大型船塢龍門吊建造技術(shù)要點

李冬明，沈旭東

(滬東中華造船(集團(tuán))有限公司，上海 200129)

大型船廠為縮短船塢建造周期往往建造重噸位龍門吊,但龍門吊的建造施工流程復(fù)雜，安全影響重大，其建造精度和質(zhì)量直接影響到龍門吊的使用和生產(chǎn)安全，特別是主梁、剛性腿和柔性腿精度控制術(shù)指標(biāo)要求很高[1-3]。龍門吊結(jié)構(gòu)分段眾多，在焊接變形、分段拼接、結(jié)構(gòu)自身剛度等實際問題的影響下，其建造質(zhì)量和精度不容易控制，建造難度比較突出，相關(guān)應(yīng)用性參考技術(shù)缺乏[4-7]，有必要從施工建造的角度出發(fā)，針對建造難點制定實際可行的解決方案。本文結(jié)合滬東中華造船(集團(tuán))有限公司承制的800 t船塢龍門吊項目，針對鋼結(jié)構(gòu)建造中的主要難點，通過研究和以往經(jīng)驗總結(jié)給出建造技術(shù)要點，制定施工方案，以保證龍門吊的順利建造。

1 800 t船塢龍門吊概況

此工程項目為800 t×178 m單梁門式起重機(jī)，整體結(jié)構(gòu)見圖1，梁底高76 m，跨距178 m，基距34 m，自重4 300 t；主要結(jié)構(gòu)包括主梁、剛性腿、柔性腿，其他結(jié)構(gòu)為維修吊、上小車、下小車及行走機(jī)構(gòu)等。其中剛性腿為2根“人”字箱形變截面箱式結(jié)構(gòu)；柔性腿為“人”字形圓筒體結(jié)構(gòu)，由上接頭、2根撐桿及下橫梁組成，與行走機(jī)構(gòu)通過銷軸連接。主梁上部設(shè)置2臺小車；單機(jī)抬吊重量800 t，空中翻身最大起重量為700 t。剛性腿與主梁采用焊接聯(lián)接，柔性腿為人字形圓管結(jié)構(gòu)，腿與主梁采用撓性鉸連接。

圖1 800 t船塢龍門吊整體結(jié)構(gòu)

2 結(jié)構(gòu)分段劃分和余量加放方案

由于主梁、剛性腿和柔性腿重量和尺度都很大，整體建造和運(yùn)輸都有困難。因此,采用在船廠進(jìn)行分段制造，分段運(yùn)輸，現(xiàn)場進(jìn)行總組合攏的方案。

分段劃分是一個相對復(fù)雜的過程，根據(jù)建造經(jīng)驗總結(jié)，分段長度Lseg可以根據(jù)以下各因素確定。

Lseg=F(l,s,h,w)

(1)

式中：l為市場采購鋼板的規(guī)格；s為建造廠房、場地的尺度限制；h為工廠自身的加工能力；w為分段建造和吊裝的起重能力。

本項目分段劃分時，主要以板厚及型材尺度為依據(jù)，確保每一分段內(nèi)板厚及型材尺度均一致，為減小現(xiàn)場總組工作量，分段長度盡量取大值。作為分段劃分的案例，圖2給出了剛性腿的分段劃分方案，總共只有6個分段，為上接頭分段GXU01，4個中分段CXC01P～01S～02P～02S，下橫梁分段GXD01。

圖2 剛性腿分段分布和尺寸(mm)

在焊接過程中，由于鋼結(jié)構(gòu)的焊接收縮變形的影響，鋼結(jié)構(gòu)焊接后長度必定會縮短。通常在下料時加放焊縫收縮補(bǔ)償值的方法來彌補(bǔ)，以滿足完工尺寸在設(shè)計公差范圍內(nèi)。

補(bǔ)償值的加放需根據(jù)制造單位的工藝方法和焊接收縮經(jīng)驗進(jìn)行制定。根據(jù)以往建造經(jīng)驗總結(jié)，拼板階段每條焊縫焊接收縮值為1.5 mm，構(gòu)架角焊縫焊接時，每檔構(gòu)架焊接收縮值為0.3 mm，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，綜合考慮板厚和坡口角度的不同，在加放收縮值之后，在整個吊車的長度方向加放一定的補(bǔ)償量。

3 建造技術(shù)要點及建造方案

3.1 主梁分段的預(yù)拱控制

龍門吊主梁受到自身質(zhì)量、起吊質(zhì)量的影響，會產(chǎn)生一個向下的撓度變形。變形過大往往導(dǎo)致起重小車的爬坡或者溜車現(xiàn)象，對起重小車的安全使用有不少負(fù)面影響。為解決此問題，在建造過程中，需要給主梁一個向上的預(yù)拱，預(yù)拱值F按下式計算[8]。

(2)

式中：S為主梁跨度；fz為主梁自重下?lián)隙?；fcz為小車重引起的撓度；fk是拱度修正值，大小取為(0.2～0.25)fz。整個主梁長度范圍內(nèi)的預(yù)拱曲線f(x)采用拋物線來確定

(3)

式中：梁中位置為x=0。根據(jù)上述計算方法并結(jié)合分段劃分圖，可以得到各個分段端點處的預(yù)拱值。

3.2 主梁鋼結(jié)構(gòu)的建造

主梁為單梁結(jié)構(gòu)，每個節(jié)段大體上由上翼緣板、下箱梁(中翼緣板、下翼緣板、兩側(cè)腹板及隔板)和“T”形件等組成，分段之間均采用階梯形的接頭，見圖3。

