船體吊裝中吊點的特點分析

岳 學，何麗杰，梁姝婷, 吳凱鋒，高力文,王文偉

(1.海工國際工程有限責任公司，天津 300461；2.海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520；3.天津修船技術研究所，天津 300456；4.中國船舶重工國際貿(mào)易有限公司，北京 100861)

船體吊裝中吊點的特點分析

岳 學1，何麗杰2，梁姝婷3, 吳凱鋒1，高力文4,王文偉1

(1.海工國際工程有限責任公司，天津 300461；2.海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520；3.天津修船技術研究所，天津 300456；4.中國船舶重工國際貿(mào)易有限公司，北京 100861)

文章以自升式鉆井船的分段吊裝為參照，分析了船體板殼結構吊裝時的吊點型式及特點，為以后的船體板殼結構的安全吊裝提供了有利的基礎保障。

船體分段；板殼；吊裝；吊點

船體吊裝工作是船體建造過程中的一項重要內(nèi)容。分段吊運、翻身的效果不僅影響合龍的速度和質(zhì)量，還直接影響到現(xiàn)場施工人員和起重設備的安全。海工場地以前主要從事海洋平臺及導管架的建造，這種強結構的吊點型式主要采用板式吊點和軸式吊點，針對船體吊裝結構弱、重量大、不規(guī)則等特點，原來的吊點型式已經(jīng)不能滿足船體吊裝了，為此設計一種適合船體吊裝的吊點型式，對于船體分段安全的吊運和翻身是非常重要的。

1 吊點型式及特點

1.1 帶墊板的板式吊點

目前，場地甲板片吊裝的吊點型式主要采用板式吊點(見圖1)，由于甲板片有承受力的大梁，可以將吊點直接與大梁進行焊接。但是，由于鉆井船的船體是板殼結構，它的甲板比較薄，分段甲板的厚度大多是8 mm，而且與吊點焊接的甲板下面有時沒有支撐結構，如果直接將吊點焊接到船體分段上，會使吊點位置處應力比較集中，導致船體的結構強度下降，不能保證船體在吊裝過程中順利進行。同時，還會引起甲板嚴重變形，給船體分段的合龍精度造成影響。為此，根據(jù)現(xiàn)有的板式吊點進行了改進，在吊點主板下增加了吊點墊板(見圖2)，這樣就起到了分散應力的作用，從而解決了船體吊裝時所遇到的結構強度弱和容易變形的問題，為整個吊裝過程提供了安全保障。

在布置相同數(shù)量吊點和加強的情況下，為了驗證吊點墊板對船體分段吊裝的影響，本文通過鉆井船1#分段的算例,說明吊點墊板對船體結構強度和變形的影響。

1)1#分段吊點未加墊板與加墊板對船體結構應力影響。不加吊點墊板的結構應力為191 MPa，接近結構的許用應力213 MPa；增加吊點墊板后結構應力為177 MPa,降低了7%，從而提高了船體吊裝的安全性。

圖1 板式吊點

圖2 帶墊板的板式吊點

2)1#分段吊點未加墊板與加墊板對船體結構位移的影響。未加墊板時，船體總體位移為60.7 mm；在保證結構不破壞的情況下，增加墊板后總體位移為44.5 mm，使結構變形減小了26.7%，達到了允許的48 mm范圍以內(nèi)，從而為分段的合龍精度提供了保障。

通過上面的比較可知，增加墊板對船體結構的吊裝起到了明顯的降低結構應力和減小結構變形的作用。為此，在鉆井船的吊裝時采用了加墊板的吊點型式。但是，由于這種吊點的墊板厚度是一定的，當使用切割完后就不再使用。然而在船舶批量建造情況下，分段數(shù)量多，需使用吊點數(shù)量也很多，輔助用料和焊接工作量很大，這種一次性的吊點不再適應船舶建造。所以，設計一種可以重復利用的吊點型式是非常必要的。

1.2 匣型吊點[1]

船廠船臺合龍采用總段和平面分段合龍法，每個總段的質(zhì)量大多在100～150 t之間，使用一次性的吊點時，材料和人工消耗都較大。通過民船建造多年的實踐經(jīng)驗，設計了一種能夠多次重復使用的吊點，如圖3所示。其底部是匣型底座，在底座上焊接環(huán)板與肘板，匣型底座與船體分段焊接，底座高度為120～150 mm，經(jīng)計算，每個吊點可承受負荷55 t。每次分段吊運翻身完畢后，將吊點從分段上割下，對底座進行修整檢驗后即可多次使用。由于受熱切割的影響，吊點使用多次以后可以降級使用，將原來設計的大負荷吊點切割后當小負荷的吊點使用。視底座高度而異，一般可反復使用10次，同以往的一次性吊點相比，匣型吊點節(jié)約了大量的材料成本。

圖3 匣型吊點

匣型吊點的強度校核：首先根據(jù)吊點尺寸建立有限元模型，然后在模型的底面施加全約束，給吊點施加55 t的面載荷，計算得出吊點的最大應力為163 MPa，小于許用應力213 MPa；吊點的剪切應力為13.2 MPa，遠遠小于它的結構可承受的剪切應力142 MPa。由此得出，吊點的結構強度滿足施工要求。

