孫振財(cái) 胡少軍

(廣船國(guó)際工法部)

機(jī)艙可拆口新型碼頭登船梯的設(shè)計(jì)及使用

孫振財(cái) 胡少軍

(廣船國(guó)際工法部)

本文闡述了一種機(jī)艙可拆口新型碼頭登船梯的設(shè)計(jì)，可作為我司南沙廠(chǎng)區(qū)產(chǎn)品船碼頭機(jī)艙可拆口登船梯的一種通用形式，其安全性更高，使用方便，解決了登船梯阻礙吊機(jī)行走的瓶頸，提高吊機(jī)使用效率。

機(jī)艙可拆口 登船梯 吊機(jī)行走

0 前言

登船梯是現(xiàn)代船舶建造階段停靠碼頭作業(yè)過(guò)程中，方便作業(yè)人員安全順利上下船舶的通道裝置。在船舶建造的碼頭階段一般需要在機(jī)艙開(kāi)可拆口重搭設(shè)登船梯，方便機(jī)艙區(qū)域人員上落、物料進(jìn)出，風(fēng)水電等管線(xiàn)的拉設(shè)等，可以提高現(xiàn)場(chǎng)的工作效率，是非常有必要的。

我司南沙廠(chǎng)區(qū)傳統(tǒng)使用的機(jī)艙可拆口登船梯現(xiàn)場(chǎng)使用安全性差，且阻礙吊機(jī)作業(yè)，成為影響吊機(jī)利用的瓶頸。因此有必要設(shè)計(jì)新型登船梯解決現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求。

1 傳統(tǒng)的搭梯問(wèn)題分析

在碼頭，船舶會(huì)隨著波浪、潮汐、天氣、帶纜狀態(tài)、壓載變化等諸多因素的影響，而發(fā)生前后、上下、左右的移動(dòng)，因此登船梯不可兩端完全固定，需要某一端要能隨著船的移動(dòng)自由活動(dòng)。登船梯結(jié)構(gòu)不能與碼頭岸邊設(shè)施，如岸邊防撞裝置、風(fēng)水電動(dòng)能箱、氣管、帶纜樁、電箱、吊機(jī)路軌等固定設(shè)施發(fā)生沖突。每型船艉部吃水變化情況和機(jī)艙可拆口的設(shè)計(jì)位置也需要滿(mǎn)足搭梯的高度要求。

南沙廠(chǎng)區(qū)碼頭機(jī)艙可拆口傳統(tǒng)搭梯形式，見(jiàn)圖1。這種傳統(tǒng)搭梯方式存在以下問(wèn)題：

⑴ 不同船舶可拆口位置不同，所需過(guò)梯長(zhǎng)短不一，所需過(guò)梯規(guī)格、數(shù)量較多，堆放占用大量的空間，工裝閑置時(shí)間較長(zhǎng)?；蛘哌^(guò)梯需要頻繁改裝，增加現(xiàn)場(chǎng)工作量，減少過(guò)梯的使用壽命；

圖1 傳統(tǒng)搭梯形式

⑵ 使用的安全性較低，船舶前后、左右移動(dòng)，下轉(zhuǎn)盤(pán)小車(chē)移動(dòng)范圍大，有脫軌掉落的風(fēng)險(xiǎn)。南沙廠(chǎng)區(qū)曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)因極端天氣影響，船舶外漂距離過(guò)大，過(guò)梯下端脫軌掉入海里，人員墜海死亡的嚴(yán)重事故；

⑶ 岸邊平臺(tái)垂直于岸邊放置，有時(shí)會(huì)受岸邊設(shè)施影響，無(wú)法選擇理想位置，現(xiàn)場(chǎng)施工可操作性差；

⑷ 岸邊平臺(tái)跨越吊機(jī)路軌，導(dǎo)致吊機(jī)作業(yè)范圍受限，不能很好的協(xié)調(diào)安排吊機(jī)資源，從而影響生產(chǎn)。

2 新型登船梯結(jié)構(gòu)形式研究

鑒于傳統(tǒng)登船梯的種種不足，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查研究與分析，構(gòu)思一種新型登船梯搭設(shè)形式，其結(jié)構(gòu)構(gòu)成形式主要由上轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)、上轉(zhuǎn)盤(pán)、過(guò)梯、下轉(zhuǎn)盤(pán)小車(chē)、岸邊輔助平臺(tái)等，各部分結(jié)構(gòu)功能主要如下，詳見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 新型登船梯俯視圖

