CN113401798A - 一种菱形液罐吊装方案的确定方法 - Google Patents

一种菱形液罐吊装方案的确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种菱形液罐吊装方案的确定方法,包括以下步骤:S1、获取菱形液罐的重量、重心、尺寸和结构形式;S2、选取合适的龙门吊;S3、确定吊装方案;S4、建立菱形液罐吊装时的有限元模型;S5、进行吊装有限元计算,获取菱形液罐的应力及变形情况;S6、核准菱形液罐的应力及变形情况是否符合要求,若符合要求,确定最终的吊装方案;若不符合要求,根据获得的应力分布及变形情况,优化吊装方案,并对优化后的吊装方案重新进行有限元分析计算、核准,直至其符合要求;本发明通过在工程实际吊装前进行吊装的模拟计算,并不断优化吊装方案,使得吊装时的应力及变形符合要求,为实际工程中的液罐吊装提供理论支撑,保证了工程实际吊装的安全性。

Description

一种菱形液罐吊装方案的确定方法
技术领域
本发明属于船舶建造技术领域,具体涉及一种菱形液罐吊装方案的确定方法。
背景技术
在液化气船舶的建造过程中,菱形液罐作为典型的液罐形式,由于其特殊的建造需求,需使用龙门吊将其吊装进风雨棚进行绝缘施工,绝缘完工后再采用龙门吊吊装上模块车,驳运至船台,最后吊装上主船体,进行液罐的安装。但因为菱形液罐整体重量大,尺寸大,菱形液罐吊装时极易发生变形,影响吊装安全性和建造精度。
传统的菱形液罐吊装皆根据经验,不仅缺乏精度,而且吊装过程中可能出现吊马布置不合理,液罐倾斜,或者由于吊马区域相关加强不够导致结构变形及应力较大的情况,需进行吊马的二次布置及结构优化后再进行吊装,会耗费大量的人力物力。且目前根据经验方法的吊装方案为了保证安全通常会采取较大的安全系数,可能会造成选用的起重设备的起重能力应用不足问题,造成起重资源的浪费。
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菱形液罐吊装方案的确定方法,利用有限元软件对构建的吊装方案进行分析计算,并根据分析计算结果对构建的吊装方案进行不断优化,直至获得的吊装方案确保吊装时的应力及变形符合要求,为实际吊装提供了理论依据,有效避免在实际吊装过程中因反复修改吊装方案,导致吊装时间长、起吊资源浪费的问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种菱形液罐吊装方案的确定方法,该方法包括以下步骤:
S1、获取菱形液罐的重量、重心、尺寸和结构形式;
S2、根据菱形液罐的重量、重心和尺寸,选取合适的龙门吊,龙门吊上设有两台上小车,每台上小车设有两个主吊钩,每个主吊钩上配备有一个吊排;根据四个吊排的位置,确定龙门吊的抬吊覆盖范围;
S3、构建吊装方案,所述吊装方案的构建主要包括如下步骤:
(1)根据抬吊覆盖范围、吊排的结构特点、菱形液罐上止浮装置的布置位置结合菱形液罐的重量、重心,确定各吊排上连接的吊马数量、规格及布置位置;所述吊马通过在止浮装置上设置吊马孔获得;吊马布置时要求所有吊马关于菱形液罐的重心前后对称和左右对称,以使各吊马受力均匀;所述吊马的规格有两种:第一种是单吊耳结构,所述单吊耳结构通过在止浮装置的主板上设置一个吊马孔获得;第二种是三吊耳结构,所述三吊耳结构通过在止浮装置的主板及主板左右两侧的肘板上各设置一个吊马孔获得;
(2)根据各吊马的布置位置及对应吊排的位置,获取各吊马与对应吊排之间钢丝绳的倾斜角度,进而通过静力平衡公式计算获取各吊马的受力情况;所述钢丝绳的倾斜角度为钢丝绳与水平面的夹角;
