第２８卷第６期　２０１１年ｌ２月　江苏船舶　

ＪＩＡＮＧＳＵ　ＳＨＩＰ　Ｖｏ１．２８　Ｎｏ．６　

Ｄｅｃ．２Ｏ１ｌ　

液化气船上层建筑整体吊装有限元强度分析　郭　维　（江苏现代造船技术有限公司，江苏镇江２１２００３）　

摘要：以１２　０００　ｍ　液化气船的上层建筑为例，对上层建筑在吊装过程中的吊点选择、吊耳形式的设计和上层　建筑的变形控制进行有限元计算分析，根据计算结果对船体局部的结构、材料规格和制作安装工艺进行调整，以　确保吊装的安全性。　关键词：整体吊装；上层建筑；吊耳；有限元　中图分类号：Ｕ６６３．６　文献标识码：Ｂ　

Ｏ　引言　作为清洁能源之一的液化石油气（简称ＬＰＧ）　在我国有相当大的市场，需求快速增长。我国ＬＰＧ　年消费量由２０世纪９０年代初的约２５０万ｔ增至　２００４年的２　０１２万ｔ，已成为继美国、日本之后世界　第３大ＬＰＧ消费国。　ＬＰＧ船主要用来运输以丙烷和丁烷为主要成分　的石油碳氢化合物，也包括丙烯和丁烯及其他一些　化工产品，近年来乙烯和氨也列入其运输范围。　ＬＰＧ船因其特殊用途而产生了多方面的特殊要求，　因而其建造难度大，是代表当今世界造船技术水平　的高技术、高附加值船舶。而上层建筑整体吊装方　案，是提高上层建筑区域的预舾装率，缩短船舶的船　台建造、系泊试验周期的较有效的方法之一，但实际　建造时却有一定难度。通常船舶在详细设计前是不　考虑建造方案的，因此，上层建筑的强度是按照普通　设计来确定的。在实际建造中，根据其基本条件进　行必要的强度计算，就显得非常重要。计算时要考　虑起重能力以及安全系数，吊点的选择、吊耳的形　式、吊点区域的结构加强、吊装定位装置的设置等。　

１结构说明及有限元模型　１．１结构说明　１２　０００　ｍ　液化气船为单甲板、球艏、方尾、尾机　型，柴油机驱动单螺旋桨的半冷半压式液化石油气　运输船。其总长为１３８　ｍ，型宽为２１．６　ｍ，型深为　１１．９　ｍ。该船甲板室共有６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、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。整个上层建筑长为２７．６１　ｍ、宽　２１．７　ｍ（包括翼桥）、高为１６．９　ｍ。上层建筑各层甲　板采用横骨架式。１２　０００　ｍ。液化气船总布置图如　图１所示，上层建筑中纵剖面图如图２所示。　

１．２有限元模型及边界条件　图１　１２　０００　ｍ　液化气船总布置图　收稿日期：２０１１—０９—０５　作者简介：郭维（１９７６一），女，工程师，主要从事船舶生产没计工作。　坐标系统采用右手坐标系，原点Ｏ位于ＦｒＯ　Ａ　甲板与船舶中心线相交处，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。　第６期　郭维：液化气船上层建筑整体吊装有限元强度分析　采用三维有限元模型，模型范围选取为该船上　层建筑整体吊装模型，模型的纵向范围从Ｆｒ３＋２５０　ｍｍ至Ｆｒ４２＋４１０　ｍｍ；横向范围为整个上层建筑宽　度；垂向范围为Ａ甲板下围壁到罗经甲板。有限元　模型示意图如图３所示。　

ｌ７　驾驶　Ｄ甲板　Ｃ甲板　Ｂ甲板　Ａ甲板　●’’　．【．．　艉楼呼　ｒｒｒ　Ｉ　Ｉ【　主甲板　图２上层建筑中纵剖面图　板　板　

对吊码。　（２）上层建筑整体吊装按８４０　ｔ总重进行，平均　每个吊点受力１４０　ｔ。　（３）由＝Ｆ使用吊梁进行吊装，每个吊点只能设　置４根钢丝绳。设计计算时需按每个吊点１４０　ｔ，每　根钢丝绳（每个吊点）３５　ｔ考虑。　１．３．３　吊码的形式及结构加强　考虑到吊码附近结构的受力情况，需要对吊点　区域进行局部加强，力求简单可靠，以确保吊点受力　能够有效传递。本船采用永久性的船体结构加强形　式，在吊点区域加厚相关围壁板，并增设若干加强　板　筋。吊环及结构加强示意图如图４所示。　

