關于大型結構物運輸時駁船強度分析

王文科 姜廣都 魯華偉 邵亮亮 高堂鈞

(海洋石油工程股份有限公司安裝公司，天津 300452)

0 引言

SACS 是一款主要用于分析大型結構物的有限元軟件。其主要用來校核結構物的強度，首先運用軟件進行三維建模，然后收集環境參數，進而計算結構物在各個工況下的強度，進而驗證結構物是否滿足設計要求。

ANSYS 是大型通用商業化的工程分析軟件，能夠模擬研究物受到外力荷載所產生的響應，如應力、位移、溫度等。根據這些響應可以知道研究物受到外力荷載后的狀態，進而判定是否符合安全設計要求。

近年來，由于各國對海洋資源的重視，一座座海洋平臺拔地而起，并且由簡單的小型平臺向復雜大型的規模發展，相應的導管架以及組塊的重量和規模也是越來越大，這就對傳統的駁船運輸導管架和組塊提出了更高的要求，本文就是通過運輸某大型組塊的駁船為研究對象，運用上述兩個軟件來分析船舶運輸過程中，船體在受到外來作用下的強度校核，通過分析計算來改進工作方法以及提出一些好的設想。

1 船體強度的概述及規范要求

1.1 船體強度概述

船體根據船舶結構力學和船體強度的理論和知識，對于甲板駁船的重大件運輸中的結構強度問題，按性質可分為總縱強度和局部強度，對于總縱強度，可以在實際的重大件運輸中通過壓載來使得船體總縱彎曲應力盡量降低，而局部強度則一般較為確定，其取決于局部載荷的大小、分布形式和范圍，以及結構的具體布置和尺寸。應用ANSYS 軟件來計算船體局部強度時采用1/2 +1 +1/2 的三維艙段有限元模型計算分析船體的應力分布。

三維有限元模型范圍見圖1，三維有限元模型見圖2。

圖1 三維有限元模型范圍

工程上計算駁船強度時采用直接強度計算法，即我們通常所用到的是有限元法，主要分為以下幾個步驟:建模區域的選取、貨艙結構強度分析、施加載荷、邊界條件、結果評估等。

1.2 計算中運用的規范資料

現階段用于校核船體強度的有限元軟件主要是ANSYS，它具有功能強大以及通用性好的優點，在計算的過程中主要參照中國船級社的鋼制海船入級規范［2，3］。

有限元計算船體強度的問題首先要從建模開始，模型的合理性對計算的準確度有著至關重要的影響，詳見《雙舷側散貨船結構強度直接計算指南》(2004)［4］，在指南中對船舶的模型建立以及網格劃分都做了相關要求。

圖2 三維有限元模型

圖3 端面約束

針對船體所受的荷載，一般采用以下的邊界約束:

端面約束:一端獨立點約束δx，δy，δz，θx，θz，另一端獨立點約束δy，δz，θx，θz(見圖3)。

如果船體所受的荷載為左右對稱的形式，并且船體結構也是左右對稱，則δy=θx=θz=0。

2 駁船強度計算實例

下面采用夢娜公主運輸XJ24-3 DPPB 組塊的例子來校核船體強度。

首先，采用SACS 軟件計算的支反力為計算前提，由于船舶型寬以及組塊尺寸的影響，導致拖拉組塊的滑道不能壓到船體的縱艙壁上，導致船舶左側一條主腿產生的應力過大，船體強度不能滿足工程需要，但是由于船舶的合同以及敲定、換船帶來的一系列后續問題，最終采取了加強船體的方法來提高船體的局部強度，來達到滿足運輸組塊的安全要求。

現將不滿足安全荷載條件的主腿應力提出進行計算，然后通過加強設計來滿足運輸安全條件，具體情況見表1，表2。

表1 駁船加強前應力

表2 駁船加強后應力(將結點SEB3 處主腿下的船體進行加強)

船舶局部模型圖見圖4，船體加強圖見圖5。

根據計算結果，我們可以看出船體FR106 站和FR110 站的最大應力在加強后均滿足安全要求，即小于195 MPa 的許用應力，證明本文所采用的加強方案合理可行。

圖4 船舶局部模型圖

圖5 船體加強圖

3 結語

針對船舶運輸時不滿足船體強度要求，由于項目工期以及船舶成本等方面的考慮，不能更換船舶時，一般采取以下幾種措施方案。

1)從船舶運輸的結構物入手，一般方法是增加結構物的主腿以及斜撐的數量來分擔應力;

2)駁船船體加強(如本文所用方法);

3)作為結構物和船舶的介質，船舶滑道在一些時候也是可以做局部的加強，必要時還可以定制滑道來達到降低應力值。

由于當前各國對海洋石油資源的重視，現階段開發海洋石油資源的導管架及平臺的規格以及重量都呈現出更大更重的趨勢，根據本人以及各位同事的切身體會提出如下建議:

根據駁船的不同，定制專用滑道，并且滑道的擺放位置一定要作用到船舶強結構之上，例如船體縱艙壁或者縱桁。實際的工程項目進行當中還應該做到合理預判，也就是根據以往的經驗，根據結構物的重量，來預計可能產生的支反力，根據支反力進行計算，提前排除一些不合理的因素，然后整理優化，產生最終的合理方案。

［1］API Recommended Practice 2A-WSD (RP 2A-WSD) ［J］.twenty-first edition，2000(12) :73-74.

［2］國際船級社協會.雙殼油船共同結構規范［Z］.

［3］中國船級社.散貨船共同結構規范［Z］.

［4］雙舷側散貨船結構強度直接計算指南［Z］.