11.4萬t油船居室總段吊裝撐桿強度校核及分析

劉 濤，孫 良，蔣 江

(江蘇新世紀造船有限公司，江蘇靖江 214548)

11.4萬t油船居室總段吊裝撐桿強度校核及分析

劉 濤，孫 良，蔣 江

(江蘇新世紀造船有限公司，江蘇靖江 214548)

11.4萬t油船居室總段在碼頭用浮吊吊裝過程中，對專用撐桿進行計算校核及有限元分析，為超寬上層建筑總段在完成內舾后進行整體吊裝的可行性提供理論支持，方案可用來指導大型上層建筑吊裝的設計及優化。文中的計算分析表明該撐桿設計方案可行，結構滿足強度要求。

油船;上層建筑;撐捍;整體吊裝;強度

1 11.4萬t油船主要概況

11.4萬t油船的主要量度為:總長為250 m，兩柱間長為240 m，型寬為44 m，設計吃水和結構吃水均為14.8 m，主機功率為15 820 kW，服務航速為15 kn，續航力為15 000n mile。本船為帶球鼻首傾斜式首柱，尾球方形尾;貨艙區設雙層、雙底及1道中縱艙壁;貨油艙區由油密縱橫艙壁分隔為12個貨油艙，貨油艙和機泵艙間設一隔離艙，作為污油艙或殘油艙。貨艙區設有6對壓載水艙。泵艙、機艙及甲板室位于尾部，機艙上方為6層居室，機艙后為3層甲板室及煙囪。11.4萬t油船總布置圖如圖1所示。

本船居室總段在舾裝碼頭采用浮吊整體吊裝。該總段長 19.26 m，寬 44.0 m，高 16.30 m(不包括雷達桅高度)，結構僅外圍壁上下貫通。除最下層外，內外裝修全部結束，整段重約710 t。受浮吊吊臂高度限制，擔心吊裝時因鋼索分力使結構變形而損害室內裝修，為此，設計了專用撐桿以分解對總段吊裝時鋼索產生的橫向擠壓分力。本文主要對撐桿結構設計和強度校核進行分析。

2 撐桿結構形式及吊裝纜索的布置

在主船體、上層建筑高度和浮吊吊臂高度一定的情況下，鋼索長度將受限制。經計算，鋼索與吊耳聯接處的水平交角約為65°。按此角度吊裝，鋼索對總段產生的橫向分力約為1 200 kN，此力將使總段前后壁板彎曲從而破壞內部裝修，因此，必須減小或分解鋼索的橫向分力，其結構形式如圖2～圖5所示。

3 總段撐桿強度校核

總段吊運過程分為3個步驟:

①浮吊將居室總段由碼頭吊起升高;

②浮吊吊運總段在江面上移動約500 m距離，到達主船體處;

③在主船體處落鉤，合攏。

考慮到進行吊運步驟②時可能的額外動載荷因素，在計算時，整體結構重量增加20%的裕度，結構安全系數取為2.0。為確保每一步驟安全吊裝，對撐桿進行了規范和有限元計算。

3.1 計算載荷

式中:G為上層建筑整體重量，G=710 t;g為重力加速度，g=9.81 N/kgf;u 為安全系數，μ =1.2。

為簡化計算取P=8 360 kN。

結構鋼材的應力許用值見表1。

圖2 撐桿布置圖

圖3 撐桿橫向結構圖

圖4 撐桿縱向結構圖

圖5 浮吊吊裝時鋼纜張角示意圖

3.2 根據 API(American Petroleum Institute)規范校核撐桿強度

3.2.1 軸向應力Fa計算

按API規范中支柱屈曲要求，許用軸向壓應力Fa按下面公式計算:

表1 結構鋼材的應力許用值

3.2.2 彎曲應力Fb計算

按API規范，許用彎曲應力Fb按下式計算:

式中:D為管徑，D=377 mm;Fy為屈服強度，Fy=235 MPa;t為管壁厚，t=16 mm。

計算得 Fb=176.3 MPa。

3.2.3 軸向應力與彎曲應力共同作用

在軸向應力與彎曲應力共同作用時，需滿足下面公式:

式中:η為交互檢驗系數;fbx為X向彎曲應力，fbx=45.2 MPa;fby為 Y 向彎曲應力，fby=20.0 MPa;fa為軸向應力，fa=21.15 MPa。

η =0.43≤1.0，撐桿強度滿足要求。

3.3 有限元結果

3.3.1 計算模型

因分析重點在吊耳附近結構和支撐框架，所以模型只建立B甲板以上結構。加載時，通過增加重力加速度使整個模型重量達到8 360 kN。邊界條件取起重船吊鉤處，吊索用桿單元建模;支撐框架用梁單元建模，上建各層甲板及圍壁用板單元，甲板及圍壁上骨材用梁單元建模，吊耳、支撐結構附件骨材腹板用板單元建模。

3.3.2 計算結果

有限元分析結果見表2。

4 結語

綜述以上校核及分析的結果，吊運時結構強度能夠滿足要求。事實證明，經吊裝過程觀察和吊裝后對上層建筑結構及內室裝修情況檢查，總段基本未出現位移變形，達到預定效果。因此對于超寬結構較弱的上層建筑在提升高度受一定限制時，通過增設撐桿進行整體吊裝這一設計方案是可行的。

U661.43

B

2011-11-05

劉濤(1968-)，男，助理工程師，主要從事船舶工藝設計;

孫良(1970-)，男，助理工程師，主要從事船體結構設計;蔣江(1973-)，男，助理工程師，主要從事船體結構設計。

表2 有限元分析結果