CN113788103A - 一种船用y型支柱及其制造和安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于船舶结构技术领域，具体涉及一种船用Y型支柱及其制造和安装方法。一种船用Y型支柱，Y型组合支柱包括U型部分、横撑部分和垂直支柱部分，U型部分包括两个左右分布的斜支柱和位于两个斜支柱下方的连接部，两个斜支柱所成夹角α≦30°，U型部分自连接部下端端部沿两个斜支柱的上端端部逐渐向外伸展，横撑部分上端端部与连接部下端端部连接，横撑部分下端端部与垂直支柱部分上端端部连接，横撑部分与连接部同宽。本发明提供的一种新的支柱形式，改变了船体结构上下端的连接形式，使其可以大大减少对空间的占用，节省空间；提高材料利用率，减小建造成本。

Description

一种船用Y型支柱及其制造和安装方法

技术领域

本发明属于船舶结构技术领域，具体涉及一种船用Y型支柱及其制造和安装方法。

背景技术

目前大多数船舶公司建造的所有船舶产品都有船体支柱结构，例如油船的机舱和上建区域，客滚船和豪华游轮主甲板以上区域和车辆舱。其中，上建居住区位于客滚船的上甲板与下甲板之间，为了满足对上甲板的支撑强度的要求，在上甲板与下甲板之间设置有若干个支柱，且支柱与上甲板及下甲板之间均为焊接。现有的技术中，船舶船体支柱结构类型常用的有工字型、空心圆型、实心圆型、空心方型以及实心方型，支柱结构的布置设计是为了支撑上下端结构，传递轴向载荷，稳定结构减少震动的作用。由于上建居住区的活动空间有限以及客滚船和豪华游轮为了达到让旅客舒适的目的，尤其对于震动噪音的要求高，因此，支柱的结构设计尤为重要。为了保证上述要求，我们需要保证支柱结构结构同时减少支柱数量，而现有技术存在的问题是：1、目前船舶在机舱区域有大量设备及管路，对空间要求限制较高，现有支柱是直柱型的，例如空心圆型、实心圆型、空心方型以及实心方型等，只能对上端甲板一个支撑面，这样占用大量空间，不利于机舱的布置。请参考说明书附图1，其为采用本发明的实施例，当实现同样的支撑时，上述直柱型的支柱需要数量为两倍。2、对于客滚船及豪华邮轮的上建公共区域需要较大空旷区域进行艺术设计，采用直柱型的支柱的设置，如果支柱位置较近，两支柱间的空间，就没法合理利用，影响公共空间，同时不利于艺术设计。3、材料利用率不高，增加建造成本。4、制造方法和安装方法复杂，效率低。5、最终安装到船体上的尺寸精准度不高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种船用Y型支柱及其制造和安装方法。

本发明提供一种船用Y型支柱，所述Y型组合支柱包括U型部分、横撑部分和垂直支柱部分，所述U型部分包括两个左右分布的斜支柱和位于两个斜支柱下方的连接部，两个斜支柱所成夹角α≦30°，所述U型部分自所述连接部下端端部沿两个斜支柱的上端端部逐渐向外伸展，所述横撑部分上端端部与所述连接部下端端部连接，所述横撑部分下端端部与所述垂直支柱部分上端端部连接，所述横撑部分与所述连接部同宽。

优选地，所述垂直支柱部分上端还设置三角肘板，所述三角肘板尺寸及厚度分别不小于所述垂直支柱的尺寸及厚度，所述U型部分、横撑部分和垂直支柱部分的横截面均为工字型。

本发明提供一种如上述的船用Y型支柱的制造方法，所述船用Y型支柱的制造方法包括以下步骤：

S1：计算Y型支柱的轴向载荷P；

S2：根据轴向载荷P计算U型部分的剖面积；

S3：根据轴向载荷P计算垂直支柱部分的剖面积；

优选地，步骤S1具体包括：分别计算支柱所支持的甲板面积的长度、甲板面积的平均宽度、甲板的计算压头高度以及同一垂线上面支柱所支持的载荷，再根据轴向载荷公式求出轴向载荷。

