船厂材料码头能力提升方案研究

2022-06-03钱进俞凌云陈飞丁炜杰陈中培王坤

工程建设与设计 2022年9期

钱进，俞凌云，陈飞，丁炜杰，陈中培，王坤

（中船第九设计研究院工程有限公司，上海 200090）

1 引言

船厂材料码头主要承担造修船生产需要的船用钢板、型钢等材料的装卸任务，是船厂各生产作业区中起重任务最繁忙的工位之一。大型船厂的钢材需求量很大，每年可多达数十万吨[1]。华南地区某大型船厂南沙厂区2008 年年底建成投产，2020 年下半年，根据船厂生产部门的反馈，由于近年来材料运输船舶升级改造，船厂材料码头起水起重机覆盖范围相应有所不足，尺度稍大一些的材料运输船都需要多次掉头、移位才能装卸所有的钢板，钢板卸船时间较其他船厂多近1 倍。钢材供应商和运输船队对此有较大的意见，不太愿意承揽到该船厂材料码头的运输任务。船厂材料码头对钢板运输船舶的适应性小、卸货周期长也同样不利于船厂与钢厂订货的分批配送、按时配送等计划，间接影响钢料堆场的储存周期。

2 材料码头设计概况

通过查阅设计图纸和资料，材料码头的原有设计方案如下：

该厂区材料码头主要承担船用钢板、型钢等材料的装卸任务，设计年装卸量4.0×105t。材料码头布置在造船基地南端岸线，东临伶仃水道，使用岸线为220 m，码头宽12 m。材料码头靠泊设计船型为2 000 t 甲板驳或货驳。2 000 t 货驳长61.5 m，宽12.2 m，吃水3.5 m。

材料码头采用桥式起重机+轨道平板车运输形式，该方案具有材料装卸稳妥可靠，吊运顺畅，投资较省等优点。

其工艺流程为驳船→桥式起重机→轨道平板车→钢料堆场。

材料码头初步设计阶段为2 个起水跨（1#材料码头和2#材料码头），跨度均为51 m，分别对应钢料堆场的第1 跨和第3 跨，材料码头起水起重机要求为满足2 000 t 甲板驳的装卸要求。

3 材料码头建设概况和能力复核

在该厂区一期建设时，先期实施1#材料码头以及钢料堆场第1 跨和第2 跨，远期随产能提升建设2#材料码头及对应的钢料堆场第3 跨。1#材料码头装卸机械采用山东某起重机厂生产的32 t 电磁/吊钩桥式起重机，跨度为49.5 m，总宽约12.1 m。起重机轨道总长约52 m，其中悬臂伸出16 m（伸出码头岸线约14.6 m）。

根据材料码头钢柱和吊车梁结构图，结合起重机总图布置，材料码头的吊机中心线吊运覆盖范围实际仅可达到岸线外8 m 左右，与原初步设计确定的12 m 相差较远，参见图1。

图1 材料码头起重机实际吊运范围示意图

经分析，主要原因有：

1）材料码头初步设计时，原定设计吊车梁悬挑出码头岸线边缘16 m 左右。但在后续实施时，由于各种原因，施工图设计和建造时改为吊车梁悬挑柱外约16 m，较原方案少约1.5 m。

2）采购起重机的总宽为12.1 m，自重和轮压较大，与初步设计设定的起重机技术资料相差较大，这也是吊车梁缩短的原因之一，由此也进一步导致起重机吊运中心线缩短。

根据材料码头现有32 t 桥式起重机吊运范围，仅能覆盖10～11 m 宽度的钢板运输船舶，目前市场上大部分钢板运输船舶宽度均达到14～16 m，需要掉头才能吊运船舶货舱中心线另一侧的钢板，同时为了保持船体的平衡，卸货过程中还需要多次掉头，严重影响工作效率。

4 材料码头起水能力提升方案

近期随着工厂生产能力和负荷增加，材料码头的瓶颈问题日益突出，必须提升钢材起水能力，并解决1#材料码头目前使用中存在的问题。

通过对该厂区材料码头钢板运输船舶的统计，钢板运输船舶宽度一般为14 m 和16.2 m，现有码头起重机的吊运范围不能满足上述两种型号的船舶一次吊运的需求。为了满足钢板的起水吊运需求，相关的起水能力提升方案如下。

4.1 现有起重机吊车梁接长

在现有材料码头基础上进行能力提升，接长起重机吊车梁以增加起重机吊运范围。

4.1.1 覆盖14 m 宽船舶（载重吨位约3 500 t）

常规3 500 t 的干货船型宽约14 m，长度在85 m 左右[2]。部分运输钢板的货驳吃水小，长度会稍小，宽度会稍大。以标准14 m 宽度船舶为例，如需要覆盖船舱最外侧钢板堆位，起重机吊运中心线至少距离码头岸线11.4 m 以上，比现有起重机吊运范围大约3.4 m，考虑船舶靠岸距离、起重机运行安全等因素，则吊车梁需要接长约4 m。如图2 所示。

图2 吊车梁接长4 m 示意图

4.1.2 覆盖16.2 m 宽船舶（载重吨位约5 000 t）

常规5 000 t 的干货船型宽约16.2 m，长度在95 m 左右。部分运输钢板的货驳由于吃水小，长度会稍小，宽度会稍大。以标准16.2 m 宽度船舶为例，如需要覆盖船舱最外侧钢板堆位，起重机吊运中心线至少距离码头岸线13.5 m 以上，比现有起重机吊运范围大约5.5 m，考虑船舶靠岸距离、起重机运行安全等因素，则吊车梁需要接长约6 m。如图3 所示。

图3 吊车梁接长6 m 示意

4.1.3 材料码头起重机吊车梁接长结构校核

根据材料码头起重机覆盖14 m 和16.2 m 宽度船舶的生产需求，起重机吊车梁需要接长4 m 和6 m。考虑当前起重机重量、宽度较大，后期更换起重机存在多种可能性，吊车梁接长尺度有一定的变化空间。因此，在吊车梁接长校核时，在考虑恒载、活载、风载等工况分别对吊车梁接长3 m 和7 m 分别进行了结构计算，见表1。

表1 吊车梁接长结构校核计算

根据钢结构设计标准，重级工作制桥式起重机的吊车梁和吊车桁架等受弯构件的挠度/跨度比为不大于1/1 000[3]。在现有吊车梁、结构柱的基础上，起重机吊车梁接长3 m、7 m时，吊车梁的节点位移计算、挠度计算均不能满足规范要求。在不大幅度改变起重机技术参数，如轮压、自重减小一半等的情况下，无法通过对现有吊车梁进行接长满足材料码头吊运范围增加的要求。

4.2 扩建2#材料码头

2#材料码头与现有1#材料码头相距51 m，对应预留的钢料堆场第3 跨。2#材料码头为新建，考虑按照最大覆盖16 m宽度船舶（5 000 t 级）进行设计，根据1#材料码头现有起重机的运行情况，可以考虑增加起重机吊车梁高度和强度，降低采购起重机自重、轮压等方法来尽量提升吊车梁悬臂长度。2#材料码头扩建后，可以与1#材料码头同时使用，其中，1#材料码头考虑宽度稍小的材料运输船，2#材料码头考虑宽度较大的船舶。如图4 所示。