铝合金船体总段吊装工法研究与应用

铝合金船体总段吊装工法研究与应用

陈熙寰夏文亚

（中船黄埔文冲船舶有限公司，广东广州510715）

摘要：在一些大中型船舶船体的建造过程中，经常会采用分段或者总段的建造方法，能够有效改善劳动条件，缩短建造周期，降低产品成本。现阶段，在科学技术飞速发展的带动下，总段建造向着大型化的方向发展，但是，大型模块化的总段建造，如果完全依赖起吊能力，需要不断对大型基础设施进行完善，成本较高。对此，可以利用先进的工艺技术，取代传统的吊装方法，在保证质量和效率的基础上，实现对成本的有效控制。本文针对铝合金船体总段吊装工法进行了研究和应用，希望能够船舶行业的发展提供一些帮助。

关键词：船体总段；吊装工法；吊带保护器

前言

船舶是我国交通运输中的一个重要组成部分，在社会经济飞速发展背景下，对于船舶的质量和载重提出了更高的要求。如何在充分保证船舶生产质量的前提下，提供效率，降低成本，是相关技术人员重点关注的问题。在传统的船舶建造中，通常都是采用甲板吊环吊装或者钢梁托架吊装的方式，对船体总段进行吊装作业。但是，甲板吊环吊装的作业方式在吊装过程中，由于应力过于集中，可能会导致船体总段的变形甚至板材撕裂，需要在吊装前进行永久性和临时性的加固，不仅非常繁琐，而且会导致成本的增大。钢梁托架吊装可以将船体总段放置在托架上进行吊装作业，解决了吊环吊装中存在问题，但是托架自身的重量较大，限制了总段舾装率，不适用于其他的船型，也无法实现总段建造的模块化以及壳舾涂的一体化。针对上述问题，本文提出了一种采用新型材质的圆形吊带吊装工法，能够对传统吊装工法中存在缺陷进行解决，对于提高船舶的建造质量和建造效率有着重要意义。

1总段结构

E总段表示某船体机舱总段，属于典型的深V型薄壁船体总段，在该段内工存在1甲板、2甲板和内底。其中，1甲板和内底在总段范围内纵向连续，1甲板位于肋位#72－#84之间，距中部2280mm内，存在有相应的机舱开口。2甲板在肋位#59－#106之间间断。在总段上，每两档肋位，都会设置相应的肋骨框架，在#98－#110肋位处，则设置横舱壁。总段采用纵骨架，板材为高强度的铝合金材料，外板厚度在6～7mm，甲板厚度则为3～4mm。

2吊带吊装方案

在进行正式吊装前，需要从实际情况出发，做好相应的计算分析，对吊带吊装的方案进行确定，以确保吊装的合理性和可靠性。

2.1质量重心确定

结合船舶建造工程中各种专业设备的运行状态，在进行吊装前，需要对船体总段的质量重心进行计算和明确，以确保吊装过程中各个起吊点受力均匀，不至于出现意外情况。

2.2吊装方案选择

在该船体总段的吊装中，最终确定的吊装方案，是在施工平台上，进行分段总组以及总段预舾装。设置四台门座式起重机将E总段吊放到船台上，包括两台80t吊车和两台120t吊车。在E总段的#61、#70、#80、#90和#98、#108肋位处，各自设置相应的吊带，确保吊带由甲板一侧边缘绕船体表面到达另一侧边缘，以固定保护器将吊带甲板以下的部分约束肋骨框架内，以防止吊装过程中船体出现变形。在吊装过程中，每一个吊带均从两舷经甲板企口伸出，利用钢丝绳与卸扣，连接在吊排或者吊钩上，通过对荷载的均匀分配，可以保证吊装的顺利进行。

2.3受力状况计算

从船体总段吊装的实际需求出发，选择R02-50型吊带进行吊装，其额定负载达到50t，总长23m。将四台门座式起重机在船台两侧进行对称布置，为了保证吊装作业的安全，按照吊车最大吊重的80%（320t）设置安全定额。实际上，经分析计算，E总段的质量为215t，并没有达到安全定额。其吊装受力如图1所示。

