基于CSR-BC&OT規范鋼卷裝載和連接強度校核的研究

朱鳳嬌

摘? ? 要：介紹了CSR-BC&OT規范對連接強度的計算要求，研究了在鋼卷裝載情況下采用有限元計算連接強度的方法，通過對一艘6.1萬噸散貨船結構形式的實例建模并在內底縱骨和肋板連接處的網格細化，分析了其應力分布特征及其承載能力。對比分析不同肋板板厚和不同貫穿孔形式下的應力結果，提出了應對鋼卷裝載的連接強度計算方法和結構形式修改建議。

關鍵詞：鋼卷裝載;連接強度;有限元方法;強度計算

1? 引言

CSR-BC&OT 規范在Part1， Chapter3， Section5， 5.2 中對縱骨和主要支撐構件之間的連接強度計算提出了要求。對于鋼卷載荷并沒有要求參與到此連接強度計算中。

本文從工程實際出發，以某6.1萬載重噸散貨船為例，應用梁理論方法和有限元分析方法對該船內底板在裝載25噸鋼卷情況下分析縱骨貫穿孔的強度，對比分析不同肋板板厚和不同貫穿孔形式下的應力狀態，并給出了針對重鋼卷裝載的優化設計方案。

2? 連接強度梁理論分析

2.1? 鋼卷載荷計算方法簡述[1]

鋼卷在內底板上的布置可以參考圖1。裝載鋼卷時，內底板和鋼卷之間需要鋪墊墊料。鋼卷載荷通過墊料施加于內底板和內底板縱骨，由內底板縱骨通過貫穿孔和豎向支撐條材的連接傳遞到實肋板。

鋼卷傳遞到肋板之間的載荷大小與鋼卷自重、鋼卷層數、墊料數量和布置方案等因素有關。兩個肋板之間的等效鋼卷質量可以由下公式計算：

[Msc-ib-s=KSWn1n2n3]

式中：

KS——系數用于考慮是否有鋼卷鎖緊;

W——表示每個鋼卷質量;

n1——鋼卷裝載層數;

n2——表示每個鋼卷下的墊料數量;

n3——表示肋板之間的墊料數量。

傳遞到實肋板間的靜載荷可以用等效鋼卷質量乘以重力加速度g。

2.2? 用于連接強度計算的載荷

考慮到船寬方向鋼卷布置的不確定性，存在鋼卷布置在內底縱骨正上方的情況。保守分析，認為這種情況下此列鋼卷載荷全部有一根縱骨承擔。建立梁系模型分析。

中間肋板處縱骨傳遞的剪力為817.5kNx2=1635.0kN。相同位置的縱骨與肋板連接處在隔艙重貨裝載情況下傳遞的剪力為485.8kN，是計算的決定載荷，遠遠小于鋼卷裝載工況下傳遞的剪力。取鋼卷傳遞的載荷計算連接強度，本船內底板多處貫穿孔和豎向支撐條材應力超過許用值。

考慮到上述方法假設僅有一根縱骨承擔了鋼卷載荷，忽略了內底板架的相互作用，計算結果偏于保守。用有限元方法繼續對該位置的貫穿孔位置和豎向支撐條材位置進行計算。

3? FEM計算鋼卷裝載下的連接強度

3.1? 模型范圍和網格尺寸

有限元模型采用三艙段模型。考慮到貫穿孔尺寸較小，對貨艙中部的3個肋板位置的龍筋貫穿孔進行細網格建模。內底縱骨板元化處理。細網格部分嵌在整體模型中。分別建模11.5mm， 13mm， 14.5mm和16mm四種肋板板厚，無貫穿孔補板和有貫穿孔補板形式進行對比分析。

3.2? 載荷工況

3.2.1? 靜水載荷加載

根據裝載手冊，取吃水T=12.642m施加靜水載荷P=1.025[×]9.81[×]10-3[×]z（m）于外板上。

3.2.2? 細網格區域鋼卷壓力加載

根據本船的布置方案，考慮到本次分析主要研究鋼卷載荷對連接強度的影響，所以在有限元計算過程中，把細化節點位置的鋼卷載荷施加在距離鋼卷和內底板切點最近的縱骨上。本船兩個肋板之間的墊料數量n2為5，把等效鋼卷載荷Fsc-ib-s平均分配5份到縱骨上對應墊料位置的節點上。

3.2.3? 非細化區域鋼卷壓力加載

對于非網格細化區域，把去除掉細化區域剩余鋼卷重量產生的載荷平均分配到對應的節點上，以節點力的形式施加。

3.2.4? 船中彎矩修正

上述載荷施加后，船中彎矩沒有達到設計彎矩，通過在三艙段甲板與外底節點施加對稱彎矩，使船中彎矩分別達到中拱目標值和中垂目標值。

4? 計算結果分析

4.1? 連接強度的應力分析

在中拱狀態下，內底縱骨的貫穿孔和支撐條材最大應力位置參考圖2和圖3。

5? 結論

根據上述計算分析表明，現有規范未能充分考慮鋼卷裝載對連接強度的影響。本文通過梁系理論分析和有限元分析，研究用鋼卷載荷計算連接強度的方法。通過計算結果可以發現，增加肋板板厚并不能有效降低貫穿孔和支撐條材的應力，增加貫穿孔補板是一種比較有效的減少應力的方法。后續如果有需要裝載鋼卷的散貨船進行連接強度的校核，可參考本文方法進行計算。

參考文獻：

[1] 中國船級社. 鋼制海船入級規范2015：第6分冊 [M]. 北京： 人民交通出版社，2015.