CN112550624B - 一种大跨度甲板分段的吊装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大跨度甲板分段的吊装方法，所述吊装方法包括：反态建造完成甲板分段，并在甲板分段的反面搭建好脚手架；构件甲板分段的结构有限元模型，在模型的反面构建与脚手架相对应的夹头；分别按照前后翻身、左右翻身的方式进行吊环设计，并在模型中构建与吊环对应的吊点平动约束，施加向下的惯性载荷，进行模型受力计算，从而获取甲板分段的第一变形图和第一应力图；选择变形和应力较小的翻身方式对甲板分段进行翻身。本发明合理的避免甲板产生过大的吊装变形，最终保证此类大跨度甲板分段的搭载精度。

Description

一种大跨度甲板分段的吊装方法
技术领域
本发明属于船舶建造领域，具体涉及一种大跨度甲板分段的吊装方法。
背景技术
一种邮轮的中间层甲板，由于不需承担过多的垂直重量，因此在设计时采取了轻量化设计，甲板采用6.5mm厚的A级钢，构架采用480mm高T排和120mm高球扁钢，材质也为A级钢。
以往建造类似船舶时，此类甲板由于本体结构抗弯能力较弱，且由于甲板反面还有大量的工作要做，吊装前需要在甲板下面悬挂脚手杆和满铺的脚手板，因此吊装时会容易产生较大变形。而随着造船技术的发展，绝大多数分段都采用无余量建造法，最多留有10mm补偿值，因此当上层分段搭载后，不能通过高低方向大量的余量修割来弥补甲板水平的超差，导致上层分段围壁与甲板的高低间隙远远超过标准允许的10mm以内。为了满足装配规范要求，只能进行大量换板和水平矫正工作，最终造成较大的人力和物力浪费，效果还很不理想。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种大跨度甲板分段的吊装方法克服前述问题。在一种邮轮建造的过程中，由于分段也均是采用无余量建造，因此大跨度甲板的变形问题需要在建造中通过工艺改进的方式来避免发生。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种大跨度甲板分段的吊装方法，所述吊装方法包括：反态建造完成甲板分段，并在甲板分段的反面搭建好脚手架；构件甲板分段的结构有限元模型，在模型的反面构建与脚手架相对应的夹头；分别按照前后翻身、左右翻身的方式进行吊环设计，并在模型中构建与吊环对应的吊点平动约束，施加向下的惯性载荷，进行模型受力计算，从而获取甲板分段的第一变形图和第一应力图；选择变形和应力较小的翻身方式对甲板分段进行翻身。
优选地，所述吊装方法包括：在甲板分段的两侧相邻分段上连接梳妆马；模拟将模型吊装到位后，仅仅通过梳妆马与相邻分段连接，松钩后，进行模型受力计算，从而获取甲板分段的第二变形图和第二应力图；判断第二变形图和第二应力图是否在允许范围内。
优选地，所述判断第二变形图和第二应力图是否在允许范围内包括：若判断结果是否定的，则在模型中添加平动约束作为对甲板分段的支撑点；模拟将模型吊装到位后，通过梳妆马与相邻分段连接，松钩后，进行模型受力计算，从而获取甲板分段的第三变形图和第三应力图；判断第三变形图和第三应力图是否在允许范围内。
优选地，所述支撑点选取在所述第二变形图中变形量最大的区域。
优选地，设计下端焊接连接在下层甲板、上端顶住甲板分段的管柱作为所述支撑点。
优选地，所述判断第三变形图和第三应力图是否在允许范围内包括：若判断结果是肯定的，则对所述管柱进行强度和稳性校核。
优选地，所述强度和稳性校核通过后，实体搭建所述管柱，将甲板分段吊装吊装到位，通过梳妆马与相邻分段连接，松钩。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过对此类甲板分段进行有限元建模，模拟其吊装、搭载过程中的应力和变形，可以提前掌握甲板分段的应力分布和变形状态，之后根据计算结果来优化吊点布置位置、增加支撑管柱，合理的避免甲板产生过大的吊装变形，最终保证此类大跨度甲板分段的搭载精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为大跨度甲板分段图示。
图2为大跨度甲板分段有限元模型。
图3为大跨度甲板分段前后翻身吊环布置图。
图4为大跨度甲板分段前后翻身吊运变形图。
图5为大跨度甲板分段前后翻身吊运应力分布图。
图6为大跨度甲板分段左右翻身吊环布置图。
图7为大跨度甲板分段左右翻身吊运变形图。
图8为大跨度甲板分段左右翻身吊运应力分布图。
图9为大跨度甲板分段松钩约束图。
图10为大跨度甲板分段松钩后变形图。
图11为大跨度甲板分段松后应力分布图。
图12为大跨度甲板分段管柱支撑加强图。
图13为大跨度甲板分段管柱支撑加强后变形图。
图14为大跨度甲板分段管柱支撑加强后应力分布图。
图15为大跨度甲板分段松钩后支撑点受力图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
1.如图1-15所示，一种邮轮大跨度甲板分段长度15550mm，宽度为16400mm，横向均布5档T排(腹板高480mm，板厚12mm，面板宽200mm，板厚20mm)，T排之间间距为2400mm，横向T排中间还设置三档120*6mm的球扁钢。甲板中纵、左舷6纵、右舷6纵均为T排构件，尺寸与横向T排相同，其它1纵到11纵左右舷构架均为120*6mm球扁钢，纵骨间距为700mm，均匀对称布置。甲板板厚6.5mm，且甲板上无结构开孔。
2.利用MSC/Patran软件对甲板分段建立结构有限元模型，有限元网格尺寸沿船长方向每肋位2个，船宽方向每纵骨间距2个。有限元模型中的板材均为平面板，板材、纵桁、强横梁腹板采用壳单元，横向和纵向球扁钢采用梁单元模拟，材料选用普通碳素钢，其密度为7850Kg/m3。坐标系统采用右手坐标系，X轴向船艏为正方向，Z轴向上为正方向，Y轴向左舷侧为正方向。该总段结构总重量为27.5T，假设分段在吊装时是静止的，所以在强度分析时载荷按照分段重量载荷进行计算，通过施加惯性载荷来定义总段重量。
3.分析该总段吊装和松钩时，由分段重力、反面脚手架的重量和施加于分段吊环、梳妆马的约束共同作用引起结构响应，有限元模型的约束边界条件选择在吊环位置的节点、梳妆马的端部节点进行x、y、z方向平动约束。
4.甲板吊运和松钩状态下，计算分段在自重及吊装相互作用下的响应，惯性载荷在型深方向取az＝g＝9.8Kg m/s2，其余方向为0，甲板底下因满搭脚手架，脚手架总重6T，共48个夹头均匀夹在反面T排上，因此在每个夹头处向下施加1250N集中力。
5.大跨度甲板分段均为反态建造，在吊装前需要进行180°翻身工作。此类分段翻身一般采取前后翻身(吊环设置在分段艏端和艉端)或者左右翻身(吊环设置在分段左右两侧)方式。
6.按照前后翻身方式进行吊环设计，分别在艏艉横向T排上对称布置4个B型吊环。有限元模型中对8个吊点进行平动约束，施加向下的惯性载荷进行计算。结果显示，在此状态下，大跨度甲板分段最大变形为14.3mm，最大应力为51.3mpa。
7.按照左右翻身方式进行吊环设计，分别在分段左右两侧T排上对称布置4个B型吊环。有限元模型中对8个吊点进行平动约束，施加向下的惯性载荷进行计算.结果显示，在此状态下，大跨度甲板分段最大变形为6.15mm，最大应力为23.4mpa。其变形和应力状况都明显优于横向翻身方式，因此选用左右翻身方式。
8.大跨度甲板分段3翻身后进行分段搭载，吊装到指定位置后，在其左右两边的相邻分段2各烧三块梳妆马1进行分段固定，之后吊车松钩。对此状态进行有限元计算模拟，分段最大变形为25.6mm，分段整体呈现中凹型，最大应力为74.7mpa，远远超过精度允许范围。
9.根据大跨度甲板分段变形趋势，在变形较大位置附近的T排下方增加两根管柱4进行分段支撑，即在有限元模型中增加管柱处的平动约束，计算结果显示，加强后最大变形为6.92mm，最大应力为36.3mpa，满足精度控制要求。
10.由于加强管柱受压，需要对其进行强度和稳性校核。选取选用直径为200mm，板厚为5mm，长度为6000mm管柱4进行强度和稳性校核，支撑状态下，管柱最大承载力为13.4吨。
最大应力
Figure BDA0002821042180000061
满足强度要求。
管柱支撑下端与下层甲板5电焊固定，上端自由，即一端固定，一端自由状态，其
Figure BDA0002821042180000062
Figure BDA0002821042180000063
因此属于大柔度杆，可利用欧拉公式计算临界力：
Figure BDA0002821042180000064
临界力大于所受压力13.4吨，因此支撑杆不会发生屈服，且满足强度要求。
尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。

