技術(shù)專利說明書半潛式平臺(tái)總體強(qiáng)度快速設(shè)計(jì)方法

1、技術(shù)領(lǐng)域：本發(fā)明涉及海洋工程及船舶設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體的說是涉及一種半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法。背景技術(shù)：海洋蘊(yùn)藏著豐富的資源，向海洋進(jìn)軍一直是各級(jí)政府以及企業(yè)家的夢(mèng)想。但沒有海洋工程裝備，向海洋進(jìn)軍也只能一個(gè)夢(mèng)想，不能變成現(xiàn)實(shí)。半潛式平臺(tái)是一種綜合性能指標(biāo)比較優(yōu)化的深水海洋工程裝備，有良好的水動(dòng)力性能，比較好的定位能力及穩(wěn)性?，F(xiàn)在動(dòng)力定位系統(tǒng)理論上可以實(shí)現(xiàn)無限工作水深，由于采用了柱穩(wěn)式，其波浪響應(yīng)比較小，因此可作業(yè)的天窗期比較小。由于半潛式平臺(tái)屬浮式結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)度和寬度上的尺度近似，并且又分為甲板盒、立柱、浮筒和橫撐等多種結(jié)構(gòu)的組合，其在風(fēng)、浪、流等環(huán)境載荷的組合作用下的復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可看成船體

2、梁的船形浮式結(jié)構(gòu)物和固定在海底的座底式平臺(tái)。另外，它的機(jī)動(dòng)性沒有普通的船舶那么好，在惡劣海況來臨時(shí)不易移走躲避，需要比較大的抗風(fēng)暴能力。也沒有像FPSO或FSO這種可抵抗惡劣風(fēng)暴的船形結(jié)構(gòu)的單點(diǎn)系泊結(jié)構(gòu)的見標(biāo)效應(yīng)，因?yàn)樗诟鱾€(gè)方向的承受風(fēng)的能力差別不像普通的船形結(jié)構(gòu)物那么大。因此，保證半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，并且具有一定設(shè)計(jì)冗余既是保證平臺(tái)的穩(wěn)定性和整體不失效的措施之一，也是保證平臺(tái)安全性的有效方式之一。半潛式平臺(tái)的總體強(qiáng)度計(jì)算是目前保證其總體強(qiáng)度的唯一可行的辦法，也是半潛式平臺(tái)入級(jí)所需的必要條件之一。在設(shè)計(jì)的初期階段就要進(jìn)行總體強(qiáng)度的評(píng)估，并且要考慮后期的裝配、焊接和舾裝件安裝引起的開

3、孔等的影響。尤其是裝配誤差、焊接材料、焊接形式和開孔等是影響疲勞強(qiáng)度的非常關(guān)鍵的因素。對(duì)于關(guān)鍵部位，在設(shè)計(jì)要求中注明不允許開孔、全熔透焊接、焊縫的打磨修形和裝配誤差等技術(shù)要求也是設(shè)計(jì)工作非常重要的一部分。但是，從船廠經(jīng)濟(jì)性的考慮，這種特殊的要求無疑會(huì)大幅增加成本，這就對(duì)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性提出了比較高的要求。半潛式平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范只給出了滿足局部強(qiáng)度的公式。如何滿足總體強(qiáng)度還主要依據(jù)有限元的分析，如果不滿足總體強(qiáng)度，需要更改后重新進(jìn)行總體強(qiáng)度校核。如果有大面積不滿足強(qiáng)度的要求，就會(huì)帶來的設(shè)計(jì)周期太長(zhǎng)的問題。例如，某總體強(qiáng)度不滿足要求，修改圖紙，修改模型，重新計(jì)算的時(shí)間超過2個(gè)周，如果有2次以上重復(fù)修

