串联式吊环在上层建筑总段吊装中的应用研究

陆方东

(沪东中华造船(集团)有限公司， 上海 200129)

串联式吊环在上层建筑总段吊装中的应用研究

陆方东

(沪东中华造船(集团)有限公司， 上海 200129)

该文以某舰船塔式上层建筑总段吊装为载体，针对薄板总段特性，“量身打造”总段吊装工艺。通过分析总段受力，提出吊环布置方案；利用吊环结构特点，创造性的采用“串联”吊索具的连接方式，使甲板所受力得以改善，从而减少总段吊装过程中的塑性变形。

塔式上层建筑总段 吊点受力分析 吊环连接形式

1 引言

上层建筑总段目前大多采用吊环吊装工艺，但吊环吊装均应用于中厚板结构的总段，由于舰船上层建筑总段多为薄板结构，采用常规吊装方案除易在吊环加强位置产生局部变形外，更易引起吊装过程中总段的整体变形，故拟对常规工艺吊环布置及吊索具的连接方式进行改进，以便顺利实施上层建筑总段吊装。

2 结构特点及重心分布

2.1 结构特点

该上层建筑总段涉及4层甲板，包括6只分段，总段外形尺寸为16.9 m×13.1 m×8.5 m，结构形式为内倾、横骨架式结构，甲板厚度为4 mm，外板厚度为5 mm,整体结构刚性较弱，同时该总段属于驾驶室区域，外形复杂，如图1所示。

2.2 重心分布

该总段(包含预装设备)总重为62.11 t，中心位置在#82+415、左距中30 mm、距基线14 082 mm。上层建筑总段重量重心汇总表(见表1)。

序号分段与设备各称重量W(t)坐标位置纵向X(m)(参考#65)横向Y(m)(参考C.L)垂向Z(m)(参考B.L)备注1BD2114.4134.153-0.06012.5192BD2216.93912.7530.05112.4303BD319.2234.369-0.00314.8474BD328.82612.4080.07314.7885BD419.16010.1890.05916.9806BD511.8999.6000.00019.0027NO.1空调器0.8009.9002.713.598BD328FM90N专用直接式空调装置0.85010.030-1.67516.135BD41∑62.1108.9150.03014.082纵向#82+415

3 吊环布置及受力分析

3.1 吊环布置

在我司以往的舰船建造过程中，上层建筑总段吊装通常将吊环布置在总段的单层甲板上，为了防止吊装变形，对总段及吊环周围实施了大量的临时加强，这些临时加强的装焊及拆除对上层建筑总段极易产生应力集中，从而导致整体变形。

在充分考虑总段结构强度、刚度及有效控制变形的情况下，决定调整吊环布置方式及吊环结构形式：将吊环布置在双层甲板企口处，与外板对接连接，吊环的形式采用四孔连体吊环，这样可以尽量避免发生吊点周围应力集中的情况，同时安装、拆除吊环对船体结构没有影响且吊环可以重复使用。根据整体构架情况及总段重心位置，将四孔吊环分别布置在02甲板及03甲板的#72～#78和#87～#93肋位，吊装时使用钢丝绳将02、03甲板相对应吊环孔进行串联，从而使甲板受力得到优化，达到减小整体吊装变形的目的，同时可以避免大量临时结构加强，省去装拆、焊接及打磨工作，节约生产成本，如图2所示。

3.2 吊点位置受力分析

BZ01总段吊装过程中吊车受力分析的计算工况按垂直起吊工况计算，如图3所示。

上图为BZ01总段侧面投影受力图。其中,总段重量G=62.110t,重心作用于#82+415处。

法国加利埃尼将军巧用摩托化运兵术使法军化险为夷。几天前，他已命令组织一支出租汽车运输车队。但是到了1914年9月6日，他看到已经组织的出租车数量实在是太少了，必须立即将所有可以利用的出租车改做运兵车。晚间8时，将军决定组织一支出租车大军，运送上万名官兵赶赴前线。

图2 上层建筑总段吊装示意图

图3 受力分析图

根据垂向受力平衡和对重心力矩平衡条件得

解得T1=32.421t,T2=29.689t。

所以#90肋位右舷垂直分力为：32.421/2=16.21t,以最大吊装安全角度(30°)计算，该点吊索具张力为16.21/cos30°=18.72t。

由图4可知，该受力点的重量经这种钢丝绳穿接方案平均分配给了8只吊环，每只吊环受力为：18.72t/8=2.34t,这样与常规布置单层单只吊环相比，避免了甲板吊环集中受力情况的发生，有利于控制薄板上层建筑总段的吊装变形。