(3)根据各吊马的受力情况,核准各吊马的受力是否符合要求;若符合要求,确定吊马上各吊孔与对应吊排的连接形式,进而计算出吊马上各吊马孔的受力,若不符合要求,修正(1)~(2)步,直至各吊马的受力符合要求;
S4、根据菱形液罐的结构图纸及构建的吊装方案,建立菱形液罐吊装时的有限元模型;
S5、在建立的有限元模型的吊孔位置处施加对应吊马孔的受力,施加方向为对应钢丝绳的长度方向,然后计算出吊装过程中,菱形液罐的应力及变形情况;
S6、核准菱形液罐的应力及变形情况是否符合要求,若符合要求,确定最终的吊装方案;若不符合要求,根据获得的应力分布及变形情况,优化吊装方案,并对优化后的吊装方案重新进行有限元分析计算、核准,直至其符合要求;所述吊装方案的优化包括吊马布置优化和/或局部加强优化。
优选地,在S1中,菱形液罐的重量包括结构重量、焊接重量、绝缘重量、油漆重量、管系重量、舾装重量及其它预估重量。
优选地,使用ShipRight FastTrack软件对菱形液罐进行有限元建模和有限元吊装计算,在进行有限元建模时,菱形液罐的主体结构由大量的四边形板壳单元和少量的三角形单元构建形成,加强结构采用板单元或梁单元构建形成,主体结构和加强结构部分的网格大小为肋骨间距×纵骨间距,重点考察部位的网格尺寸需进一步细化为50mm×50mm。
优选地,所述龙门吊配备的吊排为三角吊排,所述三角吊排上设有两个滑轮,每个滑轮绕设有一根主钢丝绳,每根主钢丝绳具有两个绳头;每个绳头上连接有一个主卸扣;在S3中,当选用三吊耳结构的吊马时,每个吊马通过一根副钢丝绳将该吊马上的三个吊马孔与对应主钢丝绳上同一个主卸扣连接,其具体连接方式为:副钢丝绳的一个绳头与吊马左侧肘板上的吊马孔连接,副钢丝绳的另一个绳头依次绕过主卸扣、吊马主板上的吊马孔和主卸扣后与右侧肘板上的吊马孔连接。
如上,本发明的一种菱形液罐的吊装方案的确定方法,具有以下有益效果:
本发明的一种菱形液罐吊装方案的确定方法,在工程实际吊装前对初步确定的吊装方案进行有限元模拟计算,并根据计算结果不断优化吊装方案,直至获得应力及变形均符合要求的吊装方案,为实际吊装提供理论支持;本发明将实际吊装过程中吊装方案的优化提前至实际吊装前,不仅大幅减少工人的工作量,缩短实际吊装时间,同时也避免起吊资源及船坞的长时间占用,从而缩短船坞建造周期,提高建造效率。
附图说明
图1为菱形液罐的立体图。
图2为采用三吊耳结构吊马时的吊装布置示意图,
图3为止浮装置的主板、肘板开吊马孔形成的三吊耳结构吊马的示意图。
图4为本发明菱形液罐吊装方案的确定方法的流程示意图。
附图标记说明
菱形液罐01,上斜板02,止浮装置03,主板031,肘板032,吊马孔033,主吊钩1,吊排2,滑轮21,主钢丝绳3,主卸扣4,副钢丝绳5,第一副卸扣6,第二副卸扣7。
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4。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。
当船体向下运动时,菱形液罐01会在惯性的作用下向上运动,使得菱形液罐01顶部与船体结构发生碰撞,为了防止因碰撞而损坏菱形液罐01和船体,会在菱形液罐01和船体之间设置起缓冲作用的止浮装置03。
如图1所示,止浮装置03有两排,且两排止浮装置03相对设置在菱形液罐01顶部左右两侧的上斜板02上;每排止浮装置03均包括多个沿菱形液罐01首尾方向(即菱形液罐01的长度方向或前后方向)间隔设置的止浮装置03。
如图3所示,止浮装置03包括一个主板031和两个肘板032,两个肘板032相对设置在主板031的左右两侧。
如图4所示,本发明提供一种菱形液罐吊装方案的确定方法,该方法包括以下步骤:
S1、获取菱形液罐01的重量、重心、尺寸和结构形式;
