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第17卷 第5期 中 国 水 运 Vol.17 No.5 2017年 5月 China Water Transport May 2017
收稿日期：2017-03-13
作者简介：周 军（1980-），男，上海市船舶检验处工程师。
周 军
（上海市船舶检验处，上海 200002）
摘 要：在船舶的分段建造中，吊装是分段建造完后进行合拢的关键环节。以某型船船艏分段为对象，通过对结构特征的分析，制定相应的吊装方案，利用有限元进行模拟计算，分析验证了方案的可行性。在分析验证过程中总结了吊装设计中所要注意的事项，对船舶分段的吊装设计可以起到参考作用。 关键词：分段；吊装；方案设计；有限元分析 中图分类号：U671 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2017）05-0006-03
一、吊装方案设计的基本原则
随着造船技术的发展，分段建造模式在现今造船工业中已得到了普遍的应用，分段建造的方法相比传统建造模式提高了建造效率，可大幅减少船坞占用时间，缩短船舶的建造周期[1]。吊装合拢是船舶建造中一个关键环节，其设计可大体参照以下基本原则：
（1）安全可靠，易于操作，经济适用。 （2）尽可能利用现有条件，吊装设备及吊具。 （3）避开吊装过程中吊绳可能碰到的结构。
（4）确定分段重量及重心，综合考虑强度与变形，合理均衡布置吊耳，确定吊钩起吊位置。 （5）为减少额外加强结构及对涂装的破坏，吊耳尽量布置在强结构上，根据实际情况确定合适的吊耳数量。
（6）根据布置及重量重心，计算吊耳所承担的载荷，确定所需吊耳的规格（荷载吨位）。
（7）根据吊耳规格，选用合适的吊、索具。 二、方案设计
本文所选分段的总重约为132T，其重心位于左舷距中心线67mm，FR136+53mm，在整船的坐标系中的坐标为（81.67m，0.05m，14.75m）。吊装使用600T 龙门吊，吊梁上面有两个可独立运行的吊车，分别为单钩和双钩吊车。
如图1所示，在此分段中，EL17000甲板的强肋位分别为FR128、FR133、FR136、FR140和FR144。其中肋位FR133为舱壁，FR136为部分舱壁，其余为T300×8+125×10的横梁。
1．方案选取
此分段总重132T，重量不太大，只需4组对称于重心分布的吊耳即可。FR136接近重心位置，不适合布置吊耳。相对于重心近似对称的为FR128与
FR144及FR133与FR140，即有两种基本方案可考虑。
方案（1）：FR128与FR144
为保证足够的强度及较小的变形，两个肋位都需要做额外的加强结构。FR128处于分段的开口位置，下层甲板
FR128只有左舷一侧为舱壁，右舷一侧设置加强结构所起到的效果不明显，难以达到小变形的要求。
方案（2）：FR133与FR140
FR133为舱壁，如果吊耳布置在此肋位，除需加装与吊耳防倾肘板对应的反底肘板外无需做其他加强结构。为保证横梁端部肘板的强度及小的甲板变形，需在FR140吊耳位置的下方加装额外的加强结构。
方案（2）所需加强结构少，易于操作，也更经济，选用方案（2）进行具体设计。
图1 分段内部结构示意图
图2 吊耳、索具布置图
第5期 周 军：船舶分段吊装的方案设计及有限元分析 7
图3 吊耳与重心
2．方案具体设计 （1）吊耳布置
根据甲板舾装及空余情况，4组吊耳（A、B、C、D）及相应的索具布置如图2所示。
（2）吊耳规格
根据吊耳的布置及分段重量和重心位置，可初步计算吊耳所受载荷的大小，从而确定所需吊耳的规格。
由图3可知四组吊耳的受力存在以下关系：
⎪⎪⎩⎪⎪⎨
⎧−=−+=+=+++=D
C A B
D C B A D C B A B
A 2333186718672333)(4666)(4560132
拉丁美洲音乐教案解得：A=B=33.4T，C=39.9T，D=25.3T。每组吊耳通过定滑轮与分布梁连接，即吊耳最大的受力约为39.9/2=20T。
本文选用某船厂规格为20T 的吊耳，尺寸如图4所示。
图
4 吊耳尺寸
图5 FR140吊耳承载区域的加强
（3）结构的加强
吊装时强度的校核关键在于吊耳及加强部位，以防撕裂，同时还要控制分段结构的变形（防止出现塑性变形及大变形导致的内装及舾装件的破坏，小的变形量也有利于分段之间的合拢焊接）[2]。
根据吊耳的布置及分段的结构情况，FR133为舱壁结构，只需在甲板下面做与防倾肘板对应的加强即可。FR140为T 型横梁，为保证横梁端部肘板的强度及小的甲板变形，需要做连接下层甲板的加强结构，FR140的吊耳附近加强结构如图5所示。
三、有限元分析
本文使用挪威船级社船舶专用有限元软件SESAM/Genie 对方案（2）进行进行模拟计算，分析其可行性。
在建立有限元模型时需要特别注意以下几个方面： （1）调整模型的重量重心使之与实际相一致。
（2）结构的材料属性及构件尺寸定义要准确，吊耳及附近区域网格细化。
（3）施加的模型边界条件要合理。 1．重量重心