优选地，在S2步骤中具体步骤包括：根据U型部分的上端两个支撑点位置和下端支撑点位置及船体内空间要求，设计出U型部分的垂直高度H1，连接部底部宽度D1，连接部分垂直高度h1、两个斜支柱所成夹角α；

斜支柱有效长度为L1，其中L1＝H1-h1，设定斜支柱的最小惯性半径R1；Y型支柱的有效长度为le，设定Y型支柱剖面的最小惯性半径R，则Y型支柱的剖面积Ap通式如下：

其中：k为材料系数，k＝0.72；将L1和R1代入上式中le和R可得出斜支柱的剖面积。

优选地，根据船体内空间整体高度要求、U型部分和横撑部分的垂直高度可知垂直支柱部分的高度H2，即垂直支柱部分的有效长度H2，设垂直支柱部分的剖面的最小惯性半径R3、垂直支柱部分的有效长度于H2，Y型支柱的剖面积Ap通式如下：

将H2和R3代入上式中le和R可得出垂直支柱部分的剖面积；

优选地，假定Y型支柱剖面的最小惯性半径R后，得出剖面积的结果后，还可以通过验证公式验证假定的最小惯性半径R是否合理，验证公式如下：

其中I为Y型支柱剖面的惯性矩。

优选地，其特征在于，根据船体内空间整体高度要求和U型部分的垂直高度，确定横撑部分的高度，根据垂直支柱尺寸，来确定横撑部分截面尺寸。

优选地，三角肘板根据Y型支柱结构的稳定性要求，所述三角肘板尺寸及厚度分别不小于所述垂直支柱的尺寸及厚度。

本发明提供上述的船用Y型支柱的安装方法，包括如下步骤：

S11：根据Y型组合支柱的大小和形状，将其分成U型部分的、横撑部分和垂直支柱部分建模并编码；

S12：将U型部分的、横撑部分和垂直支柱部分建模并编码后的模型分解，并套料生产形成切割指令；

S13：根据切割指令下料钢板，切割出Y型组合支柱的各个零件外形；

S14：根据Y型组合支柱的设计尺寸将其各个零件装配并焊接，打磨；

S15：将组装好的支柱安装在船体分段上。

本发明提供的一种船用Y型支柱及其制造和安装方法，在满足支撑上下端，传递轴向载荷，稳定结构，减少震动的支柱的功能下，提供的一种新的支柱形式，改变了船体结构上下端的连接形式，使其可以大大减少对空间的占用，节省空间；提高材料利用率，减小建造成本。优化了制造方法和安装方法，提高效设计、制造和安装效率；最终安装到船体上的尺寸精准度较高。

附图说明

通过附图中所示的本发明优选实施例更具体说明，本发明上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本的主旨。

图1为本发明实施例提供的一实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的Y型支柱的结构示意图；

图3为实施例提供的Y型支柱的U型部分的示意图；

图4为实施例提供的A-A剖视图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本进行更全面的描述。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参考图1-图4，本发明提供一种船用Y型支柱，Y型组合支柱包括U型部分1、横撑部分2和垂直支柱部分3，U型部分1包括两个左右分布的斜支柱11和位于两个斜支柱11下方的连接部，两个斜支柱11所成夹角α≦30°，U型部分1自连接部下端端部沿两个斜支柱11的上端端部逐渐向外伸展，横撑部分2上端端部与连接部下端端部连接12，横撑部分2下端端部与垂直支柱部分3上端端部连接12，横撑部分2与连接部同宽。进一步地，垂直支柱部分3上端还设置三角肘板4，三角肘板4尺寸及厚度分别不小于垂直支柱的尺寸及厚度，U型部分1、横撑部分2和垂直支柱部分3的横截面均为工字型。

请参考图1-图4，在使用时，将拼装好的Y型支柱搬到所需支撑的甲板上，U型部分1与上甲板固定连接，垂直支柱部分3下端与下甲板固定连接。这种新的支柱形式，改变了船体结构上下端的连接形式，使其可以大大减少对空间的占用，节省空间；提高材料利用率，减小建造成本。

