CN113401782A - 一种大开口平直空腔结构总段的吊装变形控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大开口平直空腔结构总段的吊装变形控制方法，包括以下步骤：S1、计算大开口平直空腔总段的重量、重心，结合龙门吊设备参数进行吊点配置及钢丝绳的长度和夹角的计算；S2、根据吊点及整体重量设计吊马；S3、根据大开口平直空腔结构总段不同位置处的开口结构特点，结合吊点及其受力分布对大开口平直空腔结构总段进行加强布置；S4、根据总段吊马布置图搭建包括吊马和加强的大开口平直空腔结构总段的整体有限元模型，并进行有限元分析计算以校核整体强度、局部强度和变形情况；S5、根据有限元计算和校核结果进行加强及修正上述S2、S3步，并重新校核，直至符合要求，与现有技术相比，能有效控制吊装时的变形量，使其满足建造精度要求。

Description

一种大开口平直空腔结构总段的吊装变形控制方法
技术领域
本发明属于船舶建造技术领域，具体涉及一种大开口平直空腔结构总段的吊装变形控制方法。
背景技术
多层甲板带舷侧总段结构比较特殊，因其具有以下特点：1、上甲板表面平直；2、中部具有包含大开口区域的大型空腔装载舱结构；也被称为“大开口平直空腔结构总段”，这种结构由于刚性较弱，尺寸大，重量重，建造精度要求高，吊装时甲板极易发生变形，需要补设加强以增强结构刚度，保证甲板精度。通常的加强方法为：根据经验在平直空腔结构内设置垂直支撑进行上下连接，但通过有限元吊装分析计算，发现空腔区域产生波浪变形，甲板的最大变形量达到17mm，吊马区域处甲板的拱起变形量为10mm，无法满足生产建造精度要求。
发明内容
鉴于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种大开口平直空腔结构总段的吊装变形控制方法，采用合理布置吊点，并根据不同位置处大开口平直空腔结构总段的开口特点设置加强结构，以控制大开口平直空腔结构总段吊装时的变形。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种大开口平直空腔结构总段的吊装变形控制方法，所述吊装变形控制方法包括以下步骤：
S1、计算大开口平直空腔总段的重量、重心，结合龙门吊设备参数进行吊点配置及钢丝绳的长度和夹角的计算，其主要过程包括；
(1)重量重心计算；
(2)钢丝绳的长度和夹角计算，计算时要求钢丝绳的夹角大于60°，所述钢丝绳夹角为吊挂时钢丝绳与水平面之间的夹角；
(3)根据重量重心进行吊点配置，要求均匀分布各吊点所受钢丝绳拉力；
S2、根据吊点及整体重量设计吊马；
S3、根据大开口平直空腔结构总段不同位置处的开口结构特点，结合吊点及其受力分布对大开口平直空腔结构总段进行加强布置，以获取总段吊马布置图；加强布置的主要过程包括：
(1)获取大开口平直空腔结构总段不同位置处的开口结构形式，不同位置处的开口结构形式包括无吊马的第一空腔区域结构、布置吊马的第二空腔区域结构及靠外板的大开口区域结构；所述第一空腔区域结构和第二空腔区域结构均具有大矩形区域，所述大开口区域结构具有相互连通的横向大开口区域和舷侧大开口区域；
