船舶分段片体吊运结构一体化设计

船舶分段片体吊运结构一体化设计

罗碧辉

广东中远海运重工有限公司东莞523146

摘要：35000DWT散货船为我公司继成功建造57000DWT散货船系列船后的另一种船型，采用分段建造工艺。参考船舶制造的常规吊装工艺，优化35000DWT散货船的吊装工艺。抓住吊装过程每个细节，节省吊环的使用量，节约吊环的制作材料，达到吊耳孔与结构一体化；并减少对船体母材及油漆的破坏，满足PSPC要求，减少过程浪费，源头上改进吊装起重技术工艺。

关键词：结构片体；吊耳；吊运；设计计算

1概述

35000DWT散货船为我公司继成功建造57000DWT散货船系列船后的另一种船型，采用分段建造工艺。35000DWT散货船分段吊装进行设计以公司目前的建造流程装配工艺为前提，结合IMO强制性船舶涂层性能标准PSPC生效。

分段吊运是船体建造中的一个重要工序，为了保证施工的安全性、制造费用经济性，对吊装工艺必须认真考虑计算，根据公司实际场地和设备，选择最优吊装工艺。

2主要参数

本船为单机单桨柴油机驱动，无限航区，主船体结构为钢质船体，主要用于运输散装的干货，包括粮食、煤、铁矿石、钢制线材，钢管等，能运输几种指定品种的危险货物，甲板上不堆放货物；驾驶楼、生活区及机舱在艉部，机舱为24小时无人机舱；本船设计满足IACS共同规范要求。

3分段吊装设计主要依据

3.1分段装配制作搭载工序

小组片体→片体中组→大组→总组（搭载）

3.2分段吊装设计应用

分段片体吊运、翻身、定位装配

分段脱胎、移运、翻身、总组、搭载

3.3新规范要求

IMO涂层性能标准PSPC（performancestandardofprotactivecoting）

4分段吊装设计介绍

吊装运用在船舶制造各道工序中，从分段装配制作到搭载合拢，对各类吊设计进行优化。公司现有的硬件设施为前提，根据新标准，采用新工艺，保证高质量的产品，选择造价经济最优的吊装施工方案。

535000DWT散货船分段吊装设计实例分析

吊装吊点结构强度直接决定吊装作业的安全性，认真做好吊耳设计才能避免施工事故的发生。一般情况，吊装施工吊耳的形式以及承载能力参照国家标准和企业标准，碰到特殊情况，需要自行设计吊耳，吊耳结构强度必须经过有限元分析和强度计算公式分析，确保有足够的吊耳强度和焊缝强度。有限元强度分析计算机软件建模受力分析，对硬件要求相对较高，一般采用简化的强度计算公式对吊耳进行强度评估，并按照企业施工标准取一个安全系数。

5.1本文所讨论的吊耳的结构强度按下列公式进行计算评估。

5.1.1承压验算

在载荷P的作用下，卸扣销轴与孔壁产生挤压，验算吊耳孔承压强度σa：

5.1.2剪切验算

在载荷P的作用下，平行于P方向最小受力截面受剪，即加强腹板面受剪τa：

5.1.3吊耳尺寸验算

在载荷P作用下，吊耳本体与被吊物件连接区域受拉应力，弯矩及剪应力同时作用时，折算应力σ验算（侧弯与正弯两种受力状态下验算）：

5.2分段吊装装配片体组立吊装吊耳设计及施工应用

分段片体吊装工艺优化，分段片体一般由母板和母板加强筋组合而成，有规则型也有不规则，片体板架基本为规则型，且有相似性，分段片体母板厚度在10mm与20mm之间，单个片体重量在1.5吨左右。

分段片体母板强度足够情况下，采用永久性开孔替代耳板，尽量减少耳板使用。开孔类型以公司起重设备、吊索具、及卸口类型为前提，根据片体母板的实际厚度和片体的实际重量，进行可行性研究，保证设计在实际施工操作中可行，在母板边缘开吊装孔。开孔位置根据片体的重心位置，装配时片体定位状态确定。

分段吊运、搭载工艺优化，根据现行的分段划分实况，完整分段搭载重量基本在60吨至100吨间，分段结构板厚大多为厚板。通过AM设计软件，可以计算出分段吊装重量，及重心位置，确定分段吊装吊点。吊点尽量布置在强结构上，根据强结构的特点选择合适的吊耳。根据吊耳受力情况，尽量用吊装结构开孔吊耳或永久吊耳替代标准吊环。吊运时吊点受力时相对复杂，分段重量也比较重，吊装结构开孔形式和永久吊耳设计是个关键，需要假设、计算、论证，最终选用合理的吊耳。

吊装结构开孔，如下图：

图1

永久吊耳设计主要用于分段或片体吊装翻身，永久吊耳是固定保留，吊点布置不但要便于起重吊装，还要不影响周围空间的使用，且不影响外观。考虑吊点周围的结构布置，及吊装受力特点，避免起吊期间，应力集中，引起结构变形或结构拉裂。

永久吊耳设计实例，典型实例如下图：

吊耳设计计算，通过吊装工况模拟，对吊耳进行受力分析，确定吊耳各向受力。按照吊耳的典型受力实况，采用有限元建模计算吊耳自身应力分布情况，参考结构材料特性，对计算结果分析、计算和论证，确保永久吊耳或吊装开孔设计在实际施工工况中，满足吊装工艺要求。

吊耳典型受力工况，通过有限元软件（FEMAP）分析吊耳自身应力分布，吊耳典型应力分布实例如下图：

根据吊耳受力时，吊耳自身结构承受应力的特点，设计吊耳的结构形式。通过调节板厚、吊耳受力宽度，优化设计，尽量做到吊耳在各种工况下，都不会出现应力集中。

标准吊耳设计，船体分段制作时产生结构余料，根据余料特点重新设计吊耳，取代专用吊环工装材料的使用，充分利用结构余料，减少浪费。标准吊耳重新设计是个关键点，基于公司和行业标准的吊耳形式，重新设计吊耳、评估、校对，形成新标准，完成作业指导。吊耳计算校核可以选着上述的两种方法：

（1）一般吊耳强度计算公式；

（2）有限元建模分析；

这两种方法各有所长，依据公司标准习惯选用，验算吊耳的各项参数，确保吊耳工艺满足公司的作业标准。

6.结语

35K散货船吊装设计的成功实施，很到程度地提高了公司的吊装工艺水平，减少涂层的破坏；减少吊耳装拆的工作量；减少分段制作周期和船台搭载周期；提高结构材料利用率。降低生产成本提高资源利用率，适应当前工业发展趋势，降低成本提高效率，同时也提高公司的造船质量、缩短造船周期，本质上提高公司软实力。

新标准的使用将很大程度地改变生产方式，根据实践反馈，完善吊装工艺，重新指导生产，延续到后续船，或扩大到整个船舶吊装行业。

目前已经完成相应的作业指导书《吊耳孔设计选型标准》和《永久吊耳设计》，吊耳开孔和标准吊耳都以标准形式完成生产施工。

参考文献：

[1]黄浩编船体工艺手册

[2]吊耳强度计算书