張瑪 高麗 龔永林

摘 要：本文以廣州龍穴造船有限公司在建的32萬載重噸VLCC為例，介紹超大型油輪上層建筑整體吊裝工藝。

關(guān)鍵詞：超大型油輪上層建筑；整體吊裝工藝

VLCC Superstructure Complete Assembly Lifting Technic

Zhang Ma， Gao Li， Gong Yonglin

（ CSSC Guangzhou Longxue Shipbuilding Co.，Ltd. Guangzhou 511462 ）

Abstract： In this paper， taking Guangzhou Longxue Shipbuilding Co. Ltd. in 320000 DWT VLCC as the object， introduces the VLCC superstructure complete assembly lifting technic.

Key words： Superstructure of VLCC； Lifting technic

1 前言

VLCC船作為遠(yuǎn)洋石油運(yùn)輸?shù)膽?zhàn)略性運(yùn)輸工具，是國家進(jìn)口原油運(yùn)輸不可或缺的“助手”。隨著船舶主尺度的增加，VLCC的上層建筑尺寸和重量隨之增大，其內(nèi)部布置復(fù)雜程度亦隨著增加。上層建筑整體吊裝，對(duì)縮短造船周期、降低勞動(dòng)成本和提高生產(chǎn)效率具有十分重要的意義。由于VLCC的上層建筑具有尺寸大、重量大和剛性弱的特點(diǎn)，因此有必要探討上層建筑整體吊裝工藝，保障整體吊裝順利進(jìn)行。本文以廣州中船龍穴造船有限公司建造的32萬噸VLCC原油輪為例，介紹超大型油輪上層建筑整體吊裝工藝。

2 上層建筑概況

上層建筑整體長17.1m（Fr34～Fr53）、寬60m（包括翼橋）、高22.15m，共有七層。自上而下分別為：羅經(jīng)甲板及其下圍壁、駕駛甲板及其下圍壁（包括翼橋及其支撐）、E甲板及其下圍壁、D甲板及其下圍壁、C甲板及其下圍壁、B甲板及其下圍壁、A甲板及其下圍壁，如圖1所示。

3 整體吊裝重量、重心

整體吊裝重量為整體分段結(jié)構(gòu)重量加整體分段預(yù)舾裝重量之和，如表1所示.

表1 結(jié)構(gòu)的重量及重心位置

4 吊裝方案

目前，廣州中船龍穴造船有限公司的兩個(gè)干船塢均各配置兩臺(tái)600 T龍門吊。由于上層建筑整體吊裝重量已超過單臺(tái)龍門吊額定吊運(yùn)能力，因此采取兩龍門吊聯(lián)吊方式進(jìn)行吊運(yùn)。

一般吊運(yùn)物體大都設(shè)置4個(gè)吊點(diǎn)，雖然這樣的吊點(diǎn)設(shè)置受力簡單，但是每個(gè)吊點(diǎn)要承受很大的拉力，易引起吊點(diǎn)附近上建結(jié)構(gòu)變形或被撕裂。根據(jù)本船上層建筑整體結(jié)構(gòu)形式，整體吊裝的吊碼采用非標(biāo)準(zhǔn)形式板式吊碼，不僅與結(jié)構(gòu)易形成一體化連接，而且還可以反復(fù)利用，提高吊碼的利用率。根據(jù)整體吊裝的重量和重心位置，為降低吊點(diǎn)所承受的拉力值，我們?cè)贐甲板左右圍壁上FR37+300，F(xiàn)R38，F(xiàn)R40，F(xiàn)R40+600及駕駛甲板上（距中14450mm處）FR50，F(xiàn)R50+600，F(xiàn)R51+300，F(xiàn)R52位置，左右對(duì)稱共設(shè)置16個(gè)吊點(diǎn)，如圖2所示。吊碼單點(diǎn)受力最大為55噸，吊碼設(shè)計(jì)承重為70噸（按2倍安全系數(shù)計(jì)算）?？紤]到預(yù)防調(diào)運(yùn)可能出現(xiàn)的不平衡狀態(tài)，在吊碼上多設(shè)幾個(gè)臨時(shí)吊點(diǎn)。

5 上層建筑結(jié)構(gòu)有限元分析

本船上層建筑的結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算模型采用三維有限元模型，參考中國船級(jí)社《船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算指南》，有限元網(wǎng)格尺寸沿船長方向每肋位（肋距900mm）2個(gè)，船寬方向每縱骨間距（850mm）2個(gè)；吊碼及其相連結(jié)構(gòu)采用體單元模擬，甲板、艙壁以及T型材腹板采用板單元模擬，縱骨、橫梁、艙壁扶強(qiáng)材以及T型材面板采用梁單元模擬，舾裝質(zhì)量采用集中質(zhì)量模擬。整個(gè)有限元模型節(jié)點(diǎn)數(shù)320481個(gè)，體單元229968個(gè)，三角形單元660個(gè)，四邊形單元42921個(gè)，梁單元11 600個(gè)，集中質(zhì)量單元11884個(gè)，見圖3。