(2)在具有第一空腔区域结构的位置处布置第一加强结构，所述第一加强结构包括多根垂直支柱、加强肘板、第一斜撑和第二斜撑；所述垂直支柱布置在第一空腔区域结构上的第一大矩形区域内，以将大矩形区域分割成多个小矩形区域；加强肘板布置在垂直支柱与第一空腔区域结构的连接位置处，且每个小矩形区域内均设有交叉设置的第一斜撑和第二斜撑；在具有第二空腔区域结构的位置处布置第二加强结构，所述第二加强结构包括垂直支撑、上斜撑和下斜撑，在没有加强的吊马下方布置垂直支撑，且在大矩形区域内未布置垂直支撑的剩余区域内布置垂直支撑；所述上斜撑和下斜撑布置在吊马下方的大矩形区域内以形成菱形支撑结构；在具有大开口区域结构的位置处布置第三加强结构，所述第三加强结构包括垂直支柱、加强肘板、横向加强件，横向连接件和垂向连接件，所述垂直支柱布置在横向大开口区域和舷侧大开口区域内，且位于舷侧大开口区域内的相邻两个垂直支柱通过横向加强件连接；所述横向连接件有两根，两根横向连接件间隔布置在横向大开口区域内，且位于上方的横向连接件与横向大开口区域内各垂直支柱的底端连接；两根横向连接件通过垂向连接件连接；加强肘板布置在垂直支柱与大开口区域结构或横向连接件的连接位置处；
S4、根据总段吊马布置图搭建包括吊马和加强的大开口平直空腔结构总段的整体有限元模型，并进行有限元分析计算以校核整体强度、局部强度和变形情况；
S5、根据有限元计算和校核结果进行加强及修正上述S2、S3步，并重新校核，直至符合要求。
优选地，在S3中，每个小矩形区域内的第一斜撑、第二斜撑分别布置在对应小矩形区域的两条对角线上，形成强框结构，保证结构刚性。
如上，本发明的一种大开口平直空腔结构总段的吊装变形控制方法，具有以下有益效果：
本发明的吊装变形控制方法，先按照钢丝绳与水平面的夹角设计钢丝绳长度，结合总段重量重心进行吊点配置，设计吊马，然后根据吊点受力情况及大开口平直空腔结构总段不同位置处的开口特点进行结构加强，通过有限元分析发现，本发明采用的吊装变形控制方法使各吊点受力均匀，总段整体未发生波浪变形，甲板变形量控制在±2mm左右，吊马区域拱起最大变形5mm；整体结构应力小于200MPA，相比传统现有技术中依据经验设置的单一加强结构，本发明的吊装变形控制方法更能满足船舶建造精度要求，为现场实际吊装提供了技术支撑，保证了实际吊装作业的安全性。
附图说明
图1为大开口平直空腔结构总段第一位置处常规加强方案下的甲板变形示意图。
图2为大开口平直空腔结构总段第一位置处第一加强结构的布置示意图，
图3为大开口平直空腔结构总段第二位置处第二加强结构的布置示意图。
图4为大开口平直空腔结构总段第三位置处未设置加强结构的示意图。
图5为大开口平直空腔结构总段第三位置处第三加强结构的布置示意图。
附图标记说明
大矩形区域01，吊马02，横向大开口区域03，舷侧大开口区域04，垂直支柱1，加强肘板2，第一斜撑31，第二斜撑32，垂直支撑4，上斜撑51，下斜撑52，横向加强件6，横向连接件7，垂向连接件8。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
大开口平直空腔结构总段结构特殊，具有三种不同结构的横剖面图，即图2所示的无吊马的第一空腔区域结构、图3所示的布置吊马的第二空腔区域结构、图4和图5所示的靠外板的大开口区域结构，其中，第一空腔区域结构和第二空腔区域结构的中部具有一个大矩形区域01，大开口区域结构具有相互连通的横向大开口区域03和舷侧大开口区域04。
本发明提供一种大开口平直空腔结构总段的吊装变形控制方法，该吊装变形控制方法包括以下步骤：
S1、计算大开口平直空腔总段的重量、重心，结合龙门吊设备参数进行吊点配置及钢丝绳的长度和夹角的计算，其主要过程包括；
(1)重量重心计算；
(2)钢丝绳的长度和夹角计算，计算时要求钢丝绳的夹角大于60°，优选设置为85°，所述钢丝绳夹角为吊挂时钢丝绳与水平面之间的夹角；
