CN103129699B - 一种货舱结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种货舱结构，包括底边舱斜底板(1)、内底板(2)以及下部竖向支撑的内底边纵桁(3)。其中，所述斜底板(1)与内底板(2)通过一张板材利用压弯圆弧过渡形式连接；而且所述内底边纵桁(3)支撑于所述斜底板(1)与内底板(2)延展面相交的折角线(7)下方。本发明货舱结构，尤其适用于油船货舱，主要设计了三线对中圆弧过渡型的底边舱斜底板与内底板连接结构；本发明有效的减少焊接、打磨工作量。本发明在有效提高耐疲劳强度的同时，简化了建造、加工工艺，提高了工作效率，具有成本低、强度高的优点。

Description

一种货舱结构

技术领域

本发明涉及货舱，更具体地说，涉及油船货舱的货舱纵向斜底板与内底板连接处的结构改进。

背景技术

如图1所示，现有技术下一种货舱斜底板与内底板直接对位连接的结构示意图。图中，标号1为斜底板，标号2为内底板，标号3为内底边纵桁。这种结构尽管耐疲劳强度较好，但存在焊接打磨困难的问题。

一种货舱斜底板与内底板圆弧连接结构如图2-3所示。图中，标号1为斜底板，标号2为内底板，标号3为内底边纵桁，标号4为纵向加强结构，标号5为底部肋板，标号7为斜底板与内底板的折角线。这种结构尽管没有打磨问题，但又存在疲劳强度不够，需要在圆弧上部端部增加纵向加强结构，以便满足疲劳强度要求的问题。图2-3所示设计，内底板、斜底板以及边纵桁三个方向的力不汇聚成一点，因此在圆弧周围将产生附加弯矩，将会大幅增加圆弧的应力，

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种三线对中圆弧过渡型底边舱斜底板与内底板连接的结构设计，其目的旨在节约钢材的前提下提高疲劳强度，同时减少焊接打磨工作量；而且通过优化圆弧结构避免了在油船的营运过程中货舱斜底板与内底板连接出现裂纹的问题，从而使得结构达到成本低、强度高的优点。

为了达到上述目的，本发明提供一种货舱结构，包括底边舱斜底板、内底板以及下部竖向支撑的内底边纵桁。其中，所述斜底板与所述内底板通过一张板材利用压弯圆弧过渡形式连接；而且所述内底边纵桁支撑于所述斜底板与内底板延展面相交的折角线下方。

优选方式下，所述内底边纵桁的顶端为20-30°斜面，顶靠在圆弧过渡处并焊接固定。

此外，在所述斜底板与所述内底板下方同时垂直于所述斜底板、内底板以及内底边纵桁设置垂向加强板。优选方式下，所述垂向加强板距所述斜底板、内底板下部的加强肋板的距离为200-400毫米。

本发明货舱结构，尤其适用于油船货舱，主要设计了三线对中圆弧过渡型的底边舱斜底板与内底板连接结构，采用压弯圆弧过渡形式连接底边舱斜底板与内底板，有效的减少焊接、打磨工作量。本发明内底边纵桁采用三线对中的布置，有效地消除了在圆弧周围产生的附加弯矩，从而降低应力，达到提高强度的作用；内底边纵桁端部采用20-30°削斜，有效的增加了接触面积，同样就增加了传递面积，从而减小应力。强框架圆弧位置的加强采用前后各200-400mm处垂向布置，增加了强框架处的有效支撑，改善了强框架处的应力集中。综上，本发明在有效提高耐疲劳强度的同时，简化了建造、加工工艺，提高了工作效率，具有成本低、强度高的优点。

附图说明

图1是现有技术一种油船货舱斜底板与内底板直接对位连接的结构示意图；

图2是一种油船货舱斜底板与内底板圆弧连接的结构示意图；

图3是图2中A向投影的结构示意图；

图4是本发明油船货舱斜底板与内底板连接的结构示意图；

图5是图4中A向投影的结构示意图；

图6是油船货舱受到扭矩的一个受力状态分析示意图。

具体实施方式

如图4和5所示本发明三线对中圆弧过渡型底边舱斜底板与内底板连接结构设计，主要包括图中纵向斜底板1与内底板2连接采用压弯圆弧的形式，使内底板2和斜底板1的板厚中心线的延长线的交点位于圆弧表面。内底边纵桁3布置在斜底板与内底板延长线的交点上，即斜底板1与内底板2延展面相交的折角线7下方。并且斜底板1、内底板2、内底边纵桁3的中心线三线对中。优选方式下，纵向斜底板与内底板连接圆弧的半径尺寸100-200毫米，使内底板和斜底板的板厚中心线的延长线的交点位于圆弧表面处。各类板材的厚度根据现有技术下的船舶型式选择。此外，最优方式下，上述三线对中圆弧过渡型底边舱斜底板与内底板连接结构设置于货舱首部舱内，圆弧半径随线型增加。