由于模型中只有分段的结构重量，不包含舾装、内装、电气等重量，需要调整模型的重量及重心。重量、重心可以通过增加额外重量或直接施加载荷进行调整。
使用Genie 建立的模型如图6所示，由于本分段除结构外的其他重量基本属于均匀分布，模型中在两层甲板上各增
加一个额外设备对重量重心进行调整。
图6 有限元模型
sdh传输2．模型及边界条件
整个分段及加强结构所用材料为屈服强度235MPa 的普碳钢，吊耳所用材料为屈服强度355MPa 的高强钢。吊耳及临近连接结构使用板单元模拟，用30mm 和50mm 的网格进行细化。
吊钩位置用简支约束。初始位置为：单钩吊车的吊钩位置与A、B 两组吊耳的中心点同处一铅垂线，双钩吊车的吊钩中心点与C、D 两组吊耳的中心点同处一铅垂线。在实际
吊装中，由于计算误差及吊装的整体变形等因素，以上所选的吊钩位置基本不可能使分段吊起时处于平衡状态，在起吊时，吊钩与分段重心的相对位置会自动调整至平衡，所以起吊时要缓慢进行。
Genie 软件不能模拟自动调整平衡的过程，为防止计算结果失真，在肋位FR136左、右舷边上施加水平方向的约束，此约束对吊绳竖直方向上拉力的分配基本不会产生影响。
3．结果分析
参考挪威船级社相关吊装规范[3]，吊耳处的安全系数取2.29，其他区域的安全系数取2.03。即吊耳的许用应力为
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355/2.29=155.1MPa ，其他结构许用应力为235/2.03=116MPa。
计算结果显示，吊耳最大的等效应力出现在C 组吊耳上（与2.2.2中分析结果相符），为148.3MPa，见图7。结构的最大等效应力出现在B 组吊耳下面的支撑结构上，最大应力为92.5MPa（加强用H 型钢的应力在60MPa 左右），见图8。符合规范要求。
最大变形出现在艉部开口位置，为7mm，此变形量相对于分段尺寸很小，对结构及合拢焊接不会产生影响。另外由于整体分度没有大的应力集中区且应力水平较低，结构不
会发生屈曲。方案（2）安全可行。
图
7 吊耳区域应力
图8 加强结构区域应力
四、总结
本文以某型船的船艏分段为例，经过对分段结构特征的分析，结合现有吊装条件制定了两个初步方案，在进行比较后选择一较适用方案进行具体吊装设计并通过有限元模拟计算加以验证。通过有限元的模拟计算，所选方案安全可行。
参考文献
[1] 崔建英.浅谈船体分段吊具及其设计[J].中国机械，2013
（4）：79-79.
[2] 袁红莉，蔡振雄，陈章兰. 53000DWT 散货船上层建筑整
体吊装工艺设计[J].船舶工程，2009，31（2）：1-3. [3] DNV-OS-H205， lifting operation[S].DNV，2014.
（上接第5页）
表4 格梁计算结果表
计算项目
美味关系 电影
计算结果 承载能力极限状态最大正弯矩 M max ＝724.3kN-m 承载能力极限状态最大负弯矩 M max ＝-566.1kN-m 正常使用状态最大正弯矩 M max ＝294.4kN-m 正常使用状态最大负弯矩 M max ＝-226.5kN-m 承载能力极限状态最大剪力
M max ＝579.6kN-m
为了达到降低造价的目的，本方案在保证混凝土用量相等的情况下，通过分析对比配筋数量，得到配筋数量最少的截面尺寸。
根据初步试算，初选格梁高度800mm，宽度600mm，截面积为480,000mm 2。通过分析计算，总结配筋结果如表5所示。
表5 格梁配筋结果对比表
梁高（mm）
梁宽（mm）
高宽比 配筋量 600 800 0.75 3,079 700 686 1.02 2,626 800 600 1.3 2,340 900 533 1.7 2,111 1,000 480 2.1 1,923 1,100
436 2.5 1,766 1,200
400
3
1,633
通过上图可以得出，在满足高宽比且混凝土用量不变的前提下，格梁尺寸采用1,200mm 高，400mm 宽钢筋用量最为节省。
五、结语ip交换机
通过以上分析可知：（1）本文所提出的定制半潜驳接船下水的船舶下水工艺是一种全新的工艺方案。新工艺在理论上是安全可行的且已经在工程实践中投入应用。（2）半潜驳借船下水的接岸结构可采用比重力式结构更轻便的扶壁式结构来实现挡土靠船的目的。（3）半潜驳在靠近接岸结构时，对其撞击能可以设置DA 型橡胶护舷进行吸能防护。（4）半潜驳在坐底过程中，港池底部设置坐底格梁和橡胶护垫，保证了底部强度能够满足坐底强度及稳定性要求。
参考文献
[1] 中国船舶工业总公司第九设计研究院．船台滑道工艺设计
[M]．北京：国防工业出版社，1988．
[2] 中国船舶工业总公司第九设计研究院.船厂设计[M]．上文本框只读
海：上海科学技术出版社，1959．
[3] 马宗田．搭岸方式沉箱上船过程技术参数的计算方法及应
用[J]．中国港湾建设，2012．
[4] 管枫年．水工挡土墙设计[M]．北京：中国水利水电出版社，
1996．
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