內河玻璃鋼船橫骨架式實肋板計算公式推導

，

(1.中國船級社 武漢規范研究所，武漢 430022；2.山東省濟南船舶檢驗局 濰坊分局，濟南 261000)

目前，我國內河玻璃鋼船的適用規范《纖維增強塑料船規范》(1991)(以下簡稱《規范》)，僅適用于船長小于40 m的玻璃鋼船，隨著航運的需求和發展，內河玻璃鋼船的船長已達50 m以上。船舶尺度增大后對玻璃鋼船的總縱強度、結構型式及局部強度都會產生一定的影響。1991年編制的《規范》關于局部強度的要求是否適用于船長大于40 m的玻璃鋼船等一系列問題亟需進行專題研究。本文以理論分析為基礎推導船長大于等于40 m的內河玻璃鋼船橫骨架式實肋板的計算公式[1-2]。

1 《規范》局部強度適用性分析

1)《規范》及國外同類玻璃鋼船規范關于局部構件強度均建立在結構力學的梁理論之上，所采用的力學模型主要是“單跨梁”模型；

2)纖維增強塑料材料雖然是具有正交各向異性特征的線彈性材料，但由于所研究的應力狀態主要是單向應力狀態和平面應力狀態，而且是由正交纖維增強的塑料層板材料，其與纖維平行方向的彈性模量是相同的，所以各向同性線彈性材料的梁的強度理論和板的強度理論仍適用于纖維增強塑料材料；

3)由于在梁理論的體系中，船體橫向構件的強度不受總縱彎曲強度的影響，所以《規范》中關于橫向構件的強度要求中對實肋板的要求將不適用于船長大于等于40 m的船舶。

2 橫骨架式船底實肋板計算公式推導

1)實肋板計算模型采用空間梁系艙段有限元模型，主要構件為：實肋板、強肋骨、強橫梁、船底龍骨及甲板縱骨等。實肋板間距取s=0.5 m、強肋骨間距取為S=2.0 m，帶板寬度b=0.5 m，艙段寬度等于船寬，構件尺寸見規范中的表5.5.4。分別計算船底龍骨(甲板縱桁)為3、5、7道(以中縱剖面對稱均布)時的實肋板最大彎矩。邊界條件：船底龍骨(甲板縱桁)在艙壁處分別向兩邊延伸一個強肋距，并在艙壁處及端點施加簡支約束；實肋板兩端約束垂向位移。

2)若實肋板最大彎矩為Mmax，強度許用應力為[σ]，則實肋板剖面模數W為

(1)

式中：Mmax——實肋板最大彎矩，kN·m；

[σ]——許用應力，

取[σ]=0.3×180=54 N/mm2。

設W=kshl2，則龍骨道數對實肋板的修正系數k為

(2)

(1)L=40 m、s=0.5 m、h=2.2 m、l=8.8 m。

表1 船長40 m實肋板最大彎矩計算值(艙長l1=10 m、型深D=2.2 m) kN·m

表2 船長40 m時，與Mmax對應的k值

(2)L=60 m、s=0.5 m、h=3.05 m、l=13.2 m。

表3 船長60 m實肋板最大彎矩計算值(艙長l1=14 m、型深D=3.3 m) kN·m

表4 船長60 m時，與Mmax對應的k值

(3)L=80 m、s=0.5 m、h=3.65 m、l=17.6 m。

表5 船長80 m實肋板最大彎矩計算值(艙長l1=18 m、型深D=4.4 m) kN·m

表6 船長80 m時，與Mmax對應的k值

將k值匯總于表7。

k值平均值回歸公式為

(3)

表7 龍骨道數對實肋板的修正系數k值匯總表

式中：n——龍骨道數，n≥3，當n>7取n=7。

橫骨架式船底實肋板剖面模數W為

W=ks(d+r)l2

(4)

式中：s——實肋板間距，m；

d——吃水，m；

r——計算半波高，m；

l——實肋板跨距，m，取實肋板面板與舷側交點間的距離。

橫骨架式實肋板剖面模數計算公式與原公式的比較見表8。

表8 改進前后W計算值對比

3 結論

本研究推導所得玻璃鋼船橫骨架式實肋板計算公式，已納入中國船級社《船長大于等于40 m內河纖維增強塑料船審圖原則》(2009)中。有關玻璃鋼船舶設計單位和制造廠使用后認為，本計算公式是合理的。

[1] 中國船級社.鋼質內河船舶建造規范[S].北京：人民交通出版社，2009.

[2] 中國船級社.內河高速船入級與建造規范[S].北京：人民交通出版社，2002.