結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)在85000DWT散貨船中的應(yīng)用

黃建軍 王正銳 范相威 羅維明

摘 ? ?要：本文以我司在建的85000DWT散貨船為例，分析現(xiàn)有船體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出一種結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)的方法。它在船舶建造過(guò)程中，不需要增加輔助吊碼，而是通過(guò)吊環(huán)直接在這些吊點(diǎn)位置固定來(lái)進(jìn)行翻身等吊裝作業(yè)。本文對(duì)結(jié)構(gòu)化吊點(diǎn)布置方案進(jìn)行計(jì)算分析，論證其可行性，并在實(shí)船上得到應(yīng)用，證實(shí)結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)方法安全可行，具有實(shí)際應(yīng)用及推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)化；吊點(diǎn)；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；降本增效

中圖分類號(hào)：U673.2 ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Application of ?Permanent Structured Lifting Point

in 85 000 Bulk Carrier

Huang Jianjun1 ， ?Wang Zhengrui 2， ?Fan Xiangwei 1， ?Luo Weiming 2

（ 1.CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Company Limited， ?Guangzhou 510715;

2. Guangzhou Interstellar Offshore Engineering Company Limited， ?Guangzhou 511462 ）

Abstract： Taking the 85 000 DWT bulk carrier under construction as an example， this paper analyzes the characteristics of the existing hull structure and puts forward a method of structured permanent lifting point. In the process of ship construction， it is not necessary to add auxiliary lifting-lug， but directly fix the lifting rings at these lifting points to carry out lifting operations such as turning over. This paper puts forward the structural lifting point arrangement， calculates and analyzes to demonstrate its feasibility， and applies it to the real ship to prove that the structural permanent lifting point method is safe and effective， which has practical application and certain promotion value.

Key words： Structured; ?Lifting points; ?Structural strength; ?Cost decreasing and benefit increasing

1 ? ? 前言

在船舶建造過(guò)程中，建造廠會(huì)根據(jù)自身廠區(qū)的設(shè)備能力來(lái)策劃建造流程，梳理一套符合自身建造能力且能快速高效建造的工藝文件，并根據(jù)船舶的結(jié)構(gòu)型式特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行綜合考慮。

常規(guī)的單殼散貨船的結(jié)構(gòu)型式為：雙層底；底邊艙；舷側(cè)肋骨；頂邊艙；艙口圍。在分段劃分時(shí)，通常是根據(jù)區(qū)域的結(jié)構(gòu)型式來(lái)劃分分段，分段劃分后為了降低分段內(nèi)施工難度，提高施工效率，會(huì)將分段劃為若干組件來(lái)進(jìn)行建造，組件與組件間組合為一個(gè)分段；而組件的翻身、合攏都是通過(guò)后續(xù)的焊接吊耳進(jìn)行輔助操作，翻身和合攏完后需要切割這些吊耳，然后對(duì)焊接區(qū)域批磨處理。此方法工作量大、且效率低、人工成本高，作業(yè)時(shí)也存在一定的安全隱患。

為了改善上述問(wèn)題，本文提出一種結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)的方法，分析現(xiàn)有船舶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在船體結(jié)構(gòu)中設(shè)置永久吊點(diǎn)，替代后期建造過(guò)程中使用的輔助吊碼，盡可能的減少建造過(guò)程中使用的輔助吊碼數(shù)量，而且這些永久吊點(diǎn)既不需要拆除，也不存在打磨，從而在一定程度上達(dá)到降本增效的目的。

本文以我司在建的85 000 DWT散貨船為例，根據(jù)85000 DWT散貨船結(jié)構(gòu)特點(diǎn)提出結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)布置方案，計(jì)算分析其可行性，最后應(yīng)用到實(shí)船上，實(shí)踐證明這種結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)方法安全有效。

2 ? ? 結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)布置方案

2.1 ? ?船體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

船體結(jié)構(gòu)本身具有如下特點(diǎn)：

（1）具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，能夠抵抗外力的作用；

（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的一些小開孔（如流水孔、透氣孔等）不會(huì)影響結(jié)構(gòu)本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；

（3）貨艙區(qū)域結(jié)構(gòu)最小板厚12 mm，能承受的荷載足夠大；

基于上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以設(shè)想：

（1）將本身存在的流水孔或者透氣孔進(jìn)行適當(dāng)改造，保證起吊重量合適，理論上是可以作為吊點(diǎn)使用的；

（2）在沒(méi)有合適的流水孔/透氣孔的位置，在不影響結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度的情況下，額外增開合適大小的開孔作為吊點(diǎn)使用；