圖3 新型登船梯側(cè)視圖

⑴ 上轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)水平垂直于岸邊安裝，其一端伸進(jìn)機(jī)艙可拆口搭梯平臺(tái)，轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)伸進(jìn)機(jī)艙的長(zhǎng)度≥1.5m，加固定碼板與搭梯平臺(tái)完全焊接固定，上轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)的另一端帶有可水平旋轉(zhuǎn)的“上轉(zhuǎn)盤(pán)”，帶有“上轉(zhuǎn)盤(pán)”的上轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)的另一端需要延伸至碼頭岸邊的水平長(zhǎng)度約1.5～2.5m。上轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)的長(zhǎng)度可根據(jù)不同船型機(jī)艙可拆口的位置距離碼頭岸邊的水平距離使用螺栓連接拼裝到足夠的長(zhǎng)度，拼接單元長(zhǎng)度為3m/段。

⑵ “上轉(zhuǎn)盤(pán)”與上轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)用旋轉(zhuǎn)軸連接，可水平360度旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。“上轉(zhuǎn)盤(pán)”一端安裝有鉸接碼，可與過(guò)梯連接。連接，可水平360度旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)?！吧限D(zhuǎn)盤(pán)”一端安裝有鉸接碼，可與過(guò)梯連接。

⑶ 過(guò)梯長(zhǎng)度約15m，寬度1～1.4m，其投影平行于碼頭岸線(xiàn)。過(guò)梯上端與上轉(zhuǎn)盤(pán)用鉸接碼連接固定，鉸接位置可以上下轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)，過(guò)梯下端與下轉(zhuǎn)盤(pán)小車(chē)鉸接，鉸接位置亦可以上下轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)。過(guò)梯的這種連接方式可使新型登船梯過(guò)梯只需要設(shè)計(jì)一種形式即可適用于所有船型。

⑷ 下轉(zhuǎn)盤(pán)小車(chē)主要由行走小車(chē)和轉(zhuǎn)盤(pán)構(gòu)成，轉(zhuǎn)盤(pán)與過(guò)梯下端鉸接，轉(zhuǎn)盤(pán)與行走小車(chē)用旋轉(zhuǎn)軸連接，可水平3 6 0度旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。行走小車(chē)放置于岸邊輔助平臺(tái)的軌道上，可以沿軌道方向滾動(dòng)。（注：下轉(zhuǎn)盤(pán)小車(chē)搭設(shè)時(shí)位置應(yīng)置于輔助平臺(tái)軌道的中部位置。）

⑸ 岸邊輔助平臺(tái)沿碼頭岸線(xiàn)布置，平臺(tái)底面高度確定為1.5 m，可使平臺(tái)置于碼頭的岸邊主要設(shè)施之上，減少搭梯受岸邊設(shè)施的影響，同時(shí)也很好解決輔助平臺(tái)跨越吊機(jī)路軌的問(wèn)題。岸邊輔助平臺(tái)總長(zhǎng)度要求18m，為了方便現(xiàn)場(chǎng)制作、吊運(yùn)和搭設(shè)，將輔助平臺(tái)設(shè)計(jì)為長(zhǎng)度9m作為一個(gè)單元，可多個(gè)串聯(lián)使用。

現(xiàn)場(chǎng)使用情況見(jiàn)圖4。

圖4 某型船新型登船梯使用情況

從上面的描述可以看出，新型登船梯的結(jié)構(gòu)連接使得在空間六個(gè)方向均可以自由活動(dòng)；輔助平臺(tái)可根據(jù)需要串聯(lián)，使得軌道長(zhǎng)度留有較大的安全裕度，可以保證突發(fā)極端天氣下登船梯使用的安全性；新型登船梯巧妙的避開(kāi)了碼頭岸邊設(shè)施和吊機(jī)路軌，去除了岸邊設(shè)施對(duì)搭梯的限制，解決了搭梯對(duì)吊機(jī)行走的影響；各部件對(duì)于不同船型的通用性極強(qiáng)，靈活組裝使用即可，減少制作某型船專(zhuān)用登船梯工裝數(shù)量，節(jié)省制作費(fèi)用，避免因工裝閑置時(shí)占用場(chǎng)地資源。

3 新型登船梯上轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)結(jié)構(gòu)受力校核分析

新型登船梯從結(jié)構(gòu)形式上可以看出，上轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)結(jié)構(gòu)為最危險(xiǎn)的受彎構(gòu)件，需要進(jìn)行強(qiáng)度受力校核分析。本文以上轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)長(zhǎng)度最長(zhǎng)，梁中最大彎矩最大的32 000 DWT原油輪機(jī)艙可拆口新型登船梯上轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)設(shè)計(jì)為例分析：