圖3 主梁結(jié)構(gòu)橫剖面(mm)

該分段必須保證主梁的預(yù)拱度及小車軌道的平整度，其建造難點是整個框體的尺寸精度控制。

建造過程中，實肋位位置結(jié)構(gòu)本身有圓管的加強(qiáng)，結(jié)構(gòu)剛度能夠滿足分段制造及翻身吊裝的要求。虛肋位位置結(jié)構(gòu)需要增加臨時加強(qiáng)，將結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定，從而減少分段吊裝和翻身過程中的變形。

為保證主梁上部片段和下部片段的合攏精度，施工時采用專門的胎架上進(jìn)行合攏。合攏過程中重點關(guān)注頂板的水平度和下小車承軌板的水平度，對此，采用蕩鉛垂的傳統(tǒng)方法進(jìn)行焊接過程的監(jiān)測，隨時調(diào)整變形情況，改變焊接的順序，確保2個重要平面的水平度。

3.3 剛性腿的建造

剛性腿為“人”字形變截面箱式結(jié)構(gòu)，由上接頭、中分段和下橫梁組成。其中剛性腿上接頭與主梁焊接，剛性腿下橫梁與行走機(jī)構(gòu)連接。主梁整體提升時，通過鉸接軸在滑行小車配合下，將剛性腿同時提升到位，經(jīng)測量符合設(shè)計要求后再與主梁進(jìn)行焊接。其建造要點在于剛性腿下橫梁分段中橫梁鉸支座板的安裝精度控制，絞支座橫剖面見圖4。

圖4 剛性腿下橫梁絞支座橫剖

絞支座下方兩側(cè)的法蘭盤的B值允許偏差為1 mm。為保證精度，在完成上部構(gòu)架焊接之后，對構(gòu)架進(jìn)行火工矯正，安裝法蘭盤面的2個垂向構(gòu)架的尺寸要求滿足B值的偏差范圍之后，再安裝法蘭盤面，最后完成法蘭盤面與結(jié)構(gòu)的焊接。測量時，為了更為準(zhǔn)確地測量出該位置的尺寸偏差，采用機(jī)加工的模板配合專用間隙墊片進(jìn)行測量。

3.4 柔性腿的建造

柔性腿為人字形支撐結(jié)構(gòu)，分為上接頭、中間撐桿、下接頭及下橫梁，見圖5。其中上接頭分段的建造方式和法蘭的制作安裝工藝是柔性腿建造的技術(shù)要點。

圖5 柔性腿和上接頭分段

針對上接頭分段結(jié)構(gòu)密集、空間窄小的特點，提出反造和臥造相結(jié)合的建造方案。反造以上頂板為基面，內(nèi)部構(gòu)件安裝焊接完畢后將2根圓管吊入，施工比較方便，但缺少相應(yīng)的基準(zhǔn)線，精度不易控制。臥造以圓管的一側(cè)面為基面，上頂板在圓管端面豎起，構(gòu)件在圓管內(nèi)部安裝，構(gòu)件定位可以依據(jù)2根圓管的中心線，精度便于控制，但作業(yè)條件艱苦，工期長。為此,采取兩種方式相結(jié)合的建造方案，先在反造胎架上將必要的內(nèi)部構(gòu)架焊接、探傷、修補(bǔ)完畢，再放到臥造胎架上與2根圓管拼裝。通過這種方式既可保證分段的制作精度，又能夠改善作業(yè)環(huán)境。

柔性腿結(jié)構(gòu)中的法蘭連接上接頭與撐桿，其外徑大(3 m)、厚度高(40 mm)，屬大型精密的構(gòu)件，較小的精度偏差都將給整個柔性腿精度帶來極大的影響，甚至工程質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。建造過程中存在的問題:①自身焊接變形影響不可避免;②法蘭盤面對接問題突出。

對此采取的方案：制作法蘭時在厚度方向加放5 mm余量，采用二次機(jī)加工來消除焊接變形的影響，即法蘭拼接完成后送機(jī)加工進(jìn)行粗加工；為保證上接頭法蘭和撐桿法蘭對接時的變形問題，粗加工后即將對應(yīng)的2只法蘭配對，用工藝螺栓固定，配對的法蘭與其余構(gòu)件焊接過程中始終不拆開，在法蘭與構(gòu)件焊接完畢后送機(jī)加工，將工藝螺栓拆開后再對法蘭面進(jìn)行二次精加工。以此可以確保法蘭的精度。

4 完工檢驗情況

龍門吊鋼結(jié)構(gòu)總組并吊裝結(jié)束后，按照建造要求對其進(jìn)行完工檢驗。其中主梁拱度空載時為254 mm，1 000 t加載時拱度為93 mm，完全滿足設(shè)計要求；剛性腿和柔性腿預(yù)偏值分別為182 mm和150 mm，滿足設(shè)計要求；上下起吊小車在主梁軌道行走測試中，空載時及1 000 t加載時均運(yùn)行平穩(wěn)，完全滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)論

從船塢龍門吊的建造與施工角度出發(fā)，給出總體分段劃分方案，以及主梁、剛性腿、柔性腿等主要構(gòu)件的建造技術(shù)要點。這些技術(shù)能夠有效地解決鋼結(jié)構(gòu)建造中的精度控制問題，指導(dǎo)建造工作，保證船塢龍門吊的建造質(zhì)量與精度，同時提高實際施工的效率。該龍門吊順利完工并通過驗收，說明技術(shù)要點和實施方案切實可行。