1 500 t船排橫移區改造方案設計

摘" " 要：船排是一種適用于船舶維修時坐墩開展水下工程作業和建造下水前作業的設施。工廠現有1500t船排可用于中小型船舶上排維修，隨著質量及安全意識的不斷提升，對坐墩要求也日益提高。針對近年來某型船坐墩需求，本文通過對船排橫移區進行改造設計，確定改造方案，改造完成后可完全滿足對坐墩的質量及安全要求，且提高了船排的使用率，同時也對類似船排設施改造具有指導意義和借鑒作用。

關鍵詞：船排；橫移小車；坐墩；改造方案

中圖分類號：U662.2" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A

Modification Plan for 1 500 t Patent Slip’s Transverse Area

XIE Zhenwei1，" WU Zifeng2

（ 1. Guangzhou SouthChina Shipyard，" Guangzhou 510715;" 2. Guangdong Portamp;Shipping Group Science Research Co.， Ltd.， Guangzhou 510111 ）

Abstract： The patent slip is a facility suitable for carrying out underwater engineering on docking during ship maintenance and construction and pre-launch operations. Our factory’s existing 1 500 t patent slip can be used for the maintenance of small and medium-size ships. With the continuous improvement of the quality and safety awareness， the requirements for docking are also increasing， especially for certain types of ships that have been commissioned in large quantities in recent years. This paper determines the modification plan by meeting the modification requirements for the transverse area. After the modification is completed， it can fully meet the navy’s quality and safety requirements for docking， and improve the utilization rate of the patent slip at the same time， it can also be of guiding significance and reference to similar patent slip facilities.

Key words： patent slip; side sway trolley; docking; modification plan

1" " "引言

船排因其設備構成簡單、工藝成熟、操作性強、可靠性高等優點，廣泛應用于中小型船舶上墩、下水。船排設施建造初期通常是根據潛在目標船型進行設計，隨著時間的推移，目標船型可能發生變化。為了順應市場需求，提高船排利用率，因此有必要根據新的目標船型進行適應性改造。為了滿足修理大型工程船舶的要求，對斜架車進行了拉長改造[1]；結合中船西江造船公司千噸級下水滑道改造工程，提出了變坡搖架設計方案[2]；采用超聲波測厚法對某使用多年的船排的腐蝕情況進行檢測，并通過三維建模和有限元分析方法對船排斜架車承載強度進行全面分析，獲得各工況下的等效應力與變形云圖，得出評估及鑒定結果[3]，為改造工程奠定基礎。

工廠現擁有1 500 t船排1座，其基本工作流程為：縱移區斜架車將坐墩船舶拉出水面后，通過斜架車與橫移區接駁的路軌，可將坐墩出水后的船舶橫移至指定區域，實現船舶的靜態坐墩，以便開展水下工程檢查及修理工作。本船排橫移區域尺寸為89 m×90 m，設置有13組橫移軌道，每組軌道上架設橫移小車，軌道端部布置有牽引卷揚機，通過在橫移小車上布墩，待船舶坐墩后通過牽引橫移小車，可將坐墩船舶橫移至橫移區靜態坐墩，橫移區可同時停放多艘小型船舶，具有較高的經濟性和便捷性優勢。但對于中型船舶來說，該船排存在其自身的局限性，需針對船排的短板，對船排進行對應的改造，以充分發揮其優勢，創造效益。

2" " "改造需求

橫移區設有13組橫移軌道，軌道上架設橫移小車，因1996年建造時為適配某型船舶，軌道中間間距有5.0 m、6.0 m、6.2 m、7.0 m、7.2 m、7.6 m和8.5 m共7種規格，搭載的橫移小車尺寸為2354 mm×8000 mm，船排橫移區小車布置俯視示意圖如圖1示。為實現橫移功能，坐墩墩木只可布設在橫移小車上，導致可布設墩木的區域覆蓋率不足40%，船排橫移區布墩主視示意圖如圖2所示。

由于工廠歷年承修時需要上排的船型相對固定，多為U型船底，且一直在工廠定點維修，無在其它工廠駐塢修理的需求，沿用2套固定的上排布墩方案，墩木布設在橫移小車上，可對上一次坐墩部位除銹涂漆作業，滿足船舶維修保障要求。隨著對修理質量要求及修期管控的不斷提升，特別是近年某型船舶，固定位置布墩的設計會與其它維修工廠駐塢修理時坐墩位置沖突，且此型船為深V型船底，如按船排固有的布墩方式擺設墩木，所能擺放的墩木偏少，單位面積內墩木所承受的載荷已大于《艦船通用規范》[4]中關于塢墩載荷應不大于0.98 MPa的相關要求，現船排固有擺墩方式已不能滿足該型船舶的坐墩修理需求。

