計(jì)出一種與分段螺栓聯(lián)接的吊耳。與其焊接吊耳不同點(diǎn)是底座上有四個(gè)螺栓孔，通過(guò)這4個(gè)螺栓將分段與吊耳連接。這種吊耳的拆裝工藝比較簡(jiǎn)單，只是在分段吊運(yùn)后須將分段上的螺栓孔用墊板進(jìn)行塞焊，并磨光塞焊焊縫。我們對(duì)焊接型與螺栓聯(lián)接型進(jìn)行了核算比較，按照全年造船10艘，焊接型吊耳反復(fù)使用10次計(jì)算，比較結(jié)果，螺栓聯(lián)接吊耳的成本僅為焊接吊耳的36.3%。

螺栓聯(lián)接吊耳的螺栓為M27時(shí)，每個(gè)吊耳承受起重負(fù)荷為15噸。需要注意的是螺栓孔直徑應(yīng)按樣板切割，螺栓應(yīng)用光制螺栓，表面不能有裂紋等缺陷，螺栓螺母必須擰緊，螺栓與孔的間隙不大于2MM，以防止螺栓在起吊過(guò)程中斷裂。

吊耳在安裝階段，應(yīng)保證吊耳底座與船體鋼板貼合。對(duì)安裝在分段曲面上的吊耳，底座板也應(yīng)和船體外板良好吻合。應(yīng)控制吊耳重復(fù)使用次數(shù)，吊耳被修割后若有關(guān)尺寸小于規(guī)定尺寸，應(yīng)降級(jí)使用。吊耳安裝時(shí)應(yīng)確保安裝位置和方向的正確性，并按設(shè)計(jì)要求對(duì)分段進(jìn)行局部或整體加強(qiáng)，對(duì)于重大分段的關(guān)鍵性吊耳，建議對(duì)吊耳安裝部位的船體板材進(jìn)行無(wú)損探傷，確保材質(zhì)無(wú)夾層缺陷。

5 上層建筑分段吊運(yùn)翻身時(shí)使用的大梁

在建造船舶時(shí)，有大量的上層建筑分段需要吊運(yùn)翻身。由于這些分段尺寸較大，板厚較薄，結(jié)構(gòu)較弱，因此吊運(yùn)翻身要進(jìn)行臨時(shí)加強(qiáng)，一般用兩根30號(hào)槽鋼置于分段兩端，用肘板與甲板﹑圍壁等連接起來(lái)。由于甲板的梁拱較長(zhǎng)，所以這些肘板尺寸都較大，另外，槽鋼從左到右穿過(guò)，在沒(méi)有窗戶的地方還需要把圍壁開(kāi)洞穿過(guò)。這樣安裝，拆除工作量很大，另外翻身后拆除時(shí)需要吊車(chē)配合，危險(xiǎn)性也較大。針對(duì)上述缺點(diǎn)，我們需要設(shè)計(jì)一種新結(jié)構(gòu)的吊運(yùn)翻身梁。要求在鋪分段胎架時(shí)，把改梁安裝在預(yù)定的位置上，甲板被吊上胎架時(shí)即可用連接肘板，把大梁與甲板連接起來(lái)。連接肘板與大梁用螺栓連接，甲板用電焊焊接。這樣在拆除時(shí)，僅拆除這些肘板，而大梁結(jié)構(gòu)不變，可以達(dá)到反復(fù)使用的目的。這種大梁也可反復(fù)使用，因此鋼材大大節(jié)省，又因此梁跟甲板梁拱線型一致，保證了在翻身過(guò)程中分段梁拱不會(huì)變形，提高了建造質(zhì)量。由于此大梁與甲板正面連接，翻身后整個(gè)大梁在甲板之上，拆卸這大梁時(shí)為操作者提供了良好的工作環(huán)境。確保了人身安全。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)船體分段吊裝方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免分段翻身過(guò)程中的分段的重心穩(wěn)定性失衡，以及分段吊裝過(guò)程中的整體變形，并采用局部加強(qiáng)方案，使吊裝方案更加安全可靠，提高了吊裝的質(zhì)量和速度，并為公司大大節(jié)省了人力﹑物力﹑財(cái)力。

[1]陳宏，李春祥．船體分段吊裝設(shè)計(jì)規(guī)程[S]．

[2]王勛，楊平．船體吊裝工藝設(shè)計(jì)[J]．船舶論壇．

[3]袁紅莉，蔡振雄，陳章蘭，53000噸散貨船上層建筑整體吊裝工藝設(shè)計(jì)[J]．船舶工程，2009,31（2）1-4．

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