一種雙臂架起重船承樁超大型單樁的吊梁系統(tǒng)

肖時駿

1 概述

如今，海上風(fēng)電施工超大型單樁直徑越來越大，鋼樁重量也相應(yīng)持續(xù)增加，在這樣的背景下，能夠順利完成海上單樁沉樁作業(yè)任務(wù)的大噸位船舶數(shù)量越來越緊缺，由此，展開相關(guān)研究，使現(xiàn)有大型噸位起重船的性能得到進一步拓展是十分必要的，是一項迫在眉睫的任務(wù)。根據(jù)市場調(diào)研以及考證查閱相關(guān)資料，本文提出了基于國內(nèi)2400 噸雙臂固定吊起重船“三航風(fēng)范”進行的科學(xué)合理改進，研究滿足大噸位船舶單樁起吊的吊梁系統(tǒng)，并且輔之以專門的吊裝工具，以更好的保障吊裝的可靠性、安全性以及高效性。

2 設(shè)計一種雙臂架起重船承樁超大型單樁的吊梁系統(tǒng)的背景

與海上風(fēng)電的超大型單樁直徑的不斷增大相適應(yīng)，相關(guān)的鋼樁重量也在不斷加大，海上單樁沉樁任務(wù)十分繁重，但能夠完成該任務(wù)的船舶卻十分緊缺，為了在保證經(jīng)濟效益的同時保障作業(yè)效率，就有必要對公司已有的大型起重船進行進一步的性能拓展。[1]本文在經(jīng)過大量市場調(diào)研以及資料查閱、分析論證的基礎(chǔ)上，以公司現(xiàn)有的2400 噸大噸位雙臂固定吊起重船“三航風(fēng)范”實施合理改進，以優(yōu)化提升相關(guān)性能，需要設(shè)計制作出一套滿足1000 噸單樁起吊的吊梁系統(tǒng)。本文研究主要解決的問題包括三個方面：

第一，有效解決了奉賢海上風(fēng)電場以及江蘇如東風(fēng)電場7米及以上單樁的施工問題；

第二，提高了企業(yè)自有設(shè)備的利用效率；

第三，有效降低了項目部施工成本。[2]

在優(yōu)化研究過程中，考慮到現(xiàn)有奉賢海上風(fēng)電場項目位于奉賢區(qū)杭州灣北部海域，本項目擬安裝32 臺裝機容量6.45MW風(fēng)力發(fā)電機組。與之配套的單樁基礎(chǔ)鋼管樁與風(fēng)機塔筒連接處外徑7.0m，水中部分通過錐形段過渡到8.0m，樁身壁厚為70～80mm，平均樁長約73m。因此本次考慮制作的吊梁系統(tǒng)至少要能夠滿足7m 以上超大型單樁的要求，同時為了保證吊梁系統(tǒng)的長期適應(yīng)性，還需要盡可能的增加鋼樁直徑，以便于原本應(yīng)用于海上吊裝施工的“三航風(fēng)范”能夠適應(yīng)起吊2000 噸海上單樁的沉樁能力，使其在海上風(fēng)電施工中的應(yīng)用范圍得到拓展、使用性能得到全面優(yōu)化。

3 設(shè)計吊梁系統(tǒng)的形式結(jié)構(gòu)（圖1）

圖1 雙臂架變幅式起重船結(jié)構(gòu)圖

“三航風(fēng)范”是一艘雙臂架起重船，它配有4 只600 噸的主吊鉤，且雙臂吊鉤中心距離為19.8 米。因為單主吊鉤不能夠滿足吊重的實際需要，所以必須要使新的吊梁系統(tǒng)設(shè)計滿足將雙臂架的兩個吊鉤同時使用并且滿足安全工作負荷的目標。吊梁系統(tǒng)采用前后鉤用扁擔梁的方式連接，合成一點；左右兩個扁擔梁合成受力點通過一根主梁連接；主梁上設(shè)置3 組翻樁用吊耳；一個吊錘專用吊耳用于掛打樁錘用。主梁長度23.36 米，寬度2.5 米，高度6 米，扁擔梁長度5.7 米，寬度2 米，高度2.1 米，合計自重約200 噸。[3]主吊鉤拆除原鉤頭，將滑輪組通過過渡吊耳與吊梁聯(lián)接為一體式整體，降低吊鉤高度以更好的適應(yīng)超大型單樁樁長的要求。設(shè)計吊梁長度為23.36 米，并且滿足雙臂吊鉤中心距19.8 米。

除此以外，設(shè)置三種不同間距的吊點來適應(yīng)不同口徑的單樁需要。通過后續(xù)對吊梁的受力情況進行分析，在原有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行了更加細化的優(yōu)化設(shè)計，在確保吊梁安全性的前提下，使吊梁自重降低，各吊點的中心距離為8.4m±1.6m，設(shè)計出能夠滿足多種單樁直徑需要的吊梁。