4、改，會(huì)使得設(shè)計(jì)周期無法滿足整個(gè)設(shè)計(jì)周期的要求。如何在設(shè)計(jì)之初比較準(zhǔn)確把握總體強(qiáng)度一直是一個(gè)難題，目前基本上依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)代半潛式平臺(tái)的設(shè)計(jì)流程如下：上面的流程還是在前期總體設(shè)計(jì)已經(jīng)確定的前提條件。如果前期設(shè)計(jì)有修改，對(duì)于有限元的影響往往是巨大的。整個(gè)的設(shè)計(jì)周期需要大幅度的增加。因此，借助目前發(fā)達(dá)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)這些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)定量的分析，然后總結(jié)出一個(gè)比較準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)規(guī)律，使之能夠一次通過總體強(qiáng)度計(jì)算就顯得十分必要。專利內(nèi)容：本發(fā)明把半潛平臺(tái)的每一部分來看，都可以簡(jiǎn)化成梁。浮筒部分，自身可以看成一船體梁，在首尾立柱中間相當(dāng)于有一個(gè)介于剛性固定和簡(jiǎn)支之間的約束。再細(xì)一點(diǎn)，實(shí)際上雙

5、可以看成四個(gè)約束，即首尾立柱的尾部艙壁和首部艙壁。橫撐部分，可以看成兩端固支的梁。立柱部分，可以看成一個(gè)受壓和受彎的梁，與deck box連接部分可以看成剛性固定的，而與橫撐連接處也可以看成左右方向固支，其余方向自由的狀態(tài)。而與浮筒連接處，可以認(rèn)為是上下方向彈性連接，前后方向也是彈性連接，而左右方向自由。Deck box可以認(rèn)為連接四個(gè)立柱的梁。重要的是分析和部分所承受的外部載荷。為了計(jì)算方便，可以先進(jìn)行分析各部分載荷對(duì)總體強(qiáng)度的影響比例。把占比例較小的部分忽略。強(qiáng)度的評(píng)估包括總體強(qiáng)度和局部強(qiáng)度。局部強(qiáng)度相對(duì)的影響因素比較少，可以在設(shè)計(jì)初期先進(jìn)行計(jì)算，但它也受總體強(qiáng)度的影響，在總體強(qiáng)度計(jì)算后需

6、要進(jìn)行局部強(qiáng)度的修正。下面按區(qū)域簡(jiǎn)單論述一下半潛式平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。1) 浮筒結(jié)構(gòu)在正常的作業(yè)狀態(tài)下，浮筒結(jié)構(gòu)幾乎完全浸沒在水下，受波浪的影響不是太大，主要承受內(nèi)部和外部的水壓力。從總體強(qiáng)度上來看，浮筒的下部承受水的浮力Ff，上部承受水的壓力Fp，在立柱與浮筒連接處承受上部結(jié)構(gòu)自重帶來的壓力Ft，其自身的重量為Fg，而浮筒的外形一般情況下都對(duì)自身的中心線左右對(duì)稱，也就是說兩側(cè)的水壓力相互平衡。在靜水狀態(tài)下應(yīng)該有Ff=Fp+Ft+Fg或Ff-Fp=Ft+Fg。在移船的狀態(tài)下，由于浮筒的上表面完全露出水面，在靜水狀態(tài)應(yīng)該Ff= Ft+Fg。如果把浮筒看成一根船體梁，把立柱的外板看成浮筒的簡(jiǎn)支點(diǎn)，

7、常規(guī)左右各有兩立柱浮筒就成了中間具有4個(gè)簡(jiǎn)支點(diǎn)，下面承受均布載荷的梁。其簡(jiǎn)化的受力模型如圖1所示。根據(jù)圖1可以看出，彎矩最大的位置發(fā)生在浮筒的中部和立柱與浮筒連接的部分的內(nèi)側(cè)，因此，在浮筒的中部和與立柱連接處甲板和底板應(yīng)適當(dāng)加厚以抵抗彎矩。剪力最大發(fā)生在浮筒連接的內(nèi)側(cè)，因此，這一位置的浮筒的兩側(cè)外板厚度應(yīng)適當(dāng)加大。這與我們已經(jīng)交付和在建的，和研發(fā)過程中的總共近二十座半潛式平臺(tái)的最終的分析結(jié)果都是一致的。對(duì)于局部強(qiáng)度，船級(jí)社規(guī)范并沒有按位置給出參考的計(jì)算依據(jù)。所有位置只有深艙和水密艙壁之分。2) 橫撐結(jié)構(gòu)對(duì)于橫撐結(jié)構(gòu)，規(guī)范和相關(guān)的書籍中沒有可參考的公式。主要是參考母型船的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。可以簡(jiǎn)化計(jì)