同等情况下，钢丝绳的夹角越大(即钢丝绳的垂直度越高)，钢丝绳所受拉力越小，吊马所受钢丝绳的横向分力越小，甲板越不容易发生变形；
(3)根据重量重心进行吊点配置，要求均匀分布各吊点所受钢丝绳拉力；
各吊点所受钢丝绳拉力越均匀，吊装过程中结构更安全，甲板越不容易变形；
重复上述的(2)、(3)步骤，直至同时符合要求；
S2、根据吊点及整体重量设计吊马；
S3、根据大开口平直空腔结构总段不同位置处的开口结构特点，结合吊点及其受力分布对大开口平直空腔结构总段进行加强布置，以获取总段吊马布置图；加强布置的主要过程包括：
(1)获取大开口平直空腔结构总段不同位置处的开口结构形式，不同位置处的开口结构形式包括无吊马的第一空腔区域结构、布置吊马的第二空腔区域结构及靠外板的大开口区域结构；所述第一空腔区域结构和第二空腔区域结构均具有大矩形区域01，所述大开口区域结构具有相互连通的横向大开口区域03和舷侧大开口区域04；
(2)如图2所示，在具有第一空腔区域结构的位置处布置第一加强结构，所述第一加强结构包括多根垂直支柱1、加强肘板2、第一斜撑31和第二斜撑32；垂直支柱1布置在第一空腔区域结构上的大矩形区域01内，以将大矩形区域01分割成多个小矩形区域；加强肘板02布置在垂直支柱1的两端用于实现垂直支柱1的上下连接；每个小矩形区域内均设有交叉设置的第一斜撑31和第二斜撑32，且每个小矩形区域内的第一斜撑31、第二斜撑32分别布置在对应小矩形区域的两条对角线上；如图3所示，在具有第二空腔区域结构的位置处布置第二加强结构，所述第二加强结构包括垂直支撑4、上斜撑51和下斜撑52，在没有加强的吊马02下方布置垂直支撑4，且在大矩形区域内01未布置垂直支撑4的剩余区域内布置垂直支撑4；所述上斜撑51和下斜撑52布置在吊马02下方的大矩形区域内01以形成菱形支撑结构，提高吊马区域的抗扭强度；如图4和图5所示，在具有大开口区域结构的位置处布置第三加强结构，所述第三加强结构包括垂直支柱1、加强肘板2、横向加强件6，横向连接件7和垂向连接件8，所述垂直支柱1布置在横向大开口区域03和舷侧大开口区域04内，且位于舷侧大开口区域04内的相邻两个垂直支柱1通过横向加强件6连接；所述横向连接件7有两根，两根横向连接件7间隔布置在横向大开口区域03内，且位于上方的横向连接件7与横向大开口区域内03各垂直支柱1的下端连接；两根横向连接件7通过垂向连接件8连接；加强肘板2布置在垂直支柱1与大开口区域结构或横向连接件7的连接位置处；
在本实施例中，垂直支柱1选用外径377mm、壁厚16mm的钢管，加强肘板2的边长为350mm，板厚为12mm，第一斜撑31、第二斜撑32、横向连接件7为2*28a的合抱槽钢；垂直支撑4、横向加强件6、垂向连接件8、上斜撑51、下斜撑52为槽钢。
可以理解的是，获取的总段吊马布置图上标注有吊马位置、吊马规格、加强位置和加强形式。
S4、根据总段吊马布置图搭建包括吊马和加强的大开口平直空腔结构总段的整体有限元模型，并进行有限元分析计算以校核整体强度、局部强度和变形情况；
S5、根据有限元计算和校核结果进行加强及修正上述S2、S3步，并重新校核，直至符合要求。
修正内容包括：根据有限元计算结果分析各吊点的受力情况与选取吊马的许用应力做对比，确定是否需要更换更大规格的吊马；根据有限元分析计算校核结构对局部应力较大区域进行加强，提高局部强度，并减少局部位置的变形量。
