11.4万t油船居室总段吊装撑杆强度校核及分析

刘 涛，孙 良，蒋 江

(江苏新世纪造船有限公司，江苏靖江 214548)

11.4万t油船居室总段吊装撑杆强度校核及分析

刘 涛，孙 良，蒋 江

(江苏新世纪造船有限公司，江苏靖江 214548)

11.4万t油船居室总段在码头用浮吊吊装过程中，对专用撑杆进行计算校核及有限元分析，为超宽上层建筑总段在完成内舾后进行整体吊装的可行性提供理论支持，方案可用来指导大型上层建筑吊装的设计及优化。文中的计算分析表明该撑杆设计方案可行，结构满足强度要求。

油船;上层建筑;撑扞;整体吊装;强度

1 11.4万t油船主要概况

11.4万t油船的主要量度为:总长为250 m，两柱间长为240 m，型宽为44 m，设计吃水和结构吃水均为14.8 m，主机功率为15 820 kW，服务航速为15 kn，续航力为15 000n mile。本船为带球鼻首倾斜式首柱，尾球方形尾;货舱区设双层、双底及1道中纵舱壁;货油舱区由油密纵横舱壁分隔为12个货油舱，货油舱和机泵舱间设一隔离舱，作为污油舱或残油舱。货舱区设有6对压载水舱。泵舱、机舱及甲板室位于尾部，机舱上方为6层居室，机舱后为3层甲板室及烟囱。11.4万t油船总布置图如图1所示。

本船居室总段在舾装码头采用浮吊整体吊装。该总段长 19.26 m，宽 44.0 m，高 16.30 m(不包括雷达桅高度)，结构仅外围壁上下贯通。除最下层外，内外装修全部结束，整段重约710 t。受浮吊吊臂高度限制，担心吊装时因钢索分力使结构变形而损害室内装修，为此，设计了专用撑杆以分解对总段吊装时钢索产生的横向挤压分力。本文主要对撑杆结构设计和强度校核进行分析。

2 撑杆结构形式及吊装缆索的布置

在主船体、上层建筑高度和浮吊吊臂高度一定的情况下，钢索长度将受限制。经计算，钢索与吊耳联接处的水平交角约为65°。按此角度吊装，钢索对总段产生的横向分力约为1 200 kN，此力将使总段前后壁板弯曲从而破坏内部装修，因此，必须减小或分解钢索的横向分力，其结构形式如图2～图5所示。

3 总段撑杆强度校核

总段吊运过程分为3个步骤:

①浮吊将居室总段由码头吊起升高;

②浮吊吊运总段在江面上移动约500 m距离，到达主船体处;

③在主船体处落钩，合拢。

考虑到进行吊运步骤②时可能的额外动载荷因素，在计算时，整体结构重量增加20%的裕度，结构安全系数取为2.0。为确保每一步骤安全吊装，对撑杆进行了规范和有限元计算。

3.1 计算载荷

式中:G为上层建筑整体重量，G=710 t;g为重力加速度，g=9.81 N/kgf;u 为安全系数，μ =1.2。

为简化计算取P=8 360 kN。

结构钢材的应力许用值见表1。

图2 撑杆布置图

图3 撑杆横向结构图

图4 撑杆纵向结构图

图5 浮吊吊装时钢缆张角示意图

3.2 根据 API(American Petroleum Institute)规范校核撑杆强度

3.2.1 轴向应力Fa计算

按API规范中支柱屈曲要求，许用轴向压应力Fa按下面公式计算:

表1 结构钢材的应力许用值

3.2.2 弯曲应力Fb计算

按API规范，许用弯曲应力Fb按下式计算:

式中:D为管径，D=377 mm;Fy为屈服强度，Fy=235 MPa;t为管壁厚，t=16 mm。

计算得 Fb=176.3 MPa。

3.2.3 轴向应力与弯曲应力共同作用

在轴向应力与弯曲应力共同作用时，需满足下面公式:

式中:η为交互检验系数;fbx为X向弯曲应力，fbx=45.2 MPa;fby为 Y 向弯曲应力，fby=20.0 MPa;fa为轴向应力，fa=21.15 MPa。

η =0.43≤1.0，撑杆强度满足要求。

3.3 有限元结果

3.3.1 计算模型

因分析重点在吊耳附近结构和支撑框架，所以模型只建立B甲板以上结构。加载时，通过增加重力加速度使整个模型重量达到8 360 kN。边界条件取起重船吊钩处，吊索用杆单元建模;支撑框架用梁单元建模，上建各层甲板及围壁用板单元，甲板及围壁上骨材用梁单元建模，吊耳、支撑结构附件骨材腹板用板单元建模。

3.3.2 计算结果

有限元分析结果见表2。

4 结语

综述以上校核及分析的结果，吊运时结构强度能够满足要求。事实证明，经吊装过程观察和吊装后对上层建筑结构及内室装修情况检查，总段基本未出现位移变形，达到预定效果。因此对于超宽结构较弱的上层建筑在提升高度受一定限制时，通过增设撑杆进行整体吊装这一设计方案是可行的。

U661.43

B

2011-11-05

刘涛(1968-)，男，助理工程师，主要从事船舶工艺设计;

孙良(1970-)，男，助理工程师，主要从事船体结构设计;蒋江(1973-)，男，助理工程师，主要从事船体结构设计。

表2 有限元分析结果