摘要：在船體分段搭載過程中，大量重心外飄分段或總段需進行臨時剛性支撐。采用鋼管支撐有其獨特的優勢，已成為業內主流。根據不同的分段重量選擇合適規格以及長度的鋼管，快速確定支撐鋼管的載荷，在生產設計過程中有廣泛的應用價值。本文對GB/T 17395-2008以及ISO 4200-1991 中部分常見規格的鋼管進行計算分析，得出許用載荷。

　　關鍵詞：船體;搭載;鋼管;支撐;載荷

　　1 引言

　　在船體建造過程中，首尾或舷側分段由于重心外飄，在總組或搭載時需要在分段下方或邊緣加剛性支撐，以固定分段完成裝配作業。

　　剛性支撐可以選擇多種型式，如角鋼制成的長方體擱架、工字鋼、結構鋼管等。其中鋼管支撐因為其制作簡單、各向承載力相同、同等重量情況下承載力最大等諸多優點而具有其獨特的優勢。

　　2 支撐鋼管選型

　　目前國內各大船廠所承接的船舶日趨大型化，如180 000 DWT散貨船、10 000TEU集裝箱船等，其型深分別達到24.9 m和27.2 m。相應的支撐長度可達15m以上，一般屬于細長桿。

　　由歐拉公式可知，相同規格細長桿的承載能力主要取決于材料的彈性模量E，與屈服強度無關。而普通強度鋼與高強度鋼的彈性模量基本相同，因此鋼管支撐可以選取GB/T 17395-2008中Q235等級的鋼管。同時考慮到材料的通用性，本文選取了ISO 4200-1991與GB/T 17395-2008均收錄的部分常見規格鋼管作為研究對象。

　　3 支撐連接型式及受力分析

　　鋼管支撐型式一般為頂部與船體吊環或預裝支撐頭相連。與支撐頭相連時可電焊固定，與吊環等相連時可插銷固定，使用時更為方便快捷，符合快速搭載的要求。

　　支撐底部可加鐵楔或千斤頂，用于微調高度，直接落于船塢內水泥地面，亦可選在塢底預埋件位置。

　　下面以頂部為吊環型式支撐作為研究對象，計算其許用載荷。此支撐可視為一端自由，另端固定的壓桿。

　　圖1為某型船首部分段的搭載支撐示意圖;假定1714分段重量為G，相鄰分段1614與1714之間的剪切力為Fs，鋼管的支撐力為FN，根據力矩平衡原理可得:

　　FN=GL1/(L1+L2) (1)

　　圖 1 某型船首部分段的搭載支撐示意圖

　　4支撐載荷計算

　　壓桿根據長細比λ的大小可分為3類：細長桿、中長桿和粗短桿。

　　(1)細長桿：當長細比λ大于或等于某個極限值λp，即λ>λp(對Q235鋼，λp=101)，其所受載荷超過臨界應力時將發生彈性屈曲。臨界應力為：

　　(2)

　　(2)中長桿：當λs≤λ<λp(對Q235鋼，λs=61.6)時壓桿將發生非彈性屈曲。其臨界應力為:

　　(3)

　　式中：a和b為與材料有關的常數， Q235鋼的a=304 MPa，b=1.12MPa

　　(3)粗短桿：當λ<λs時，壓桿不會發生屈曲，但會發生屈服。其臨界應力即為屈服應力：

　　(4)

　　綜上可知，計算許用載荷首先需確定壓桿細長比λ

　　(4) (5)

　　式中:——長度系數，為=2;

　　——鋼管長度(mm);

　　——慣性半徑(mm)。

　　假定鋼管外徑為273 mm，壁厚10 mm,長度10 000 mm，則計算可得， 215>，屬于細長桿，可應用歐拉公式：

　　式中：E——彈性模量，E=200 GPa;

　　I ——慣性矩(mm4);

　　μ——長度系數，為μ=2;

　　——鋼管長度(為mm).

　　得出許用載荷為： kN

　　5 部分規格鋼管許用載荷

　　針對船廠實際施工范圍，將鋼管規格推廣到GB/T 17395-2008及ISO4200中常見的部分規格，對直徑273 mm~508 mm、長度10 000 mm~20 000 mm范圍內的鋼管許用載荷進行了計算，結果如表1所列。

　　表1GB17395中常見規格鋼管許用載荷

　　注：長度單位m;鋼管規格為外徑×壁厚，單位mm;許用載荷單位kN。

　　6結論

　　船體分段搭載過程中使用的支撐鋼管，基本上都屬于細長桿，可使用Q235材質結構鋼管，應用歐拉公式計算許用載荷，校核其穩定性。

　　需要指出的是，搭載支撐鋼管的許用載荷，在需滿足壓桿穩定性要求的同時，仍受到初始彎曲以及偏心軸力的影響，但由于實際施工中鋼管彎曲度、軸力偏心距一般較小，偏心軸力所形成的彎矩導致的內力起次要作用，在計算時可忽略。

　　在工程實際中，安全系數取2.5，所得結果經實踐檢驗較為可靠。

　　參考文獻

　　[1]范欽珊，殷雅俊.材料力學[M].北京：清華大學出版社,2004.

　　[2] GB/T 17395-2008,無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差[S].北京:中國標準出版社,2008.

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