（3）在一些不影響船舶美觀以及船東使用的位置（如雙層底處），在原結(jié)構(gòu)上增加重板，可以承受更大的荷載。

2.2 .結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)方案

基于上述設(shè)想，結(jié)合85 000 DWT散貨船結(jié)構(gòu)情況，擬在該船實(shí)施兩種結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)方案：

（1）底/頂邊艙強(qiáng)框結(jié)構(gòu)化吊點(diǎn)方案

底/頂邊艙強(qiáng)框結(jié)構(gòu)化吊點(diǎn)，主要用于強(qiáng)框自身的起吊作業(yè)，具體布置如下：

在底邊艙強(qiáng)框靠近雙層底位置額外增設(shè)1個(gè)直徑30 mm的開孔作為結(jié)構(gòu)化吊點(diǎn)；在頂邊艙強(qiáng)框靠近貨艙側(cè)增設(shè)2個(gè)直徑30 mm的開孔作為結(jié)構(gòu)化吊點(diǎn)，如圖1所示。

（2）雙層底分段結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)方案

雙層底分段結(jié)構(gòu)化吊點(diǎn)，作為雙層底分段平吊以及翻身輔吊使用。在雙層底實(shí)肋板上，對(duì)原流水孔進(jìn)行改造作為吊點(diǎn)使用，每個(gè)雙層底分段設(shè)2個(gè)直徑80 mm的吊點(diǎn)。以本船207分段為例，施工時(shí)為了保證焊接質(zhì)量及施工舒適性，雙層底分段先以內(nèi)底板為基面建造組件01A，內(nèi)底板拼板后安裝縱橫框架結(jié)構(gòu)，最后進(jìn)行焊接內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)，如圖2所示。但是整個(gè)分段是以外板為基面建造，01A組件需要整體翻身后落在外板上，然后將框架結(jié)構(gòu)與外板焊接，這樣才能保證此焊接形式為普通角焊。通過(guò)此種建造方式，保證了整個(gè)分段的焊接形式為普通平角焊及局部立焊，無(wú)仰焊；在組件翻身時(shí)，結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)替代原有翻身輔吊進(jìn)行吊裝，吊裝后不用拆除，可直接落在結(jié)構(gòu)艙壁上。吊點(diǎn)布置如圖3所示。

3 ? ?結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)可行性論證

3.1 ? 底/頂邊艙強(qiáng)框結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)

底/頂邊艙強(qiáng)框結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)僅用于自身起吊作業(yè)，底邊艙強(qiáng)框重量約2.3 t，頂邊艙強(qiáng)框重量約3.0 t，起吊重量小，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求對(duì)吊點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)度分析。

根據(jù)強(qiáng)框的重量及吊裝過(guò)程中可能單耳吊，取計(jì)算負(fù)荷P=40 kN、動(dòng)力放大系數(shù)1.15、安全系數(shù) 2.5考慮；板厚按強(qiáng)框?qū)嶋H最小板厚t1=12 mm、吊眼距邊a1=50 mm、材料屈服極限σs=235 Mpa、吊點(diǎn)半徑φ=30 mm考慮，計(jì)算校核剪切強(qiáng)度和擠壓強(qiáng)度（不考慮側(cè)向力）：

3.1.1 剪應(yīng)力校核

（1）許用剪應(yīng)力

[τ] =0.6*[σ]=0.6*94=56.4 Mpa

（2）吊點(diǎn)最大剪應(yīng)力

τmax=1 000*f*P/Asmin=1 000*1.15*40/（2*50*12）=38.33 Mpa，滿足要求。

3.1.2 ?擠壓應(yīng)力校核

（1）許用擠壓應(yīng)力

[σp]=1.5*[σ]=1.5*94=141 Mpa

（2）吊點(diǎn)擠壓應(yīng)力

σp=1 000*f*P/Ap=1 000*1.15*40/（30*12）=127.78 Mpa，滿足要求。

3.2 ? 雙層底分段結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)

本文以207分段為例，對(duì)01A組件進(jìn)行吊裝仿真模擬，分析結(jié)構(gòu)化吊點(diǎn)是否滿足強(qiáng)度要求，并確定重板厚度；分段范圍為縱向（x軸）FR141-100～FR155+120、橫向（Y軸）±6 930 mmm、垂向從船底到內(nèi)底。

