卡接型结构在船舶地台架的应用分析

尹宝福， 姜克峰， 霍利武， 冷江辉， 沈 健

(中船黄埔文冲船舶有限公司，广东 广州 510715)

0 引 言

在船舶上为便于设备的操作和维护，在机械处所(如机舱双层底众多管路上方等)一般均设置地台架和花纹钢板。依托地台架可设置管码、电缆托架、小设备基座和梯子等各类舾装件，地台架均可友好解决舾装件附着及管路等舾装件阻碍通行困难等问题。同时，为减少舾装件用量，通常将各类舾装件进行组合设计，借鉴地台架的框架减少部件数量。

地台架高度常见为0.8 m、1.0 m和1.2 m不等，多为角钢拼焊而成。受制于机舱结构分段成型时间和分段舾装时机与完整性的影响，地台架施工基本在总组、船坞甚至码头后行阶段进行，在设备进舱和区域管路完整性处于较好状态后开展地台架拼焊作业。拼接过程需要切割和焊接，属于动火作业，增加交叉施工，容易导致安全风险；与预舾装时间错开，在涂装时地台架没有施工，而后行阶段施工破坏油漆，导致油漆破损返工，增加后行作业量，拖延后行阶段时间，降低效率。国外先进造船企业在后行阶段基本没有过多返工打磨油漆等污染性作业，大部分采用活络式连接方法完成。对此，分析一种新开发的船舶卡接型地台架的应用可行性。

1 地台架现有施工方式不足

公司的机舱双层底地台架主要采用等边角钢(L75 mm×75 mm×8 mm)焊接而成。由于现场分段建造误差大、总段成型晚，因此大部分地台架均需要在后行阶段现场拼焊完成，仅单元框架在内场制作单元时完成。针对预舾装、涂装、总装、最后调试的正常施工流程，该施工方式存在较多不足。

(1)设计图纸复杂，与现场建造误差形成错位，导致设计图纸仅作为现场拼装参考图。

(2)地台架配套部门仅集配材料，没有形成舾装组件，导致施工阶段滞后。

(3)在预舾装安装管子等舾装件时，不考虑地台架的问题，导致原设计预留的管支架和地台架共用腿定位不准确，为后行拼装地台架增加作业量。

(4)施工阶段滞后，导致在设备进舱后形成过多交叉作业，影响管子和电缆托架等完整施工效率。

(5)施工阶段滞后，预舾装没有完成地台架架脚烧焊作业，总装阶段在机舱底部进行的大范围烧焊作业导致前期涂装被大面积破坏，需要二次打涂作业，不仅加大施工和管理难度，而且耽误建造周期，降低效率，成本高[1]。

(6)施工阶段滞后，不仅影响施工流程顺畅外，而且增加用工成本。

(7)焊接质量不高，船舶所有人疏于报验焊接质量。

(8)没有规范的施工图纸和工艺，导致地台架现场随意支撑，有些焊接至主机和主发等基座上，产生共振。

(9)地台架一次焊接完成，不具备调节能力，若需要修改则必须在破坏后焊接，导致焊接作业持续时间长，影响机舱环境。

上述这些问题为公司管理和成本带来一定压力，无法为调试提供良好的环境和安全保障。

2 卡接型结构地台架设计

家装常见的铝扣天花板结构简单，施工快捷，如图1所示。受此启发，设计类似的卡接型结构地台架。

图1 铝扣天花板示例

2.1 设计目标

根据现有船舶地台架要求和布置特点，结合常见材料角钢、工字钢和T型钢等，参考铝扣板架连接形式，开发合适的连接卡扣附件，设计易于制作和施工的地台架，使制作工艺标准化，将后行作业前移，将焊接作业变为简易安装作业[2]，改善劳动环境和施工难度，减少返工，提高工效。常用的钻孔和螺栓拧紧工具主要为磁吸钻、便携式手持钻和电动扳手，用于开孔和拧紧小规格螺栓快捷方便。为提高现场拼接效率和后期可维护性，考虑将连接卡扣附件采用M8或M10的8.8级螺栓(最小破断强度为784 MPa)连接。

2.2 材料选择

常用的地台架采用角钢密集点阵布置，每块花纹钢板四角均设置支撑腿。从材料成本角度考虑，拟选用类似质量、性能更优、与地板支撑点更少的钢材。通过对比材料密度和性能，选用等边角钢、10号工字钢和T型钢等作为卡接式地台架型材。材料参数如表1所示。由表1可知：所选工字钢和T型钢的特性均不弱于现有角钢，尤其是工字钢特性优势明显，质量相近[3]。工字钢承载力如表2所示。

表1 材料参数

表2 工字钢承载力

为在成本方面体现优势，可在设计支撑时相对于常用支撑设计进行优化，减少支撑腿数量，达到减重效果。根据地台架在舱室内起的作用，分别存在多种使用场景，结合不同场景分别开发适用的连接卡扣附件。

