甲板駁船體結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度校核陳家旺王

1、-作者xxxx-日期xxxx甲板駁船體結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度校核陳家旺王【精品文檔】作者簡介：陳家旺（1985），男，山東菏澤人，工程師，主要從事船檢和海事管理工作。 韓 強(qiáng)（1980），男，山東濟(jì)寧人，工程師，主要從事船檢工作。 楊新利（1963），男，山東煙臺人，高級工程師，注冊B級驗(yàn)船師。14000t甲板駁船船體結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度校核陳家旺，韓強(qiáng)，楊新利（浙江省海鹽縣港航管理處，浙江 海鹽 314300）摘要：以寧海駁16001甲板駁船為研究對象，該駁船主要用于運(yùn)輸崇啟大橋橋梁，航行于靖江至啟東，載重量14000t，橋梁通過支架安放在甲板上，為保證船舶結(jié)構(gòu)的安全性很有必要對其進(jìn)行局部強(qiáng)度校核。本文根據(jù)鋼

2、質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范（2009），按照設(shè)計(jì)圖紙，使用MSC.Patran有限元軟件建立全船有限元模型，取用強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)該船實(shí)際裝載三種不同長度和重量的橋梁，定義三種工況進(jìn)行局部強(qiáng)度校核。計(jì)算結(jié)果表明原設(shè)計(jì)的甲板駁船結(jié)構(gòu)構(gòu)件，除了甲板縱桁和橫梁外，強(qiáng)度都滿足規(guī)范要求，筆者提出了局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度加強(qiáng)方案，校核結(jié)果表明該方案可行，建議采取該方案施工。關(guān)鍵詞：甲板駁船；局部強(qiáng)度；有限元1 引言寧海駁16001甲板駁船主要用于運(yùn)輸崇啟大橋橋梁，橋梁通過支架安放在甲板上，為保證船舶結(jié)構(gòu)的安全性很有必要對其進(jìn)行局部強(qiáng)度校核1-2。本文根據(jù)鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范（2009）3，取用強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，按照設(shè)計(jì)圖紙，使用MSC

3、.Patran有限元軟件建立全船有限元模型，根據(jù)該船實(shí)際裝載三種不同長度和重量的橋梁，定義三種工況，對其局部強(qiáng)度校核。2 實(shí)船資料圖1 寧海駁16001橫剖面圖寧海駁16001為鋼質(zhì)全焊接結(jié)構(gòu)，單甲板、單底，混合骨架型式，機(jī)動甲板駁船。主甲板結(jié)構(gòu)、船底結(jié)構(gòu)為混合骨架式，舷側(cè)結(jié)構(gòu)、縱橫艙壁為橫骨架式。共有175個(gè)肋位，間距625mm，3道縱艙壁，間距為8米，6道橫艙壁，甲板結(jié)構(gòu)中設(shè)有甲板縱桁、縱骨和強(qiáng)橫梁，縱橫艙壁上設(shè)有扶強(qiáng)材，船體內(nèi)部設(shè)有大量柱子和撐桿做支撐，橫剖面圖如1所示。其主尺度為：總 長 110.00 m水 線 長 108.50 m型 寬 32.00 m型 深 7.50 m設(shè)計(jì)吃水 5

4、.60 m載 重 量 14000t航 區(qū) 靖江至啟東3 建立有限元模型3.1 有限元模型圖2 甲板駁有限元模型根據(jù)文獻(xiàn)3采用三維有限元模型，模型范圍包括左右兩舷，縱向范圍為整個(gè)船長，垂向范圍為型深，有限元模型如圖2所示。船體構(gòu)件的有限元網(wǎng)格沿船體縱向按肋距劃分，沿船體橫向肋骨間距劃分。模型中甲板、舷側(cè)、縱橫艙壁、尾封板以及甲板縱桁、強(qiáng)橫梁腹板等強(qiáng)構(gòu)件采用四節(jié)點(diǎn)殼單元，甲板縱骨、縱橫艙壁上的扶強(qiáng)材以及起支撐作用的柱子、斜撐等構(gòu)件采用桿單元模型。模型的端部和底部所有節(jié)點(diǎn)剛性固定。3.2 工況定義表1 工況定義名稱長度（m）重量（t）數(shù)量LC-1185.029231LC-2146.822231LC-

5、355.69322該甲板駁船裝載三種不同長度和重量的橋梁，其裝載分配圖如圖3-5所示，本文定義三種工況進(jìn)行強(qiáng)度校核，見表1。圖3 橋梁長度為185m裝載分配圖（LC-1）圖4 橋梁長度為146.8m裝載分配圖(LC-2)圖5 橋梁長度為55.6m裝載分配圖(LC-3)4 結(jié)果分析4.1 應(yīng)力結(jié)果根據(jù)MSC.Nastran計(jì)算結(jié)果將甲板駁船結(jié)構(gòu)構(gòu)件在3個(gè)工況中應(yīng)力進(jìn)行匯總，取用文獻(xiàn)3第14章第7節(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。表2 甲板駁船結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力匯總構(gòu)件名稱工況許用應(yīng)力MPa實(shí)際應(yīng)力MPa是否滿足構(gòu)件名稱工況許用應(yīng)力MPa實(shí)際應(yīng)力MPa是否滿足甲板LC-1155123滿足邊縱艙壁扶強(qiáng)材LC-120

