利用囤船对大型打桩船桩架水面整体吊装

徐素兰　雷文涛

摘要：桩架是打桩船的主要部件，尺寸非常大，只能在合适的位置整体建造好，再安装到打桩船上，利用码头囤船，在囤船上建造整个桩架，再下水到指定水域，利用3艘浮吊将桩架整体翻身再吊装合拢，能有效地弥补船厂大型设施上的不足，解决了该船建造的关键技术，既提高了建造质量，也缩短了建造周期。

關键词：囤船；桩架；整体吊装；浮吊

1 引言

公司为上海某公司建造了一艘当时号称“亚洲第一”的高性能打桩船，该船主要工作部件为一净长度90m的桩架，可以打直径2m，长度80m，重量150t的桩，鉴于第一次建造如此大型的钢结构，并且还要将桩架安装到主船体上。以公司当时的设备是不可能完成任务的，最后决定桩架在囤船上整体建造，下水后用三艘浮吊联合吊装。为保障桩架的安全吊装，需要对船舶的稳性、桩架的重心等进行核算，确认吊装时在安全范围内。

2 桩架的重量、重心

桩架的重量、重心位置，如表1所列。

由图3可见，该囤船的横稳心高GM＝7530mm，横稳心非常高，复原力矩很大，静态横稳性非常好，下水后安全稳定。

4 各起吊点受力分析

如图1所示，B-B型双耳吊耳位于平台5和平台6的轴线上，材料为A3，屈服极限σs=235MPa，由300t浮吊主钩和付钩先后着力，配合另外两艘浮吊将桩架吊起，再空中翻身，最后再联吊就位。根据厂内库存钢板的规格和平时起吊的经验，结合桩架的结构，先将吊耳的大致尺寸设计好，再进行强度核算，这样就比较简单快捷，如图4所示。

4.1 双耳吊点强度分析

刚起吊时受力最大，按双吊耳受力1225kN核算：

（1） 吊耳正应力

单只吊耳正应力最小截面积：A1＝22300mm2

单吊耳受力：F=1225/2=612.5kN

单吊耳正应力：σ=F/A1=612.5/22300=27.5MPa

取安全系数为8，则[σ]=235/8=29.4MPa

（2）切应力

单只吊耳切应力最小截面积：A2＝11150mm2

单吊耳受力：F=1225/2=612.5kN

单吊耳切应力：τ=F/A2=612.5/11150=55MPa

取安全系数为2.5，则[τ]=56.4MPa

（3） 双耳吊点轴向分力的分析

因双耳之间加了两块隔板，故双耳可认为是一个整体，535.08KN的轴向分力（根据钢丝绳的角度算出）即为焊缝侧向剪力，焊缝的安全系数完全可以涵盖之，可以不予核算。

4.2 吊点附近节点强度分析

采用Ф864管子加强内圈强度（两道内圈带板宽度取400mm）：

Ф864管子加强内圈横截面和带板截面A3＝168×20×2+200×14×2＝12320mm2

吊耳受力F=1225/2=612.5kN

σ=F/A3=612.5/12320=50MPa

取安全系数为2.5，则[σ]=σs/Ns=235/4=58.8MPa

4.3 焊缝强度分析

经过对单只吊耳环焊缝强度和与Ф864管子对接平台管焊缝强度的计算，各焊缝强度远大于许用强度。

4.4 起吊轴强度分析（材料为A3）

（1）垂向剪应力核算

F=1225kN/2=612.5kN

A=3.14×d2/4

F/A=612.5kN/（3.14×d2/4）≤141MPa

d≥74.4mm，实取d=150mm

则安全系数Ns=141/（612.5/3.14×752）=4

（2）轴向剪力核算

A4=3.14×150×10=4710mm2

F=535.08kN

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

因安全系数太小，故轴端部再焊一φ170-150×20的环，以保证一定的安全系数。

4.5 单耳吊点强度分析（见图5，材料为343MPa级）

（1）正应力

单只吊耳正应力最小截面积：A5＝18200mm2

单吊耳受力：F=735kN

单吊耳正应力：σ=F/A5=735/18200=40MPa

取安全系数为8，则[σ]=343/8=43MPa

（2）切应力

单只吊耳切应力最小截面积：A6＝9100mm2

单吊耳受力：F=735kN

单吊耳切应力：τ=F/A6=735/9100=81MPa

取安全系数为2.5，则[τ]=0.6×σs/Ns=82MPa

（3）吊点轴向分力的分析

为了防止轴向分力将吊耳损坏，吊耳侧向分力一侧再加两块20×300×300的肘板即可，且吊耳下角焊缝为一圆弧，承载轴向分力能力更好。

综上所述，所有吊耳强度可靠，节点处加强强度可靠，焊缝承重能力远大于其实际受力，吊点强度是有保障的。

5 吊桩架时打桩船的状态

桩架吊装后船的平均吃水增加200mm，具体浮态在吊桩时情况较为复杂偶然性较大，不必核算，只需核算起吊高度即可。

5.1 吊桩架时横剖面（如图6）

5.2 吊桩架时纵剖面（如图7）

图7 85米桩架三浮吊联合翻身二次就位纵向视图

6 施工时注意事项

（1）桩架制作完成后交轮机部门对两个主轴承进行镗孔作业。

（2）桩架两个主轴采取先将轴承、轴承座等所有相关部件都安装好，桩架吊装到位后，搁在专门设计的轴承架上，然后按严格的焊接程序施焊，这样就减少了一个对主轴承座镗孔的工序，节省了资金和宝贵的时间。有专门的施工工艺解决此关键点。

（3）起吊索具要按规定选择，还要考虑钢丝绳的磨损程度。

（4）浮吊测力装置准确有效，起吊时通过吊钩测重装置控制，双耳吊点吊重不宜超过125t。

（5）双耳吊耳160t副钩至少承受该点处60%以上的力，因为用160t副钩钢丝绳夹角小，吊耳的侧向分力小。

（6）起吊轴尾帽端（直径170mm）应背轴向分力。

（7）在最小高度时翻身。

（8）翻身时φ762的管子靠吊耳附近用压制的管包起来，防勒坏主管。

（9）起吊是观察有多根钢丝绳的起吊点，防止卡绳。

（10）起吊作业较复杂，请各浮吊和船舶按泊位图就位，起吊工作由总指挥统一指挥。

7 小结

实践表明，囤船浮态、强度均符合计算结果，较为理想。本方案经现场施工证实是一个安全、简易、快速的方案，各项参数均在计算的安全范围内，船舶下水、桩架整体吊装均一次成功，对于中小型船厂，特别是基建规模小、基础设施薄弱的船厂承建大尺度钢结构是具有借鉴意义的。

参考文献

［1］盛振邦，杨尚荣，陈雪深，船舶静力学（修订版）国防工业出版社，

1984

［2］刘鸿文 材料力学（第二版）高等教育出版社，1983

［3］范钦珊、王琪 工程力学高等教育出版社，2002