船舶結(jié)構(gòu)風管強度論證

陸萍

【摘 要】現(xiàn)代船舶對生活工作空間大小和舒適度提出了越來越高的標準。結(jié)構(gòu)風管的布置可節(jié)省空間，但會對原有船體結(jié)構(gòu)造成改變。文章提出了對船體結(jié)構(gòu)改變前后的兩種強度校核方法。

【關(guān)鍵詞】MSC；風管強度；船舶結(jié)構(gòu)

中圖分類號： U664.84 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）34-0058-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.022

Demonstration for Strength of vent ducts in Ship Structures

LU Ping

（Nantong Shipping College，Nantong Jiangsu 226010，China）

【Abstract】Modern ships have put forward higher and higher standards for the size and comfort of living and working space.The arrangement of vent ducts can save space，but it will change the original hull structure.In this paper，two methods for demonstration the strength of ship structures before and after structural changes are proposed.

【Key words】MSC；Strength of vent duct；Ship structures

0 引言

隨著科學及經(jīng)濟的不斷發(fā)展，現(xiàn)代船舶的設(shè)計開始在保證性能的同時不斷加強對美觀性和舒適性的重視。過去船舶設(shè)計中風管基本不涉及結(jié)構(gòu)，一般由船廠在施工中自制鐵皮管道即可。但近年來，出于美觀及提升艙室自由空間的目的，設(shè)計風管時開始偏向于結(jié)構(gòu)風管。將風管與船體強構(gòu)件結(jié)合在一起，既整潔美觀，又充分利用了強構(gòu)件之間的空間，擴大了整個艙室的自由空間，提升了舒適性。但結(jié)構(gòu)風管一般都是直接取代或貫穿船體強構(gòu)件的，同時強構(gòu)件上還要開出足夠面積的通風孔，這樣就破壞了初步設(shè)計時所選擇的計算構(gòu)件。那么在這種情況下我們?nèi)绾蝸肀ＷC加裝結(jié)構(gòu)風管后現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)強度還符合原有的設(shè)計考慮呢？本文以某拖輪為例，通過按規(guī)范直接計算和有限元計算兩種方法來進行對被結(jié)構(gòu)風管取代或貫穿的構(gòu)件的強度較核。

1 規(guī)范計算較核

1.1 初期設(shè)計計算

在設(shè)計船舶時，初期就應該考慮好船體強弱構(gòu)件的分布，并按規(guī)范計算所需構(gòu)件的規(guī)格。本文舉例的拖輪在初期設(shè)計中的主要尺度如下：

型長35m，型寬10m，型深4.5m，設(shè)計吃水3.5m，肋距0.5m。

部分甲板構(gòu)件布置如圖1。

按照CCS《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》2012中的要求，甲板的計算壓頭h為1.49m。

按照公式計算選取得到：

（1）甲板橫梁實取L100x63x7，剖面模數(shù)61.09cm3；

（2）甲板縱桁和艙口端甲板縱桁實取⊥8x300/12x120，剖面模數(shù)605.71cm3；

（3）甲板強橫梁實取⊥8x300/12x120，剖面模數(shù)605.71cm3；

（4）角鋼L100x63x7的剖面模數(shù)W為61.09cm3，T型材⊥8x300/12x120的剖面模數(shù)W為605.71cm3。

1.2 加裝結(jié)構(gòu)風管后設(shè)計計算

在船體詳細設(shè)計的中期，機艙內(nèi)要考慮設(shè)計符合要求的風管，在這里我們考慮在原有設(shè)計結(jié)構(gòu)上改裝一個截面為800mmx500mm矩形，管壁厚為8mm的結(jié)構(gòu)風管。如圖2，縱桁1，2以及強橫梁1部分被結(jié)構(gòu)風管取代，并且在結(jié)構(gòu)風管的管壁上設(shè)有通風孔，風管內(nèi)部基本為中空，以保證流通風速。

（1）取代縱桁1的風管考慮為由兩端強橫梁支撐的一段箱形梁結(jié)構(gòu)П2x（500x8）/800x8，跨距為10m，通過計算，其剖面模數(shù)為3960.53cm3；箱形梁L500x400x8的剖面模數(shù)為1933.25cm3。

（2）在跨距范圍內(nèi)，橫梁與初步計算相同，強橫梁剖面模數(shù)滿足一般橫梁剖面模數(shù)要求即可。

（3）考慮縱桁2時，其部分結(jié)構(gòu)被開孔的風管管壁結(jié)構(gòu)取代，跨距取2.5m，通過計算，構(gòu)件最小部分的剖面模數(shù)W為1827.96cm3。

（4）取代強橫梁1的結(jié)構(gòu)風管管壁結(jié)構(gòu)的剖面模數(shù)滿足一般橫梁構(gòu)件模數(shù)即可。

1.3 結(jié)論

本文舉例船型為船長小于65m的船舶，可不考慮總縱強度的計算。通過規(guī)范計算校核發(fā)現(xiàn)，橫梁﹑縱桁﹑強橫梁等構(gòu)件在設(shè)計初期和改裝后期的互相支撐關(guān)系發(fā)生了變化，同時對結(jié)構(gòu)風管的剖面模數(shù)進行了計算。

2 有限元計算校核

本文的第二種校核方法便是利用MSC軟件進行局部船體建模并計算，可以直觀看到原有設(shè)計結(jié)構(gòu)和加裝結(jié)構(gòu)風管后的結(jié)構(gòu)強度以及變形情況。

2.1 模型載荷及邊界條件

模型中甲板板、甲板強梁腹板和甲板下圍壁強框架等采用4節(jié)點板單元模擬，縱骨、加強筋、強梁和強梁面板采用2節(jié)點梁單元模擬。

模型采用以下邊界條件：Dx=Dy=Dz=0。

模型載荷為1.49m高水壓頭，即作為0.0149N/mm2的壓強作用于甲板上。

2.2 計算變形與應力結(jié)果

通過數(shù)值比較，原有設(shè)計結(jié)構(gòu)和加裝風管后結(jié)構(gòu)變形結(jié)果基本相同；忽略結(jié)構(gòu)風管上通風口角隅應力集中處，原有設(shè)計結(jié)構(gòu)和加裝風管后結(jié)構(gòu)總體彎曲應力分布結(jié)果基本相同。

在CCS《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》2012中規(guī)定，船體構(gòu)件的許用彎曲應力為124N/mm2。可以看出，原有設(shè)計結(jié)構(gòu)和加裝風管后的結(jié)構(gòu)強度均滿足規(guī)范要求，并有一定余量，可進一步進行構(gòu)件優(yōu)化。

2.4 結(jié)論

通過計算分析可知，原有設(shè)計結(jié)構(gòu)和加裝結(jié)構(gòu)風管后的結(jié)構(gòu)在相同的載荷下變形情況基本相同。其主要船體構(gòu)件應力情況也變化不大，主要差別體現(xiàn)在風管通風口的角隅出現(xiàn)的應力分布情況。

3 結(jié)論

通過總結(jié)出的兩種校核方法，我們可以清楚的知道如何去判斷結(jié)構(gòu)風管取代或破壞原有船體構(gòu)件后的強度問題?；诖藘煞N方法，我們可以放心的發(fā)揮自己的想象力，設(shè)計合適的結(jié)構(gòu)風管，去布置一個美觀﹑舒適的艙室。