船廠龍門吊整體運輸與安裝技術研究

隨著世界造船業向中國轉移，國內各個造船企業都在花巨資加大基礎建設及關鍵設備的采購，以便在造船市場占有一席之地。特別是一些手持訂單較多的造船企業通過增加龍門吊數量，從而減少在建船舶占用船塢的周期，以達到提高產能的目的。如何將龍門吊順利安裝在船塢上，又不影響船廠的正常生產，成為船廠采購此設備最為關心的問題，為此我公司開發出一種獨特的龍門吊整體運輸與安裝技術，其主要內容為：先將龍門吊上部結構（包括主梁、剛性腿、柔性腿三大部件）整體安裝在運輸駁船的總裝塔架上，然后運至船廠的船塢塢口，利用駁船自身的調載系統及潮汐變化，實現上部結構整體與事先擺放在碼頭的大車行走的對接，從而實現龍門吊的整體安裝，從下圖可以了解到該技術的特點。我公司為國內某大型船廠安裝龍門吊就采用了這種技術。

運輸龍門吊上部結構的駁船穩性計算與分析

該船廠龍門吊上部結構整體重量共計約2950噸，重心高約65.7米。用來運輸和安裝龍門吊的駁船主尺度為：船長128米，船寬40米，型深7.5米。為核準駁船是否滿足裝載要求，計算了龍門吊整體運輸時的穩性。根據航行水域，按中華人民共和國<船舶與海上設施法定檢驗規則>——內河船舶法定檢驗技術規則（2004）及2008年修改通報對長江A級航區船舶的穩性要求，并進行了自由液面影響修正。按規范要求核算了龍門吊整體運輸工況下的穩性，均滿足法規要求。其穩性計算結果如下：

龍門吊上部結構整體運輸受力分析及綁扎強度校核

1、上部結構受力分析

根據上海船舶運輸科學研究所五自由度運動耐波性計算程序，可以得出駁船運輸過程中龍門吊上部結構重心處的運輸加速度，橫向加速度ax＝0.338g（g為重力加速度），縱向加速度ay＝0.076g，垂向加速度az＝0.043g，由此計算出在運輸工況下該龍門吊上部結構所需的綁扎力，橫向力Fx＝10780KN，縱向力F y＝2200KN，垂向力F z＝30153KN。

2、綁扎件強度校核

1）上部結構的綁扎

如下圖示，上部結構的綁固點設置在龍門吊的主梁上。考慮到駁船在航行過程中存在中拱或中垂的現象，因此考慮將主梁剛性腿側橫向和縱向均剛性固定，柔性腿側僅橫向固定，縱向成自由狀態，從而使柔性腿支架處的應力得到有效釋放。因考慮海運時剛性腿側受外力比柔性腿側更偏于危險，僅對剛性腿側綁扎件進行強度校核。根據上部結構的受力分析以及綁扎件的設置情況，可以看出橫向力Fx作用在綁扎支座和綁扎抗剪板上，為便于計算，可認為3個綁扎件均分橫向力，縱向力Fy作用在綁扎支座來上，垂向力Fz作用在塔架頂部支座上。

本例中綁扎件的材料材質為Q345，其屈服極限σx＝345MPa，根據FEM規范（歐洲起重機設計規范），取安全系數n＝1.1，因此綁扎件的許用應力［σ］＝345/1.1＝313.6 MPa。根據以上受力分析，需校核綁扎支座、綁扎抗剪板、塔架頂部支座的強度。

2）綁扎支座強度校核

龍門吊上部結構整體安裝在總裝塔架上，部分橫向力和全部縱向力作用在綁扎支座上，根據有限元分析，該支座的最大應力為199.9291MPa＜［σ］，表明綁扎支座能夠滿足強度要求。

3）綁扎抗剪板強度校核

該抗剪板直接焊置在塔架頂部支座上，其規格為40×400×500，只需校核焊縫強度。焊縫參數：焊縫為坡口四周焊接，焊材為507焊條，焊腳高度hf＝16mm。焊縫熔敷金屬的抗拉強度σu ＝490 MPa，許用剪應力［τw］＝0.38×σu ＝186.2 MPa，抗剪板焊縫有效截面積Aweld＝180×1.6×0.7＝201.6 cm2 ，焊縫強度σh＝Fx/(3×Aweld)＝178.2 MPa＜［τw］，表明綁扎抗剪板滿足強度要求。

4）塔架頂部支座強度校核

龍門吊上部結構安裝在總裝塔架上，垂向力F z作用在頂部支座上，其傳力構件為兩側的腹板，其形式為兩塊板呈“V”形焊接，塔架頂部支座的主要受力點為支座內隔板，根據有限元分析，該隔板的最大應力為291MPa＜［σ］，表明塔架頂部支座能夠滿足強度要求。

上部結構整體現場安裝可行性分析

駁船壓載系統分析，該駁船有2臺900m2/h的壓載泵，每小時駁船的吃水變化ΔD＝2×900/(128×40×0.95)＝0.37m（0.95為駁船的方形系數），選擇每小時潮差變化在0.2米以內的時間段進行操作，這樣壓載速度大于潮汐變化，能滿足上部結構安裝要求。

結論

根據以上穩性計算、綁扎力校核、現場對位可行性分析，該駁船滿足龍門吊整機上岸要求，該項目已經實施，從此驗證了該技術是可行的，也為類似項目提供了很好的參考。（作者單位：上海振華重工股份有限公司）