大舱内悬挂式反顶架研究

冯木水 何镜明 杨坤荣 李德朝

摘 要：本文研究在大舱顶部搭设悬空的脚手架，用于主甲板反面结构的施工，减少搭架的工作量，这是一种全新的不同于常规的搭架方式。

关键词：大舱；主甲板反面；脚手架

中图分类号：U667.59 文献标识码：A

Abstract： This paper introduces the erection of suspended scaffold on the top of ship hold， which is used for the construction of the main deck reverse structure. The new way of scaffold erection will reduce the work load for workers.

Key words： Ship hold； Upper deck reverse side； Scaffold

1 前言

在我司业务中，大型、超大型货轮修理占很大比例，特别是大型油轮很多需要换新主甲板和甲板纵骨，需要在甲板的反面施工。对于300 000 DWT的超大型油轮，施工位置距舱底有30 m高，之前的方法是从舱底搭满舱脚手架到舱的顶部进行施工作业，成本高、时间长，不仅花费很多的人力、物力和财力，而且不安全。因此，对于船舶的高空作业和修理，亟需研制一种新的工装，解决在船上高空进行施工作业的难题。

我司曾承接2艘300 000 DWT油船改装成FPSO的项目，17个大舱的主甲板及甲板纵骨全部更换，如果按常规做法需要搭满舱架，当时公司脚手架资源不足，如重新购买脚手架需要很大的成本，于是我们研制出一种新的工装，采用大舱内悬挂式反顶架，大大节省了人力、物力和财力，成功解决了在高空进行施工作业的难题。

2 设计与安装方案

传统的搭架方式为从低往高搭设，如果需要作业的高度较高，则传统的搭架方式就不合适，会占用大量的时间和很高的成本。而先在高空中拉设两根链条，然后在链条上搭设平台，形成一条类似铁索桥，再将铁索桥悬挂固定在舱顶的反面纵骨上，防止平台晃动，在平台上面施工既安全又节约时间和成本。

2.1 链条安装

在甲板面大舱人孔上方设置高1 800 mm的门字架，加斜撑烧焊固定；在横梁上烧一个3 t的吊环，挂5t的导向滑轮；在同一个大舱的另一端，在甲板面人孔旁挂上另一个5 t的葫芦：在人孔下方的甲板纵骨面板上焊接固定一个5 t的吊环，同时在人孔下方的横舱壁焊接固定一个5 t的吊环挂导向滑轮。

在大舱前后横舱壁相应位置各焊接5个吊环，用来挂铁链和挂滑轮，吊环与甲板面的高度差即为甲板相应位置的梁拱差。其中用来挂铁链的吊环共2个；间距为3 800 mm；挂导向滑轮的吊环共2个，位置为向舷侧偏200 mm；横舱壁中间居中挂1个滑轮。

在甲板面门字架旁分别安装一台5 t卷扬机，烧焊固定；然后将卷扬机钢丝绳穿过门字架和吊梁上的导向滑轮后拉入大舱，再穿过前后横舱壁相应吊环上的导向滑轮。

将已经备好的两条铁链（D13）从甲板面人孔放入大舱，几个人一起将铁链的一端用4.5 t的卸扣分别固定在4舱前壁吊环1上面，然后另一端放入舱底；同时放两条（D14）的钢丝绳，一端固定在吊环3上，一条用于拉悬挂架跳板，一条用于最后挂安全带用；最后用从另一端进入大舱的钢丝绳向后拉紧上升，其中钢丝绳用5.3 t的蝴蝶扣扣在铁链前端向后24 m的位置，钢丝绳直接拉到后壁，3个人把钢丝绳暂时绑到甲板纵骨流水孔上；铁链每条总长为27 m、舱长25.5 m，待在钢丝绳把铁链拉紧适度后，3个人一起将铁链自由一端固定在吊环上，最后再松开蝴蝶扣，拉出拉铁链的钢丝绳；解铁链蝴蝶扣和用卸扣绑定铁链与横舱壁上的吊环。

兩条铁链拉紧完成后，开始铺悬挂架长4000 mm的支撑管到铁链上方，同时用螺杆将支撑管下方的U型码封闭连接固定，放置支撑杆拖出铁链；然后用搭架队架子长1770 mm的横杆连接固定，形成片体，铺9件宽400 mm的跳板用铁丝绑扎牢固，最后用钢丝绳向前拉动1800 mm的距离；此时再用横杆连接固定形成片体铺跳板，用铁丝绑牢，最后再逐次向前拉动跳板。