请参考图1-图4，本发明提供一种如上述的船用Y型支柱的制造方法，船用Y型支柱的制造方法包括以下步骤：

S1：计算Y型支柱的轴向载荷P；

S2：根据轴向载荷P计算U型部分1的剖面积；

S3：根据轴向载荷P计算垂直支柱部分3的剖面积；

在优选实施例中，步骤S1具体包括：分别计算支柱所支持的甲板面积的长度、甲板面积的平均宽度、甲板的计算压头高度以及同一垂线上面支柱所支持的载荷，再根据轴向载荷公式求出轴向载荷。进一步地，在S2步骤中具体步骤包括：根据U型部分1的上端两个支撑点位置和下端支撑点位置及船体内空间要求，设计出U型部分1的垂直高度H1，连接部底部宽度D1，连接部分垂直高度h1、两个斜支柱11所成夹角α；斜支柱11有效长度为L1，其中L1＝H1-h1，设定斜支柱11的最小惯性半径R1；Y型支柱的有效长度为le，设定Y型支柱剖面的最小惯性半径R，则Y型支柱的剖面积Ap通式如下：

其中：k为材料系数，k＝0.72；将L1和R1代入上式中le和R可得出斜支柱11的剖面积。由于斜支柱11横向尺寸较宽，连接部12的厚度设计成与斜支柱11厚度相同即可。

通式中，k＝0.72，及等式中数值12.36、51.5是船舶建造技术规范上给定的固定参数，由于需要所需支撑上甲板与下甲板之间高度已知，根据U型部分1的上端两个支撑点位置和下端支撑点位置及船体内空间要求，可以确定U型部分1的高度H1，连接部分的高度h1，连接部分的宽度D1及两个斜支柱11所成夹角α，斜支柱11有效长度为L1。通过剖面积Ap通式可快速有效计算出连接部的剖面积和斜支柱11的剖面积，进而确定两者的横向尺寸。

在优选实施例中，根据船体内空间整体高度要求、U型部分1和横撑部分2的垂直高度可知垂直支柱部分3的高度H2，即垂直支柱部分3的有效长度H2，设垂直支柱部分3的剖面的最小惯性半径R3、垂直支柱部分3的有效长度于H2，Y型支柱的剖面积Ap通式如下：

将H2和R3代入上式中le和R可得出垂直支柱部分3的剖面积；

请参考图1-图4，在优选实施例中，假定Y型支柱剖面的最小惯性半径R后，得出剖面积的结果后，还可以通过验证公式验证假定的最小惯性半径R是否合理，验证公式如下：

其中I为Y型支柱剖面的惯性矩。

通过验证公式，验证假定的最小惯性半径R是否合理，验证公式的应用，简化计算。可以快速有效算出U型部分1、横撑部分2和垂直支柱部分3的剖面积，进而算出三者的横向尺寸。

请参考图2-图4，在优选实施例中，其特征在于，根据船体内空间整体高度要求和U型部分1的垂直高度，确定横撑部分2的高度，根据垂直支柱尺寸，来确定横撑部分2截面尺寸。进一步地，三角肘板4根据Y型支柱结构的稳定性要求，三角肘板4尺寸及厚度分别不小于垂直支柱的尺寸及厚度。三角肘板4的设计优化了轴向载荷的传递。

