CN113772010B - 一种结构强框及其设计方法和船舶 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及船舶建造技术领域，公开了一种结构强框及其设计方法和船舶。结构强框包括腹板、端部和扶强材，腹板具有HCSR规范中对应腹板的最小高度值。腹板的两端均连接有具有倾斜面的端部，端部的长度为腹板的最小高度值的1.5倍。腹板上连续焊接有一根扶强材，扶强材与腹板的底部的间距小于扶强材与腹板的顶部的间距。结构强框的设计方法包括：根据HCSR规范，计算结构强框的腹板的最小高度值H。将结构强框的端部的长度设置为1.5H。在腹板中焊接一根连续的扶强材，且扶强材与腹板底部的间距小于扶强材与腹板顶部的间距。船舶包括上述的结构强框。结构强框的设计方法简化了结构强框的整体结构，提高了结构强框的建造效率。

Description

一种结构强框及其设计方法和船舶
技术领域
本发明属于船舶建造技术领域，尤其涉及一种结构强框及其设计方法和船舶。
背景技术
现有的船舶的货舱都设置有结构强框，以加强货舱的强度。如图1所示，在甲板10’上表面位置的结构强框1’(甲板强横梁)的腹板11’的同一面上设置有扶强材14’与防倾肘板12’，同时在腹板11’的底部焊接有面板13’，以增强结构强框1’的结构强度。在结构强框1’的建造过程中，将多根扶强材14’等间距焊接于腹板11’之间。
当结构强框1’不需要承受晃荡压力时，采用间断性的扶强材14’，以避让防倾肘板12’。如图2所示，当结构强框1’需要承受晃荡压力时，采用连续性的扶强材14’，穿过防倾肘板12’时增加补板。
现有的结构强框需要使用较多的钢材，增加了结构强框的结构复杂性和建造工作量，降低了船舶的建造效率。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种结构强框，以简化结构强框的结构，减少结构强框的建造工作量，提高建造效率。
为达此目的，本发明所采用的技术方案是：
一种结构强框，包括：
腹板，具有HCSR规范中对应所述腹板的最小高度值；
端部，所述腹板的两端均连接有具有倾斜面的所述端部，所述端部的长度为所述腹板的最小高度值的1.5倍；
扶强材，所述腹板上连续焊接有一根所述扶强材，所述扶强材与所述腹板的底部的间距小于所述扶强材与所述腹板的顶部的间距。
进一步地，所述腹板沿其长度方向间隔焊接有多个防倾肘板，所述扶强材依次连续焊接于多个所述防倾肘板的背面。
进一步地，所述端部的所述倾斜面的倾斜角度为33°～34°。
进一步地，所述腹板的底部设置有的面板，所述腹板的内顶壁设置有骨材，所述扶强材与所述面板之间的间距小于等于所述扶强材与所述骨材底部之间的间距。
进一步地，所述扶强材焊接于所述骨材的底部与所述面板之间的中间位置。
进一步地，所述扶强材焊接于所述骨材的底部与所述面板之间靠近所述面板的三分之一位置。
本发明的第二个目的在于提供一种结构强框的设计方法，以简化结构强框的结构，减少结构强框的建造工作量，提高建造效率。
为达此目的，本发明所采用的技术方案是：
一种结构强框的设计方法，用于设计上述的结构强框，其特征在于，包括：
根据HCSR规范，计算所述结构强框的所述腹板的最小高度值H；
将所述结构强框的所述端部的长度设置为1.5H；
在所述腹板中焊接一根连续的所述扶强材，且所述扶强材与所述腹板底部的间距小于所述扶强材与所述腹板顶部的间距。
进一步地，将所述腹板的高度减去所述腹板上骨材的高度得到所述腹板的剩余高度值，根据所述腹板的剩余高度值沿所述腹板的高度方向划分出二等分位置或三等分位置，将所述扶强材焊接于所述二等分位置或靠近所述腹板底部的所述三等分位置上。
进一步地，通过连续焊接的方式将所述扶强材焊接于所述腹板与所述端部的防倾肘板的背面。
本发明的第三个目的在于提供一种船舶，以简化结构强框的结构，减少结构强框的建造工作量，提高建造效率。
为达此目的，本发明所采用的技术方案是：
一种船舶，包括上述的结构强框。
本发明的有益效果为：
本发明提出的结构强框，将一根扶强材连续焊接在腹板上，减少了扶强材的使用量，同时将结构强框的端部的长度设置为腹板的最小高度值的1.5倍，降低了端部的有效弯曲跨距和有效剪切跨距，减少了端部的横截面接，即减少了端部的钢材使用量，从而降低了结构强框的整体重量，简化了结构强框的整体结构并且减少了建造结构强框的工作量，从而提高了结构强框的建造效率。同时根据腹板的受力分析，腹板的底部受力较大，将扶强材焊接于靠近腹板底部的位置，优化了扶强材的结构分布。