菱形液罐01重量包括结构重量、焊接重量、绝缘重量、油漆重量、管系重量、舾装重量及其它预估重量,预估重量主要包括预估的加强重量和预估的吊马重量。在本实施例中,菱形液罐01重量大约为1430t,整个菱形液罐01的长度为37.6m,宽度为27.1m,高度为21.9m,其重心位于菱形液罐01的纵向分中面上,且重心至菱形液罐01后端面的距离为17.9m,基本位于菱形液罐01的几何中心位置处。
S2、根据菱形液罐01的重量、重心和尺寸,选用一台1600t龙门吊,龙门吊上设有两台上小车,每台上小车设有两个主吊钩1,每个主吊钩1上配备有一个吊排2;所述吊排2为三角吊排,根据四个吊排2的位置,确定龙门吊的抬吊覆盖范围;
在本实施例中,由于菱形液罐01重量大约为1430t,则每个吊排2承受的重量大约为357.5t。
S3、构建吊装方案,所述吊装方案的构建主要包括如下步骤:
(1)根据抬吊覆盖范围、吊排2的结构特点、菱形液罐01上止浮装置03的布置位置结合菱形液罐01的重量、重心,确定各吊排2上连接的吊马数量、规格及布置位置;所述吊马通过在止浮装置03上设置吊马孔033获得;吊马布置时要求所有吊马关于菱形液罐01的重心前后对称和左右对称,以使各吊马受力均匀;所述吊马的规格有两种:第一种是单吊耳结构,所述单吊耳结构通过在止浮装置03的主板031上设置一个吊马孔033获得;第二种是三吊耳结构,所述三吊耳结构通过在止浮装置03的主板031及主板031左右两侧的肘板032上各设置一个吊马孔033获得;
由于吊马通过对菱形液罐01上现有的止浮装置03增设吊马孔033获得,无需额外增设吊马,有效避免了吊马的后续割除工作,既减少了作业人员的工作量,同时避免因吊马割除不当引起的菱形液罐01损伤。
由于主板031上的吊马孔033的许用载荷为60t,肘板032上的吊马孔033的许用载荷为30t,因此,单吊耳结构的吊马的许用载荷为60t,三吊耳结构的吊马的许用载荷为120t(60t+30t+30t=120t)。由于三角吊排可连接的吊马个数为2n,其中,n为不小于1的正整数,结合吊排2承受的重量大约为357.5t,可以计算出,三角吊排可连接的吊马个数至少为4个(即22个),在本实施例中,三角吊排可连接的吊马个数设置为4个(即22个),选用的吊马为三吊耳结构的吊马。
(2)根据各吊马的布置位置及对应吊排位置,确定各吊马与对应吊排之间的连线,该连线即为连接吊马与对应吊排的钢丝绳,从而确定出各吊马与对应吊排之间钢丝绳的倾斜角度和长度,进而确定各吊马的受力情况;所述钢丝绳的倾斜角度为吊马与对应吊排之间连线与水平面的夹角;
可以理解的是,这里的钢丝绳为虚拟钢丝绳,是为了便于计算简化而来的。
根据静力学平衡公式,计算出每个吊马的受力,即各吊马之间的受力需满足如下公式:
Figure BDA0003173483030000051
Figure BDA0003173483030000052
Figure BDA0003173483030000053
其中,i为吊马的序号,j为吊马总个数;Fi为各吊马的受力;Fisinαi为吊马沿垂直方向的受力;Ficosαi为吊马沿纵向方向的受力;G为菱形液罐的重量;Li为菱形液罐重心至各吊马受力的垂直距离(即力臂)。
(3)根据各吊马的受力情况,核准各吊马的受力是否符合要求;若符合要求,确定吊马上各吊孔与对应吊排的连接形式,进而计算出吊马上各吊马孔的受力,若不符合要求,修正(1)~(2)步,直至各吊马孔的受力符合要求;
计算出的Fi应小于对应吊马的许用载荷,若计算出的Fi不符合要求,需修正S3中的(1)、(2)步,直至各吊马的受力符合要求,修正内容包括修正吊马的个数及规格。
