分體式斗輪挖泥船甲板吊底座支撐結構強度分析

姜東栓

（安徽省淮河船舶檢驗局，安徽 蚌埠 233000）

支撐結構是指上部或內部安裝起吊設備基座、眼板、錨定及防傾覆構件等并直接承受作用在上述構件上的力的部分船體結構。支撐結構應能經受最不利的設計載荷的同時，還應具有足夠的強度確保起吊裝置的設備安全和正常作業。[1]

本文以350m3/h 分體式斗輪挖泥船為研究對象，該船甲板吊位于泥泵左側，用于起吊泥泵泵殼、葉輪及其吸泥管等附件，最大起重能力為5.0t。根據現行的CCS《船舶與海上設施起重設備規范》2007 及2016 變更通告的要求，運用有限元分析軟件MSC.PATRAN&NASTRAN建立局部艙段三維板梁組合的有限元模型，計算其幾種作業工況強度，并對計算結果進行分析和闡述，為基座的支撐結構優化設計提供依據和參考。

1 結構模型建立

1.1 計算模型

該船甲板吊位于主浮箱FR29 距船舯（FR26）為1.65m，處于0.4L 范圍內，底座設置在船底實肋板與旁龍骨的交叉點上，底座四周與實肋板、旁龍骨連接處設置垂直支撐肘板。建立計算模型艙段范圍為FR22-FR33，見圖1。

圖1 底座模型

1.2 邊界條件

計算模型處于自由動態平衡狀態，為消除剛體位移，在船體的相應節點施加六個線位移約束。首尾部所有節點：沿縱向、橫向和垂向的線位移約束，即[2]

1.3 載荷施加

加載時，應將吊機起吊載荷5t 加在支撐底座模型的最頂端，且合力的作用位置應設在加載端面的幾何形心處，采用MPC（多點約束）方式進行加載，見圖2。[3]

圖2 載荷施加

2 計算工況

根據船舶完整穩性計算書，計算工況應包含如下情況，見表1：

表1 計算工況

按照表1 計算工況，先校核甲板吊底座及底座支撐構件的局部強度，各工況的應力校核表見表2，應力云圖見圖3～圖6：

表2 應力校核表（N/mm2）

圖3 LC1_H 合成應力云圖（MPa）

圖4 LC1_S 合成應力云圖（MPa）

圖5 LC2_H 合成應力云圖（MPa）

圖6 LC2_S 合成應力云圖（MPa）

考慮總縱彎矩共同作用下校核合成應力，各工況的應力云圖見圖7～圖10：

圖7 LC1_H 合成應力云圖（MPa）

圖8 LC1_S 合成應力云圖（MPa）

圖9 LC2_H 合成應力云圖（MPa）

圖10 LC2_S 合成應力云圖（MPa）

3 計算分析

參與船體梁總縱強度的縱向支撐構件，在局部載荷和船體梁總縱彎矩共同作用下,各工況的強度最大合成應力見表3：[3]

表3 合成應力匯總表（N/mm2）

通過校核表2 可知甲板吊底座支撐構件在局部強度校核下均滿足規范的衡準要求，由表3 可知總縱參與共同作用下的支撐構件合成應力均比單獨局部強度合成應力大，尤其L2_S 工況，總縱彎矩參與共同作用下較局部強度作用下合成應力比局部強度合成應力增加近70%，表明在總縱彎矩的作用下，應力有了較大程度的疊加。

4 結論

（1）吊機底座應盡量設置在實肋板與龍骨（或底縱桁）的交叉點上，若僅由實肋板或龍骨（或底縱桁）支撐時，則應在實肋板或龍骨（底縱桁）兩側設置短桁材（或肘板）并與相鄰的骨材連接，以使其受力得到合理的傳遞，降低應力集中的影響。

(2)充分考慮支撐構件垂向強度的同時，還要警惕支撐板材可能產生的層狀撕裂的情況，應盡量避免在板材軸向傳遞較大的拉應力，必要時，在結點交匯處1 米的局部范圍內設置Z 向鋼。[1]