8、算的就是考慮其承受橫浪時(shí)的最大分離力，和斜浪時(shí)的扭矩。利用最大分離力初步算出橫撐上的拉應(yīng)力，然后利用扭矩算出橫撐上的剪應(yīng)力，再進(jìn)行合成，可以初步得到合成應(yīng)力。但這種方法得到應(yīng)力水平比最終的分析結(jié)果要低得多。所以還是主要參考母型船為主。3) 立柱結(jié)構(gòu)立柱結(jié)構(gòu)作為上部模塊的支撐，在強(qiáng)度上主要起到一個(gè)尺寸比較大的支柱的作用。但是，它的水平載面的尺寸與高度相比是一個(gè)比較大值，不屬于細(xì)長(zhǎng)桿件，所以總體上并不存在失穩(wěn)的現(xiàn)像。還是以考慮局部強(qiáng)度為主。參考已經(jīng)中集來福士的多個(gè)項(xiàng)目的總體強(qiáng)度分析結(jié)果也證明，立柱上的總體應(yīng)力水平比較低。4) 甲板盒結(jié)構(gòu)對(duì)于甲板盒的甲板，主要考慮局部的甲板載荷進(jìn)行設(shè)計(jì)。而對(duì)于艙壁結(jié)

9、構(gòu)，除了連接立柱的作為box girder的結(jié)構(gòu)要考慮自重及垂向加速度對(duì)其產(chǎn)生的剪切應(yīng)力外，與井架連接的結(jié)構(gòu)傳遞的支反力也要考慮進(jìn)去。而其余分艙的小段艙壁，則只要考慮局部強(qiáng)度即可。下面就ABS和DNV規(guī)范論述一下它們的局部強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式。在ABS MODU的規(guī)范中，深艙和水密艙壁的計(jì)算公式形式上一樣，只是參數(shù)的取值不太一樣。ABS的深艙板厚計(jì)算公式為 mm，對(duì)于水密艙壁，把其中的254換290，2.5換成1.5即可。式中s為型材間距，單位mm，可以由設(shè)計(jì)者指定，k為系數(shù)，通常為1；q為材料系數(shù)，為普通鋼的屈服強(qiáng)度(235MPa)與所用材料屈服強(qiáng)度比值，目前通常采用屈服強(qiáng)度為355MPa的高強(qiáng)度鋼

10、，因此q=0.66；h為設(shè)計(jì)壓頭，單位為m，為計(jì)算的列板的下沿到所在艙室頂部的距離加上艙室頂部到透氣口距離的2/3。ABS的扶強(qiáng)材計(jì)算公式為 cm3。式中SM為扶強(qiáng)材含帶板的剖面模數(shù)；c為系數(shù)，對(duì)兩端為強(qiáng)梁支的情況，深艙取1，水密艙壁為0.56；s為型材間距，單位m，由設(shè)計(jì)者指定；h為設(shè)計(jì)壓頭，從扶強(qiáng)材跨距的中點(diǎn)計(jì)算，對(duì)深艙取到艙室頂部的距離加上從艙室頂部到透氣口距離的2/3，對(duì)水密艙壁則取到干舷甲板；l為扶強(qiáng)材的跨矩，單位m；Q為材料系數(shù)，對(duì)常用的高強(qiáng)鋼TH36為0.72。強(qiáng)梁的計(jì)算公式為 cm3 。式中SM為強(qiáng)梁(通常為T型材)含帶板的剖面模數(shù)；c為系數(shù)，對(duì)深艙取1.5，對(duì)水密艙壁則取1.