Claims (6)

1.一种大跨度甲板分段的吊装方法，其特征在于，所述吊装方法包括：
反态建造完成甲板分段，并在甲板分段的反面搭建好脚手架；
构建甲板分段的结构有限元模型，在模型的反面构建与脚手架相对应的夹头；
分别按照前后翻身、左右翻身的方式进行吊环设计，并在模型中构建与吊环对应的吊点平动约束，施加向下的惯性载荷，进行模型受力计算，从而获取甲板分段的第一变形图和第一应力图；
选择变形和应力较小的翻身方式对甲板分段进行翻身；
在甲板分段的两侧相邻分段上连接梳妆马；
模拟将模型吊装到位后，仅仅通过梳妆马与相邻分段连接，松钩后，进行模型受力计算，从而获取甲板分段的第二变形图和第二应力图；
判断第二变形图和第二应力图是否在允许范围内。
2.根据权利要求1所述的大跨度甲板分段的吊装方法，其特征在于，所述判断第二变形图和第二应力图是否在允许范围内包括：
若判断结果是否定的，则在模型中添加平动约束作为对甲板分段的支撑点；
模拟将模型吊装到位后，通过梳妆马与相邻分段连接，松钩后，进行模型受力计算，从而获取甲板分段的第三变形图和第三应力图；
判断第三变形图和第三应力图是否在允许范围内。
3.根据权利要求2所述的大跨度甲板分段的吊装方法，其特征在于，所述支撑点选取在所述第二变形图中变形量最大的区域。
4.根据权利要求3所述的大跨度甲板分段的吊装方法，其特征在于，设计下端焊接连接在下层甲板、上端顶住甲板分段的管柱作为所述支撑点。
5.根据权利要求4所述的大跨度甲板分段的吊装方法，其特征在于，所述判断第三变形图和第三应力图是否在允许范围内包括：
若判断结果是肯定的，则对所述管柱进行强度和稳性校核。
6.根据权利要求5所述的大跨度甲板分段的吊装方法，其特征在于，所述强度和稳性校核通过后，实体搭建所述管柱，将甲板分段吊装到位，通过梳妆马与相邻分段连接，松钩。
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