2.3 优化设计

目前各类船上支撑腿与地台架框架间和框架间采用的过渡方式基本均为角钢与角钢的拼接焊，拼接焊完成无法修改，若船舶所有人或船舶检验机构在报检时要求地台架下面某些管路等舾装件修改，则不仅有可能需要局部破坏地台架再重新拼焊，效率低下，而且焊接导致粉尘和毒气等危险因素增加，因此返工的不利过多，需要进行优化设计。

2.3.1 支撑腿与地板的连接

公司的典型产品涉及海洋工程、箱船、散货船、公务船和挖泥船等。为易于覆盖底层管路等舾装件，保证通道宽敞美观，地台架和花纹钢板基本布满，如图2所示。

图2 地台架布置示例

现在设计的花纹钢尺寸一般在0.6 m×0.6 m至1.2 m×1.2 m不等，每块花纹钢板四角均基本设置支撑腿，因此地台架支撑腿较密集[4]，舾装量和焊接作业量大。为此，综合考虑角钢承载力，统筹角钢作为管码的通用性，在设计方面沿用原来的支撑腿材料，合理规划支撑腿位置，采用点阵布置法，减少地台架支撑腿数量(借用管子支架保留)。根据实船底层空间，生产设计前期初步按照2 m×2 m点阵距离设计1个支撑腿，并为管子等专业提供参考布置，后期管码可复合之处再进行合理增减。按照1.0 m×1.0 m花纹钢板设计24 m2地台架计算，常规设计需要支撑腿35根，通过优化可减少23根，每根按1.0 m计算，可减少质量208 kg。由此可知：通过合理设计可大量减少舾装量和支撑腿生根焊接量。

2.3.2 支撑腿与地台架框架主梁的连接

考虑将过渡方式设计为卡接，通过螺栓快速装拆。框架采用强度大的工字钢，针对角钢与工字钢过渡相应开发卡接板和调节撑板。支撑腿与地台架框架主梁的连接如图3所示。卡接结构简单，易于制作，根据需要提前在角钢上钻安装孔。在安装时，预舾装作业区根据设计给出的定位坐标，拉线定位支撑腿，在后行作业时，根据设计长度切割工字钢，利用开发的卡板和螺栓将地台架框架主梁卡接成型，需要调整则增加调节撑板，可采用垫片调整高度，保证成型的框架主梁与要求尺寸一致。

图3 支撑腿与地台架框架主梁的连接示例

2.3.3 框架间主辅梁的连接

框架间主梁为承重梁，其他辅梁搭载在主梁上，采用开发的连接桥和限位扣连接，连接桥、限位扣与工字钢设置螺栓孔，通过螺栓将连接桥或限位扣与工字钢定位锁紧。框架间主辅梁的连接如图4所示。通过垫片等调整，保证框架尺寸和高度与要求一致，更易于敷设花纹钢板。

图4 框架间主辅梁的连接示例

2.3.4 相关附件

连接所用相关附件如图5所示，可根据不同的连接场景进一步开发，使其适应性更全面。

图5 连接附件示例

3 卡扣式花纹钢板的制作与安装

按现有设计，在完成地台架拼接后，通过现场排布量取尺寸和反馈下单制作，现场采用沉头螺钉将花纹钢板固定在角钢架上[5]。这种方式受现场影响因素大，导致制作时机晚、互换性差，同系列船型每船均需要单独出图，为现场和设计带来重复作业。

卡扣型船舶地台架的调解能力可使框架尺寸标准化，使花纹钢板的制作与安装标准化。标准化的花纹钢板具备提前生产制作的条件，现场根据图纸领用卡扣安装，局部不规则之处可采用砂轮机进行修割。卡扣螺栓安装在花纹钢板上，在工字钢边缘10～15 mm位置钻8个孔，用于卡扣螺栓的安装。花纹钢板卡接如图6所示。所有连接卡扣、连接桥和限位扣等附件均不受提供的形状限制，可根据连接需求进行开发。

图6 花纹钢板卡接示例

4 结 语

通过开发连接桥和卡扣附件进行限位，用螺栓连接固定，实现船舶地台架与花纹钢板的卡扣式连接。该型式结构简单，易于施工，所有零件可标准化生产，可将后行作业前移至车间完成，避免焊接等造成的油漆破坏，减少重复作业，易于船舶地台架下面的管路等拆修作业。该型式需要对不同应用场景的连接卡扣附件进行不断的完善和标准化，后续以某船某区域的花纹钢板为依托进行验证，进行大范围的推广实施。另外，10号工字钢的质量比角钢略重，期待市场出现更轻的型材，以便研发更便捷的船舶地台架结构。