超大型油轮上建整体吊装工艺

摘 要：本文以广州龙穴造船有限公司在建的32万载重吨VLCC为例，介绍超大型油轮上层建筑整体吊装工艺。

关键词：超大型油轮上层建筑；整体吊装工艺

VLCC Superstructure Complete Assembly Lifting Technic

Zhang Ma， Gao Li， Gong Yonglin

（ CSSC Guangzhou Longxue Shipbuilding Co.，Ltd. Guangzhou 511462 ）

Abstract： In this paper， taking Guangzhou Longxue Shipbuilding Co. Ltd. in 320000 DWT VLCC as the object， introduces the VLCC superstructure complete assembly lifting technic.

Key words： Superstructure of VLCC； Lifting technic

1 前言

VLCC船作为远洋石油运输的战略性运输工具，是国家进口原油运输不可或缺的“助手”。随着船舶主尺度的增加，VLCC的上层建筑尺寸和重量随之增大，其内部布置复杂程度亦随着增加。上层建筑整体吊装，对缩短造船周期、降低劳动成本和提高生产效率具有十分重要的意义。由于VLCC的上层建筑具有尺寸大、重量大和刚性弱的特点，因此有必要探讨上层建筑整体吊装工艺，保障整体吊装顺利进行。本文以广州中船龙穴造船有限公司建造的32万吨VLCC原油轮为例，介绍超大型油轮上层建筑整体吊装工艺。

2 上层建筑概况

上层建筑整体长17.1m（Fr34～Fr53）、宽60m（包括翼桥）、高22.15m，共有七层。自上而下分别为：罗经甲板及其下围壁、驾驶甲板及其下围壁（包括翼桥及其支撑）、E甲板及其下围壁、D甲板及其下围壁、C甲板及其下围壁、B甲板及其下围壁、A甲板及其下围壁，如图1所示。

3 整体吊装重量、重心

整体吊装重量为整体分段结构重量加整体分段预舾装重量之和，如表1所示.

表1 结构的重量及重心位置

4 吊装方案

目前，广州中船龙穴造船有限公司的两个干船坞均各配置两台600 T龙门吊。由于上层建筑整体吊装重量已超过单台龙门吊额定吊运能力，因此采取两龙门吊联吊方式进行吊运。

一般吊运物体大都设置4个吊点，虽然这样的吊点设置受力简单，但是每个吊点要承受很大的拉力，易引起吊点附近上建结构变形或被撕裂。根据本船上层建筑整体结构形式，整体吊装的吊码采用非标准形式板式吊码，不仅与结构易形成一体化连接，而且还可以反复利用，提高吊码的利用率。根据整体吊装的重量和重心位置，为降低吊点所承受的拉力值，我们在B甲板左右围壁上FR37+300，FR38，FR40，FR40+600及驾驶甲板上（距中14450mm处）FR50，FR50+600，FR51+300，FR52位置，左右对称共设置16个吊点，如图2所示。吊码单点受力最大为55吨，吊码设计承重为70吨（按2倍安全系数计算）。考虑到预防调运可能出现的不平衡状态，在吊码上多设几个临时吊点。

5 上层建筑结构有限元分析

本船上层建筑的结构有限元计算模型采用三维有限元模型，参考中国船级社《船体结构强度直接计算指南》，有限元网格尺寸沿船长方向每肋位（肋距900mm）2个，船宽方向每纵骨间距（850mm）2个；吊码及其相连结构采用体单元模拟，甲板、舱壁以及T型材腹板采用板单元模拟，纵骨、横梁、舱壁扶强材以及T型材面板采用梁单元模拟，舾装质量采用集中质量模拟。整个有限元模型节点数320481个，体单元229968个，三角形单元660个，四边形单元42921个，梁单元11 600个，集中质量单元11884个，见图3。

图3 上层建筑整体吊装有限元模型示意图

由于上层建筑结构的变形主要是由结构的重量载荷引起的，因此采用以下三个工况进行有限元计算：

（1）工况load case-G：吊装前的结构响应；

（2）工况load case-1.1G：吊装时结构的响应；

（3）吊装引起的响应：吊装时结构的响应―吊装前的结构响应。

其边界条件为：

（1）吊装前： A甲板下围壁下端完全刚性约束；

（2）吊装过程中：B甲板左围壁上缘的在FR37+300位置的一个吊码孔XYZ三个方向刚性固定，这一组其余三个吊码孔及其余三组吊码孔仅约束垂向位移。

计算载荷：

（1）吊装前：惯性载荷取az=g=-9.8 kgm/s2，即Fz=m ・ az =-8318.9kN，其余方向为0；

（2）吊装过程中：吊装过程中考虑其冲击载荷的影响在计算吊装时的惯性载荷，在垂直方向取az=1.1 g =-10.78 kgm/s2，即Fz=m・az =-9150.8kN，其余方向为0。

经过有限元计算，上层建筑在建造、吊装过程中结构的应力最大值出现在FR37+300吊码正下方与下围壁相交处，其值为144 N/mm2 < 6 s，结构强度满足要求；上层建筑在建造过程中结构的绝对最大位移为12.5 mm，位置在E甲板FR44-450与OFFCL850 mm相交处甲板开孔处附近；吊装过程中结构的绝对最大位移为24.1mm，位于E甲板左舷侧伸出板最外侧。由吊装引起的结构的相对应力水平为147 N/mm2，出现在FR37+300吊码正下方与下围壁相交处；引起各甲板、围壁的最大位移为20.2 mm，出现在FR47-300与OFFCL-7900 mm相交横舱壁开孔处。

6 吊码有限元分析

吊码模型，每个吊码模型的纵向长度取一个肋位长度（即600 mm），高度取腹板和延伸板的高度（即450mm）。全部采用Solid体单元，每个吊码单元数：32844，见图4。

图4 吊码有限元模型示意图

吊码边界条件：甲板延伸板所有节点位移完全刚性约束（Ux、Uy、Uz）。

吊码载荷：每根钢丝绳（每个吊码）按60吨考计算。考虑到冲击载荷的影响在计算吊装时的惯性载荷，在型深方向取az=1.1g=-10.78 kgm/s2，即在每个吊码及对应腹板上施加垂向向上的载荷为60×9.8×1.1=646.8 kN，其余方向为0。对于吊码及腹板模型，吊码及腹板开孔顶部所有节点上共施加垂向向上的载荷为646.8 kN。

经过有限元计算，在每个吊码及相临腹板受到646.8 kN的拉力作用下，吊码内孔的最大应力为271 Mpa，出现在吊码开孔顶部外边沿局部（与钢丝绳接触拐角处），略大于吊码材料的屈服应力235 MPa，小于吊码材料（（Q235） 的抗拉强度（375～500 MPa）；吊码内孔四周大部分区域的应力为130Mpa左右，小于吊码材料的屈服应力235 MPa；吊码正下方的舱壁延伸板应力为122 Mpa，小于吊码材料的屈服应力，结构强度上是安全的。

7 实施效果

根据有限元分析结果，进行优化上建整体的结构加强，以最少加强材料达到减少整体吊装变形的目的。上层建筑整体吊装后，经测量其吊装变形在控制范围内，吊装过程如图5所示。

图5 起吊中的上层建筑

8 结语

通过与计算分析报告进行数据对比，为后续船上层建筑吊装提供了数据参考，更好的控制了吊装的安全性及了解预舾装的完整性，实现快速搭载和缩短船坞周期，为以后的扩大预装量提供有力的技术支撑。