在#61与#70肋位处，两根吊带在吊排的两端汇集，以2台80t吊车进行联动吊装，吊车在吊排中心位置的拉力为T2，两端受到的拉力分别以T21和T22表示；同样，在#80到#108肋位的四根吊带，于左右舷端部分汇集，以2台120t吊车联动吊装，其在中心位置和两端的受力分别表示为T1、T11和T12。经分析和计算，最终得到#61与#70肋位处，左舷吊带受到的负载为20.91t，在#80到#108肋位处，左舷吊带承受的负载为18.27t。

结合船体总段的线形特点，在甲板边缘、底部龙骨等位置，需要承受吊带张紧力的合力作用，而其他区域的船体外板与吊带并不存在相互作用力。以#61肋位为例，其剖面吊带受力如图2。

可以看出，P1-P6为船体结构在底部龙骨、左右舷舭部和甲板边缘位置所承受的吊带合力。结合吊装方案，应该将甲板以下的吊带利用固定保护器约束在船体肋骨框架中，因此，P1-P4处于横剖面内，而且P1和P2，P3和P4呈相互对称的关系；同时，由于甲板以上部分的吊带在船体纵向上存在一定的倾角，因此P5与P6方向与船体肋骨的剖面同样存在夹角。

2.4倾斜受力分析

在吊装过程中，船台倾斜比设置为1：20，倾斜角2.86°。此时，四台吊车所承受的总重量不变，而在#61和#70两个肋位，吊带的受力基本相同。吊带受力不变，在沿船体长方向，最大纵向为。在这种情况下，如果按照原定的预舾装率计算得到的船体总段质量，结合垂向受力平衡以及对重心力平衡条件，可以计算出T1=160t，T2=71t，均负荷相应的安全规范。总段倾斜工况中纵剖面受力见图3。

3保护器设计

在吊装过程中，为了避免总段出现纵向滑移，确保吊带的载荷能够切实作用在肋骨框上，需要结合船体曲率线型和结构特点，设计相应的吊带保护器，在甲板企口位置的吊带应该设置企口保护器，在外板折角位置则应该设置折角保护器，以防止外板割伤或者磨损吊带。两种保护器统一称为固定保护器，在吊带吊装作业中，占据着非常关键的位置。

3.1应力计算

对于保护器的失效剪切应力，应该设置为材料自身强度的0.58倍，以A级钢制作企口保护器和护角器，其屈服强度为235MPa，失效剪切应力为0.58×235=136.3MPa。结合上文分析，当船体总段与船台斜度平行时，吊带的纵向分力达到最大，为12.86t。因此，护角器与船体结构的焊接位置所能够承受的最大剪切应力为：=35.73MPa，小于失效剪切应力，能够满足使用要求。

3.2结构组成

企口保护器由面板、挂板、导向板、加强板以及吊耳、防滑板等组成，与设置在甲板边缘企口内侧的加强板以及三角肘板相互连接；折角保护器则包括挡板、加强板和填充物等组成部分。在使用中，企口保护器设置在强肋骨甲板的边缘位置，以橡胶皮对吊带进行包裹后，穿过企口保护器，与吊索连接在一起，应该将其加强肘板设置在吊带的受力方向；这叫保护器设置在船底与舷部外板的折角位置，同样以橡胶皮包裹吊带，然后穿过挡板。

4结语

总而言之，作为现代化造船模式中一个比较常用的技术，总段建造技术有着非常显著的优势。在对船体总段进行吊装时，应用吊带吊装工艺，可以有效解决传统吊装方法中存在的缺陷和问题，降低吊装变形，也不需要进行结构的强化，从而能够大大缩短船体的建造周期，提高建造质量和预舾装率，应该得到足够的重视和推广。

参考文献：

[1]黄健，周洪元，奚健，曹云勇．船体总段吊带吊装新工艺研究与应用[J]．船舶与海洋工程，2015（03）

[2]梁卫武，付锦云．铝合金船舶人字架安装工艺[J]．船海工程，2007（01）

[3]陈倩，张世联，李源源．铝合金上层建筑参与船体总纵弯曲的特性研究[J]．船舶工程，2011（S2）

[4]张宏玲．船体分段吊装工艺研究[D]．哈尔滨：哈尔滨工程大学，2010：1－63