1.3 螺栓連接型吊點

焊接型吊點底座經(jīng)多次修割焊接，受熱影響區(qū)影響，底座的機械性能、強度、韌性等都會下降。有經(jīng)驗的船廠研究設計出一種與分段螺栓連接的吊點，如圖4所示。它與匣型吊點不同點是底座上有4個螺栓孔，通過這4個螺栓將分段與吊點連接。這種吊點的拆裝工藝比較簡單，只是在分段吊運后需將分段上的螺栓孔用墊板進行塞焊，磨光塞焊焊縫。通過船廠對匣型吊點與螺栓連接型吊點進行了核算比較，按照全年造船40艘，匣型吊點反復使用10次計算比較結果，螺栓連接型吊點的成本僅為匣型吊點的36.6%。螺栓連接型吊點使用的螺栓為M27時，每個吊點承受起重負荷為25 t。需要注意的是螺栓孔直徑應按樣板切割，螺栓應用鋼制螺栓，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2 mm，以防止螺栓在起吊過程中斷裂。

螺栓連接型吊點型式的強度校核：首先根據(jù)吊點尺寸建立有限元模型，在螺栓孔施加全約束，給吊點施加25 t的面載荷，吊點的最大應力為148 MPa，小于許用應力213 MPa；吊點的剪切應力為43.3 MPa，遠遠小于它的結構可承受的剪切應力142 MPa。由此得出，吊點的結構強度滿足施工要求。

1.4 3種型式吊點的對比

通過上面的分析比較得知，對于承受負荷大于55 t的吊點型式，應該選擇帶有墊板的板式吊點；對于承受負荷在25～55 t的吊點型式，應該選擇匣型的吊點；對于承受負荷小于25 t的吊點型式時，應該選擇螺栓連接型式的吊點，3種吊點型式的對比見表1。

圖4 螺栓連接型吊點

特點 型式適用分段類型承受載荷/t吊點用料/t帶墊板的板式吊點大、中型分段≥5526.26匣型吊點中、小型分段25～5518.8螺栓連接型吊點小型分段≤2510.2

2 吊點數(shù)量的選取

對于甲板片吊裝時，通常是根據(jù)甲板片的質(zhì)量選擇吊點的數(shù)量，一般情況選用2臺吊機8個吊點就可以完成吊裝作業(yè)。然而，船體吊裝吊點數(shù)量的確定主要是根據(jù)結構質(zhì)量、船體骨架的強弱以及結構預制情況等因素而定。

2.1 甲板片吊裝時吊點數(shù)量的確定

對于錦州項目一層280 t甲板片整體吊裝時，同樣將8個板式吊點均布在重心兩側，使用2臺吊機完成吊裝。

2.2 鉆井船1#分段吊點數(shù)量的確定

1#分段結構質(zhì)量為260 t，使用相同的吊點型式和增加相同的加強時說明吊點數(shù)量對船體吊裝的影響。

1)1#分段布置8個吊點和12個吊點對結構應力的影響。當使用8個吊點進行吊裝時，結構的最大應力218 MPa，超出了結構的許用應力213 MPa，結構強度不夠，不能進行吊裝作業(yè)。當?shù)觞c數(shù)量增加到12個時，結構最大的應力降到了177 MPa，小于結構的許用應力213 MPa，從而保證了結構的順利吊裝。

2)1#分段布置8個吊點和12個吊點對結構位移的影響。布置8個吊點時的結構變形為70 mm，超出了允許的48 mm，不符合要求；當?shù)觞c數(shù)量增加到12個，結構變形減小到在規(guī)定范圍以內(nèi)(44.5 mm)，為結構在吊裝后的合龍精度提供了保障。

綜上所述，由于船體結構相對甲板片結構較弱，船體吊裝時需要增加吊點數(shù)量降低船體吊裝時結構應力和減小船體變形。但是，對于質(zhì)量更大的船體板殼結構，往往吊機增加的吊點數(shù)量是有限的，同時也需增加大量的加強，將局部應力分散出去，達到降低結構應力和減小變形的效果。為此，找到可以同時增加很多吊點進行吊裝的方法是非常必要的。目前，船廠常用的辦法是使用吊排，圖5為在上海外高橋在建的鉆井船981船體分段合龍時使用的吊排，這種辦法便于施工，加強用料也很少，大大提高了吊裝效率，降低了工裝成本。

圖5 鉆井船981船體分段合龍時使用的吊排

3 結束語

船體分段吊裝工作是一項十分復雜而且又關系重大的工作，本文以某鉆井船分段吊裝為例，對船體吊裝吊點的特點進行了簡單的介紹，并且通過借鑒船廠吊裝經(jīng)驗提出了適合青島場地船體吊裝的吊點型式，同時也對這種吊點進行了強度校核，其安全性和可靠性是完全可以保證的，為以后船體吊裝中吊點的設計提供了合理性建議，希望能對以后船體分段順利、安全的吊裝有所助益。

[1] 吳中其, 馬慶蓮, 袁文林. 船體分段吊裝工藝[J].江蘇船舶，1990(2)：19-22.

Taking sectional-lifting for self-elevating drilling vessel as reference,the characteristics of padeyes is analyzed during lifting the hull-plate,which ensures the safty lifting for hull sheet construction.

hull-section;hull sheet;lifting;padeye

岳學(1985-)，男，內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，工程師，大學本科，主要從事海洋工程鋼結構建造工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.04.002

2017-02-21