3.3 吊装强度校核分析

图4为BZ01总段船体结构应力云图。

图4 BZ01总段船体结构应力云图

表2 船体结构最大合成应力汇总

根据以上BZ01总段吊装过程结构强度分析，以及船体结构应力及变形计算结果，并根据中国船级社规范对船体结构强度的要求，可以得出如下结论：

(1) 在现有条件下，上层建筑BZ01总段在吊装过程中结构强度满足相关规范要求；

(2) 上层建筑BZ01总段由于结构较为紧凑，整体变形除下侧前端开口和部分舱室开口有一定的变形外，其余部分变形不大；

(3) 吊环受力较小，吊环反力位于2 t～2.34 t之间，布置合理；

(4) 高应力区主要出现在#88～#94肋位设置吊排的局部区域和#64～#70肋位，最大值42 MPa位于#91肋位横舱壁开口处，但量值仍小于许用应力。

4 吊索具配置方案

4.1 吊钩高度确定

根据吊车吊钩最高位距其轨道面为38 m，该船体在船台定位后01甲板#65肋位(上层建筑总段最艏端)距吊车轨道面15.2 m，由于塔式上层建筑各甲板的层高及外侧壁内倾的原因，吊钩距01甲板的距离范围为12 m～22 m，综合吊装安全及钢丝绳配备合理的角度，我们选择吊钩距01甲板高度为16.5 m，后续吊索具的配备均以该数据作为计算依据。

图5 典型横剖面受力投影图

4.2 吊索具配备

以艏部吊环为例，艏部吊环中心位于#75肋位，以#75肋位作为受力平面展开计算。图5为#75肋位横剖面，G点为吊钩位置，A、B分别为03、02甲板吊环中心点，连接AG、BG，作出∠AGB的角平分线GM相交AB于点M，GM则为以虚拟M点为吊点的钢丝绳长度。N为假设的A、B串联钢丝绳受力后的分点(根据力学原理，串联A、B的钢丝绳受力后交点N必在∠AGB的角平分线上)，OM为吊钩在#75肋位受力面距吊点M的水平距离，因此，

又因点N在线段GM上移动，为使吊环受力的角度有利，点N应高出03甲板，经作图确定：MN=4 000mm，实际量取AB钢丝绳为AN+BN≈8 000mm,GN=13 609.8-4 000=9 609.8mm,从而根据计算得出其他部位钢丝绳的长度。#90肋位计算方法与此相同。又根据每个吊环受力约2.5t，查表确定每级所使用钢丝绳的直径。吊索具配备情况，如图6所示。

图6 吊索具配备情况

5 结论

5.1 实施效果

上层建筑总段定位后，从外观来看，外围壁线型光顺，吊环处无局部变形，整体无挠曲现象，具体见图7总段完工测量图。表3为02甲板平整度测量表，表4为03甲板平整度测量表。

图7 总段完工测量图

表3 02甲板平整度测量表 单位：mm

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表4 03甲板平整度测量表 单位：mm

5.2 主要技术创新点

(1) 提出了对舰船塔式上层建筑总段吊装吊环分别安装在上下两层外板企口处的这一观点，并使用钢丝绳将两层相对应吊环进行串联，使甲板受力得到优化。

(2) 提出了针对两层甲板吊环吊装所使用吊索具的配备方法即“假设受力投影面计算法”，为双层吊环钢丝绳配备提供技术支撑。

5.3 社会效益分析

通过本项目的研究，在舰船建造过程中，采用布置特殊吊点完成对塔式薄板上层建筑总段吊装，减少了常规上层建筑总段吊装所引起的应力集中、吊装变形的情况；尽可能地减少由于安装、拆除不必要的工装(如甲板吊环、临时加强等)所产生的人工工时及材料成本，实现公司降本增益的生产经营理念。

6 结束语

我们希望通过此次对塔式上层建筑总段吊装工艺探索的点滴经验，为今后公司同类型舰船的总段吊装起到一定的借鉴作用，同时我们将会继续对该类型船塔式上层建筑总段吊装工艺进行探索，为我公司的大发展做出新的贡献。

[1] 华玉洁.起重机械与吊装[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2] 中华人民共和国劳动部.起重机用吊索具安全规程LD-48(93)[S].1994.

The Application Research on Lifting Ring Connected in Series in Superstructure Block Hoisting

LU Fang-dong

(Hudong Zhonghua Shipbuilding (Group) Co., Ltd., Shanghai 200129, China)

Taking the block hoisting of a marine tower-type superstructure as a research subject, this article provides a block hoisting technology especially for the thin steel plate. After the stress analysis of the block, the arrangement plan of lifting ring is proposed. Base on the structure characteristic of lifting ring, an innovative connection method of slings, called Connection in Series, is adopted to improve the stress performance of deck, thereby the plastic deformation in block hoisting is minimized.

Block of a tower-type superstructure Stress analysis of lifting point Connection type of lifting ring

陆方东(1966-)，男，高级工程师。

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