6、028.38滿足LC-261.5滿足LC-223.6滿足LC-311.4滿足LC-317.7滿足甲板縱桁LC-1128225否橫艙壁LC-117529.4滿足LC-2118滿足LC-220.8滿足LC-325.6滿足LC-311.8滿足甲板縱骨LC-115333.6滿足橫艙壁扶強(qiáng)材LC-120029.4滿足LC-218.5滿足LC-220.8滿足LC-33.07滿足LC-311.8滿足甲板橫梁LC-1128202否舷側(cè)LC-115520.8滿足LC-2110滿足LC-211.0滿足LC-317.6滿足LC-38.4滿足中縱艙壁LC-1155116滿足舷側(cè)扶強(qiáng)材LC-120020.8滿足LC-2

7、76.3滿足LC-211.0滿足LC-314.6滿足LC-38.4滿足中縱艙壁扶強(qiáng)材LC-1200116滿足艉封板LC-117557.7滿足LC-276.3滿足LC-230.1滿足LC-314.6滿足LC-39.8滿足邊縱艙壁LC-115528.4滿足艉封板扶強(qiáng)材LC-120057.7滿足LC-223.6滿足LC-230.1滿足LC-317.7滿足LC-39.8滿足表2結(jié)果表明甲板駁船結(jié)構(gòu)構(gòu)件在3中工況中，工況1應(yīng)力最大，除了甲板縱桁和甲板橫梁大于許用應(yīng)力，其余構(gòu)件強(qiáng)度都滿足規(guī)范要求。 圖6 甲板縱桁應(yīng)力圖（LC-1） 圖7 甲板橫梁應(yīng)力圖（LC-1）圖8 甲板上支撐橋梁的支架結(jié)構(gòu)圖6-7是甲

8、板縱桁和橫梁在工況1中的應(yīng)力圖。從圖中看出甲板駁在裝載185m橋梁時(shí)，距離船中左右4000mm、 Fr1Fr6和Fr170Fr175處甲板縱桁和甲板橫梁應(yīng)力過大，這是因?yàn)闃蛄涸诩装鍍啥瞬康妮d荷過大，而且橋梁過長在裝載時(shí)，在甲板上的落腳點(diǎn)為一個(gè)點(diǎn)，如圖8所示，該落腳點(diǎn)沒有在甲板縱桁和橫梁交叉的部位或者底部沒有設(shè)置柱子作為支撐，甲板沒有足夠的強(qiáng)度抵抗上部的集中載荷，故產(chǎn)生了應(yīng)力集中，應(yīng)力過大。4.2 加強(qiáng)方案 圖9 甲板駁艏艉結(jié)構(gòu)加強(qiáng)針對上述甲板縱桁和甲板橫梁不滿足強(qiáng)度要求而且出現(xiàn)應(yīng)力集中情況，筆者設(shè)計(jì)一種加強(qiáng)方案，使得艏艉兩端集中載荷位于強(qiáng)構(gòu)件上，具體方案：在Fr2、Fr3、Fr6、Fr170、

9、Fr173和Fr174兩旁縱艙壁之間加設(shè)強(qiáng)橫梁，T型材尺寸為，考慮艏艉受集中載荷大，在Fr2、Fr3和Fr173、Fr174所加的甲板強(qiáng)橫梁和縱桁交叉部位設(shè)置支柱作為支撐，柱子尺寸為，艏艉結(jié)構(gòu)加強(qiáng)方案如圖9所示。4.3 加強(qiáng)后應(yīng)力結(jié)果圖10 甲板縱桁應(yīng)力圖（LC-1） 圖11 甲板橫梁應(yīng)力圖（LC-1）表3 甲板縱桁、橫梁應(yīng)力（加強(qiáng)后）構(gòu)件名稱工況許用應(yīng)力MPa實(shí)際應(yīng)力MPa是否滿足甲板縱桁LC-112891.6滿足甲板橫梁LC-112891.6滿足圖10-11為甲板駁加強(qiáng)后的甲板縱桁和橫梁應(yīng)力圖，表3為加強(qiáng)后的甲板縱桁和甲板橫梁應(yīng)力值，其他構(gòu)件的應(yīng)力值不再列出。從圖和表中可以看出甲板駁應(yīng)用筆

10、者設(shè)計(jì)的加強(qiáng)方案后，位于甲板兩端的集中力得到有效分配，沒有產(chǎn)生應(yīng)力集中，甲板縱桁和橫梁應(yīng)力分別降低了133.4MPa和110.4MPa，低于規(guī)范中許用應(yīng)力，滿足規(guī)范要求。該加強(qiáng)方案使用材料少、施工方便可行、效果明顯，建議采取該方案施工。5 結(jié)論本文根據(jù)鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范，取用強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，按照設(shè)計(jì)圖紙，使用MSC.Patran有限元軟件建立全船有限元模型，按照實(shí)際裝載三種不同長度和重量的橋梁，定義三種計(jì)算工況，對其局部強(qiáng)度校核。通過校核結(jié)果得出：1) 甲板駁船結(jié)構(gòu)構(gòu)件在工況1中應(yīng)力最大，除了甲板縱桁和甲板橫梁外，其余構(gòu)件強(qiáng)度都滿足規(guī)范要求；2) 甲板駁在裝載185m橋梁時(shí)，距離船中左右4000mm、 Fr1Fr6和Fr170Fr175處甲板縱桁和橫梁應(yīng)力過大，出現(xiàn)應(yīng)力集中；3) 甲板駁艏艉結(jié)構(gòu)加強(qiáng)后，集中力得到有效分配，甲板縱桁和橫梁應(yīng)力低于許用應(yīng)力，滿足規(guī)范要求，該方案可行有效，建議采取該方案施工。參考文獻(xiàn)1 張少雄，陳南華，張偉. 8000t級江海直達(dá)駁船的全船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算J.