倒掛腳手架在超大型油船修理中的運(yùn)用

蘇 宇

(舟山中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，浙江舟山 316131)

某超大型30萬t油船建造于2002年，至今運(yùn)營(yíng)已超15年，甲板及甲板縱骨腐蝕程度已經(jīng)超過船級(jí)社標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)全船近半的甲板及甲板縱骨換新，換新的鋼結(jié)構(gòu)工程量近1 800 t，甲板反頂特涂面積20 000 m2。

1 腳手架設(shè)計(jì)

1.1 30萬t油船主要參數(shù)

船舶主尺度為330 m(長(zhǎng)) ×60 m(寬) ×29.3 m(高);船舶肋距6.10 m;甲板縱骨間距0.85 m。

1.2 已知腳手架構(gòu)件參數(shù)

腳手板4 m×0.3 m，單板質(zhì)量16 kg;腳手管6 米/根，單根質(zhì)量17.3 kg。

1.3 拉緊構(gòu)件參數(shù)

船用小鏈條D 10，許用拉力4 kN。

1.4 腳手架與甲板縱骨連接裝置的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一種類似“夾扣”工裝，將“夾扣”直接套在縱骨面板上，利用細(xì)小的設(shè)計(jì)間隙，在下口垂直重力作用下，直接將“夾扣”與縱骨面板緊密接觸，為了防止“夾扣”在外力作用下發(fā)生脫落，在甲板縱骨背面設(shè)計(jì)一塊封板用螺栓與“夾扣”連接，如圖1所示。

圖1 甲板縱骨與“夾扣”連接形式

2 腳手架及連接件強(qiáng)度分析

1) 本文僅分析船寬方向8.5 m，船長(zhǎng)6.1 m，即10個(gè)縱骨間距和2個(gè)肋距之間的情形，區(qū)域如圖2所示。

圖2 分析區(qū)域

2)用于近觀檢驗(yàn)的腳手架設(shè)計(jì)形式 (如圖3所示)。

圖3 近觀檢驗(yàn)?zāi)_手架設(shè)計(jì)形式

用于近觀檢驗(yàn)的腳手架自身質(zhì)量及施工時(shí)所需要承受的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)如下:腳手板4 m×0.3 m，單塊質(zhì)量30 kg，48塊腳手板總質(zhì)量30×48=1 440 kg;腳手管6米/根，單根質(zhì)量17.3 kg，13根腳手管總質(zhì)量13 ×17.3=224.9 kg; 船用鏈條2.6 kg/m，6.5 m 鏈條總質(zhì)量為6.5 ×2.6=16.9 kg; 該區(qū)域同時(shí)4人施工及相應(yīng)設(shè)備總質(zhì)量約為400 kg;總質(zhì)量為:1 440+224.9+16.9+400=2 081.8 kg。

已知船用小鏈條D10，許用拉力為4 kN，近觀檢驗(yàn)?zāi)_手架受力分析如圖4所示。

已驗(yàn)證該區(qū)域F1共有10處受力點(diǎn)，F(xiàn)2共有10處受力點(diǎn)。

F1=Fn×sin83°=4 kN ×0.992 5=3.970 kN;

F2=Fn×sin51°=4 kN ×0.777 1=3.109 kN;

F1×10=3.970 ×10=39.70 kN;

F2×10=3.109 ×10=31.09 kN。

按上述計(jì)算鏈條提供垂直向上的許用拉力為:39.70+31.09=70.79 kN。

故按上述計(jì)算，鏈條提供的垂直向上的拉力70.79 kN遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該區(qū)域的總重量20.82 kN。(1)吊耳1的強(qiáng)度校驗(yàn)。

圖4 吊耳1與吊耳2腳手架受力分析

式中:P為吊耳允許的負(fù)荷;ASmin為垂直于P方向的最小截面積，mm2;AHmin為平行于P方向的最小截面積，mm2; ［σ］為材料許用正應(yīng)力，MPa;［τ］為材料許用切應(yīng)力，MPa;k為安全系數(shù)，取k=2.5～3.0;σs為原鋼種的屈服點(diǎn)，一般即取σs=235 MPa。

吊耳強(qiáng)度僅校驗(yàn)其剪切強(qiáng)度即可，正應(yīng)力不作分析校驗(yàn)。

材料許用正應(yīng)力 ［σ］ =235/3=78.33 MPa，材料許用切應(yīng)力 ［τ］ =0.6 × 78.33=46.998 MPa，切應(yīng)力 τ=4 000/(50 ×14)=5.71 MPa，基于吊耳厚度14 mm計(jì)算，吊耳滿足施工要求(其中50×14為吊耳1的受力截面積)。

(2)吊耳2的強(qiáng)度校驗(yàn)。切應(yīng)力τ=4 000/(25×14)=11.42 MPa，基于吊耳厚度14 mm計(jì)算，吊耳滿足施工要求 (其中25×14為吊耳2的受力截面積)。

3)用于換新甲板及甲板縱骨腳手架設(shè)計(jì)形式及受力分析，如圖5所示。

用于換新甲板及甲板縱骨時(shí)腳手架自身質(zhì)量及施工時(shí)所需要承受的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)如下。

(1) 腳手板4 m×0.3 m，單塊質(zhì)量30 kg，48塊腳手板質(zhì)量為30×48=1 440 kg。

(2)腳手管6米/根，單根質(zhì)量17.3 kg，13根腳手管質(zhì)量為 13 ×17.3=224.9 kg。

(3)船用鏈條2.6 kg/m，8.5 m鏈條質(zhì)量為8.5 ×2.6=22.1 kg。

(4)該區(qū)域同時(shí)6人施工及相應(yīng)設(shè)備質(zhì)量約為600 kg。

(5) 總質(zhì)量為:1 440+224.9+22.1+600=2 287 kg。

已知船用小鏈條D10，許用拉力為4 kN，換新甲板及甲板縱骨后腳手架受力分析如圖6所示。

已驗(yàn)證該區(qū)域F3共有10處受力點(diǎn)，F(xiàn)4共有10處受力點(diǎn)。

圖5 甲板及甲板縱骨的腳手架設(shè)計(jì)形式及受力分析

圖6 吊耳3腳手架受力分析

F3=Fn×sin83°=4 ×0.992 5=3.97 kN;

F4=Fn×sin42°=4 ×0.669 1=2.68 kN;

F3×10=3.97 ×10=39.7 kN;

F4×10=2.68 ×10=26.8 kN。

按上述計(jì)算鏈條提供垂直向上的許用拉力為:39.7+26.8=66.5 kN。

故按上述計(jì)算鏈條提供的垂直向上的拉力66 500 N遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該區(qū)域的總質(zhì)量2 287 kg。

從上述計(jì)算可以得出向上的拉力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒達(dá)到鏈條的許用拉力4 kN，吊耳與上述計(jì)算過程相同，故不做重復(fù)計(jì)算，滿足施工要求。

3 現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)腳手架照片

圖7用于檢驗(yàn)甲板及甲板縱骨，圖8用于換新甲板及甲板縱骨。

圖7 檢驗(yàn)甲板及縱骨

圖8 新甲板及縱骨

4 施工量對(duì)比

采用該倒掛腳手架后施工量對(duì)比 (20 000 m2甲板反頂特涂計(jì)算)如表1。

表1 施工量對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

該倒掛腳手架輪的成功運(yùn)用，減少了大量搭架勞動(dòng)力投入，節(jié)省了搭架作業(yè)的時(shí)間，為后期甲板及甲板縱骨換新、甲板反頂特涂創(chuàng)造了有利條件，通過此次運(yùn)用為今后類似的修理工程積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。