分體式斗輪挖泥船甲板吊底座支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

姜東栓

（安徽省淮河船舶檢驗(yàn)局，安徽 蚌埠 233000）

支撐結(jié)構(gòu)是指上部或內(nèi)部安裝起吊設(shè)備基座、眼板、錨定及防傾覆構(gòu)件等并直接承受作用在上述構(gòu)件上的力的部分船體結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)能經(jīng)受最不利的設(shè)計(jì)載荷的同時(shí)，還應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度確保起吊裝置的設(shè)備安全和正常作業(yè)。[1]

本文以350m3/h 分體式斗輪挖泥船為研究對(duì)象，該船甲板吊位于泥泵左側(cè)，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(jù)現(xiàn)行的CCS《船舶與海上設(shè)施起重設(shè)備規(guī)范》2007 及2016 變更通告的要求，運(yùn)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(jì)算其幾種作業(yè)工況強(qiáng)度，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和闡述，為基座的支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)和參考。

1 結(jié)構(gòu)模型建立

1.1 計(jì)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(nèi)，底座設(shè)置在船底實(shí)肋板與旁龍骨的交叉點(diǎn)上，底座四周與實(shí)肋板、旁龍骨連接處設(shè)置垂直支撐肘板。建立計(jì)算模型艙段范圍為FR22-FR33，見(jiàn)圖1。

圖1 底座模型

1.2 邊界條件

計(jì)算模型處于自由動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，為消除剛體位移，在船體的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)施加六個(gè)線位移約束。首尾部所有節(jié)點(diǎn)：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(shí)，應(yīng)將吊機(jī)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(yīng)設(shè)在加載端面的幾何形心處，采用MPC（多點(diǎn)約束）方式進(jìn)行加載，見(jiàn)圖2。[3]

圖2 載荷施加

2 計(jì)算工況

根據(jù)船舶完整穩(wěn)性計(jì)算書，計(jì)算工況應(yīng)包含如下情況，見(jiàn)表1：

表1 計(jì)算工況

按照表1 計(jì)算工況，先校核甲板吊底座及底座支撐構(gòu)件的局部強(qiáng)度，各工況的應(yīng)力校核表見(jiàn)表2，應(yīng)力云圖見(jiàn)圖3～圖6：

表2 應(yīng)力校核表（N/mm2）

圖3 LC1_H 合成應(yīng)力云圖（MPa）

圖4 LC1_S 合成應(yīng)力云圖（MPa）

圖5 LC2_H 合成應(yīng)力云圖（MPa）

圖6 LC2_S 合成應(yīng)力云圖（MPa）

考慮總縱彎矩共同作用下校核合成應(yīng)力，各工況的應(yīng)力云圖見(jiàn)圖7～圖10：

圖7 LC1_H 合成應(yīng)力云圖（MPa）

圖8 LC1_S 合成應(yīng)力云圖（MPa）

圖9 LC2_H 合成應(yīng)力云圖（MPa）

圖10 LC2_S 合成應(yīng)力云圖（MPa）

3 計(jì)算分析

參與船體梁總縱強(qiáng)度的縱向支撐構(gòu)件，在局部載荷和船體梁總縱彎矩共同作用下,各工況的強(qiáng)度最大合成應(yīng)力見(jiàn)表3：[3]

表3 合成應(yīng)力匯總表（N/mm2）

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

4 結(jié)論

（1）吊機(jī)底座應(yīng)盡量設(shè)置在實(shí)肋板與龍骨（或底縱桁）的交叉點(diǎn)上，若僅由實(shí)肋板或龍骨（或底縱桁）支撐時(shí)，則應(yīng)在實(shí)肋板或龍骨（底縱桁）兩側(cè)設(shè)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(yīng)力集中的影響。

(2)充分考慮支撐構(gòu)件垂向強(qiáng)度的同時(shí)，還要警惕支撐板材可能產(chǎn)生的層狀撕裂的情況，應(yīng)盡量避免在板材軸向傳遞較大的拉應(yīng)力，必要時(shí)，在結(jié)點(diǎn)交匯處1 米的局部范圍內(nèi)設(shè)置Z 向鋼。[1]