92 500 DWT散貨船上層建筑聯吊方案設計

(浙江海洋學院 船舶與建筑工程學院，浙江 舟山 316000)

隨著船舶大型化以及預舾裝程度的提高，上層建筑整體分段的尺寸、重量越來越大，剛性越來越小，整體吊裝難度問題更加突出。上層建筑整體吊裝方案與船廠吊裝能力密切相關，吊裝方案應考慮充分利用現有的吊裝條件以實現大型分段的整體吊裝[1-4]。在充分考慮實際吊裝能力的前提下，對92 500 DWT散貨船上層建筑整體吊裝進行整體聯吊方案設計，并驗證該方案的可行性。

1 上層建筑有限元計算模型

1.1 上層建筑結構簡介

92 500 DWT散貨船上層建筑總段有六層甲板和一個煙囪，甲板包括A、B、C、D甲板、駕駛甲板以及羅經甲板。整個上層建筑長21.32 m，寬37.56 m，高19.50 m。上層建筑各甲板采用橫骨架式，結構采用普通碳素鋼。

1.2 有限元模型

利用MSC.Patran有限元軟件[5]對船體結構主要構件建立三維有限元模型：采用板殼單元模擬上層建筑的甲板與各層平臺及其下圍壁、腹板高度大于350 mm的扶強材；采用梁單元模擬腹板高度小于350 mm的骨材和較大扶強材的面板以及甲板開孔邊緣的面板等；對有限元計算模型進行適當簡化，模型中忽略了尺寸較小的肘板，并對圍壁上的小開口采用板厚折算。有限元模型見圖1。

圖1 上層建筑有限元模型

單元尺寸近似為一個肋距。駕駛甲板的吊耳區域單元細分見圖2。

圖2 駕駛甲板的吊耳區域單元細分

煙囪的吊耳區域單元細分見圖3，細分區域的單元尺寸近似為1/10個肋距。

圖3 煙囪的吊耳區域單元細分

1.3 吊裝載荷

上層建筑包括船體、舾裝、輪機、電氣各部件，總重量約為476 t，以質量形式直接施加到有限元模型上。其中舾裝、輪機、電氣質量折算到船體結構中。

對各個吊耳與鋼絲繩的連接點施加線位移約束。考慮起吊過程中的瞬間慣性力，重力加速度取為1.1g，即為10.78 m/s2。

2 吊裝條件

92 500 DWT散貨船建造船廠擁有400 t龍門吊兩臺，龍門吊、吊牌技術參數見表1。

表1 起吊設備技術參數

3 吊裝方案的初步設計

按照船廠的起吊能力，吊裝采用2臺400 t龍門吊聯的方式進行，吊裝方案說明如下。

1) 兩臺吊機聯吊，吊機中心線相距14.975 m；

2) 共設置4個吊點，分別為左舷艏吊點A、右舷艏吊點B、左舷艉吊點C、右舷艉吊點D。其中艏吊點位于靠近船艏一端的駕駛甲板上，艉吊點位于靠近船艉一端煙囪區域的C甲板上；

3)A為吊機Ⅰ、兩臺副吊下的吊牌中間的吊點；B為吊機Ⅰ、主吊的吊鉤；C為吊機Ⅱ、主吊的吊鉤；D為吊機Ⅱ、兩臺副吊下的吊牌中間的吊點。

吊裝方案見圖4、5。

圖4 駕駛甲板吊點設置

圖5 C甲板吊點設置

在該方案中，對吊碼區域板厚進行局部加強，在吊碼區域附近的甲板與側壁連接位置處增加加強肘板，對A甲板從側壁向兩端延伸部分增加支撐構件控制其變形，在機艙棚甲板及前端壁與B甲板及后端壁之間增加支撐構件以保證變形控制。具體加強方案因為篇幅所限，不予介紹。在上述吊裝方案設計及一定的加強措施條件下，驗證該聯吊方案的可行性。

4 主吊、副吊承載計算

約束點處鋼絲繩的拉力計算如下。

(1)

式中：FX、FY、FZ——約束點沿3個坐標方向的約束力，直接通過計算軟件讀取。

連接各鋼絲繩的吊點對應的承載F采用如下公式進行計算。

(2)

由于Fi并不在同一方向，應用式(2)計算的吊點承載大于實際鋼絲繩的載荷合成結果。

吊牌自重：15 t，索具共計2 t。

副吊承載Q1：

Q1=吊點承載+索具重力+吊牌重力

主吊承載Q2：

Q2=吊點承載+索具重力

龍門吊承載Q3；

Q=Q1+Q2。

經過計算，各龍門吊構件承載匯總見表2、表3。

顯然該聯吊方案能夠滿足各龍門吊各構件的承載極限，能夠應用于工程實際。

表2 龍門吊I各構件承載匯總

表3 龍門吊Π各構件承載匯總

5 結論

對92 500 DWT散貨船上層建筑整體聯吊方案的數值模擬表明，合理的吊裝方案能夠實現重量大于單件吊裝設備承載極限的大型分段的整體吊裝，該設計思路能有效降低不具備大型起吊設備的中小型船廠的船舶建造成本。

[1] 袁紅莉，蔡振雄，陳章蘭. 53 000 DWT散貨船上層建筑整體吊裝工藝設計[J].船舶工程，2009,31(2)：1-3.

[2] 葉家瑋，吳學仁，王勇毅.2.9萬t貨船上層建筑吊裝內舾裝的安全性分析[J].華南理工大學學報:自然科學版，1997(7):139-143.

[3] 張延昌，王自力，羅廣恩．船舶上層建筑整體吊裝強度有限元分析[J]．船舶工程，2006，28(3)：62-65．

[4] 黃興群.上層建筑完整性整體吊裝工藝研究[D].上海：上海交通大學，2008.

[5] 馬愛軍，周傳月，王 旭．Patran 和Nastran有限元分析專業教程[M]．北京：清華大學出版社，2005．