图３有限元模型示意图　边界条件：　（１）吊装前（工况ＬＣ１）：Ａ甲板下围壁下端位　移和转角完全刚性约束。　（２）吊装过程中（工况ＬＣ２）：在有限元模型中　约束处理采用Ｄ甲板Ｆｒｌ８围壁上缘约束Ｘ、Ｙ、ｚ三　方向位移，左舷驾驶甲板（距中９　２５０　ｍｍ处）上缘　约束Ｘ、Ｙ、ｚ三方向的位移，右舷驾驶甲板（距中　９　２５０　ｍｍ处）上缘约束ｘ、ｚ方向的位移，Ｄ甲板靠　近吊码的边缘约束ｘ、Ｙ、Ｚ三方向的位移。　１．３吊装方案　１．３．１重量、重心等基本情况　重量、重心等基本情况见表１。　表１重量、重心基本情况　

重量　重心位置ｘ　重心位置Ｙ　重心位置Ｚ　参数　／ｔ　／ｍ　／ｍ　

实际结构　５．５　（含舾装）　７ｏｏ　Ｆｒ２５　０　（距Ａ甲板）　

有限元模型　３５５．４　Ｆｒ２５＋０．４００　０．１３３　６　５．ｏｏ５　

（钢结构）　（距Ａ甲板）　

１．３．２吊点位置设置　（１）本船上层建筑整体吊装吊码布置在上层建　筑围壁加厚板延伸部分及Ｄ甲板上。Ｄ甲板Ｆｒｌ８　围壁、驾驶甲板（距中９　２５０　ｍｍ）、Ｄ甲板上共布置３　

ｉ＠　⑨ｉ＠Ｉ④ｉ　ｎ甲煽、　Ｊ－ｊ　１　距基线２６　３５０ｍ　＼笙塑里　

Ｉ　ｌ　ｌ　１　ｌ　ｌ　ｌ　Ｉ　Ｉ　Ｐ　１　＿ｒ　Ｉ　ｌ　

ｌ　ｌ　ｌ　Ｊ　Ｉ　Ｃ甲板　

：　＾—　＾—　＾　／一　＾几／￣、　

图４吊环及结构加强示意图　１．３．４吊装工况　考虑上层建筑结构的响应主要是由于结构的重　量载荷引起的，因此需要分析吊装前的结构响应及　吊装时结构的响应，进而确定由于吊装所引起的结　构的响应。计算步骤如下：　（１）工况ＬＣ１：吊装前的结构响应。　（２）工况ＬＣ２：吊装时的结构响应。　（３）吊装引起的响应＝吊装时结构的响应一吊　装前的结构响应。　１．４计算工况及载荷　（１）吊装前（ＬＣ１）：惯性载荷口　：一ｇ（重力加　速度）＝一９．８　ｋｇｍ／ｓ　，其余方向为０。　（２）吊装过程中（ＬＣ２）：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ｎ２＝１．１ｇ：一１０．７８　ｋｇｍ／ｓ　，其余方向为０。　

２　计算结果　２．１应力值及位移值汇总　吊装引起的上层建筑结构应力值、位移值分别　见表２、表３，　上述计算表明，该船上层建筑在吊装前结构的　应力最大值出现在驾驶甲板的船中ＩＤ围壁处，其值　１２　江苏船舶　第２８卷　为４８　ＭＰａ，小于屈服极限　；吊装过程中结构的应　力最大值出现在Ｄ甲板上对应吊耳的下端位置，其　值为２１４　ＭＰａ，小于　，结构强度满足要求。　该船上层建筑在吊装前结构的绝对最大位移为　１４．６　ｍｍ，位置在Ｂ甲板Ｆ　ｌ＋２８０　ｍｍ边缘处；吊　装过程中结构的绝对最大位移为２９．２　ｍｍ，位置在　Ａ甲板Ｆｒ３＋２５０　ｍｍ边缘处。　由吊装引起的结构相对应力水平为１６６　ＭＰａ，　出现在Ｄ甲板上吊耳下缘加强筋位置；引起各甲　板、围壁的最大相对位移为１４．６　ｍｍ，出现在Ａ甲　板Ｆｒ３＋２５０　ｍｍ边缘处。该处为自由端，需采取临　时加强。　２．２　吊装时应力云图、位移云图　吊装时应力云图和位移云图见图５、图６。　表２　吊装引起的上层建筑结构应力值　

