船舶重型管支架设计要点

王 柱

（大连中远海运重工有限公司，辽宁大连 116113）

0 引言

近些年各种海洋工程项目兴起，相关船型的新制和改装也随之火热，如浮式生产储油设备（Floating Production Storage and Offloading，简称：FPSO）、自升式海工平台等。这类船型功能多样化，因此船上的功能设备繁多，管路系统复杂，其中大型管路系统（如货油系统、消防系统等）在初始泵压试验和后期正常运行时，由于管内液体流动从而带动管系在止动点处产生巨大的支反力，这些位置的管支架需要设计很强的结构形式才能保护管路稳定运行，这些管支架被称为重型管支架。

本文通过对各种类型的重型管支架进行归类和结构分析，研究如何根据现场实际管路布置情况，进行有效的重型管支架的结构形式设计，以达到减重结构、节约人力和节省成本的目的。本文止动点的结构设计方案已进行实际应用并获得认可。

1 管路系统的止动点

整套管路系统的支撑点布置形式见表1。当支撑点是固定支撑的形式（同时固定

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）或者导向支撑的组合形式（同时固定

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）的时候被称作止动点，其他形式的支撑点则被成为非止动点。

表1 管路系统支撑点形式说明

一般在整套管路系统的起始点、转弯处及中间适当位置布置止动点，止动点处的支反力很大，需要设置重型管支架；而非止动点处的管支架只需能支撑住管路及液体的重量即可，不需要很强结构，在本文中不做研究。

图1显示的是某段管路系统的支撑点布置，其中支撑点6535即为止动点，其他则为普通的非止动点。

图1 某段管路系统支撑点设置图

3 重型管支架的结构设计要点

重型管支架是根据管路系统的止动点布置而设置的，考虑管路支反力大小方向、周围强结构情况及管支架设置空间等，设计出不同形式的重型管支架，可归类为以下几种：一般独立式管支架、特殊独立式管支架、多点支撑式管支架和多止动点式管支架。

3.1 一般独立式管支架

一般情况下，管路高度至少在2 m以上，在周围没有强结构的情况下，管支架需要自主独立生根，所以结构形式基本为瘦高型。图2即为一般独立式管支架的常见形式。

图2 一般结构式管支架

3.1.1 结构端部放大

管支架的结构端部是应力较大的区域，所以尽可能对端部进行放大结构形式设计，如端部加肘板、加斜支撑等方式，从而增大根部的剖面模数，以抵抗传递到端部的力和弯矩。如图3所示，典型管支架采用加端部肘板的方式。

图3 结构端部放大

3.1.2 结构对应加强

当确定了管支架的布置后，在管支架设计初期，一定要考虑所在位置的原船强结构，尽量在强结构附近生根，将力最终传递到强结构上。若所在位置没有强结构，一定要注意保护原船结构，因为传递的力和弯矩会对管支架和原船结构造成很大的破坏，这时需要做对应加强。如图4所示，管支架充分利用了原船甲板下的强筋和舱壁结构，避免再次做反面加强结构，省时省力又节省成本。

图4 管支架对应加强

3.1.3 结构顶部止动点结构

管路与管支架的连结是通过止动点结构来实现的，此结构分为2个部分：一部分在管支架结构顶部，由高强度加厚板拼接而成，如图5所示；一部分焊接在管路上，具体结构形式如图6所示，此部分结构一定要前后2面都设置，这样才能更好地将管路的支反力传递到整个管支架结构上，消除因为结构不对称、不合理而造成的麻烦。

图5 止动点结构（管支架部分）

图6 止动点结构（管路部分）

图7为工程中实际应用的止动点结构，在安装过程中会出现一个常见的工艺问题，即止动点的 2部分结构装配对接很难实现，这时需要预留装配间隙，当对接完成后，将剩余的间隙用相应厚度的垫板来填充。

图7 止动点结构实物图

3.2 特殊独立式管支架

当管路传递的支反力达到百吨级左右的时候，一般独立式的管支架的整个结构基本失效，需要设计更强的特殊独立式管支架，此种管支架形式一般为渐变墩式管支架，如图8所示。

图8 特殊独立式管支架

3.3 多点支撑式管支架

当周边有强结构时，要充分考虑管支架周边强结构物，在允许依托的情况下尽量依托，增加管支架的支撑点，从而减少支架的自由端，这对管支架结构有质的帮助，可以大幅精简支架结构，见图9。

图9 多支撑点式管支架

3.4 多止动点式管支架

由于管路密集且平行，一个位置的管支架可能要承担多套管路系统的支撑任务，所以要尽量避免多个应力较大的止动点放在同一个支架上，分散止动点布置；若不能避免，需为设置管支架的区域留出足够空间，以便日后做加强处理。如图10所示。

图10 多止动点结构式

4 结论

在管支架布置确定后，结合管路支反力的等级以及周边的原船环境来确定管支架的结构形式。在设计过程中依据现场实际空间及主要支反力的方向来确定斜支撑的布置，在条件允许的情况下尽量借助原船强结构来增加管支架的支撑点，进而减少支架的自由端。与此同时对于原船结构的保护也不能忽略。另外，管支架顶部的止动点结构也能对以后其他管支架的设计起到借鉴作用。