該型船舶艘次較多，有多家修理工廠可為其提供維修保養服務，目前該型船舶已全部進入修理期。工廠1500 t船排適合該型船舶修理，而且相較駐塢修理，具有同時駐修艘次多、經費低及可坐墩時間長等優點。為充分發揮船排效能，提升工廠產品競爭力，對船排橫移區改造需求日益增長。

因工廠船排適用范圍能覆蓋排水量1500 t及以下的船型，單體船型的龍骨墩擺放位置均為排車正中區域，但各船型的邊墩擺放位置是根據其船底強骨架位置來確定邊墩位置，無法確定邊墩與排車的相對位置。故此次改造只針對龍骨墩區域，對船排邊墩區域進行改造不具有通用性和經濟性。橫移車上表面的尺寸為2354 mm×8000 mm，設繪布墩方案時，通過調整排車與上排船的相對位置，在橫移車上避開上次坐墩區域擺放墩木，可滿足船底板油漆保養需求。

3" " "設計要求

為滿足某型船舶的駐排需求，最主要的矛盾點在于可布設墩木的區域覆蓋率不足，導致布設的墩木數量偏少，且會與上一次駐塢坐墩位置重合。為解決覆蓋率不足的問題，設計在橫移排車上鋪設一道強度足夠且可拆卸的鋼橫梁，即可滿足在鋼橫梁上任意位置布設墩木，使可布設龍骨墩墩木的區域覆蓋率達到100%。當設置好鋼橫梁后，13組橫移車的中間區域形成一個平面，即可按實際需求布墩，不僅可使墩木數量與尺寸滿足標準要求，同時也可根據上一次坐墩位置進行選擇合適的坐墩方案，滿足船底部位除銹保養涂漆的需求。以該型船舶的坐墩需求作為設計輸入，為確保滿足使用要求，鋼橫梁的設計應同時符合以下三個條件：

3.1" "鋼橫梁尺寸要求

該型船舶坐墩時，因球鼻艏和螺旋槳等水下附體低于船體基線而所需的坐墩基線高度不得低于1450 mm、橫移車自身高度650 mm、墩木高度為300 mm，綜合考慮該型船吃水深度和工廠附近水域潮水高度，則鋼橫梁所需的高度應約為500 mm～550 mm、寬度應匹配墩木長度為1000 mm。

3.2" "鋼橫梁重量要求

該型船舶排水量約為1400 t，船排的設計負載為1500 t，同時考慮上排坐墩時所需的輔材等，鋼橫梁的整體重量應不超過50 t。

3.3" "鋼橫梁強度要求

根據布墩圖，龍骨墩尺寸為600 mm×1200 mm，間隔1500 mm一個，共40個。出水時，依靠此40個龍骨墩承重，則平均單個墩承重約35 t。考慮設備布置實際情況導致重量分布不均勻，尾部機艙段按單個承重50 t計，取安全系數為2.0，則按單個墩承重100 t進行強度核驗，鋼橫梁的強度應能滿足承重100 t的墩木每隔1500 mm任意位置擺放的需求。

4" " 設計方案

4.1" "鋼橫梁尺寸設計

綜合設計鋼橫梁時應考慮重量、尺寸和強度要求，材料選用屈服強度不小于355 N/mm2的低合金高強度結構鋼。鋼橫梁采用雙工字鋼形式，面板使用t=30 mm的DH36鋼，腹板使用t=50 mm的EH36鋼，底板使用t=36 mm的EH36鋼；在鋼橫梁中間每間隔1200 mm設置1道t=10 mm的AH36鋼橫隔板，橫隔板面板使用10 mm×100 mm的AH36鋼。同時充分考慮鋼材利用率，鋼橫梁高度設定為566 mm，設計鋼橫梁的橫截面尺寸如圖3所示。

根據船排的實際情況，采用每兩個橫移車搭載一根鋼橫梁的方式，該型船舶共需使用11個橫移車，共需制作10段鋼橫梁，每段鋼橫梁長度由相鄰兩個橫移車的中心間距來確定，且為使用時方便鋼橫梁的安裝與拆卸，每2段鋼橫梁間預留50 mm間隙。最前段鋼橫梁因船底艏部負基線，為防止觸碰到負基線的船體，需降低鋼橫梁高度至366 mm，材料與其它尺寸與圖3類似。