11、0；其余參數(shù)的意義與扶強(qiáng)材類似。DNV的局部強(qiáng)度計(jì)算分為WSD法和LFRD法，深艙和水密艙壁也是一樣的，只是系數(shù)取值不同。其中WSD法與ABS的方法類似。其板材計(jì)算公式為：mm(1-1)式中：為形狀系數(shù)，常規(guī)的設(shè)計(jì)為1；s為型材的支撐寬度，單位為m，由設(shè)計(jì)者指定；p為設(shè)計(jì)壓力，單位，對(duì)最大吃水線以上的艙壁，主要考慮其作為支撐，采用直接計(jì)算的方法，對(duì)水線以上的水密甲板，考慮甲板載荷，對(duì)深艙和最大吃水線以下由下式計(jì)算：(1-2)其為為液艙內(nèi)的液體密度，取不小海水的密度；為重力加速度為，取；為平臺(tái)的垂向加速度為，單位，可以從設(shè)計(jì)波分析報(bào)告中查到，在該分析報(bào)告之前可以取0.3倍的重力加速度；為可能灌注

12、到的最大液位高度，單位m，帶高位和高高位報(bào)警的艙室可以取到艙室的頂部，對(duì)于最大設(shè)計(jì)吃水以下直接與外界相鄰的構(gòu)件，其值不小于到最大吃水的距離。為邊界條件系數(shù)，對(duì)于常規(guī)的雙面連續(xù)焊接，可認(rèn)為是固支，取值為1；為許用彎屈應(yīng)力，單位，取下面的兩式中的小值(1-3)(1-4)式中為總體強(qiáng)度分析中的合成應(yīng)力，如果取用該值或參考母型船中該值，就和LRFD方法完全一樣。如果沒有母型船或?yàn)榱顺醪降挠?jì)算結(jié)果，可以直接取式1-4中的值；為載荷系數(shù)，對(duì)于不考慮總體強(qiáng)度分析結(jié)果，只考慮液體壓力這種功能性載荷時(shí)，取0.6，如果按LRFD方法，考慮取功能載荷、最大環(huán)境載荷以及傾斜、撞擊等偶然因素后，取1，如果只考考慮功能性

13、載荷和最大環(huán)境載荷，不考慮偶然因素載荷，則取0.8；為所用材料的屈服強(qiáng)度，單位，對(duì)于通常采用的TH36的高強(qiáng)度鋼，。其扶強(qiáng)材計(jì)算公式為：(1-5)式中l(wèi)為扶強(qiáng)材的跨距，單位m，由設(shè)計(jì)者指定；s和p的意義與前面板材的定義相同；為端部連接條件系數(shù)，對(duì)于常規(guī)焊接在強(qiáng)梁上的，可認(rèn)為是兩端固支，取值為12；為邊界條件系數(shù)，對(duì)于常規(guī)的雙面連續(xù)焊接，可認(rèn)為是固支，取值為1；為許用彎屈應(yīng)力，單位，根據(jù)工況取值。WSD方法規(guī)定，在只考慮功能性載荷的工況下，對(duì)于考慮了最大環(huán)境載荷和功能性載荷的情況下，；而LRFD方法規(guī)定，。看上去WSD方法比LRFD方法保守，而本質(zhì)上是一樣的。因?yàn)榈娜≈凳遣灰粯拥?，如只考慮了功能

14、性載荷的情況，取ULS下的總體強(qiáng)度合成應(yīng)力；考慮最大環(huán)境載荷和功能載荷的情況，取ULS和SLS的總體強(qiáng)度合成應(yīng)力；而按LRFD方法，則需要考慮ULS、SLS、FLS和ALS下的總體強(qiáng)度合成應(yīng)力；這與前面的載荷系數(shù)是完全一致的。值得注意的是，由于扶強(qiáng)材通常采用球扁鋼，所以其中性軸離球頭一邊的距離比離帶板一側(cè)的距離大得多。如果采用帶板上的合成應(yīng)力，則計(jì)算扶強(qiáng)材的剖面模數(shù)要采用中性軸離帶板側(cè)的距離；而通常情況下，我們計(jì)算扶強(qiáng)材的剖面模數(shù)采用的是中性軸離球頭方的距離，因此采用的是與扶強(qiáng)材軸向一致的方向應(yīng)力或。其強(qiáng)梁因?yàn)橥ǔ：蚑型材的結(jié)構(gòu)，所以除了考慮彎曲應(yīng)力，還要考慮剪切應(yīng)，其彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式為9：(

