期刊论文发表船体分段搭载钢管支撑

　　摘要：在船体分段搭载过程中，大量重心外飘分段或总段需进行临时刚性支撑。采用钢管支撑有其独特的优势，已成为业内主流。根据不同的分段重量选择合适规格以及长度的钢管，快速确定支撑钢管的载荷，在生产设计过程中有广泛的应用价值。本文对GB/T 17395-2008以及ISO 4200-1991 中部分常见规格的钢管进行计算分析，得出许用载荷。

　　关键词：船体;搭载;钢管;支撑;载荷

　　1 引言

　　在船体建造过程中，首尾或舷侧分段由于重心外飘，在总组或搭载时需要在分段下方或边缘加刚性支撑，以固定分段完成装配作业。

　　刚性支撑可以选择多种型式，如角钢制成的长方体搁架、工字钢、结构钢管等。其中钢管支撑因为其制作简单、各向承载力相同、同等重量情况下承载力最大等诸多优点而具有其独特的优势。

　　2 支撑钢管选型

　　目前国内各大船厂所承接的船舶日趋大型化，如180 000 DWT散货船、10 000TEU集装箱船等，其型深分别达到24.9 m和27.2 m。相应的支撑长度可达15m以上，一般属于细长杆。

　　由欧拉公式可知，相同规格细长杆的承载能力主要取决于材料的弹性模量E，与屈服强度无关。而普通强度钢与高强度钢的弹性模量基本相同，因此钢管支撑可以选取GB/T 17395-2008中Q235等级的钢管。同时考虑到材料的通用性，本文选取了ISO 4200-1991与GB/T 17395-2008均收录的部分常见规格钢管作为研究对象。

　　3 支撑连接型式及受力分析

　　钢管支撑型式一般为顶部与船体吊环或预装支撑头相连。与支撑头相连时可电焊固定，与吊环等相连时可插销固定，使用时更为方便快捷，符合快速搭载的要求。

　　支撑底部可加铁楔或千斤顶，用于微调高度，直接落于船坞内水泥地面，亦可选在坞底预埋件位置。

　　下面以顶部为吊环型式支撑作为研究对象，计算其许用载荷。此支撑可视为一端自由，另端固定的压杆。

　　图1为某型船首部分段的搭载支撑示意图;假定1714分段重量为G，相邻分段1614与1714之间的剪切力为Fs，钢管的支撑力为FN，根据力矩平衡原理可得:

　　FN=GL1/(L1+L2) (1)

　　图 1 某型船首部分段的搭载支撑示意图

　　4支撑载荷计算

　　压杆根据长细比λ的大小可分为3类：细长杆、中长杆和粗短杆。

　　(1)细长杆：当长细比λ大于或等于某个极限值λp，即λ>λp(对Q235钢，λp=101)，其所受载荷超过临界应力时将发生弹性屈曲。临界应力为：

　　(2)

　　(2)中长杆：当λs≤λ<λp(对Q235钢，λs=61.6)时压杆将发生非弹性屈曲。其临界应力为:

　　(3)

　　式中：a和b为与材料有关的常数， Q235钢的a=304 MPa，b=1.12MPa

　　(3)粗短杆：当λ<λs时，压杆不会发生屈曲，但会发生屈服。其临界应力即为屈服应力：

　　(4)

　　综上可知，计算许用载荷首先需确定压杆细长比λ

　　(4) (5)

　　式中:——长度系数，为=2;

　　——钢管长度(mm);

　　——惯性半径(mm)。

　　假定钢管外径为273 mm，壁厚10 mm,长度10 000 mm，则计算可得， 215>，属于细长杆，可应用欧拉公式：

　　式中：E——弹性模量，E=200 GPa;

　　I ——惯性矩(mm4);

　　μ——长度系数，为μ=2;

　　——钢管长度(为mm).

　　得出许用载荷为： kN

　　5 部分规格钢管许用载荷

　　针对船厂实际施工范围，将钢管规格推广到GB/T 17395-2008及ISO4200中常见的部分规格，对直径273 mm~508 mm、长度10 000 mm~20 000 mm范围内的钢管许用载荷进行了计算，结果如表1所列。

　　表1GB17395中常见规格钢管许用载荷

　　注：长度单位m;钢管规格为外径×壁厚，单位mm;许用载荷单位kN。

　　6结论

　　船体分段搭载过程中使用的支撑钢管，基本上都属于细长杆，可使用Q235材质结构钢管，应用欧拉公式计算许用载荷，校核其稳定性。

　　需要指出的是，搭载支撑钢管的许用载荷，在需满足压杆稳定性要求的同时，仍受到初始弯曲以及偏心轴力的影响，但由于实际施工中钢管弯曲度、轴力偏心距一般较小，偏心轴力所形成的弯矩导致的内力起次要作用，在计算时可忽略。

　　在工程实际中，安全系数取2.5，所得结果经实践检验较为可靠。

　　参考文献

　　[1]范钦珊，殷雅俊.材料力学[M].北京：清华大学出版社,2004.

　　[2] GB/T 17395-2008,无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差[S].北京:中国标准出版社,2008.

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