龍門吊起重機近海整體遷移技術研究及應用

杜振東 呂志遠

摘 要：對船塢水深不足、船寬不夠的龍門式起重機整機搬遷技術進行系統研究，通過側滑將龍門吊整機抬高2.5m，創新采用臺車接載的方式實現了龍門吊整機的裝卸船法。通過船舶穩性、總縱強度、結構有限元計算等分析計算，驗證了裝卸船及近海運輸狀態下的安全性。該技術已成功實施于大連大船重工大洋船廠龍門吊項目。

關鍵詞：門式起重機；整機裝卸船；整機抬高；臺車接載；首創技術；

中圖分類號：TH213.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）5-0044-03

隨著國內海工造船市場合并重組的加劇，及產業升級和環保等要求的提高，一些位于城區的船廠開始逐步外移甚至外遷；而龍門式起重機（以下稱龍門吊）作為船廠主力和重資產，被改造和遷移也成為勢在必行的動作。龍門吊因其外形尺寸大、質量重、質心高的特性，遷移時若先拆分運輸、再拼裝則存在拆解的風險，舊結構再拼裝的不可預知性以及時間、場地占用等種種風險，成本有時甚至接近或超過新機成本。上海振華重工憑借多年起重機整機遠洋運輸的軟硬實力，為了協助用戶解決上述困難，開拓新的市場，對龍門吊起重機近海整體遷移技術進行了專項研究。本文結合大連大船重工400t龍門吊整機遷移項目介紹一種新的龍門吊整機場內或近海遷移技術。

1 項目概述

本項目為大連船舶重工集團有限公司下屬大洋場區龍門吊整機遷移，從2#船塢遷移至改造后的1#船塢側指定軌道，且須整機轉180度。如圖1所示；運輸船采用“振華31”，總布置圖如圖2。

2 基本參數

龍門吊門架結構主要由箱型單主梁、T字箱型剛性腿、人字型柔性腿和行走機構四大部分組成。

2.1 龍門吊主要參數

自重：2830 t

軌距：132 m

基距：32 m

大車寬度：49.33m

主梁下高度：85 m

2.2 運輸船主要參數

總長：234.9m

型寬：43m

型深：13.5m

設計吃水：8.5m

甲板面積：165x43m2

載重噸：54000 t

3 項目特點及解決辦法

3.1 運輸船舶的選擇

龍門吊軌距132m，大車寬度49.33m，要求整機裝卸船：即運輸船有效甲板面積至少要達到135m × 50m。另，船塢碼頭前沿水深經實測為-6m，且水下為混凝土半永久式建筑物，不能通過挖泥的方式增加水深；這意味著運輸船裝載龍門吊后，最大吃水要小于6m。同時，整機滾裝裝卸船的方式和碼頭5.5m的標高，要求運輸船型是型深在11.5-12m之間甲板運輸船。能同時滿足上述要求的大型運輸船或駁船鳳毛麟角且成本極高。

通過分析碼頭、龍門吊及運輸船參數，選擇“振華31”作為運輸船。但“振華31”型深13.5m，即使吃水控制在5.8m左右，甲板面仍然比船塢碼頭面高出2.2m；另外，“振華31”船寬比龍門吊大車寬度少約6.33m，也是需要解決的問題。

3.2 難點一：整機抬高

經過實際壓載實驗和反復計算論證，“振華31”在裝載龍門吊后滿足穩性要求的最小吃水為5.8m，意味著“振華31”甲板面比船塢碼頭面高出2.2m，加上船上分載軌道高，約為2.75m。滾裝滾卸要求岸上軌道和船上軌道表面高低差不超過300mm，如何解決2.75m的高低差成為了項目最大的難點。

常規千斤頂頂升將龍門吊整機抬高的方式在考慮以下幾個因素后被否決：①龍門吊建造時是現場總裝的，塢墻強度不能滿足頂升的要求；加之項目施工時，碼頭土建改造已經開始，龍門吊承軌梁兩側已經開挖，進一步降低了碼頭強度；②龍門吊因其柔性腿鉸點連接的特殊性，頂升存在較大風險。經過反復考慮和論證，設計采用了斜坡軌的方式，將龍門吊整機側滑至2.5m高的臨時軌道上；世界范圍內首次實現通過側滑方式將龍門吊整機抬高2.5m的案例。

如圖3，設計了單根總長約185m的斜坡軌道（共兩組），采用卷揚機、滑車系統牽引的方式，利用龍門吊自己的大車行走，僅耗時約12小時，就將龍門吊從其軌道面側滑上至2.5m高的臨時軌道上；如圖4為抬高2.5m后的龍門吊。