3.2.1有限元模型

有限元模型使用DNV/Genie軟件完成。板厚、材質(zhì)按實(shí)際模擬，板、T型梁、加強(qiáng)筋肘板、吊耳等用殼單元模擬，球扁鋼、扁鋼等次要結(jié)構(gòu)用梁?jiǎn)卧M；鋼絲繩用桿元模擬，通過(guò)設(shè)置桿元端部鉸接（HINGES）屬性，保證桿元只承受軸向拉力，殼單元網(wǎng)格尺寸取100 mmx 100 mm。有限元模型示意圖，如圖4所示。

3.2.2 邊界條件

在肋位FR141、FR153與縱桁BL6/-6處四個(gè)位置基線處，設(shè)置水平彈簧約束，保證模型在模擬吊裝分析中的穩(wěn)定性。水平彈簧剛度，分別為X方向10000 [N/mm]、Y方向10000 [N/mm]；另外，吊鉤點(diǎn)處設(shè)置固定約束，包括平動(dòng)方向（X、Y、Z）和轉(zhuǎn)角方向（X、Y、Z）固定約束。模型邊界條件，如圖5所示。

3.2.3 ?載荷

01A組件吊裝過(guò)程中，主要載荷來(lái)自于船體分段結(jié)構(gòu)重量，計(jì)算僅考慮自重載荷的影響，其他載荷（如風(fēng)力等）均不予考慮。

分段吊裝結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析中，結(jié)構(gòu)自重包括內(nèi)底板、縱桁等所有主要結(jié)構(gòu)；次要結(jié)構(gòu)等重量由分析軟件SESAM/ Genie自動(dòng)產(chǎn)生。由于模型簡(jiǎn)化以及不完整性等因素，有限元模型結(jié)構(gòu)自重為65.876 t，而實(shí)際01 A組件預(yù)估重量為72 t，因此本計(jì)算載荷因子取10%，保證模型重量與實(shí)際分段重量匹配。

3.2.4 吊裝工況

本文僅分析結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)強(qiáng)度，由于01A組件吊裝作業(yè)翻身過(guò)程中，結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)僅輔助翻身，基本不受力，所以吊裝作業(yè)過(guò)程中平吊時(shí)結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)受力最惡劣，因此計(jì)算吊裝工況僅考慮平吊作業(yè)情況，并且吊裝過(guò)程中保證鋼絲繩始終垂直，不產(chǎn)生側(cè)向載荷。

參照GL Noble Denton指南要求，在吊裝過(guò)程中結(jié)構(gòu)的重量考慮1.10倍的重量重心修正系數(shù)；另外，按照吊裝物體的重量范圍和吊裝環(huán)境的不同，應(yīng)考慮不同的吊裝動(dòng)力放大系數(shù)。01A組件總重預(yù)估為72 t，吊裝環(huán)境為陸地移動(dòng)吊裝，參照指南要求，吊裝重量小于100 t、吊裝環(huán)境為陸地移動(dòng)吊裝的情況，動(dòng)力放大系數(shù)選用1.15，此外針對(duì)校核吊耳結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，載荷放大系數(shù)額外再增加至1.30。

（1）基本載荷工況

基本載荷只有1個(gè)，即結(jié)構(gòu)自重，如表1所示。

（2）吊裝組合工況

分為2種組合工況：基本載荷組合工況（工況CC1）和吊耳結(jié)構(gòu)校核組合工況（工況CC2），如表2所示。

4 ? ?計(jì)算結(jié)果分析

計(jì)算參照《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》（2018）要求，安全系數(shù)取1.25。分析結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)強(qiáng)度滿足規(guī)范要求，如表3所示。

5 ? ? 結(jié)束語(yǔ)

本文提出一種結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)的方法，通過(guò)船體結(jié)構(gòu)形式的自身特點(diǎn)設(shè)置一種結(jié)構(gòu)化永久吊點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)為永久形式，不再拆除。在船舶建造過(guò)程中，不需要增加輔助吊碼，使用時(shí)通過(guò)吊環(huán)直接在結(jié)構(gòu)自身吊孔位置固定，然后進(jìn)行翻身等吊裝作業(yè)。此方法簡(jiǎn)易、運(yùn)輸方便、結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、靈活性高，并能降低一定的安全隱患。

吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)化永久技術(shù)在我司在建的85000 DWT散貨船上首次應(yīng)用并取得初期成果。通過(guò)吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)化，節(jié)約分段片體吊裝使用的338個(gè)A型吊碼的下料、裝、焊、拆、磨等消耗成本，但對(duì)起吊重量以及吊裝方式有所限制，今后應(yīng)進(jìn)一步深化應(yīng)用，降低輔助吊碼的使用數(shù)量，實(shí)現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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經(jīng)濟(jì)研究院，2013.