经计算本实施例各吊马的受力均符合要求,无需进行修正,由于本实施例的吊马为三吊耳结构的吊马,吊马上各吊马孔与对应吊排之间的连接形式参见图2的吊装布置方案。
如图2所示,构建的吊装布置方案为:每个主吊钩1上配备一个三角吊排,三角吊排上有两个滑轮21,每个滑轮21缠绕有一根主钢丝绳3,主钢丝绳3的直径为Ф90mm,长度为30m,每根主钢丝绳3具有两个绳头,主钢丝绳3上的每个绳头上均设有一个主卸扣4,主卸扣4为120t的卸扣;每个主卸扣4通过一根长度为20m、直径为Ф65mm的副钢丝绳5与一个吊马连接,其具体连接方式为:副钢丝绳5的一个绳头通过第一副卸扣6与吊马左侧肘板032上的吊马孔033固定连接,副钢丝绳5的另一个绳头依次穿过主卸扣4、吊马主板031上的第二副卸扣7、主卸扣4后通过第一副卸扣6与右侧肘板032连接,整体形成M形连接方式。采用这种连接方式使,第二副卸扣7所受副钢丝绳5的拉力为第一副卸扣6的2倍;第一副卸扣6选用55t的卸扣,第二副卸扣7选用85t的卸扣。
由于已知各吊马的受力,根据相同吊马上各吊马孔033之间的受力关系,从而计算出吊马上各吊马孔033的受力。
S4、根据菱形液罐的结构图纸及确定的吊装方案,建立菱形液罐吊装时的有限元模型;
可以理解的是,本发明可以采用ansys等各种市场上现有的有限元软件搭建菱形液罐01的有限元模型,具体采用哪个软件,对此不作限定,本实施例优选使用ShipRightFastTrack软件。
在使用ShipRight FastTrack软件对菱形液罐01进行有限元建模时,菱形液罐01的主体结构由大量的四边形板壳单元和少量的三角形单元构建形成,加强结构采用板单元或梁单元构建形成,主体结构和加强结构部分的网格大小为肋骨间距×纵骨间距,重点考察部位需将网格尺寸进一步细化为50mm×50mm,重点考察部位为容易变形和损坏的位置。
S5、在建立的有限元模型的吊孔位置处施加对应吊马孔的受力,施加方向为对应钢丝绳的长度方向,然后计算出吊装过程中,菱形液罐的应力及变形情况;
具体地,在建立的菱形液罐有限元模型上的各吊孔位置处建立多点约束MPC(即Multi-point constraints)单元,用于模拟各吊马孔与对应副卸扣及副钢丝绳之间的受力关系,其具体步骤为选取吊马孔033与副卸扣实际接触的上半圆网格点建立MPC单元,并在每个吊马孔建立的MPC单元中心点处施加S3中计算得到的吊马孔受力,施加方向与对应副钢丝绳的长度方向一致;然后,添加其余边界条件后,进行有限元吊装计算,得到菱形液罐01的最大变形量为5.3mm,最大正应力为138.4MPa,最大剪切应力为64.3MPa,且应力最大值均发生在重点考察部位的网格细化区域;添加的边界条件包括重力场载荷及限制菱形液罐01旋转的约束。
S6、核准菱形液罐的应力及变形情况是否符合要求,若符合要求,确定最终的吊装方案;若不符合要求,根据获得的应力分布及变形情况,优化吊装方案,并对优化后的吊装方案重新进行有限元分析计算、核准,直至其符合要求;所述吊装方案的优化包括吊马布置优化和/或局部加强优化。
根据获取的有限元吊装计算结果发现:菱形液罐01的最大变形量5.3mm小于结构最大尺度的1/800(即37600mm/800=47mm);最大正应力为138.4MPa小于菱形液罐结构材料的许用应力315Mpa,最大剪切应力64.3MPa小于许用应力的0.6倍(即小于315MPa*0.6=189MPa),满足建造精度的要求,从而确定最终的吊装方案。
目前基于菱形液罐的吊装方案的确定方法已被应用于不同液化气船型的菱形液罐吊装中,所确定的吊装方案皆在满足精度要求的条件下取得了成功,实践证明本发明的菱形液罐吊装方案的确定方法是一项可靠的方案确定方法,为工程应用提供了强有利支撑。
