上层建筑整体吊装方案设计

魏 斌 马 娟 顾根南

（江苏联合职业技术学院 无锡交通分院，江苏无锡 214151）

船舶上层建筑是船舶中最大、最主要的航行指挥、生活居住模块，它集最先进的通讯导航系统、无线电控制、电子指挥、生活起居、餐饮、娱乐、医疗等于一体，是一个相当考究、重要的模块，它对船员良好的休息、船舶的安全可靠航行起到积极的作用，因此船东对上层建筑的建造过程要求很高。上层建筑整体分段的重量大、尺度大、刚性小，这使得上层建筑的整体吊装变得更加困难，因此设计合理的吊装方案并对上层建筑结构进行必要的有限元强度分析是保证吊装顺利完成的重要依据。

本文以80米甲板货运输船中典型的上层建筑的完整性吊装进行研究。

1 上层建筑描述及建模

1.1 上层建筑结构

（1）散货船上层建筑基本结构如图1—4 所示。

1.2 上层建筑几何建模及网格划分

1.2.1 上层建筑几何建模

利用MSC.Patran对船体结构主要构件建立三维有限元模型，坐标系统采用右手坐标系，X 轴以船艏方向为正方向，Y 轴以左舷方向为正方向，Z轴以船高方向为正方向，如图5所示

图1 C甲板结构图

图2 D 甲板结构图

有限元计算模型进行了适当的简化，模型中忽略了尺寸较小的肘板，并对围壁上的小开口采用板厚折算处理。整个有限元计算模型共有59280个节点，67090个单元。有限元计算模型如图6、图7所示，有限元计算模型的材料参数，材料的弹性模量E=2.1e+11Pa，泊松比ν=0.3，质量密度为ρ=7850kg／m3。

图3 A 甲板结构

图4 驾驶甲板结构图

图5 上层建筑有限元模型示意图

1.2.2 上层建筑局部加强

在有限元模型中，对原结构模型进行了如下加强：

（1）吊码厚度为50mm；

（2）吊码下侧壁厚度在高度方向上1.2米范围内加厚为30mm。

模型加强如图6所示。

（3）对该上层建筑的吊耳设计如图8、9所示

1.2.3 上层吊装载荷

（1）模型质量分布。

上层建筑包括船体、舾装、轮机、电气各部件的总重量约为530t。

图6 驾驶甲板吊码下侧壁加强

图7 机舱棚结构吊码下侧壁加强

通过定义全船结构有限元模型中构件单元的尺寸和密度完成上层建筑结构模型的质量分布，其余的上建总段、轮机、电气等重量则以分布力的形式施加到相应的甲板（主要为A＼B＼C＼D 四层甲板）。

图8 上层建筑吊耳安装示意图1

图9 上层建筑吊耳安装示意图2

以质量形式直接施加到有限元模型的约为474吨（考虑吊码及附近区域加强）。

以分布力形式施加到相应甲板上的质量约为64吨（部分舾装、轮机、电气质量折算到船体结构中）。

考虑起吊瞬间的加速影响，施加惯性载荷时，重力加速度在型深方向取。

（2）模型重心分布。

有限元模型的质量计算见表1。

表1 有限元模型质量统计

由表1可知，在有限元模型的坐标系下模型的重心列为表2：

表2 有限元模型重心坐标

上层建筑实际重心见表3。

模型坐标原点在FR39的主甲板中线上，由上表估算的重心的船长方向坐标为X= -8455mm。

表3 上层建筑实际重心分布表

因此有限元的质量模型实际模型的重心位置（船长方向）基本符合。

1.2.4 模型约束

对各个吊码与钢丝绳的连接点施加了线位移约束。模型约束如图11、图12所示。

图11 艏吊点约束图

图12 艉吊点约束图

2 吊装方案的确定

上层建筑整体最终的吊装简图如图9所示。

吊装方案说明：

（1）总重量约为530t，因此采用两台吊机联吊，吊机中心线相距14975mm。

（2）共设置四个吊点，分别为左舷艏吊点A、右舷艏吊点B、左舷艉吊点C、右舷艉吊点D。

A 为吊机？两台副吊下的吊排中间的吊点；B为吊机I主吊的吊钩；

C为吊机Ⅱ主吊的吊钩；D 为吊机Ⅱ两台副吊下的吊排中间的吊点；

图13 上层建筑吊装简图

3 结 语

本文就上层建筑的完整性吊装进行研究，通过应用有限元技术对上层建筑在吊装过程中的各种状态进行系统性分析，通过计算找出结构易变形的部位，并对变形较大的区域进行合理的修改或加强，优化吊装方案，使结构的变形量控制在各专业要求的范围内。

1 马爱军，周传月等.Patran和Nastran有限元分析［M］.清华大学出版社，2005

2 龚恢.大型上层建筑的整体吊装［J］.船舶，1999（3）：27～31

3 杨永谦，黄贻平等.29000t货船上层建筑整体吊装应力与变形计算［J］.武汉交通科技大学学报，1994（3）：301～306

4 沈士林.鲁班号多用途船上层建筑整体吊装［J］造船技术，1982

5 毕鸿信，唐洪元.关于船舶上层建筑吊装的几个问题［J］.造船技术，1983：41～45