2.2 矩形金属框预制及安装

选用无缝钢管制作，它包括横杆、纵杆和固定于横杆两端下表面的卡码。卡码呈U型，开口向下，其下方设有锁紧螺钉。

将金属框安装于链条的上方，安装方法如下：在后端的横壁一侧，工人通过搭架将金属框铺设在两条平行的链条的上方，两条链条分别穿过每个横杆两端下方的卡码，将链条卡固于卡码中，使金属框与链条相对固定，并可沿链条前后滑动；用卷扬机将金属框拉到前端的横壁一侧，并逐个将全部金属框连续向前运送并铺设于链条的上方。

2.3 平台跳板安装

用大舱前横舱壁上的钢丝绳向前拉动跳板，跳板铺满大舱长度方向后，将先前暂时绑扎在甲板纵骨靠后壁的流水孔上的钢丝绳系牢在后壁的中间吊环上，工人将安全带挂靠在此钢丝绳上，开始安装安全护栏立柱和拉安全麻绳。

平台跳板是中间带网状的平台结构，其上表面呈矩形，四个端点处设有向外伸出的平台挂钩，平台跳板通过平台挂钩挂接于金属框的两相邻横杆上，用于连接该相邻横杆；多个平台跳板在两个横杆之间横向连接组成平台网络。

2.4 吊钩安装

用葫芦配合安装悬挂架支撑管与甲板纵骨的连接挂钩。吊钩包括杆部、钩部和夹码。吊钩通过夹码固定于纵骨，然后将金属框的横杆放置于横向相邻吊钩的钩部内，金属框通过这种方式固定于吊钩。

实际使用时（见图1～图4），可以根据施工位置的尺寸搭若干个平台，并可以将这些平台连成网络。

3 强度计算分析

链条吊架搭设在甲板下方，吊架跨距L=25 m、链条直径为13 mm、自重3.9 kg/m、许用负荷为F=5.3 t、吊杆为圆钢Φ20、钢管为Φ51*5、剖面模数为W=7.58 cm3、惯性矩为I=19.338 cm4，钢管上面铺设跳板，如图5所示。

3.1 钢管受力计算

脚手架的工作载荷为2 kN/m2、单元脚手架规格为4 m*1.82 m、自重为195.6 kg，由三个吊杆承受。钢管可视为简支梁，钢管长度为l=2 m、线载荷为q=2195N/m，其弯矩为M=ql2/8=1 097.5 N.m，应力为σ=M/W=144.8 N/mm2<175 N/mm2， 满足强度要求。

3.2 圆钢强度计算

圆钢承受拉力，其截面积为A=3.14 cm2。经计算每个圆钢的拉力为F=5.5 kN，应力为σ=F/A=17.5 N/mm2<215 N/mm2，满足强度要求。

3.3 螺栓强度计算

圆钢由一个M20的螺栓连接，截面积A1=3.14 cm2；夹码由两个M10的螺栓连接，截面积为A2=0.78 cm2。经计算M20螺栓的剪切力为F=5.5 kN，应力为σ=F/A1=17.5 N/mm2<215 N/mm2，满足强度要求；M10螺栓的剪切力为F1=F/2=2.75 kN， 应力为σ=F1/A2=35.2 N/mm2<215 N/mm2，满足强度要求。

3.4 链条下沉量计算

链条的许用负荷为F=5.3 t、长度为L=25 m、链条上的均布载荷为Q=800 N/m，根据公式F=

可得Fo=52 kN；由Fo=QL2/8 h，可得下沉量为h=1.2 m，因此链条的下沉量不能小于1.2 m。

4 经济效益

我司承接修理的某油轮的甲板纵骨几乎全部换新，一个舱有20 000 m3的舱容，如果从油舱内底板向上搭满舱架子，需要35人6天的時间，劳务费用为13万元；现在搭设“悬挂式反顶架”只需要15人3天的时间，劳务费用为6万元。按一艘300 000 DWT油轮17个舱计算，可节省100万元。

由此可见，采用“悬挂式反顶架” 结构稳定、安全性好、节约工作时间和生产成本，提高了工作效率。

5 结论

悬挂式高空施工平台先在高空中拉设相互平行的链条，然后在链条上搭设平台，形成一条类似铁索桥，再将铁索桥悬挂固定在舱顶的反面纵骨上，其结构简单，安装方便。

参考文献

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[2] 张士平. 悬挂式脚手架搭设设计[J]. 科技、经济、市场， 2007（2）.

[3] 胡同飞， 顾建平， 刘聪， 袁凯. 悬挂式脚手架施工设计与有限元分析[J]. 建设科技， 2016（1）.