14 000 t甲板驳船船体结构局部强度校核

2012-10-08卞璇屹陈家旺李永正

江苏船舶 2012年2期

关键词：驳船横梁甲板

卞璇屹，陈家旺，李永正

(1．江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江212003;2．浙江省海盐县港航管理处，浙江海盐314300)

0 引言

1 实船资料

14 000 t甲板驳船主要用于运输崇启大桥桥梁，桥梁通过支架安放在甲板上，为保证船舶结构的安全性很有必要对其进行局部强度校核［1，2］。

本文依据《钢质内河船舶建造规范》(2009)取用强度标准，按照设计图纸，使用MSC．Patran有限元软件建立全船有限元模型，根据该船实际装载3种不同长度和重量的桥梁，定义3种工况，对其局部强度校核。

14 000 t甲板驳船为钢质全焊接结构，单甲板、单底，混合骨架形式，机动甲板驳船。其主甲板结构、船底结构为混合骨架式，舷侧结构、纵横舱壁为横骨架式。该船共有175个肋位，间距625 mm;3道纵舱壁，间距为8 m;6道横舱壁。甲板结构中设有甲板纵桁、纵骨和强横梁，纵横舱壁上设有扶强材，船体内部设有大量柱子和撑杆做支撑。横剖面图、基本结构图分别见图1、图2。其主要量度为:

图1 14 000 t甲板驳船横剖面图

2 建立有限元模型

2．1 有限元模型

根据文献［3］采用三维有限元模型，模型范围包括左右两舷，纵向范围为整个船长，垂向范围为型深，有限元模型如图3所示。船体构件的有限元网格沿船体纵向按肋距划分，沿船体横向肋骨间距划分。模型中甲板、舷侧、纵横舱壁、尾封板以及甲板纵桁、强横梁腹板等强构件采用四节点壳单元，甲板纵骨、纵横舱壁上的扶强材以及起支撑作用的柱子、斜撑等构件采用杆单元模型。模型的端部和底部所有节点刚性固定。

图2 14 000 t甲板驳船基本结构图

图3 甲板驳有限元模型

2．2 工况定义

本文定义3种工况进行强度校核，见表1。该甲板驳船装载3种不同长度和重量的桥梁，其装载分配图如图4～图6所示。

表1 工况定义

图6 桥梁长度为55．6 m装载分配图(LC-3)

3 结果分析

3．1 应力结果

根据MSC．Nastran计算结果将甲板驳船结构构件在3个工况中应力进行汇总，取用文献［3］第14章第7节强度标准，见表2。

表2 甲板驳船结构构件应力汇总

表2结果表明，甲板驳船结构构件的3种工况中，工况LC-1应力最大。除了甲板纵桁和甲板横梁大于许用应力，其余构件强度都满足规范要求。

图7～图8是甲板纵桁和横梁在工况LC-1中的应力图。从图中看出甲板驳船在装载185 m桥梁时，距离船中左右4 000 mm、Fr1至Fr6和Fr170至Fr175处甲板纵桁和甲板横梁应力过大。这是因为桥梁在甲板两端部的载荷过大，而且桥梁过长在装载时，在甲板上的落脚点为一个点，如图9所示。该落脚点没有在甲板纵桁和横梁交叉的部位或者底部设置柱子作为支撑，甲板没有足够的强度抵抗上部的集中载荷，故产生了应力集中，应力过大。

图7 甲板纵桁应力图(LC-1)

图8 甲板横梁应力图(LC-1)

图9 甲板上支撑桥梁的支架结构

3．2 加强方案

针对上述甲板纵桁和甲板横梁不满足强度要求而且出现应力集中情况，作者设计一种加强方案，使得艏艉两端集中载荷位于强构件上，具体方案:在Fr2、Fr3、Fr6、Fr170、Fr173 和 Fr174 两旁纵舱壁之间加设强横梁，T型材尺寸为⊥考虑艏艉受集中载荷大，在Fr2、Fr3和Fr173、Fr174所加的甲板强横梁和纵桁交叉部位设置支柱作为支撑，柱子尺寸为Φ325 mm×10 mm。艏艉结构加强方案如图10所示。

3．3 加强后应力结果

图11～图12为甲板驳加强后的甲板纵桁和横梁应力图，表3为加强后的甲板纵桁和甲板横梁应力值，其他构件的应力值不再列出。从图和表中可以看出甲板驳应用作者设计的加强方案后，位于甲板两端的集中力得到有效分配，没有产生应力集中，甲板纵桁和横梁应力分别降低了134．4 MPa和110．4 MPa，低于规范中许用应力值。