综上所述，本发明的吊装变形控制方法，先按照钢丝绳与水平面的夹角设计钢丝绳长度，结合总段重量重心进行吊点配置，设计吊马，然后根据吊点受力情况及大开口平直空腔结构总段不同位置处的开口特点进行结构加强，通过有限元分析发现，本发明采用的吊装变形控制方法使各吊点受力均匀，总段整体未发生波浪变形，甲板变形量控制在±2mm左右，吊马区域拱起最大变形5mm；整体结构应力小于200MPA，相比传统现有技术中依据经验设置的单一加强结构，本发明的吊装变形控制方法更能满足船舶建造精度要求，为现场实际吊装提供了技术支撑，保证了实际吊装作业的安全性。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种大开口平直空腔结构总段的吊装变形控制方法，其特征在于，所述吊装变形控制方法包括以下步骤：
S1、计算大开口平直空腔总段的重量、重心，结合龙门吊设备参数进行吊点配置及钢丝绳的长度和夹角的计算，其主要过程包括；
(1)重量重心计算；
(2)钢丝绳的长度和夹角计算，计算时要求钢丝绳的夹角大于60°，所述钢丝绳夹角为吊挂时钢丝绳与水平面之间的夹角；
(3)根据重量重心进行吊点配置，要求均匀分布各吊点所受钢丝绳拉力；
S2、根据吊点及整体重量设计吊马；
S3、根据大开口平直空腔结构总段不同位置处的开口结构特点，结合吊点及其受力分布对大开口平直空腔结构总段进行加强布置，以获取总段吊马布置图；加强布置的主要过程包括：
(1)获取大开口平直空腔结构总段不同位置处的开口结构形式，不同位置处的开口结构形式包括无吊马的第一空腔区域结构、布置吊马的第二空腔区域结构及靠外板的大开口区域结构；所述第一空腔区域结构和第二空腔区域结构均具有大矩形区域，所述大开口区域结构具有相互连通的横向大开口区域和舷侧大开口区域；
(2)在具有第一空腔区域结构的位置处布置第一加强结构，所述第一加强结构包括多根垂直支柱、加强肘板、第一斜撑和第二斜撑；所述垂直支柱布置在第一空腔区域结构上的大矩形区域内，以将大矩形区域分割成多个小矩形区域；加强肘板布置在垂直支柱与第一空腔区域结构的连接位置处，且每个小矩形区域内均设有交叉设置的第一斜撑和第二斜撑；在具有第二空腔区域结构的位置处布置第二加强结构，所述第二加强结构包括垂直支撑、上斜撑和下斜撑，在没有加强的吊马下方布置垂直支撑，且在大矩形区域内未布置垂直支撑的剩余区域内布置垂直支撑；所述上斜撑和下斜撑布置在吊马下方的大矩形区域内以形成菱形支撑结构；在具有大开口区域结构的位置处布置第三加强结构，所述第三加强结构包括垂直支柱、加强肘板、横向加强件，横向连接件和垂向连接件，所述垂直支柱布置在横向大开口区域和舷侧大开口区域内，且位于舷侧大开口区域内的相邻两个垂直支柱通过横向加强件连接；所述横向连接件有两根，两根横向连接件间隔布置在横向大开口区域内，且位于上方的横向连接件与横向大开口区域内各垂直支柱的下端连接；两根横向连接件通过垂向连接件连接；加强肘板布置在垂直支柱与大开口区域结构或横向连接件的连接位置处；
S4、根据总段吊马布置图搭建包括吊马和加强的大开口平直空腔结构总段的整体有限元模型，并进行有限元分析计算以校核整体强度、局部强度和变形情况；
S5、根据有限元计算和校核结果进行加强及修正上述S2、S3步，并重新校核，直至符合要求。
2.根据权利要求1所述的一种大开口平直空腔结构总段的吊装变形控制方法，其特征在于，
在S3中，每个小矩形区域内的第一斜撑、第二斜撑分别布置在对应小矩形区域的两条对角线上。
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