15、1-6)式中為強(qiáng)梁的跨距，單位m，根據(jù)兩端更強(qiáng)的支撐如艙壁或支柱的位置確定；b為支撐寬度，單位m，由設(shè)計(jì)者指定；p為設(shè)計(jì)壓力，與前面板材公式1-1中定義相似，不同的是它是從梁的跨距的中間計(jì)量；和的定義與前面扶強(qiáng)材的公式1-5中定義相同。所不同的是，總體的合應(yīng)力對(duì)帶板一側(cè)和面板一側(cè)都要進(jìn)行考慮。因?yàn)樵趲О逡粋?cè)的總體合成應(yīng)力比較大，但離中性軸近，其剖面模數(shù)比較大。而面板一側(cè)的剖面模數(shù)小，總體的合成應(yīng)力小。所以兩者要分別計(jì)算后才能確定強(qiáng)度是否滿足。強(qiáng)梁的受剪面積公式。(1-7)式中為型材受剪面積，通常為T型材的腹板面積，扣除所有開孔的面積；為端部連接系數(shù)，常規(guī)的兩端連接到艙壁或支柱上的T型材跨距的兩

16、端取0.5，中間取0，其余位置線性插值；為考慮的位置到最近的支撐端的扶強(qiáng)材的個(gè)數(shù)，不大于，式中為支撐跨距內(nèi)扶強(qiáng)材的總數(shù)；、b和p與式1-6的定義完全相同；為從考慮的位置到最近的支撐端的扶強(qiáng)材上點(diǎn)載荷的平均值，單位kN。為許用剪應(yīng)力，單位，對(duì)于只考慮功能性載荷的情況取，考慮功能性載荷和最大環(huán)境載荷時(shí)，考慮功能性載荷、最大環(huán)境載荷和偶然因素載荷時(shí)，這在WSD方法和LRFD方法都是一樣的。本發(fā)明通過比較DNV LRFD設(shè)計(jì)評(píng)估方法跟ABS的WSD設(shè)計(jì)評(píng)估方法，總結(jié)近二十座半潛式平臺(tái)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，提出了一種總的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)周期最短的、具有比較強(qiáng)的操作性的設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明為半潛式平臺(tái)總體強(qiáng)度評(píng)估過程中存在的一

17、些規(guī)范或文獻(xiàn)未作明確說明的關(guān)鍵環(huán)節(jié)提供合理、可行的方案。通過整理分析公司建造過的多座實(shí)例平臺(tái)的設(shè)計(jì)波、應(yīng)力計(jì)算結(jié)果和原強(qiáng)度評(píng)估結(jié)果，按本發(fā)明的計(jì)算方法，有效提高了工作效率，降低了設(shè)計(jì)周期。通過與多座半潛式平臺(tái)的最終分析對(duì)比，證明本方法是可靠的，是符合經(jīng)典力學(xué)的客觀規(guī)律的。并且這種方法是易于被結(jié)構(gòu)工程師掌握并可以在工作實(shí)踐中不斷完善的。實(shí)施例：本文以中集來福士自主研發(fā)的半潛式起重生活平臺(tái)的為例，按部位局部強(qiáng)度和總體強(qiáng)度的設(shè)計(jì)。如圖2所示，本平臺(tái)為非對(duì)稱的半潛式平臺(tái)，主船體結(jié)構(gòu)分為主浮筒、輔助浮筒、四個(gè)鼓形水平模撐，左右各兩個(gè)立柱，一個(gè)甲板盒。下面按拖航、自存、起重和居住工況分別進(jìn)行計(jì)算。限于篇幅

18、，下面的說明中只包括浮筒的計(jì)算。本文以中集來福士自主研發(fā)的半潛式起重生活平臺(tái)的為例，按部位局部強(qiáng)度和總體強(qiáng)度的設(shè)計(jì)。本平臺(tái)為非對(duì)稱的半潛式平臺(tái)，主船體結(jié)構(gòu)分為主浮筒、輔助浮筒、四個(gè)鼓形水平模撐，左右各兩個(gè)立柱，一個(gè)甲板盒。下面按移船、自存、起重和居住工況分別進(jìn)行計(jì)算。移船工況，平臺(tái)的空船重量21493噸，排水量39184噸。由于首部和尾部的形狀原因，把浮筒分成尾部、中部和首部三部分。其自重、壓載水量、浮力和浮力與重力差如下面表2-1所示。表2-1 浮筒各部分重量（只列部分）描述重量(MT)長(zhǎng)度范圍(m)主浮筒艉部自重856025主浮筒中部自重371925105主浮筒艏部自重864105130輔