优选方式下，内底边纵桁3端部削斜，即顶端为20-30°斜面，并顶靠在圆弧过渡处，焊接固定。这样能够有效增加接触面积，减小应力。

此外，底部强框架圆弧位置的加强采用垂向布置。具体说，如图5所示，在斜底板1与内底板2下方同时垂直于斜底板1、内底板2以及内底边纵桁3设置垂向加强板8。如图5所示，垂向加强板8与位于斜底板1、内底板2下方的加强肋板5的距离为200-400毫米。垂向加强板8旨在满足疲劳强度要求，否则需要增大斜底板1、内底板2以及肋板5的板厚。

本发明最优方式，采用三线对中的结构，能够有效减小应力。下面以SEUZMAX油船NO.3货舱的底边舱斜底板与内底板连接结构为例，通过利用有限元模型的分析，以及对多个布置的评估选择，说明本发明最优连接型式的优点。如图6所示，圆弧的半径尺寸100毫米，使内底板和斜底板的板厚中心线的延长线的交点位于圆弧表面(最佳位置)，三线对中。SEUZMAX油船斜底板角度为50°，内底边纵桁端部削斜角度取斜底板角度一半25°时，接触面积最大，但在现场施工中，不能取大于25°；强框架圆弧位置的垂向加强板8采用前后各300mm处垂向布置。

本发明通过对该节点进行有效的分析计算，确保了结构的疲劳强度。

疲劳损伤的计算公式为：

DM＝KR³(1)

其中：DM为疲劳损伤量；

K为疲劳损伤系数；

R为应力幅值；

由公式1可以得出，疲劳损伤与应力幅值成三次方的正比。降低应力是降低疲劳损伤量非常有效的方法。

疲劳寿命计算公式为：

疲劳寿命＝设计寿命/DM(2)

其中：设计寿命为规范要求值25年；

由公式2可以得出，疲劳寿命与疲劳损伤量成反比。降低疲劳损伤量是提高疲劳寿命的有效方法。也就是降低应力是提高疲劳寿命的有效方法。

圆弧位置的应力公式为：

$R=\frac{F}{A}+\frac{M_{\mathrm{hull}}}{Z}+\frac{M_{\mathrm{knuckle}}}{Z}---\left(3\right)$

其中：F为圆弧承受的拉力；

M_hull为船体梁的弯矩；

M_knuckle为圆弧承受的局部弯矩；

A为圆弧截面积；

Z为圆弧剖面模数；

由公式3可以得出，F、M_hull、M_knuckle任意一项减小都会减小应力。其中F、M_hull为船体梁总体载荷，不受局部圆弧布置影响，而M_knuckle是局部圆弧布置不对位引起的弯矩。

M_knuckle＝P*L(4)

其中：P为斜底板的拉力；

L为斜底板平面到内底边纵桁连接点的距离

由公式4可以得出，P为船体梁总体载荷大小，不受局部圆弧布置影响，而L是局部圆弧布置不对位引起的力臂大小(如图6所示)。

本发明就是应用的三线对中的原理，合理设计圆弧半径，使内底板和斜底板的板厚中心线的延长线的交点位于圆弧表面，使L力臂为零。疲劳寿命与疲劳损伤量成反比。降低疲劳损伤量是提高疲劳寿命的有效方法。也就是降低应力是提高疲劳寿命的有效方法。而且在有效提高疲劳强度的同时，有效的减少焊接、打磨工作量。因此本发明具有成本低、强度高的优点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种货舱结构，包括底边舱斜底板(1)、内底板(2)以及下部竖向支撑的内底边纵桁(3)，其特征在于，所述斜底板(1)与内底板(2)通过一张板材利用压弯圆弧过渡形式连接；而且所述内底边纵桁(3)支撑于所述斜底板(1)与内底板(2)延展面相交的折角线(7)下方。

2.根据权利要求1所述货舱结构，其特征在于，所述内底边纵桁(3)的顶端为20-30°斜面，顶靠在圆弧过渡处并焊接固定。

3.根据权利要求1或2所述货舱结构，其特征在于，在所述斜底板(1)与内底板(2)下方同时垂直于所述斜底板(1)、内底板(2)以及内底边纵桁(3)设置垂向加强板(8)。

4.根据权利要求3所述货舱结构，其特征在于，所述垂向加强板(8)距所述斜底板(1)、内底板(2)下部的加强肋板200-400毫米。