本发明提出的结构强框的设计方法，用于设计上述的结构强框，将一根扶强材连续焊接在腹板上，减少了扶强材的使用量，同时将结构强框的端部的长度设置为腹板的最小高度值的1.5倍，降低了端部的有效弯曲跨距和有效剪切跨距较小，减少了端部的横截面接，即减少了端部的钢材使用量，从而降低了结构强框的整体重量，简化了结构强框的整体结构并且减少了建造结构强框的工作量，从而提高了结构强框的建造效率。同时根据腹板的受力分析，腹板的底部受力较大，将扶强材焊接于靠近腹板底部的位置，优化了扶强材的结构分布。
本发明提出的船舶包括上述的结构强框，将一根扶强材连续焊接在腹板上，减少了扶强材的使用量，同时将结构强框的端部的长度设置为腹板的最小高度值的1.5倍，降低了端部的有效弯曲跨距和有效剪切跨距较小，减少了端部的横截面接，即减少了端部的钢材使用量，从而降低了结构强框的整体重量，简化了结构强框的整体结构并且减少了建造结构强框的工作量，从而提高了结构强框的建造效率。同时根据腹板的受力分析，腹板的底部受力较大，将扶强材焊接于靠近腹板底部的位置，优化了扶强材的结构分布。
附图说明
图1是现有的结构强框的横向剖视图；
图2是现有的承受晃荡压力的结构强框的肘板与扶强材的局部端面视图；
图3是本发明实施例提供的结构强框的横向剖视图；
图4是本发明实施例提供的结构强框的设计方法的主要流程图；
图5是本发明实施例提供的结构强框的肘板与扶强材的局部端面视图。
图1与图2中的部件名称和标号如下：
10’、甲板；20’、结构强框；
1’、腹板；11’、骨材；12’、防倾肘板；13’、面板；14’、扶强材；
图3与图4中的部件名称和标号如下：
10、甲板；20、结构强框；
1、腹板；11、骨材；12、防倾肘板；13、面板；14、扶强材；
2、端部；21、倾斜面。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本实施例公开了一种船舶，该船舶的甲板10上的甲板强横梁为结构强框20，以替代现有的结构较为复杂的结构强框20’，减少结构强框20的建造工作量，提高建造效率。
如图3所示，本实施例所公开的结构强框20包括腹板1和端部2，腹板1的两端均具有端部2，端部2与腹板1通过焊接连接。
具体地，该结构强框20的腹板1具有HCSR规范中对应腹板1的最小高度值。腹板1的两端均连接有具有倾斜面的端部2，端部2的长度为腹板1的最小高度值的1.5倍。腹板1上连续焊接有一根扶强材14，扶强材14与腹板1的底部的间距小于扶强材14与腹板1的顶部的间距。
如图4所示，本实施例还公开了一种结构强框20的设计方法，用于设计上述的结构强框20，该结构强框20的设计方法包括：
根据散货船、油船协调共同结构规范(HCSR)规范，计算结构强框20的腹板1的最小高度值H。
将结构强框20的端部2的长度设置为1.5H。
在腹板1中焊接一根连续的扶强材14，且扶强材14与腹板1底部的间距小于扶强材14与腹板1顶部的间距。
具体地，本领域的技术人员能够根据HCSR规范中对于不同类型的结构强框20的腹板1的高度要求，计算得到结构强框20的腹板1的最小高度值H，对应的腹板1两侧的端部2的高度值为2H。通过将腹板1的高度值设计为最小高度值H，优化了结构强框20的高度尺寸，从而减少了结构强框20的钢材用量，降低了结构强框20的重量和成本。
需要说明的是，HCSR规范中具有关于不同类型的结构强框20(甲板强横梁)的腹板1的高度要求。例如，带有两个纵向舱壁的边液货舱的甲板强横梁、具有两个纵向舱壁的中间液货舱的甲板强横梁且深度不小于边液货舱内甲板横桁深度的90％以及具有中纵舱壁的甲板强横梁。本领域的技术人员能够通过查阅HCSR规范并计算获得H的具体数值，对于H的详细计算过程，在此不再进行赘述。
在本实施例中，将一根扶强材14连续焊接在腹板1上，减少了扶强材14的使用量，同时将结构强框20的端部2的长度设置为腹板1的最小高度值的1.5倍，降低了端部2的有效弯曲跨距和有效剪切跨距，减少了端部2的横截面接，即减少了端部2的钢材使用量，从而降低了结构强框20的整体重量，简化了结构强框20的整体结构并且减少了建造结构强框20的工作量，从而提高了结构强框20的建造效率。
此外，根据腹板1的受力分析可知，腹板1的底部受力较大，将扶强材14焊接于靠近腹板1底部的位置，优化了扶强材14的结构分布。
如图3和图5所示，腹板1沿其长度方向间隔焊接有多个防倾肘板12，扶强材14依次连续焊接于多个防倾肘板12的背面。
在本实施例中，通过连续焊接的方式将扶强材14焊接于腹板1与端部2的防倾肘板12的背面，焊接连续性好，焊接难度较低，有利于提高焊接效率。