19、助浮筒艉部自重3550輔助浮筒中部自重314691.5輔助浮筒艏部自重355103由于艉部和艏部還有一部分平直部分，所以艏部和艉部再分為艏艉、艏艏、艉艉和艉艏。其浮力與重力差值按線載荷計(jì)算后，按線性分布如下面表2-2所示。表2-2 浮筒線性載荷分布（只列部分）描述載荷線性分布(kN/m)長(zhǎng)度范圍(m)起止主浮筒尾部重力差值尾尾5531298主浮筒尾部重力差值尾首1298129822.525主浮筒中部重力差值1415141525105把四個(gè)立柱的前后艙壁分別作為浮筒的船體梁的簡(jiǎn)支點(diǎn)，則浮筒的船體梁在移船工況下的簡(jiǎn)化力學(xué)模型如圖3和圖4所示。對(duì)于浮筒的典型剖面，如下面的圖5所示，其中主浮筒和輔助浮

20、筒的結(jié)構(gòu)形式一樣，只是寬度不一樣。設(shè)計(jì)時(shí)按部位分為甲板、底板、舷側(cè)外板和內(nèi)部艙壁，按結(jié)構(gòu)形式分為板材、扶強(qiáng)材和強(qiáng)橫梁。參考ABS深艙的規(guī)范，計(jì)算板厚、扶強(qiáng)材和強(qiáng)梁的規(guī)格。計(jì)算結(jié)果如表2-3、2-4和2-5所示。表2-3 浮筒各位置的板材計(jì)算結(jié)果描述ht需求實(shí)取甲板板14底板板16舷側(cè)外板板14縱向艙壁板14注：對(duì)于上表中所有位置s=625mm，k=1，q=0.66。表2-4 浮筒各位置的扶強(qiáng)材計(jì)算結(jié)果描述hSM需求取型材包括帶板剖面模數(shù)甲板扶強(qiáng)材413HP260*10426底板扶強(qiáng)材646HP300*11675舷側(cè)外板扶強(qiáng)材(5米及以下)605HP300*11666舷側(cè)外板扶強(qiáng)材(5.6米以上

21、)523HP280*11532縱向艙壁扶強(qiáng)材(5米及以下)605HP300*11631縱向艙壁扶強(qiáng)材(5.6米以上)523HP280*11532注：對(duì)于上表中所有位置s=0.625m，c=1，l=2.5m, Q=0.72。表2-5 浮筒各位置的強(qiáng)梁計(jì)算結(jié)果描述hlSM需求取型材包括帶板剖面模數(shù)主浮筒甲板強(qiáng)梁13203T1300*14+240*2513591輔助浮筒甲板強(qiáng)梁5789T1000*14+300*209308主浮筒底板強(qiáng)梁20632T1300*16+380*3020776輔助浮筒底板強(qiáng)梁9046T1300*14+280*2514356舷側(cè)外板垂向強(qiáng)橫梁16813T1300*14+360

22、*2517080縱向主艙壁垂向強(qiáng)橫梁16813T1300*14+360*2517080縱向通道艙壁垂向強(qiáng)橫梁8059T1000*14+240*259118注：對(duì)于上表中所有位置s=2.5m，c=1.5，Q=0.72。根據(jù)以上結(jié)果建立浮筒的橫截面的圖紙，并且在AutoCAD中可以直接求出它的慣性矩，截面積，形心等數(shù)據(jù)?？梢愿鶕?jù)這些數(shù)據(jù)算出它的剖面模數(shù)。并根據(jù)梁理論算出它在甲板上的拉應(yīng)力和艙壁上的剪應(yīng)力。主浮筒和小浮筒的橫截面圖如圖6和圖7所示。根據(jù)上面的數(shù)據(jù)，可分別求出主浮筒和輔助浮筒的橫剖面的剖面模數(shù)分別為和。根據(jù)前面的圖3和4的彎矩剪力分布圖。可以求出移船工況下主浮筒和輔助浮筒的總體應(yīng)力主浮

