船舶重型管支架設(shè)計要點

王 柱

（大連中遠海運重工有限公司，遼寧大連 116113）

0 引言

近些年各種海洋工程項目興起，相關(guān)船型的新制和改裝也隨之火熱，如浮式生產(chǎn)儲油設(shè)備（Floating Production Storage and Offloading，簡稱：FPSO）、自升式海工平臺等。這類船型功能多樣化，因此船上的功能設(shè)備繁多，管路系統(tǒng)復(fù)雜，其中大型管路系統(tǒng)（如貨油系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等）在初始泵壓試驗和后期正常運行時，由于管內(nèi)液體流動從而帶動管系在止動點處產(chǎn)生巨大的支反力，這些位置的管支架需要設(shè)計很強的結(jié)構(gòu)形式才能保護管路穩(wěn)定運行，這些管支架被稱為重型管支架。

本文通過對各種類型的重型管支架進行歸類和結(jié)構(gòu)分析，研究如何根據(jù)現(xiàn)場實際管路布置情況，進行有效的重型管支架的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計，以達到減重結(jié)構(gòu)、節(jié)約人力和節(jié)省成本的目的。本文止動點的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案已進行實際應(yīng)用并獲得認可。

1 管路系統(tǒng)的止動點

整套管路系統(tǒng)的支撐點布置形式見表1。當支撐點是固定支撐的形式（同時固定

F

、

F

、

F

、

M

、

M

、

M

）或者導向支撐的組合形式（同時固定

F

、

F

、

F

）的時候被稱作止動點，其他形式的支撐點則被成為非止動點。

表1 管路系統(tǒng)支撐點形式說明

一般在整套管路系統(tǒng)的起始點、轉(zhuǎn)彎處及中間適當位置布置止動點，止動點處的支反力很大，需要設(shè)置重型管支架；而非止動點處的管支架只需能支撐住管路及液體的重量即可，不需要很強結(jié)構(gòu)，在本文中不做研究。

圖1顯示的是某段管路系統(tǒng)的支撐點布置，其中支撐點6535即為止動點，其他則為普通的非止動點。

圖1 某段管路系統(tǒng)支撐點設(shè)置圖

3 重型管支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

重型管支架是根據(jù)管路系統(tǒng)的止動點布置而設(shè)置的，考慮管路支反力大小方向、周圍強結(jié)構(gòu)情況及管支架設(shè)置空間等，設(shè)計出不同形式的重型管支架，可歸類為以下幾種：一般獨立式管支架、特殊獨立式管支架、多點支撐式管支架和多止動點式管支架。

3.1 一般獨立式管支架

一般情況下，管路高度至少在2 m以上，在周圍沒有強結(jié)構(gòu)的情況下，管支架需要自主獨立生根，所以結(jié)構(gòu)形式基本為瘦高型。圖2即為一般獨立式管支架的常見形式。

圖2 一般結(jié)構(gòu)式管支架

3.1.1 結(jié)構(gòu)端部放大

管支架的結(jié)構(gòu)端部是應(yīng)力較大的區(qū)域，所以盡可能對端部進行放大結(jié)構(gòu)形式設(shè)計，如端部加肘板、加斜支撐等方式，從而增大根部的剖面模數(shù)，以抵抗傳遞到端部的力和彎矩。如圖3所示，典型管支架采用加端部肘板的方式。

圖3 結(jié)構(gòu)端部放大

3.1.2 結(jié)構(gòu)對應(yīng)加強

當確定了管支架的布置后，在管支架設(shè)計初期，一定要考慮所在位置的原船強結(jié)構(gòu)，盡量在強結(jié)構(gòu)附近生根，將力最終傳遞到強結(jié)構(gòu)上。若所在位置沒有強結(jié)構(gòu)，一定要注意保護原船結(jié)構(gòu)，因為傳遞的力和彎矩會對管支架和原船結(jié)構(gòu)造成很大的破壞，這時需要做對應(yīng)加強。如圖4所示，管支架充分利用了原船甲板下的強筋和艙壁結(jié)構(gòu)，避免再次做反面加強結(jié)構(gòu)，省時省力又節(jié)省成本。

圖4 管支架對應(yīng)加強

3.1.3 結(jié)構(gòu)頂部止動點結(jié)構(gòu)

管路與管支架的連結(jié)是通過止動點結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的，此結(jié)構(gòu)分為2個部分：一部分在管支架結(jié)構(gòu)頂部，由高強度加厚板拼接而成，如圖5所示；一部分焊接在管路上，具體結(jié)構(gòu)形式如圖6所示，此部分結(jié)構(gòu)一定要前后2面都設(shè)置，這樣才能更好地將管路的支反力傳遞到整個管支架結(jié)構(gòu)上，消除因為結(jié)構(gòu)不對稱、不合理而造成的麻煩。

圖5 止動點結(jié)構(gòu)（管支架部分）

圖6 止動點結(jié)構(gòu)（管路部分）

圖7為工程中實際應(yīng)用的止動點結(jié)構(gòu)，在安裝過程中會出現(xiàn)一個常見的工藝問題，即止動點的 2部分結(jié)構(gòu)裝配對接很難實現(xiàn)，這時需要預(yù)留裝配間隙，當對接完成后，將剩余的間隙用相應(yīng)厚度的墊板來填充。

圖7 止動點結(jié)構(gòu)實物圖

3.2 特殊獨立式管支架

當管路傳遞的支反力達到百噸級左右的時候，一般獨立式的管支架的整個結(jié)構(gòu)基本失效，需要設(shè)計更強的特殊獨立式管支架，此種管支架形式一般為漸變墩式管支架，如圖8所示。

圖8 特殊獨立式管支架

3.3 多點支撐式管支架

當周邊有強結(jié)構(gòu)時，要充分考慮管支架周邊強結(jié)構(gòu)物，在允許依托的情況下盡量依托，增加管支架的支撐點，從而減少支架的自由端，這對管支架結(jié)構(gòu)有質(zhì)的幫助，可以大幅精簡支架結(jié)構(gòu)，見圖9。

圖9 多支撐點式管支架

3.4 多止動點式管支架

由于管路密集且平行，一個位置的管支架可能要承擔多套管路系統(tǒng)的支撐任務(wù)，所以要盡量避免多個應(yīng)力較大的止動點放在同一個支架上，分散止動點布置；若不能避免，需為設(shè)置管支架的區(qū)域留出足夠空間，以便日后做加強處理。如圖10所示。

圖10 多止動點結(jié)構(gòu)式

4 結(jié)論

在管支架布置確定后，結(jié)合管路支反力的等級以及周邊的原船環(huán)境來確定管支架的結(jié)構(gòu)形式。在設(shè)計過程中依據(jù)現(xiàn)場實際空間及主要支反力的方向來確定斜支撐的布置，在條件允許的情況下盡量借助原船強結(jié)構(gòu)來增加管支架的支撐點，進而減少支架的自由端。與此同時對于原船結(jié)構(gòu)的保護也不能忽略。另外，管支架頂部的止動點結(jié)構(gòu)也能對以后其他管支架的設(shè)計起到借鑒作用。