请参考图1-图3，本发明提供上述的船用Y型支柱的安装方法，包括如下步骤：

S11：根据Y型组合支柱的大小和形状，将其分成U型部分1的、横撑部分2和垂直支柱部分3建模并编码；

S12：将U型部分1的、横撑部分2和垂直支柱部分3建模并编码后的模型分解，并套料生产形成切割指令；

S13：根据切割指令下料钢板，切割出Y型组合支柱的各个零件外形；

S14：根据Y型组合支柱的设计尺寸将其各个零件装配并焊接，打磨；

S15：将组装好的支柱安装在船体分段上。

本本发明提供的一种船用Y型支柱及其制造和安装方法，在满足支撑上下端，传递轴向载荷，稳定结构，减少震动的支柱的功能下，提供的一种新的支柱形式，改变了船体结构上下端的连接形式，使其可以大大减少对空间的占用，节省空间；提高材料利用率，减小建造成本。优化了制造方法和安装方法，提高效设计、制造和安装效率；最终安装到船体上的尺寸精准度较高。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“优选实施例”、“再一实施例”、“其他实施例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种船用Y型支柱，其特征在于，所述Y型组合支柱包括U型部分、横撑部分和垂直支柱部分，所述U型部分包括两个左右分布的斜支柱和位于两个斜支柱下方的连接部，两个斜支柱所成夹角α≦30°，所述U型部分自所述连接部下端端部沿两个斜支柱的上端端部逐渐向外伸展，所述横撑部分上端端部与所述连接部下端端部连接，所述横撑部分下端端部与所述垂直支柱部分上端端部连接，所述横撑部分与所述连接部同宽。

2.如权利要求1所述船用Y型组合支柱，其特征在于，所述垂直支柱部分上端还设置三角肘板，所述三角肘板尺寸及厚度分别不小于所述垂直支柱的尺寸及厚度，所述U型部分、横撑部分和垂直支柱部分的横截面均为工字型。

3.一种如权利要求1或2所述的船用Y型支柱的制造方法，其特征在于，所述船用Y型支柱的制造方法包括以下步骤：

S1：计算Y型支柱的轴向载荷P；

S2：根据轴向载荷P计算U型部分的剖面积；

S3：根据轴向载荷P计算垂直支柱部分的剖面积。

4.如权利要求3所述船用Y型支柱的制造方法，其特征在于，步骤S1具体包括：分别计算支柱所支持的甲板面积的长度、甲板面积的平均宽度、甲板的计算压头高度以及同一垂线上面支柱所支持的载荷，再根据轴向载荷公式求出轴向载荷。

5.如权利要求4所述船用Y型支柱的制造方法，其特征在于，在S2步骤中具体步骤包括：根据U型部分的上端两个支撑点位置和下端支撑点位置及船体内空间要求，设计出U型部分的垂直高度H1，连接部底部宽度D1，连接部分垂直高度h1、两个斜支柱所成夹角α；

斜支柱有效长度为L1，其中L1＝H1-h1，设定斜支柱的最小惯性半径R1；Y型支柱的有效长度为le，设定Y型支柱剖面的最小惯性半径R，则Y型支柱的剖面积Ap通式如下：

其中：k为材料系数，k＝0.72；将L1和R1代入上式中le和R可得出斜支柱的剖面积。

6.如权利要求4所述船用Y型支柱的制造方法，其特征在于，根据船体内空间整体高度要求、U型部分和横撑部分的垂直高度可知垂直支柱部分的高度H2，即垂直支柱部分的有效长度H2，设垂直支柱部分的剖面的最小惯性半径R3、垂直支柱部分的有效长度于H2，Y型支柱的剖面积Ap通式如下：

将H2和R3代入上式中le和R可得出垂直支柱部分的剖面积；

7.如权利要求5或6所述的船用Y型支柱的制造方法，其特征在于，假定Y型支柱剖面的最小惯性半径R后，得出剖面积的结果后，还可以通过验证公式验证假定的最小惯性半径R是否合理，验证公式如下：

其中I为Y型支柱剖面的惯性矩。

8.如权利要求3所述所述的船用Y型支柱的制造方法，其特征在于，根据船体内空间整体高度要求和U型部分的垂直高度，确定横撑部分的高度，根据垂直支柱尺寸，来确定横撑部分截面尺寸。

9.如权利要求3所述的船用Y型支柱的制造方法，其特征在于，三角肘板根据Y型支柱结构的稳定性要求，所述三角肘板尺寸及厚度分别不小于所述垂直支柱的尺寸及厚度。

10.如权利要求1或2所述的船用Y型支柱的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：

S11：根据Y型组合支柱的大小和形状，将其分成U型部分的、横撑部分和垂直支柱部分建模并编码；

S12：将U型部分的、横撑部分和垂直支柱部分建模并编码后的模型分解，并套料生产形成切割指令；

S13：根据切割指令下料钢板，切割出Y型组合支柱的各个零件外形；

S14：根据Y型组合支柱的设计尺寸将其各个零件装配并焊接，打磨；

S15：将组装好的支柱安装在船体分段上。

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