23、筒的最大軸向應(yīng)力55MPa?？紤]中間的三道艙壁來承受剪應(yīng)力，可以算得最大剪應(yīng)力為。根據(jù)前面圖4，可以算得輔助浮筒承受的最大軸向拉應(yīng)力為。輔助浮筒的受剪面積與主浮筒相同，可以算出其最大剪應(yīng)力為58.3MPa。在自存、居住和重吊工況下，由于浮力與重力、壓載的差值比移船工況下小，所以在不考慮環(huán)境載荷的情況下。對(duì)浮筒而言，在移船工況下的總體應(yīng)力水平最高。根據(jù)DNV WSD或LRFD進(jìn)行初步板材的校核。根據(jù)式1-1，。垂向加速度取經(jīng)驗(yàn)值。根據(jù)式1-3和1-4， ，和因位置不同而不同。甲板和艙壁的計(jì)算結(jié)果如下面表2-6所示。表2-6 浮筒的板厚計(jì)算描述pt需求實(shí)取甲板板5514底板板21316主浮筒舷側(cè)外

24、板下部133104.0 1814輔助浮筒舷側(cè)外板下部109135.2 14主浮筒舷側(cè)外板上部136100.1 201614輔助浮筒舷側(cè)外板上部111132.6 2014艙壁板133104.0 14從上表可以看出，主浮筒和輔助浮筒的舷側(cè)外板在考慮總體強(qiáng)度后的剩余強(qiáng)度時(shí)其厚度是不滿足規(guī)范要求的。因此，在與立柱連接的區(qū)域進(jìn)行局部的艙壁板厚的加厚。考慮到與立柱連接的上部為特殊區(qū)域，存在疲勞的問題，因此這一部分取的板厚最大，為30mm，往下依次減小。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可以繪制出主浮筒和輔助浮筒的圖紙。主浮筒和輔助浮筒與立柱連接受剪面積和剪應(yīng)力需要修正。修正后的板厚值如下面的表2-7所示。表2-7 浮筒的修

25、正后板厚計(jì)算描述pt需求實(shí)取甲板板5514底板板21316主浮筒舷側(cè)外板下部95153.4 18輔助浮筒舷側(cè)外板下部162.2 14主浮筒舷側(cè)外板上部148.6 2030輔助浮筒舷側(cè)外板上部158.7 2030艙壁板95153.4 14從上面的數(shù)據(jù)來看，這種情況下完全滿足規(guī)范的要求。根據(jù)DNV WSD或LRFD進(jìn)行初步扶強(qiáng)材的校核。結(jié)果如下表2-8所示。表2-8 浮筒扶強(qiáng)材校核（部分）描述p剖面模數(shù)需求型材附帶板剖面模數(shù)甲板扶強(qiáng)材55158425HP260*10426底板扶強(qiáng)材165681HP300*11676舷側(cè)外板扶強(qiáng)材(5.6米以上)55158560HP280*11562縱向艙壁扶強(qiáng)材(

26、5.6米以上)551585135HP280*11532從上表可以看出，對(duì)于底板的扶強(qiáng)材，強(qiáng)度是略顯不足的。而舷側(cè)外板利用率也是接近1。但這并不代表它不滿足規(guī)范的要求?？梢苑治銮懊胬玫目傮w合成應(yīng)力，而實(shí)際上在對(duì)浮筒與立柱連接處進(jìn)行外板加厚的同時(shí)，甲板相應(yīng)的部分位置也是進(jìn)行了局部加厚的。所以可以進(jìn)行修正，修正后的結(jié)果是可以滿足要求的。根據(jù)DNV WSD或LRFD進(jìn)行初步強(qiáng)梁彎曲強(qiáng)度的校核。浮筒強(qiáng)梁計(jì)算結(jié)果如下面表2-9所示。表2-9浮筒強(qiáng)梁的彎曲強(qiáng)度面板側(cè)校核描述p SgZg取型材面板側(cè)Z主浮筒甲板強(qiáng)梁11060T1300*14+240*2513591輔助浮筒甲板強(qiáng)梁4849T1000*14