由于扶强材14焊接于防倾肘板12的背面，无需对防倾肘板12进行避让，因此能够将一根连续的扶强材14焊接于腹板1之间，避免扶强材14焊接于防倾肘板12的正面时，增设补板以及因贯穿防倾肘板12而造成扶强材14的切割、角焊接、包角焊和打磨等工作，降低了扶强材14的焊接工作量和焊接难度。
如图3所示，腹板1的底部设置有的面板13，腹板1的内顶壁设置有骨材11，以增强结构强框20的结构强度。由于扶强材14焊接于靠近腹板1底部的位置，即扶强材14与面板13之间的间距小于等于扶强材14与骨材11底部之间的间距，从而优化了扶强材14的结构分布。
具体地，将腹板1的高度减去腹板1上骨材11的高度得到腹板1的剩余高度值，根据腹板1的剩余高度值沿腹板1的高度方向划分出二等分位置或三等分位置，将扶强材14焊接于二等分位置或靠近腹板1底部的三等分位置上。
本实施例的扶强材14焊接于骨材11的底部与面板13之间的中间位置，即二等分位置处。
在其他实施例中，扶强材14还可以焊接于骨材11的底部与面板13之间靠近面板13的三分之一位置。
如图3所示，通过将结构强框20的端部2的长度设置为1.5H，不仅能够保证结构强框20的结构强度和支撑强度，而且有利于降低结构强框20的有效弯曲跨距和有效剪切跨距，从而减少端部2的截面面积，即端部2的钢材使用量以及端部2的重量，优化了端部2的结构。
具体地，结构强框20的端部2具有倾斜面21，现有的端面的倾斜面与甲板10’之间的夹角为37°。可以将本实施例的倾斜面21与甲板10之间的夹角α优化为33°～34°之间，以优化端部2的结构及截面面积。例如，倾斜面21的倾斜角度可以为33°、33.1°、33.4°、33.7°或34°等。
进一步地，当结构强框20的端部2的长度设置为1.5H时，倾斜面21与甲板10之间的夹角α为33.7°。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种结构强框，其特征在于，包括：
腹板(1)，具有HCSR规范中对应所述腹板(1)的最小高度值；
端部(2)，所述腹板(1)的两端均连接有具有倾斜面(21)的所述端部(2)，所述端部(2)的长度为所述腹板(1)的最小高度值的1.5倍；
扶强材(14)，所述腹板(1)上连续焊接有一根所述扶强材(14)，所述扶强材(14)与所述腹板(1)的底部的间距小于所述扶强材(14)与所述腹板(1)的顶部的间距；
所述腹板(1)沿其长度方向间隔焊接有多个防倾肘板(12)，所述扶强材(14)依次连续焊接于多个所述防倾肘板(12)的背面；
所述腹板(1)的底部设置有的面板(13)，所述腹板(1)的内顶壁设置有骨材(11)，所述扶强材(14)与所述面板(13)之间的间距小于等于所述扶强材(14)与所述骨材(11)底部之间的间距。
2.根据权利要求1所述的结构强框，其特征在于，所述端部(2)的所述倾斜面(21)的倾斜角度为33°～34°。
3.根据权利要求1所述的结构强框，其特征在于，所述扶强材(14)焊接于所述骨材(11)的底部与所述面板(13)之间的中间位置。
4.根据权利要求1所述的结构强框，其特征在于，所述扶强材(14)焊接于所述骨材(11)的底部与所述面板(13)之间靠近所述面板(13)的三分之一位置。
5.一种结构强框的设计方法，用于设计权利要求1-4中任一项所述的结构强框，其特征在于，包括：
根据HCSR规范，计算所述结构强框的所述腹板(1)的最小高度值H；
将所述结构强框的所述端部(2)的长度设置为1.5H；
在所述腹板(1)中焊接一根连续的所述扶强材(14)，且所述扶强材(14)与所述腹板(1)底部的间距小于所述扶强材(14)与所述腹板(1)顶部的间距。
6.根据权利要求5所述的结构强框的设计方法，其特征在于，将所述腹板(1)的高度减去所述腹板(1)上骨材(11)的高度得到所述腹板(1)的剩余高度值，根据所述腹板(1)的剩余高度值沿所述腹板(1)的高度方向划分出二等分位置或三等分位置，将所述扶强材(14)焊接于所述二等分位置或靠近所述腹板(1)底部的所述三等分位置上。
7.根据权利要求5所述的结构强框的设计方法，其特征在于，通过连续焊接的方式将所述扶强材(14)焊接于所述腹板(1)与所述端部(2)的防倾肘板(12)的背面。
8.一种船舶，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述的结构强框。
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