鉆井船是一搜綜合性工作船，主要負(fù)責(zé)海上石油鉆井和各種海上作業(yè)。因某項還上工程作業(yè)的需求，需要拆除船上原有吊車，重新安裝一臺新型吊車。為了確保船舶和設(shè)備的安全，對吊車底座及支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了應(yīng)力測試。
改造前后吊車的技術(shù)性能與測試目的
改造前吊車數(shù)據(jù)：
吊桿長度：21m
起吊能力：最大幅度 21m（水平） 15t
最小幅度 3.5m（水平） 15t
改造后吊車數(shù)據(jù)：
安全工作負(fù)荷：主鉤 副鉤
9t/23.5m 3t/25m
15t/15m
本次應(yīng)力測試的目的是確定吊車在最危險的起吊負(fù)荷工況下，吊車基礎(chǔ)和支撐結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和強度，并評價結(jié)構(gòu)是否滿足海上安全作業(yè)的要求。
測試方案
1. 測試狀態(tài)
吊車安裝在船體左舷，吊車底座及支撐機構(gòu)包括板、鋼管、工字鋼等構(gòu)件，結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示（圖1中1-4為被測桿件的編號，①-⑦為測點的編號）
在吊車最大負(fù)荷狀態(tài)下進(jìn)行測試，根據(jù)新安裝的吊車的技術(shù)性能，吊車最大起吊負(fù)荷為起吊力矩2206KN.m，此時吊物重量為15t，吊臂仰角50°，吊物距吊車回轉(zhuǎn)中心線的水平距離為15m。
根據(jù)計算和受理分析可知，吊臂在以下3個方向上吊車基礎(chǔ)和支撐構(gòu)件受力較大。
方向一：吊臂指向左舷，與x軸成180°；
方向二：吊臂指向船艏且與x軸成150°；
方向三：吊臂指向船艉且與x軸成210°。
2. 測點布置
參照有限元計算報告，在吊車有負(fù)荷時，圖中1、2、3、4號桿件上會發(fā)生危險情況，由受力分析確定處①②③④⑤⑥⑦號共7個測點，其中吊車基礎(chǔ)上布置5個測點，基礎(chǔ)下部斜支撐上布置2個測點。測點①②⑤用于測試彎曲應(yīng)力，測點③④⑥⑦用于測試軸向應(yīng)力。
3.測試儀器的組成
儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀，儀器設(shè)置全軟件操作，數(shù)據(jù)可實時保存。應(yīng)變片阻值為120Ω。根據(jù)測點布置和測試方案，接橋方式為測點①②⑤連接成雙臂半橋，兩個工作片互為溫度補償，其余各測點連接成單臂半橋，其中1個作為工作片，另一作溫度補償片。
4.應(yīng)力測試結(jié)果分析及結(jié)論
在進(jìn)行各種狀態(tài)應(yīng)力測試之前，吊車按最危險負(fù)荷起吊并模擬運行，然后卸載就位于支架，測試系統(tǒng)調(diào)零。全部測試結(jié)束后，吊車仍就位于支架，并對測試系統(tǒng)進(jìn)行零點校核。
按不同狀態(tài)依次進(jìn)行試驗，應(yīng)力測試數(shù)據(jù)分為彎曲應(yīng)力和軸向應(yīng)力，經(jīng)疊加后各桿件的合成應(yīng)力值列于表中，需要說明的是，在吊車無負(fù)荷的情況下，吊車結(jié)構(gòu)自重引起的應(yīng)力經(jīng)過計算得出，且包含在表列應(yīng)力值之內(nèi)。
結(jié)果分析
從表中可以看出，在三種測試狀態(tài)下，吊臂指向左舷，與x軸成180°狀態(tài)時吊車基礎(chǔ)的應(yīng)力值最大，最大應(yīng)力值出現(xiàn)在桿件3中，其余各狀態(tài)應(yīng)力值較小，但較大的應(yīng)力值也出現(xiàn)在桿件3中?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力值為σmax=84.8MPa。
通過與計算值對比發(fā)現(xiàn)，本測試結(jié)果比計算結(jié)果普遍偏小，原因在于：
① 計算模型中，忽略了20mm厚吊車基礎(chǔ)圍板的影響，降低了系統(tǒng)的剛度；
② 計算過程中，計入了風(fēng)力、慣性力的影響，測試時風(fēng)級比計算假定要小；
③ 計算過程中引入了1.3倍的安全系數(shù)，即將自重和吊物力矩放大了1.3倍，而測試時對實際力矩的應(yīng)力反映，不存在放大的問題。
結(jié)論
本船吊車基礎(chǔ)采用D30高強度鋼，其屈服極限σs=315MPa，許用應(yīng)力[σ]=315MPa，測試結(jié)果得到最大應(yīng)力值為σmax=84.8MPa，許用應(yīng)力值大于最大應(yīng)力值，故吊車基礎(chǔ)和支撐結(jié)構(gòu)完全滿足強度的要求。