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设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 (4)

1.一种菱形液罐吊装方案的确定方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
S1、获取菱形液罐的重量、重心、尺寸和结构形式;
S2、根据菱形液罐的重量、重心和尺寸,选取合适的龙门吊,龙门吊上设有两台上小车,每台上小车设有两个主吊钩,每个主吊钩上配备有一个吊排;根据四个吊排的位置,确定龙门吊的抬吊覆盖范围;
S3、构建吊装方案,所述吊装方案的构建主要包括如下步骤:
(1)根据抬吊覆盖范围、吊排的结构特点、菱形液罐上止浮装置的布置位置结合菱形液罐的重量、重心,确定各吊排上连接的吊马数量、规格及布置位置;所述吊马通过在止浮装置上设置吊马孔获得;吊马布置时,要求所有吊马关于菱形液罐的重心前后对称和左右对称,以使各吊马受力均匀;所述吊马的规格有两种:第一种是单吊耳结构,所述单吊耳结构通过在止浮装置的主板上设置一个吊马孔获得;第二种是三吊耳结构,所述三吊耳结构通过在止浮装置的主板及主板左右两侧的肘板上各设置一个吊马孔获得;
(2)根据各吊马的布置位置及对应吊排的位置,获取各吊马与对应吊排之间钢丝绳的倾斜角度,进而通过静力平衡公式计算确定各吊马的受力情况;所述钢丝绳的倾斜角度为钢丝绳与水平面的夹角;
(3)根据各吊马的受力情况,核准各吊马的受力是否符合要求;若符合要求,确定吊马上各吊孔与对应吊排的连接形式,进而计算出吊马上各吊马孔的受力,若不符合要求,修正(1)~(2)步,直至各吊马的受力符合要求;
S4、根据菱形液罐的结构图纸及构建的吊装方案,建立菱形液罐吊装时的有限元模型;
S5、在建立的有限元模型的吊孔位置处施加对应吊马孔的受力,施加方向为对应钢丝绳的长度方向,然后计算出吊装过程中,菱形液罐的应力及变形情况;
S6、核准菱形液罐的应力及变形情况是否符合要求,若符合要求,确定最终的吊装方案;若不符合要求,根据获得的应力分布及变形情况,优化吊装方案,并对优化后的吊装方案重新进行有限元分析计算、核准,直至其符合要求;所述吊装方案的优化包括吊马布置优化和/或局部加强优化。
2.根据权利要求1所述的一种菱形液罐吊装方案的确定方法,其特征在于,在S1中,菱形液罐的重量包括结构重量、焊接重量、绝缘重量、油漆重量、管系重量、舾装重量及其它预估重量。
3.根据权利要求1或2所述的一种菱形液罐吊装方案的确定方法,其特征在于,使用ShipRight FastTrack软件对菱形液罐进行有限元建模和有限元吊装计算,在进行有限元建模时,菱形液罐的主体结构由大量的四边形板壳单元和少量的三角形单元构建形成,加强结构采用板单元或梁单元构建形成,主体结构和加强结构部分的网格大小为肋骨间距×纵骨间距,重点考察部位的网格尺寸需进一步细化为50mm×50mm。
4.根据权利要求1所述的一种菱形液罐吊装方案的确定方法,其特征在于,所述龙门吊配备的吊排为三角吊排,所述三角吊排上设有两个滑轮,每个滑轮绕设有一根主钢丝绳,每根主钢丝绳具有两个绳头,每个绳头上连接有一个主卸扣;在S3中,当选用三吊耳结构的吊马时,每个吊马通过一根副钢丝绳将该吊马上的三个吊马孔与对应主钢丝绳上同一个主卸扣连接,其具体连接方式为:副钢丝绳的一个绳头与吊马左侧肘板上的吊马孔连接,副钢丝绳的另一个绳头依次穿过主卸扣、吊马主板上的吊马孔和主卸扣后与右侧肘板上的吊马孔连接。
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