“三航風(fēng)范”是一艘雙臂架變幅式起重船配有4 只600 噸主吊鉤，雙臂吊鉤中心距為19.8 米。由于單主吊鉤無法滿足吊重的要求，因此吊梁系統(tǒng)必須起到將雙臂架的4 個吊鉤同時使用且滿足安全工作負荷。

本吊梁吸收先進理念和思想，主要有兩個平衡梁和一根主梁組成。平衡梁的上方共有四組銷孔，分別對應(yīng)（接）風(fēng)范號2400 噸浮吊的四個主鉤——主鉤的吊鉤應(yīng)拆除。安裝時，注意前后方向。有吊籠的在浮吊的內(nèi)側(cè)即近后鉤。平衡梁的下方由轉(zhuǎn)動銷軸連接主梁，當浮吊臂架在前撲或后收的過程中，可通過前后鉤的上升或下降進行調(diào)節(jié)平衡。吊梁的主梁下方共設(shè)七個吊耳，中間吊耳的額定載荷為800 噸，兩旁對稱的各吊耳額定載荷均為1100 噸。吊梁配有液壓自動系統(tǒng)可以實現(xiàn)中間吊耳銷軸的自動抽拉脫扣。

4 吊梁系統(tǒng)受力計算

工況1：翻樁工況

設(shè)計樁總載荷:SWL=2200T

吊梁計算重量200T，（其中吊具自重250T，拆除吊鉤重量13*4=52，總體等效動滑問題輪組下重量為2200+250-52=2398T＜2400T），樁載荷通過主梁下部兩耳板作用在主梁上，為了保證力流線性,圖中及計算中,所有重量施加點位于主梁吊樁耳板處位置，單點加載數(shù)值（2200+200）/2=1200T。

整體受力簡化圖如圖2。

圖2

工況2：吊錘打樁工況：設(shè)計錘總載荷:SWL=800T

吊梁計算重量200T，（同上其中吊具自重250T，拆除吊鉤重量13*4=52 等效計算重量250-52=198，按200T 計算）樁載荷通過主梁下部一處耳板作用在主梁上，為了保證力流線性,圖中及計算中,所有重量施加點位于主梁吊樁耳板處位置，單點加載數(shù)值（800+200）/1=1000T 整體受力簡化圖如圖3。

圖3

注：工況1 翻樁工況受力全面覆蓋 工況2 吊錘打樁工況，因此主界面強度校核按工況1 翻樁工況載荷。

綜上：根據(jù)上述吊梁受力簡圖做相應(yīng)的吊梁的整體強度，整體穩(wěn)定性，吊耳強度等作相應(yīng)校核。

校核計算在上述載荷基礎(chǔ)上按CCS 規(guī)范考慮：起升系數(shù)1.1，作業(yè)系數(shù)1.05。

5 應(yīng)用效果及推廣應(yīng)用前景

5.1 使用效果

本吊梁自制作完畢至今已在奉賢海上風(fēng)電項目風(fēng)機安裝及基礎(chǔ)工程目完成25 根單樁的起吊和承樁作業(yè)，提高了我公司自有船舶的施工能力，為我公司后續(xù)施工項目作出了一定的設(shè)備保障，緩解了海上單樁沉樁任務(wù)的船舶供需矛盾。

5.2 應(yīng)用前景

隨著本吊梁系統(tǒng)在項目施工中的不斷使用，將來還將不斷的應(yīng)用到更大的8-10M口徑的單樁中，同時未來吊梁將不斷地的無線遙控單元，實現(xiàn)吊梁自身的遠程發(fā)電機遙控啟動、遠程銷軸脫扣，為更安全更高效的施工提供保障。

6 雙臂架起重船承樁超大型單樁的吊梁系統(tǒng)的實施效果

通過雙臂架起重船承樁超大型單樁的吊梁系統(tǒng)在奉賢海上風(fēng)電項目風(fēng)機安裝及基礎(chǔ)工程目完成25 根單樁的起吊和承樁作業(yè)實踐應(yīng)用情況來看，該吊梁系統(tǒng)設(shè)計極大的提高了企業(yè)自有船舶的施工能力，極大的緩解了當前我國海上單樁沉樁任務(wù)對于大噸位起重船舶提出的迫切需要，并且為企業(yè)后續(xù)施工項目的順利開展提供了一定的設(shè)備保障，降低了現(xiàn)有船舶閑置而造成極大的經(jīng)濟損失，提高了船舶的性能，可見該吊梁系統(tǒng)設(shè)計為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。

結(jié)束語

綜上所述，本次基于“三航風(fēng)范”進行的單樁吊梁的設(shè)計制作，很好的使船舶滿足當前沉樁施工需要，大大提升了企業(yè)自有船舶的施工能力，同時還達到了節(jié)省施工成本，推動項目順利進行的目的。