圖3 上層建筑整體吊裝有限元模型示意圖

由于上層建筑結(jié)構(gòu)的變形主要是由結(jié)構(gòu)的重量載荷引起的，因此采用以下三個(gè)工況進(jìn)行有限元計(jì)算：

（1）工況load case-G：吊裝前的結(jié)構(gòu)響應(yīng)；

（2）工況load case-1.1G：吊裝時(shí)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)；

（3）吊裝引起的響應(yīng)：吊裝時(shí)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)—吊裝前的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。

其邊界條件為：

（1）吊裝前： A甲板下圍壁下端完全剛性約束；

（2）吊裝過程中：B甲板左圍壁上緣的在FR37+300位置的一個(gè)吊碼孔XYZ三個(gè)方向剛性固定，這一組其余三個(gè)吊碼孔及其余三組吊碼孔僅約束垂向位移。

計(jì)算載荷：

（1）吊裝前：慣性載荷取az=g=-9.8 kgm/s2，即Fz=m · az =-8318.9kN，其余方向?yàn)?；

（2）吊裝過程中：吊裝過程中考慮其沖擊載荷的影響在計(jì)算吊裝時(shí)的慣性載荷，在垂直方向取az=1.1 g =-10.78 kgm/s2，即Fz=m·az =-9150.8kN，其余方向?yàn)?。

經(jīng)過有限元計(jì)算，上層建筑在建造、吊裝過程中結(jié)構(gòu)的應(yīng)力最大值出現(xiàn)在FR37+300吊碼正下方與下圍壁相交處，其值為144 N/mm2 < 6 s，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求；上層建筑在建造過程中結(jié)構(gòu)的絕對(duì)最大位移為12.5 mm，位置在E甲板FR44-450與OFFCL850 mm相交處甲板開孔處附近；吊裝過程中結(jié)構(gòu)的絕對(duì)最大位移為24.1mm，位于E甲板左舷側(cè)伸出板最外側(cè)。由吊裝引起的結(jié)構(gòu)的相對(duì)應(yīng)力水平為147 N/mm2，出現(xiàn)在FR37+300吊碼正下方與下圍壁相交處；引起各甲板、圍壁的最大位移為20.2 mm，出現(xiàn)在FR47-300與OFFCL-7900 mm相交橫艙壁開孔處。

6 吊碼有限元分析

吊碼模型，每個(gè)吊碼模型的縱向長度取一個(gè)肋位長度（即600 mm），高度取腹板和延伸板的高度（即450mm）。全部采用Solid體單元，每個(gè)吊碼單元數(shù)：32844，見圖4。

圖4 吊碼有限元模型示意圖

吊碼邊界條件：甲板延伸板所有節(jié)點(diǎn)位移完全剛性約束（Ux、Uy、Uz）。

吊碼載荷：每根鋼絲繩（每個(gè)吊碼）按60噸考計(jì)算?？紤]到?jīng)_擊載荷的影響在計(jì)算吊裝時(shí)的慣性載荷，在型深方向取az=1.1g=-10.78 kgm/s2，即在每個(gè)吊碼及對(duì)應(yīng)腹板上施加垂向向上的載荷為60×9.8×1.1=646.8 kN，其余方向?yàn)?。對(duì)于吊碼及腹板模型，吊碼及腹板開孔頂部所有節(jié)點(diǎn)上共施加垂向向上的載荷為646.8 kN。

經(jīng)過有限元計(jì)算，在每個(gè)吊碼及相臨腹板受到646.8 kN的拉力作用下，吊碼內(nèi)孔的最大應(yīng)力為271 Mpa，出現(xiàn)在吊碼開孔頂部外邊沿局部（與鋼絲繩接觸拐角處），略大于吊碼材料的屈服應(yīng)力235 MPa，小于吊碼材料（（Q235） 的抗拉強(qiáng)度（375～500 MPa）；吊碼內(nèi)孔四周大部分區(qū)域的應(yīng)力為130Mpa左右，小于吊碼材料的屈服應(yīng)力235 MPa；吊碼正下方的艙壁延伸板應(yīng)力為122 Mpa，小于吊碼材料的屈服應(yīng)力，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上是安全的。

7 實(shí)施效果

根據(jù)有限元分析結(jié)果，進(jìn)行優(yōu)化上建整體的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，以最少加強(qiáng)材料達(dá)到減少整體吊裝變形的目的。上層建筑整體吊裝后，經(jīng)測(cè)量其吊裝變形在控制范圍內(nèi)，吊裝過程如圖5所示。

圖5 起吊中的上層建筑

8 結(jié)語

通過與計(jì)算分析報(bào)告進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，為后續(xù)船上層建筑吊裝提供了數(shù)據(jù)參考，更好的控制了吊裝的安全性及了解預(yù)舾裝的完整性，實(shí)現(xiàn)快速搭載和縮短船塢周期，為以后的擴(kuò)大預(yù)裝量提供有力的技術(shù)支撐。