內(nèi)河玻璃鋼船橫骨架式實(shí)肋板計(jì)算公式推導(dǎo)

，

(1.中國(guó)船級(jí)社 武漢規(guī)范研究所，武漢 430022；2.山東省濟(jì)南船舶檢驗(yàn)局 濰坊分局，濟(jì)南 261000)

目前，我國(guó)內(nèi)河玻璃鋼船的適用規(guī)范《纖維增強(qiáng)塑料船規(guī)范》(1991)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)范》)，僅適用于船長(zhǎng)小于40 m的玻璃鋼船，隨著航運(yùn)的需求和發(fā)展，內(nèi)河玻璃鋼船的船長(zhǎng)已達(dá)50 m以上。船舶尺度增大后對(duì)玻璃鋼船的總縱強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)型式及局部強(qiáng)度都會(huì)產(chǎn)生一定的影響。1991年編制的《規(guī)范》關(guān)于局部強(qiáng)度的要求是否適用于船長(zhǎng)大于40 m的玻璃鋼船等一系列問(wèn)題亟需進(jìn)行專(zhuān)題研究。本文以理論分析為基礎(chǔ)推導(dǎo)船長(zhǎng)大于等于40 m的內(nèi)河玻璃鋼船橫骨架式實(shí)肋板的計(jì)算公式[1-2]。

1 《規(guī)范》局部強(qiáng)度適用性分析

1)《規(guī)范》及國(guó)外同類(lèi)玻璃鋼船規(guī)范關(guān)于局部構(gòu)件強(qiáng)度均建立在結(jié)構(gòu)力學(xué)的梁理論之上，所采用的力學(xué)模型主要是“單跨梁”模型；

2)纖維增強(qiáng)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(yīng)力狀態(tài)主要是單向應(yīng)力狀態(tài)和平面應(yīng)力狀態(tài)，而且是由正交纖維增強(qiáng)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(qiáng)度理論和板的強(qiáng)度理論仍適用于纖維增強(qiáng)塑料材料；

3)由于在梁理論的體系中，船體橫向構(gòu)件的強(qiáng)度不受總縱彎曲強(qiáng)度的影響，所以《規(guī)范》中關(guān)于橫向構(gòu)件的強(qiáng)度要求中對(duì)實(shí)肋板的要求將不適用于船長(zhǎng)大于等于40 m的船舶。

2 橫骨架式船底實(shí)肋板計(jì)算公式推導(dǎo)

1)實(shí)肋板計(jì)算模型采用空間梁系艙段有限元模型，主要構(gòu)件為：實(shí)肋板、強(qiáng)肋骨、強(qiáng)橫梁、船底龍骨及甲板縱骨等。實(shí)肋板間距取s=0.5 m、強(qiáng)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(gòu)件尺寸見(jiàn)規(guī)范中的表5.5.4。分別計(jì)算船底龍骨(甲板縱桁)為3、5、7道(以中縱剖面對(duì)稱(chēng)均布)時(shí)的實(shí)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(gè)強(qiáng)肋距，并在艙壁處及端點(diǎn)施加簡(jiǎn)支約束；實(shí)肋板兩端約束垂向位移。

2)若實(shí)肋板最大彎矩為Mmax，強(qiáng)度許用應(yīng)力為[σ]，則實(shí)肋板剖面模數(shù)W為

(1)

式中：Mmax——實(shí)肋板最大彎矩，kN·m；

[σ]——許用應(yīng)力，

取[σ]=0.3×180=54 N/mm2。

設(shè)W=kshl2，則龍骨道數(shù)對(duì)實(shí)肋板的修正系數(shù)k為

(2)

(1)L=40 m、s=0.5 m、h=2.2 m、l=8.8 m。

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

表2 船長(zhǎng)40 m時(shí)，與Mmax對(duì)應(yīng)的k值

(2)L=60 m、s=0.5 m、h=3.05 m、l=13.2 m。

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

表4 船長(zhǎng)60 m時(shí)，與Mmax對(duì)應(yīng)的k值

(3)L=80 m、s=0.5 m、h=3.65 m、l=17.6 m。

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

表6 船長(zhǎng)80 m時(shí)，與Mmax對(duì)應(yīng)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(shù)對(duì)實(shí)肋板的修正系數(shù)k值匯總表

式中：n——龍骨道數(shù)，n≥3，當(dāng)n>7取n=7。

橫骨架式船底實(shí)肋板剖面模數(shù)W為

W=ks(d+r)l2

(4)

式中：s——實(shí)肋板間距，m；

d——吃水，m；

r——計(jì)算半波高，m；

l——實(shí)肋板跨距，m，取實(shí)肋板面板與舷側(cè)交點(diǎn)間的距離。

橫骨架式實(shí)肋板剖面模數(shù)計(jì)算公式與原公式的比較見(jiàn)表8。

表8 改進(jìn)前后W計(jì)算值對(duì)比

3 結(jié)論

本研究推導(dǎo)所得玻璃鋼船橫骨架式實(shí)肋板計(jì)算公式，已納入中國(guó)船級(jí)社《船長(zhǎng)大于等于40 m內(nèi)河纖維增強(qiáng)塑料船審圖原則》(2009)中。有關(guān)玻璃鋼船舶設(shè)計(jì)單位和制造廠使用后認(rèn)為，本計(jì)算公式是合理的。

[1] 中國(guó)船級(jí)社.鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2009.

[2] 中國(guó)船級(jí)社.內(nèi)河高速船入級(jí)與建造規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2002.