3.3 難點二：臺車接載

龍門吊整機抬高2.5m后，可以達到整機裝、卸船的技術要求；但 “振華31”船寬僅僅43m，意味著龍門吊大車有6.33m是懸在船舷外，船體需要加寬6.33m。另外，因龍門吊要求卸船后整機轉向180°，即“振華31”左舷靠泊裝船，右舷再次靠泊卸船，要求船體加寬部分在海運和靠泊2種狀態下均滿足強度要求，經估算，船體加寬部分至少用鋼約300t，還須“振華31”進塢完成施工，而整個加寬從設計到施工還須全部報CCS審核，綜合考慮發現成本高且費時費力。如何在不加寬的前提下實現整機裝卸船，且轉向180°成為了本項的另一個難點。

最終創新的采用過橋挑梁，臺車接載的設計形式，巧妙解決船寬問題，節省了船體結構加寬的巨大時間和經濟成本。

設計在龍門吊左舷側（裝船靠船側）提前鋪排3根軌道，在龍門吊左舷側的剛、柔腿Ⅰ級平衡梁下安裝挑梁，待龍門吊整機大部分上船后，在挑梁下安裝400T液壓頂升臺車，然后將龍門吊左舷側頂升，使得大車超寬部分脫離過橋梁；液壓臺車安裝完成后，繼續在其兩側安裝600t千斤頂組件，以作保險，做好龍門吊大車防轉措施后，移走剛性梁。如圖5。

卸船時，保持臺車頂升狀態，使得龍門吊左舷側大車部分懸空，利用臺車車輪向陸側（右舷側）滾動約8m后，降下液壓臺車使得龍門吊大車全部坐落于“振華31”分載軌道上，然后拆除液壓臺車和挑梁，利用龍門吊大車本身繼續完成卸船。如圖6、圖7。

4 相關計算

4.1 穩性與總縱強度計算

“振華31”輪于2#塢裝載龍門吊后航行至塢外進行掉頭，再靠回1#塢，途徑航線為近海航區，根據《國內航行海船法定檢驗技術規則》2011，對“振華31”運輸龍門吊進行了穩性校核，結果符合規范要求。圖8為“振華31”裝載龍門吊后，航行至塢外進行掉頭作業。

4.2 “振華31”甲板強度計算

采用Patran和Nastran軟件進行船體建模和有限元分析，分析龍門吊整機裝、卸及運輸過程中的各個工況下甲板強度。剛性腿下甲板模型如圖9。

強度校核采用《中國船級社鋼制海船入級規范（2015）》，經計算，剛性腿下甲板強度在2種極端工況下應力結果如表1。

除甲板計算為，還涉及到如軌道梁計算、挑梁計算、過橋梁，防轉結構計算，甲板局部強度計算等一些列計算；另外，還對龍門吊的部分結構進行建模計算，結果全部滿足規范要求，并經CCSI審核批準，本文不再一一贅述。

4.3 海運中船舶慣性力

船舶運動響應計算采用荷蘭Amarcon BV公司開發的OCTOPUS-Office耐波性計算軟件。軟件在頻域范圍內進行運動響應分析，其中附加質量、阻尼系數以及船體上的波浪擾動力采用二維切片理論計算。計算采用的船舶表面模型由四邊形平面單元組成。得到的船舶運動響應結果如表2、表3。

4.4 海運綁扎計算

考慮海運加速度及風載荷后，龍門吊在近海運輸工況下，海綁力計算如圖10、圖11。

5 結語

針對水深不足，船寬不足的舊龍門吊遷移工作，本設計首創提出了整機抬高，臺車接載的創新性龍門吊整機裝卸船方法。通過理論計算和實際施工控制，最終實現了大船重工船廠龍門吊的整機遷移。雖然本項目運輸航線僅在船廠附件水域，但所有計算是基于近海航區條件下的，對近海龍門吊遷移項目同樣適用，為今后同類項目奠定了理論和實踐的基礎。

參考文獻：

[1] 盛振邦，楊尚榮，陳雪深. 船舶靜力學[M].上海：上海交通大學出版社，1992.

[2] 盛振邦，劉應中. 船舶原理[M].上海：上海交通大學出版社，2003.

[3] 中國海事局.國內航行海船法定檢驗技術規則[S].北京：人民交通出版社，2011.

[4] 中國船級社.鋼質海船入級級規范[S].北京：人民交通出版社，2015.

[5] BMT. Global Wave Statistics Online.2015