⑴ 梁截面幾何參數(shù)和受力狀況：上轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)計(jì)算長(zhǎng)度21m,為鋼板拼焊的矩形箱形截面梁，截面尺寸為400×1400×12，見(jiàn)圖5。上平臺(tái)的約束在機(jī)艙可拆口一端固支，另一端豎直方向鉸支，上平臺(tái)在豎直方向有鉸支端的集中荷載和整個(gè)梁長(zhǎng)度方向的自重及人員均布荷載作用，在水平方向受船舶前后移動(dòng)影響，鉸支端部受水平集中荷載作用。

圖5 上轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)截面圖

設(shè)計(jì)荷載有：

F1：上轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)端部垂直設(shè)計(jì)荷載，F(xiàn)1=60000N

F2：上轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)端部水平設(shè)計(jì)荷載，F(xiàn)2=30000N

G：上轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)自重均布荷載，G=430kg/m

—上轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)使用時(shí)人員均布荷載。q=480kg/m

梁的截面特性：

Wx：截面抗彎系數(shù)(cm3）

Wx= 6856.44cm3

Ixx：慣性距（cm4)

Ix =137128.76cm4

Wyx：抗彎截面系數(shù)(cm3）

Wy= 14049.13cm3

Iy：慣性距（cm4) I y=983439.16 cm4

A：截面積（cm2） A=426.24cm2

⑵ 在垂直荷載F1、G、q作用下，可以將上轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。

圖6 簡(jiǎn)化模型1

根據(jù)簡(jiǎn)支梁在集中荷載和均布荷載共同作用下的剪力彎矩圖可知，梁中點(diǎn)處的剪力、彎矩最大，屬于最危險(xiǎn)截面。

驗(yàn)算截面抗剪強(qiáng)度：

最大剪力

Q=（G+q）L/2=（430+480）×21/2

=9555kg=93639N

剪應(yīng)力

遠(yuǎn)小于許用剪切應(yīng)力，強(qiáng)度滿(mǎn)足。

驗(yàn)算截面抗彎強(qiáng)度：

抗彎強(qiáng)度滿(mǎn)足。（根據(jù)船體工藝手冊(cè)對(duì)梁的安全系數(shù)要求，n取2.5，下同）

剛性校核：

變形撓度值

不滿(mǎn)足要求。此種問(wèn)題可以能過(guò)在上轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)中間位置增加拉索來(lái)解決。

⑶ 在水平荷載F2作用下，可以將上轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)簡(jiǎn)化為懸臂梁結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7。

根據(jù)懸臂梁在集中荷載作用下的剪力彎矩圖可知，梁O點(diǎn)處的剪力、彎矩最大，屬于最危險(xiǎn)截面。

驗(yàn)算截面抗剪強(qiáng)度：

最大剪力Q=F=30000N

剪應(yīng)力

遠(yuǎn)小于許用剪切應(yīng)力，強(qiáng)度滿(mǎn)足。

驗(yàn)算截面抗彎強(qiáng)度：

抗彎強(qiáng)度滿(mǎn)足。

剛性校核：

變形撓度值

滿(mǎn)足要求。

根據(jù)目前現(xiàn)有船型分析研究，對(duì)于其它船型，上平臺(tái)的計(jì)算長(zhǎng)度均小于21m，強(qiáng)度均可滿(mǎn)足使用要求。

圖7 簡(jiǎn)化模型2

4 結(jié)束語(yǔ)

本文闡述的新型登船梯已經(jīng)在82 000 DWT散貨船、115 000 DWT原油輪、250 000 DWT礦砂船等多型產(chǎn)品船上得到應(yīng)用和推廣，并取得很好的成效。這種登船梯可作為船舶碼頭建造階段機(jī)艙開(kāi)可拆口搭梯的一種通用形式，其安全性更高，解決了傳統(tǒng)搭梯阻礙吊機(jī)行走的瓶頸，使吊機(jī)使用的效率大大提高。今后，隨著我司新接船型的不斷增多，也要求我司根據(jù)生產(chǎn)需要不斷的尋求更好的搭梯方式，不斷的優(yōu)化工藝工裝件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的實(shí)用性，安全性，經(jīng)濟(jì)性三者的完美結(jié)合。

[1] 劉鴻文.材料力學(xué)Ⅰ.北京：高等教育出版社，2004.1.

[2] 魏明鐘.鋼結(jié)構(gòu)（第二版）.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2002.10.

[3] 黃浩.船體工藝手冊(cè).北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2013.1.

10.3969/j.issn.2095-4506.2016.04.006

2016-5-13）

孫振財(cái)（1986--），男，助理工程師，船舶建造工藝。

胡少軍（1985--），男，助理工程師，船舶建造工藝。