倒挂脚手架在超大型油船修理中的运用

苏 宇

(舟山中远海运重工有限公司，浙江舟山 316131)

某超大型30万t油船建造于2002年，至今运营已超15年，甲板及甲板纵骨腐蚀程度已经超过船级社标准，需要对全船近半的甲板及甲板纵骨换新，换新的钢结构工程量近1 800 t，甲板反顶特涂面积20 000 m2。

1 脚手架设计

1.1 30万t油船主要参数

船舶主尺度为330 m(长) ×60 m(宽) ×29.3 m(高);船舶肋距6.10 m;甲板纵骨间距0.85 m。

1.2 已知脚手架构件参数

脚手板4 m×0.3 m，单板质量16 kg;脚手管6 米/根，单根质量17.3 kg。

1.3 拉紧构件参数

船用小链条D 10，许用拉力4 kN。

1.4 脚手架与甲板纵骨连接装置的设计

设计一种类似“夹扣”工装，将“夹扣”直接套在纵骨面板上，利用细小的设计间隙，在下口垂直重力作用下，直接将“夹扣”与纵骨面板紧密接触，为了防止“夹扣”在外力作用下发生脱落，在甲板纵骨背面设计一块封板用螺栓与“夹扣”连接，如图1所示。

图1 甲板纵骨与“夹扣”连接形式

2 脚手架及连接件强度分析

1) 本文仅分析船宽方向8.5 m，船长6.1 m，即10个纵骨间距和2个肋距之间的情形，区域如图2所示。

图2 分析区域

2)用于近观检验的脚手架设计形式 (如图3所示)。

图3 近观检验脚手架设计形式

用于近观检验的脚手架自身质量及施工时所需要承受的质量统计如下:脚手板4 m×0.3 m，单块质量30 kg，48块脚手板总质量30×48=1 440 kg;脚手管6米/根，单根质量17.3 kg，13根脚手管总质量13 ×17.3=224.9 kg; 船用链条2.6 kg/m，6.5 m 链条总质量为6.5 ×2.6=16.9 kg; 该区域同时4人施工及相应设备总质量约为400 kg;总质量为:1 440+224.9+16.9+400=2 081.8 kg。

已知船用小链条D10，许用拉力为4 kN，近观检验脚手架受力分析如图4所示。

已验证该区域F1共有10处受力点，F2共有10处受力点。

F1=Fn×sin83°=4 kN ×0.992 5=3.970 kN;

F2=Fn×sin51°=4 kN ×0.777 1=3.109 kN;

F1×10=3.970 ×10=39.70 kN;

F2×10=3.109 ×10=31.09 kN。

按上述计算链条提供垂直向上的许用拉力为:39.70+31.09=70.79 kN。

故按上述计算，链条提供的垂直向上的拉力70.79 kN远远大于该区域的总重量20.82 kN。(1)吊耳1的强度校验。

图4 吊耳1与吊耳2脚手架受力分析

式中:P为吊耳允许的负荷;ASmin为垂直于P方向的最小截面积，mm2;AHmin为平行于P方向的最小截面积，mm2; ［σ］为材料许用正应力，MPa;［τ］为材料许用切应力，MPa;k为安全系数，取k=2.5～3.0;σs为原钢种的屈服点，一般即取σs=235 MPa。

吊耳强度仅校验其剪切强度即可，正应力不作分析校验。

材料许用正应力 ［σ］ =235/3=78.33 MPa，材料许用切应力 ［τ］ =0.6 × 78.33=46.998 MPa，切应力 τ=4 000/(50 ×14)=5.71 MPa，基于吊耳厚度14 mm计算，吊耳满足施工要求(其中50×14为吊耳1的受力截面积)。

(2)吊耳2的强度校验。切应力τ=4 000/(25×14)=11.42 MPa，基于吊耳厚度14 mm计算，吊耳满足施工要求 (其中25×14为吊耳2的受力截面积)。

3)用于换新甲板及甲板纵骨脚手架设计形式及受力分析，如图5所示。

用于换新甲板及甲板纵骨时脚手架自身质量及施工时所需要承受的质量统计如下。

(1) 脚手板4 m×0.3 m，单块质量30 kg，48块脚手板质量为30×48=1 440 kg。

(2)脚手管6米/根，单根质量17.3 kg，13根脚手管质量为 13 ×17.3=224.9 kg。

(3)船用链条2.6 kg/m，8.5 m链条质量为8.5 ×2.6=22.1 kg。

(4)该区域同时6人施工及相应设备质量约为600 kg。

(5) 总质量为:1 440+224.9+22.1+600=2 287 kg。

已知船用小链条D10，许用拉力为4 kN，换新甲板及甲板纵骨后脚手架受力分析如图6所示。

已验证该区域F3共有10处受力点，F4共有10处受力点。

图5 甲板及甲板纵骨的脚手架设计形式及受力分析

图6 吊耳3脚手架受力分析

F3=Fn×sin83°=4 ×0.992 5=3.97 kN;

F4=Fn×sin42°=4 ×0.669 1=2.68 kN;

F3×10=3.97 ×10=39.7 kN;

F4×10=2.68 ×10=26.8 kN。

按上述计算链条提供垂直向上的许用拉力为:39.7+26.8=66.5 kN。

故按上述计算链条提供的垂直向上的拉力66 500 N远远大于该区域的总质量2 287 kg。

从上述计算可以得出向上的拉力还远远没达到链条的许用拉力4 kN，吊耳与上述计算过程相同，故不做重复计算，满足施工要求。

3 现场操作时脚手架照片

图7用于检验甲板及甲板纵骨，图8用于换新甲板及甲板纵骨。

图7 检验甲板及纵骨

图8 新甲板及纵骨

4 施工量对比

采用该倒挂脚手架后施工量对比 (20 000 m2甲板反顶特涂计算)如表1。

表1 施工量对比

5 结束语

该倒挂脚手架轮的成功运用，减少了大量搭架劳动力投入，节省了搭架作业的时间，为后期甲板及甲板纵骨换新、甲板反顶特涂创造了有利条件，通过此次运用为今后类似的修理工程积累了宝贵的经验。