0 引  言

随着石化工业的发展，液化石油气（LPG）作为天然气生产和原油精炼的衍生产品，愈来愈受到市场的重视。全球气候变暖，使LPG等清洁能源的需求不断攀升，从而为LPG运输市场的繁荣提供了机遇。通常而言，LPG运输船，分为全压式、半冷半压式和全冷式3种。由于LPG海运量的增加，航运经济性要求的增长，使得中长距离干线运输的LPG船正朝着超大型全冷式（VLGC）方向发展。

83 000 m³ VLGC是上海江南长兴重工有限责任公司完全自主研发、设计和建造的国内首型超大型液化气船，一举打破了日、韩等国家的技术垄断。其液货围护系统为4个A型独立液货舱，其设计、建造和安装工艺是该船型的核心技术。为了提高建造效率和安装精度，首制船采用整体吊装工艺对液货舱进行安装定位。如何准确地预报和控制结构变形，评估关键区域应力水平，成为整吊方案可行与否的关键。本文以NO.1液货舱为例，采用有限元方法对整吊方案的结构强度和变形进行可行性评估，并给出结构补强建议，为现场施工提供理论依据。

1 NO.1液货舱整体吊装方案

NO.1液货舱采用2台800 t龙门吊联吊的形式进行整体吊装，如图 1所示。

为减少吊装完成后的切割、打磨工作量，本次吊装将液货舱上的止浮支座用作结构吊马，布置如图 2所示。

2 模型简化

参考NO.1液货舱图纸，建立结构有限元模型（见图 3），主要有以下几个方面的要求：

1）全部板件与主要支撑构件都采用板单元模拟，普通扶强材采用梁单元模拟；

2）钢丝绳采用杆单元模拟；

3）模型不包括绝缘材料、管系与舾装件等，这部分质量平均分摊到模型中。

由于有限元模型对实际结构进行了一系列的简化和近似，所以质量和重心位置与实际有所偏差。NO.1液货舱长度为43.711 m，宽度为32.0 m，高度为21.967 m，有限元模型质量、重心统计数据与实际数据进行对比如表 1所示。

通过数据对比可知，模型重心分布与实际基本一致；质量误差较大，主要是绝缘材料、管系与舾装件的质量，可以通过调整重量加速度来弥补该部分质量误差。

对于某些高应力区域，应进行模型网格细化，真实模拟结构几何形状，进一步准确评估该区域的结构强度，细化后的结构模型如图 4所示。

3 计算流程与校核衡准

计算分2步进行：第1步是整体结构初步分析（粗网格分析），目的是初步判断吊装方案的可行性，并计算液舱整体变形及应力分布；第2步是局部详细应力分析（细网格分析），目的是精确评估结构吊马及其连接区域的详细应力。

Von. Mises相当应力按下式计算：

${\sigma _{eq}} = \sqrt {\sigma _x^2 + \sigma _y^2 - {\sigma _x}{\sigma _y} + 3Z_{xy}^2} $

计算不考虑应力集中因素，

$\left[\sigma \right]{\rm{ = }}315{\mkern 1mu} {\rm{MPa}}$。

结构应力应满足：

${\sigma _{eq}}\; < \left[\sigma \right]$

4 边界条件及载荷

每个吊钩处加位移约束条件，约束3个平动自由度，即X=Y=Z=0。

另外，为保证计算，在液货舱底部中心线处，选取前后2个端点，约束Y向平动自由度，即Y=0。

模型所受载荷为重力，通过加载惯性力来加载重力加速度，同时考虑1.2倍的起升系数。

5 结果分析

由计算结果可知，最大应力出现在吊马端部结构空挡位置，建议纵骨贯穿孔添加嵌入式补板，如图 9所示。最大变形约2.67 mm，出现在液货舱的顶部和底部，对液货舱安装定位无显著影响。结果表明，#1液货舱整体吊装方案可行。

6 结  语

不同于日、韩船厂采取的半罐吊装工艺，我们充分利用吊车起重能力，开创性的使用整体吊装形式，这对提高建造效率和控制安装精度具有重要意义，同时也减少了大量的船上焊接作业，有效地降低了火灾等事故的发生率。本文以#1液货舱为例，对整吊过程进行有限元校核计算，全面评估结构应力与变形，为现场施工提供技术支持。目前，现场已完成多个液货舱的整体吊装，实测数据与计算高度吻合。