利用囤船對大型打樁船樁架水面整體吊裝

徐素蘭　雷文濤

摘要：樁架是打樁船的主要部件，尺寸非常大，只能在合適的位置整體建造好，再安裝到打樁船上，利用碼頭囤船，在囤船上建造整個樁架，再下水到指定水域，利用3艘浮吊將樁架整體翻身再吊裝合攏，能有效地彌補船廠大型設施上的不足，解決了該船建造的關鍵技術，既提高了建造質量，也縮短了建造周期。

關鍵詞：囤船；樁架；整體吊裝；浮吊

1 引言

公司為上海某公司建造了一艘當時號稱“亞洲第一”的高性能打樁船，該船主要工作部件為一凈長度90m的樁架，可以打直徑2m，長度80m，重量150t的樁，鑒于第一次建造如此大型的鋼結構，并且還要將樁架安裝到主船體上。以公司當時的設備是不可能完成任務的，最后決定樁架在囤船上整體建造，下水后用三艘浮吊聯合吊裝。為保障樁架的安全吊裝，需要對船舶的穩性、樁架的重心等進行核算，確認吊裝時在安全范圍內。

2 樁架的重量、重心

樁架的重量、重心位置，如表1所列。

由圖3可見，該囤船的橫穩心高GM＝7530mm，橫穩心非常高，復原力矩很大，靜態橫穩性非常好，下水后安全穩定。

4 各起吊點受力分析

如圖1所示，B-B型雙耳吊耳位于平臺5和平臺6的軸線上，材料為A3，屈服極限σs=235MPa，由300t浮吊主鉤和付鉤先后著力，配合另外兩艘浮吊將樁架吊起，再空中翻身，最后再聯吊就位。根據廠內庫存鋼板的規格和平時起吊的經驗，結合樁架的結構，先將吊耳的大致尺寸設計好，再進行強度核算，這樣就比較簡單快捷，如圖4所示。

4.1 雙耳吊點強度分析

剛起吊時受力最大，按雙吊耳受力1225kN核算：

（1） 吊耳正應力

單只吊耳正應力最小截面積：A1＝22300mm2

單吊耳受力：F=1225/2=612.5kN

單吊耳正應力：σ=F/A1=612.5/22300=27.5MPa

取安全系數為8，則[σ]=235/8=29.4MPa

（2）切應力

單只吊耳切應力最小截面積：A2＝11150mm2

單吊耳受力：F=1225/2=612.5kN

單吊耳切應力：τ=F/A2=612.5/11150=55MPa

取安全系數為2.5，則[τ]=56.4MPa

（3） 雙耳吊點軸向分力的分析

因雙耳之間加了兩塊隔板，故雙耳可認為是一個整體，535.08KN的軸向分力（根據鋼絲繩的角度算出）即為焊縫側向剪力，焊縫的安全系數完全可以涵蓋之，可以不予核算。

4.2 吊點附近節點強度分析

采用Ф864管子加強內圈強度（兩道內圈帶板寬度取400mm）：

Ф864管子加強內圈橫截面和帶板截面A3＝168×20×2+200×14×2＝12320mm2

吊耳受力F=1225/2=612.5kN

σ=F/A3=612.5/12320=50MPa

取安全系數為2.5，則[σ]=σs/Ns=235/4=58.8MPa

4.3 焊縫強度分析

經過對單只吊耳環焊縫強度和與Ф864管子對接平臺管焊縫強度的計算，各焊縫強度遠大于許用強度。

4.4 起吊軸強度分析（材料為A3）

（1）垂向剪應力核算

F=1225kN/2=612.5kN

A=3.14×d2/4

F/A=612.5kN/（3.14×d2/4）≤141MPa

d≥74.4mm，實取d=150mm

則安全系數Ns=141/（612.5/3.14×752）=4

（2）軸向剪力核算

A4=3.14×150×10=4710mm2

F=535.08kN

τ=F/A=535.08/4710=114MPa<[τ]=0.6×235=141MPa

因安全系數太小，故軸端部再焊一φ170-150×20的環，以保證一定的安全系數。

4.5 單耳吊點強度分析（見圖5，材料為343MPa級）

（1）正應力

單只吊耳正應力最小截面積：A5＝18200mm2

單吊耳受力：F=735kN

單吊耳正應力：σ=F/A5=735/18200=40MPa

取安全系數為8，則[σ]=343/8=43MPa

（2）切應力

單只吊耳切應力最小截面積：A6＝9100mm2

單吊耳受力：F=735kN

單吊耳切應力：τ=F/A6=735/9100=81MPa

取安全系數為2.5，則[τ]=0.6×σs/Ns=82MPa

（3）吊點軸向分力的分析

為了防止軸向分力將吊耳損壞，吊耳側向分力一側再加兩塊20×300×300的肘板即可，且吊耳下角焊縫為一圓弧，承載軸向分力能力更好。

綜上所述，所有吊耳強度可靠，節點處加強強度可靠，焊縫承重能力遠大于其實際受力，吊點強度是有保障的。

5 吊樁架時打樁船的狀態

樁架吊裝后船的平均吃水增加200mm，具體浮態在吊樁時情況較為復雜偶然性較大，不必核算，只需核算起吊高度即可。

5.1 吊樁架時橫剖面（如圖6）

5.2 吊樁架時縱剖面（如圖7）

圖7 85米樁架三浮吊聯合翻身二次就位縱向視圖

6 施工時注意事項

（1）樁架制作完成后交輪機部門對兩個主軸承進行鏜孔作業。

（2）樁架兩個主軸采取先將軸承、軸承座等所有相關部件都安裝好，樁架吊裝到位后，擱在專門設計的軸承架上，然后按嚴格的焊接程序施焊，這樣就減少了一個對主軸承座鏜孔的工序，節省了資金和寶貴的時間。有專門的施工工藝解決此關鍵點。

（3）起吊索具要按規定選擇，還要考慮鋼絲繩的磨損程度。

（4）浮吊測力裝置準確有效，起吊時通過吊鉤測重裝置控制，雙耳吊點吊重不宜超過125t。

（5）雙耳吊耳160t副鉤至少承受該點處60%以上的力，因為用160t副鉤鋼絲繩夾角小，吊耳的側向分力小。

（6）起吊軸尾帽端（直徑170mm）應背軸向分力。

（7）在最小高度時翻身。

（8）翻身時φ762的管子靠吊耳附近用壓制的管包起來，防勒壞主管。

（9）起吊是觀察有多根鋼絲繩的起吊點，防止卡繩。

（10）起吊作業較復雜，請各浮吊和船舶按泊位圖就位，起吊工作由總指揮統一指揮。

7 小結

實踐表明，囤船浮態、強度均符合計算結果，較為理想。本方案經現場施工證實是一個安全、簡易、快速的方案，各項參數均在計算的安全范圍內，船舶下水、樁架整體吊裝均一次成功，對于中小型船廠，特別是基建規模小、基礎設施薄弱的船廠承建大尺度鋼結構是具有借鑒意義的。

參考文獻

［1］盛振邦，楊尚榮，陳雪深，船舶靜力學（修訂版）國防工業出版社，

1984

［2］劉鴻文 材料力學（第二版）高等教育出版社，1983

［3］范欽珊、王琪 工程力學高等教育出版社，2002