4.2" "鋼橫梁重量核驗

根據該型船舶上排所需的11個橫移車的擺放位置，確定10段鋼橫梁的長度，總長度約為56 m，經計算，該10段鋼橫梁的總重量約為45 t，滿足設計要求的整體重量不超過50 t的需求。

4.3" "鋼橫梁強度及撓度核驗

采用通用有限元計算程序 MSC.PATRAN/NASTRAN對鋼橫梁結構作三維有限元強度直接計算分析。鋼橫梁的強度及撓度校核按GB 50 017-2003（鋼結構設計規范）[5]的相關規定和要求進行。

1）有限元模型

模型中采用板殼單元和梁單元進行建模，其中板殼單元模擬鋼橫梁上下面板、腹板和橫隔板，全部采用四邊形單元；梁單元模擬橫隔板的面板，且考慮構件的實際截面和偏心。板單元大小以150x150為基準，邊長比控制在1：3以內；梁單元依板單元的邊建立，其大小與板單元相適應。

2）邊界條件

由于從后往前第2號、5號、7號、10號橫移排車為主動排車，計算時需向此4個主動橫移排車處施加橫移牽引力，故此4個橫移排車處施加簡支約束δx=δz=0，其余橫移排車處施加簡支約束δx=δy=δz=0。

3）核驗時所考慮的荷載

（1）結構自重，取重力加速度為9.810 m/s2。

（2）每隔1500 mm布置木墩時的承載力。

每個木墩承重按100 t計算，受力面按600 mm×600 mm考慮（墩木寬度為600 mm，該型船平板龍骨寬度為600 mm），受力面內共20個節點，每個節點施加載荷49 050 N，故每個木墩所受載荷為49050 N×20=981000 N=100 t，見圖5。

（3）牽引橫移力。

除上述4個主動排車外，其余7個為從動排車，橫移路軌端部卷揚機通過牽引此4個主動排車，從而實現整艘坐墩船舶的橫移。橫移時，向4個主動橫移排車處施加牽引橫移力，根據牽引橫移卷揚機的功率，單個牽引力為12 t，取安全系數大于2，在橫移排車處的148個節點施加1700 N/個橫移力，則牽引單個橫移排車產生的橫移力為1700 N×148=251600 N=25.65 t，見圖6。

4）鋼橫梁應力計算結果

鋼橫梁均采用屈服強度不小于355 N/mm2的低合金高強度結構鋼，參考《鋼結構設計規范》中3.4設計指標的要求，許用應力對照Q345鋼進行選取，對應等效應力σe取為250 N/mm2，剪應力τ取為145 N/mm2。鋼橫梁各部件計算結果見表1。

對于每隔1500 mm布置木墩時的工況，取安全系數為2.0，每個木墩承重按100 t計算。最大計算應力發生在鋼橫梁上面板，等效應力值為160 N/mm2，剪應力值為92 N/mm2；其次為鋼橫梁腹板，等效應力值140 N/mm2，剪應力值為72 N/mm2。此工況下鋼橫梁結構的計算應力均小于許用應力，故鋼橫梁結構強度滿足要求。

5）鋼橫梁撓度計算結果

由圖7鋼橫梁變形云圖可知，該工況下最大變形值為4 mm，且發生在第一段最長的鋼橫梁上。第一段鋼橫梁在兩相鄰橫移排車的跨距為5 046 mm，最大撓度比約為1：1 262，小于《鋼結構設計規范》附錄A中變形容許值1/500的要求。

5" " 實際應用情況

由于此次改造只針對龍骨墩坐墩區域，為滿足該型船的坐墩需求，仍需在現有設施條件的前提下根據總體設計院設計的兩套方案重新設繪兩套專用的坐墩方案，既滿足《艦船通用規范》的要求，同時邊墩位置不與總體設計院設計方案沖突。工廠設計的坐墩方案得到相關方面認可。改造方案工程實施后，工廠已順利完成了多艘次該型船的上排修理作業，見圖8。

在本船排改造方案成功實施的基礎上，工廠借鑒文中所述改造方案對某防臺船排進行改造，通過對某型雙體船專用排車布墩位置加裝鋼橫梁，使其可適用于某特種單體船的特殊坐墩需求，滿足了基地對該型船的上排防臺需求。

6" " "結束語

本文以工廠1500 t船排橫移區為改造對象，以某型船舶的坐墩需求作為設計輸入，在滿足標準和規范的前提下，提出了改造的方法，并在不同項目獲得了成功，可為其他單位類似功能的船排適應性改造提供參考和借鑒。

參考文獻

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