鋼引橋與主船體搭接處主船體局部強度分析

江 帆，郭明慧，劉慧宇

（九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 九江332000）

本船是為某艦船提供停靠的躉船，通過一座鋼質(zhì)引橋與岸邊碼頭連接；通過登船梯可以在停靠躉船上下船舶。通過纜繩與停靠躉船上的帶纜樁系泊，停泊在停靠躉船外側(cè)（左舷）。躉船內(nèi)側(cè)（右舷）搭設(shè)鋼引橋與岸基連接，方便人員登離船，如圖1所示。

圖1 登離船示意圖

1 結(jié)構(gòu)模型

1.1 模型坐標系

所有有限元模型坐標系與船體坐標系相同，即：x軸沿船艏方向，艉封板位置為0；y軸沿左舷方向，船中位置為0；z軸指向高度方向，基線位置為0。

1.2 單元網(wǎng)格

鋼引橋與主船體搭接處局部有限元模型范圍為：#50橫艙壁至#90橫艙壁之間，中縱剖面至右舷，底板至主甲板范圍模型。

其中搭接處附近模型（#62-#78，右舷4000縱剖面至右舷處）為此次計算關(guān)注的核心區(qū)域，所有單元均采用板殼（shell）單元，網(wǎng)格大小為50mm。

其他區(qū)域模型主要目的是消除邊界對關(guān)注區(qū)域的影響，甲板、船體外板、橫艙壁，以及強橫梁、縱桁、龍骨等構(gòu)件的腹板采用板殼（shell）單元；甲板、艙壁、底板上扶強材用考慮偏心影響的梁（beam）單元模擬；構(gòu)件面板僅承受軸向載荷，不承受彎矩載荷。將構(gòu)件面板用慣性矩很小（0.001mm4）的梁單元模擬。網(wǎng)格大小為250mm（見圖2）。

圖2 登離船鋼引橋搭接處局部有限元模型

2 計算載荷

搭接處局部強度所受載荷主要有：鋼引橋重量；整船載荷。

2.1 鋼引橋重量

鋼引橋總重量為52t，一半作用在船體上，一半作用在岸基上。即作用在船體上的載荷為26t。

考慮實際使用中可能出現(xiàn)的載荷不均勻以及躉船的垂向加速度，鋼引橋局部強度分析使用載荷為1.5倍的引橋重量，即為1.5×26=39t。

鋼引橋與主船體共有兩個搭接點，正常工況下考慮為兩個搭接點平分設(shè)計載荷，即每點19.5t。載荷施加利用Abaqus的均勻分度的耦合單元，如圖3所示。正常工況載荷施加如圖4所示。

圖3 鋼引橋載荷施加方式

圖4 正常工況鋼引橋載荷施加

意外工況考慮極端情況，僅有一個搭接點接觸，如圖5所示。

圖5 意外工況鋼引橋載荷施加

2.2 整船載荷

搭接處的局部結(jié)構(gòu)所受的波浪載荷并未考慮到總縱強度計算中，為考慮其影響，單獨施加這部分載荷。波浪載荷施加可分為中拱和中垂兩個狀態(tài)，中拱狀態(tài)船中部吃水為550+1152/2=1126mm。中垂狀態(tài)中部吃水約為539-1152/2=-37mm（所以中垂狀態(tài)不考慮該部分載荷），搭接結(jié)構(gòu)局部波浪載荷如圖6所示。

圖6 搭接結(jié)構(gòu)局部波浪載荷

3 計算工況

躉船鋼引橋搭接處局部強度計算分4個工況，如表1所示。

表1 計算工況概要

4 計算結(jié)果

4.1 有限元結(jié)果

各工況下有限元計算結(jié)果如表2、表3、表4所示。

表2 等效應(yīng)力有限元結(jié)果

表3 船長方向應(yīng)力有限元結(jié)果

表4 剪切應(yīng)力有限元結(jié)果

4.2 屈曲校核結(jié)果

對甲板板架結(jié)構(gòu)進行屈曲校核，校核使用StruProg ABSPS軟件進行校核（見圖7-圖9）。

圖7 甲板板架結(jié)構(gòu)

圖9 甲板板架剪切應(yīng)力

甲板板架屈曲校核需疊加總縱強度應(yīng)力結(jié)果，屈曲校核結(jié)果如圖10所示。

圖10 甲板板架屈曲校核結(jié)果

5 結(jié)論

通過有限元計算和屈曲強度校核表明，本躉船登離船鋼引橋與主船體搭接處船體結(jié)構(gòu)強度滿足CCS《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（2016）及最新修改通報要求。

圖8 甲板板架船長方向應(yīng)力