应力／ＮＰａ　吊装引起的最大　结构构件　吊装引起的　应力值所在位置　吊装前应力　吊装时应力　最大应力值　

罗经甲板　甲板　５．７２　１３．１　７．３８　距中３　５００　ｍｍ处　及其下围壁　２１．６　２２．６　ｌ　Ｆｒ２５围壁开口处　围壁　

驾驶甲板　甲板　４８　５０．４　２．４　Ｉ』】附近　及其下围壁　４３．１　６５．９　２２．８　Ｆｒ４Ｏ、距中９　２５０　ｍｍ围壁与驾驶甲板接触处　围壁　

甲板　

Ｄ甲板及　甲板　４４．６　２１４　１６９．４　Ｄ甲板上吊耳下缘加强筋位置　其下围壁　围壁　３８．８　４８　９．２　Ｆｒ３１围壁开口与Ｃ甲板接触处　

Ｃ甲板及　甲板　４６．１　５５．８　９．７　连接Ｄ甲板与Ｃ甲板的临时加强柱子处　其下围壁　围壁　３４．９　４０　５．１　Ｆｒ３１围壁开口处　

Ｂ甲板及　甲板　４０．２　４７．９　７．７　连接Ｃ甲板与Ｂ甲板的Ｉ临时加强柱子处　其下围壁　围壁　３６．３　３７．７　１．４　Ｆｒ３１围壁开口处　

Ａ甲板及　甲板　３３．３　４２．４　９．１　ＬＰ０附近　其下围壁　３１　６２．２　３】．２　Ｆｒ７围壁开口　围壁　

上层建筑汇总　应力最大值　４８　２１４　ｌ６６　Ｄ甲板上吊耳下缘加强筋位置　

表３　吊装引起的上层建筑结构位移值　位移／ｍｍ　吊装引起的最大　结构构件　吊装引起的　位移值所在位置　吊装前位移　吊装时位移　最大移位值　

罗经甲板　甲板　１．６５　２．５９　０．９４　Ｆｒ３７附近　及其下围壁　围壁　１．０９　１．５７　０．４８　Ｆｒ３１附近　

驾驶甲板　甲板　５．１２　５．９４　Ｏ．８２　Ｆｒ３５附近　及其下围壁　０．７５５　１．５９　０．８３５　Ｆｒ３１附近　围壁　

●　Ｄ甲板及　甲板　５．５３　６．１９　Ｏ．６６　Ｆｒ３５附近　

其下围壁　１．１３　１．６　０．４７　Ｆｒ３１附近　围壁　

Ｃ甲板及　甲板　１４．２　１６　１．８　Ｃ甲板Ｆｒ３＋３００　ｍｉｌｌ附近　其下围壁　围壁　０．９０３　１．６１　０．７０７　Ｆｒ３１　

Ｂ甲板及　甲板　１４．６　１６．７　２．１　Ｂ甲板Ｆｒ４１＋２８０　ｍｍ边缘处　其下围壁　围壁　１．７１　２．５３　Ｏ．８２　ＦＩ４０开Ｕ处　

Ａ甲板及　甲板　１１．４　２９．２　１７．８　Ａ甲板Ｆｒ３＋２５０　ｍｍ边缘处　其下围壁　围壁　０．９３７　１３．３　ｌ２．３６３　距中８　５００　ｍｍ处　

上层建筑汇总　位移最大值　１１．４　２９．２　１７．８　Ａ甲板Ｆｒ３＋２５０　ｍｍ边缘处　

２．３　吊码的强度分析　１６８　ＭＰａ，满足结构强度要求。　经分析，吊码局部应力集中区域的应力水平为