上層建筑整體吊裝方案設計

魏 斌 馬 娟 顧根南

（江蘇聯合職業技術學院 無錫交通分院，江蘇無錫 214151）

船舶上層建筑是船舶中最大、最主要的航行指揮、生活居住模塊，它集最先進的通訊導航系統、無線電控制、電子指揮、生活起居、餐飲、娛樂、醫療等于一體，是一個相當考究、重要的模塊，它對船員良好的休息、船舶的安全可靠航行起到積極的作用，因此船東對上層建筑的建造過程要求很高。上層建筑整體分段的重量大、尺度大、剛性小，這使得上層建筑的整體吊裝變得更加困難，因此設計合理的吊裝方案并對上層建筑結構進行必要的有限元強度分析是保證吊裝順利完成的重要依據。

本文以80米甲板貨運輸船中典型的上層建筑的完整性吊裝進行研究。

1 上層建筑描述及建模

1.1 上層建筑結構

（1）散貨船上層建筑基本結構如圖1—4 所示。

1.2 上層建筑幾何建模及網格劃分

1.2.1 上層建筑幾何建模

利用MSC.Patran對船體結構主要構件建立三維有限元模型，坐標系統采用右手坐標系，X 軸以船艏方向為正方向，Y 軸以左舷方向為正方向，Z軸以船高方向為正方向，如圖5所示

圖1 C甲板結構圖

圖2 D 甲板結構圖

有限元計算模型進行了適當的簡化，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處理。整個有限元計算模型共有59280個節點，67090個單元。有限元計算模型如圖6、圖7所示，有限元計算模型的材料參數，材料的彈性模量E=2.1e+11Pa，泊松比ν=0.3，質量密度為ρ=7850kg／m3。

圖3 A 甲板結構

圖4 駕駛甲板結構圖

圖5 上層建筑有限元模型示意圖

1.2.2 上層建筑局部加強

在有限元模型中，對原結構模型進行了如下加強：

（1）吊碼厚度為50mm；

（2）吊碼下側壁厚度在高度方向上1.2米范圍內加厚為30mm。

模型加強如圖6所示。

（3）對該上層建筑的吊耳設計如圖8、9所示

1.2.3 上層吊裝載荷

（1）模型質量分布。

上層建筑包括船體、舾裝、輪機、電氣各部件的總重量約為530t。

圖6 駕駛甲板吊碼下側壁加強

圖7 機艙棚結構吊碼下側壁加強

通過定義全船結構有限元模型中構件單元的尺寸和密度完成上層建筑結構模型的質量分布，其余的上建總段、輪機、電氣等重量則以分布力的形式施加到相應的甲板（主要為A＼B＼C＼D 四層甲板）。

圖8 上層建筑吊耳安裝示意圖1

圖9 上層建筑吊耳安裝示意圖2

以質量形式直接施加到有限元模型的約為474噸（考慮吊碼及附近區域加強）。

以分布力形式施加到相應甲板上的質量約為64噸（部分舾裝、輪機、電氣質量折算到船體結構中）。

考慮起吊瞬間的加速影響，施加慣性載荷時，重力加速度在型深方向取。

（2）模型重心分布。

有限元模型的質量計算見表1。

表1 有限元模型質量統計

由表1可知，在有限元模型的坐標系下模型的重心列為表2：

表2 有限元模型重心坐標

上層建筑實際重心見表3。

模型坐標原點在FR39的主甲板中線上，由上表估算的重心的船長方向坐標為X= -8455mm。

表3 上層建筑實際重心分布表

因此有限元的質量模型實際模型的重心位置（船長方向）基本符合。

1.2.4 模型約束

對各個吊碼與鋼絲繩的連接點施加了線位移約束。模型約束如圖11、圖12所示。

圖11 艏吊點約束圖

圖12 艉吊點約束圖

2 吊裝方案的確定

上層建筑整體最終的吊裝簡圖如圖9所示。

吊裝方案說明：

（1）總重量約為530t，因此采用兩臺吊機聯吊，吊機中心線相距14975mm。

（2）共設置四個吊點，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。

A 為吊機？兩臺副吊下的吊排中間的吊點；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兩臺副吊下的吊排中間的吊點；

圖13 上層建筑吊裝簡圖

3 結 語

本文就上層建筑的完整性吊裝進行研究，通過應用有限元技術對上層建筑在吊裝過程中的各種狀態進行系統性分析，通過計算找出結構易變形的部位，并對變形較大的區域進行合理的修改或加強，優化吊裝方案，使結構的變形量控制在各專業要求的范圍內。

1 馬愛軍，周傳月等.Patran和Nastran有限元分析［M］.清華大學出版社，2005

2 龔恢.大型上層建筑的整體吊裝［J］.船舶，1999（3）：27～31

3 楊永謙，黃貽平等.29000t貨船上層建筑整體吊裝應力與變形計算［J］.武漢交通科技大學學報，1994（3）：301～306

4 沈士林.魯班號多用途船上層建筑整體吊裝［J］造船技術，1982

5 畢鴻信，唐洪元.關于船舶上層建筑吊裝的幾個問題［J］.造船技術，1983：41～45