14 000 t甲板駁船船體結構局部強度校核

卞璇屹，陳家旺，李永正

(1．江蘇科技大學船舶與海洋工程學院，江蘇鎮(zhèn)江212003;2．浙江省海鹽縣港航管理處，浙江 海鹽314300)

0 引言

1 實船資料

14 000 t甲板駁船主要用于運輸崇啟大橋橋梁，橋梁通過支架安放在甲板上，為保證船舶結構的安全性很有必要對其進行局部強度校核［1，2］。

本文依據(jù)《鋼質內河船舶建造規(guī)范》(2009)取用強度標準，按照設計圖紙，使用MSC．Patran有限元軟件建立全船有限元模型，根據(jù)該船實際裝載3種不同長度和重量的橋梁，定義3種工況，對其局部強度校核。

14 000 t甲板駁船為鋼質全焊接結構，單甲板、單底，混合骨架形式，機動甲板駁船。其主甲板結構、船底結構為混合骨架式，舷側結構、縱橫艙壁為橫骨架式。該船共有175個肋位，間距625 mm;3道縱艙壁，間距為8 m;6道橫艙壁。甲板結構中設有甲板縱桁、縱骨和強橫梁，縱橫艙壁上設有扶強材，船體內部設有大量柱子和撐桿做支撐。橫剖面圖、基本結構圖分別見圖1、圖2。其主要量度為:

圖1 14 000 t甲板駁船橫剖面圖

2 建立有限元模型

2．1 有限元模型

根據(jù)文獻［3］采用三維有限元模型，模型范圍包括左右兩舷，縱向范圍為整個船長，垂向范圍為型深，有限元模型如圖3所示。船體構件的有限元網(wǎng)格沿船體縱向按肋距劃分，沿船體橫向肋骨間距劃分。模型中甲板、舷側、縱橫艙壁、尾封板以及甲板縱桁、強橫梁腹板等強構件采用四節(jié)點殼單元，甲板縱骨、縱橫艙壁上的扶強材以及起支撐作用的柱子、斜撐等構件采用桿單元模型。模型的端部和底部所有節(jié)點剛性固定。

圖2 14 000 t甲板駁船基本結構圖

圖3 甲板駁有限元模型

2．2 工況定義

本文定義3種工況進行強度校核，見表1。該甲板駁船裝載3種不同長度和重量的橋梁，其裝載分配圖如圖4～圖6所示。

表1 工況定義

圖6 橋梁長度為55．6 m裝載分配圖(LC-3)

3 結果分析

3．1 應力結果

根據(jù)MSC．Nastran計算結果將甲板駁船結構構件在3個工況中應力進行匯總，取用文獻［3］第14章第7節(jié)強度標準，見表2。

表2 甲板駁船結構構件應力匯總

表2結果表明，甲板駁船結構構件的3種工況中，工況LC-1應力最大。除了甲板縱桁和甲板橫梁大于許用應力，其余構件強度都滿足規(guī)范要求。

圖7～圖8是甲板縱桁和橫梁在工況LC-1中的應力圖。從圖中看出甲板駁船在裝載185 m橋梁時，距離船中左右4 000 mm、Fr1至Fr6和Fr170至Fr175處甲板縱桁和甲板橫梁應力過大。這是因為橋梁在甲板兩端部的載荷過大，而且橋梁過長在裝載時，在甲板上的落腳點為一個點，如圖9所示。該落腳點沒有在甲板縱桁和橫梁交叉的部位或者底部設置柱子作為支撐，甲板沒有足夠的強度抵抗上部的集中載荷，故產(chǎn)生了應力集中，應力過大。

圖7 甲板縱桁應力圖(LC-1)

圖8 甲板橫梁應力圖(LC-1)

圖9 甲板上支撐橋梁的支架結構

3．2 加強方案

針對上述甲板縱桁和甲板橫梁不滿足強度要求而且出現(xiàn)應力集中情況，作者設計一種加強方案，使得艏艉兩端集中載荷位于強構件上，具體方案:在Fr2、Fr3、Fr6、Fr170、Fr173 和 Fr174 兩旁縱艙壁之間加設強橫梁，T型材尺寸為⊥考慮艏艉受集中載荷大，在Fr2、Fr3和Fr173、Fr174所加的甲板強橫梁和縱桁交叉部位設置支柱作為支撐，柱子尺寸為Φ325 mm×10 mm。艏艉結構加強方案如圖10所示。

3．3 加強后應力結果

圖11～圖12為甲板駁加強后的甲板縱桁和橫梁應力圖，表3為加強后的甲板縱桁和甲板橫梁應力值，其他構件的應力值不再列出。從圖和表中可以看出甲板駁應用作者設計的加強方案后，位于甲板兩端的集中力得到有效分配，沒有產(chǎn)生應力集中，甲板縱桁和橫梁應力分別降低了134．4 MPa和110．4 MPa，低于規(guī)范中許用應力值。

圖10 甲板駁船艏艉結構加強

圖11 甲板縱桁應力圖(LC-1)

圖12 甲板橫梁應力圖(LC-1)

表3 甲板縱桁、橫梁應力(加強后)

4 結論

(1)甲板駁船結構構件在工況LC-1中應力最大。除了甲板縱桁和甲板橫梁外，其余構件強度均滿足規(guī)范要求。

(2)甲板駁在裝載185 m橋梁時，距離船中左右4 000 mm、Fr1至Fr6和Fr170至Fr175處甲板縱桁和橫梁應力過大，出現(xiàn)應力集中。

(3)甲板駁艏艉結構加強后， 集中力得到有效分配，甲板縱桁和橫梁應力低于許用應力值，滿足規(guī)范要求。該方案可行有效，使用材料少，施工方案效果明顯，建議采取該方案施工。

［1］ 張少雄，陳南華，張偉．8 000 t級江海直達駁船的全船結構強度直接計算［J］．船海工程，2005，(5):39-41．

［2］ 楊平，許明財，黃賢俊．15 000 t甲板駁船體結構強度計算與分析［J］．船海工程，2003，(5):27-31．

［3］ 中國船級社．鋼質內河船舶建造規(guī)范［M］．北京:人民交通出版社，2009．