CN115092313A - 一种适用于油船和散货船的甲板板架结构 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种适用于油船和散货船的甲板板架结构,包括主甲板,主甲板下设有横纵阵列分布的纵骨和强横梁,所述纵骨保持连续穿过所述强横梁,其特征在于,所述强横梁包括腹板和面板,腹板垂直于主甲板、腹板与主甲板固定连接,面板垂直于腹板、面板固定于腹板底部,所述强横梁一侧连接有防倾肘板,所述防倾肘板位于相邻的纵骨之间,防倾肘板的三个侧边分别与主甲板、强横梁的腹板以及面板固定连接。在两根甲板纵骨之间,设置沿船宽方向的横向扁钢,防倾肘板的趾端呈圆弧形并与横向扁钢焊接。与现有技术相比本发明可缓解甲板纵骨的应力集中现象,从而提高纵骨的疲劳强度,减小主甲板的厚度。并可省去防倾肘板的背肘板,故有良好的经济性和实用性。
Description
技术领域
本申请涉及一种适用于油船和散货船的甲板板架结构,属于船舶设计制造技术领域。
背景技术
油船与散货船的甲板纵骨疲劳是船舶结构设计师重点关注的内容。甲板纵骨的疲劳问题是由油船和散货船的受力特点以及目前的甲板板架形式引起的。油船和散货船的甲板板架一般由纵骨、强横梁以及防倾肘板组成。甲板载荷通过纵骨传递至强横梁,为了防止强横梁因屈曲而倾覆,需设置防倾肘板。现有设计中,防倾肘板一般与甲板纵骨焊接,从而加剧了纵骨的应力集中现象,导致甲板纵骨的疲劳寿命显著降低。为了解决此问题,现有的研究主要针对如何降低防倾肘板的应力集中系数,包括优化防倾肘板的趾端形式(散货船纵向骨材端部的连接结构,CN211252913U)、跟部切口形式(潘希颖.散货船底部纵骨防倾肘板节点疲劳优化研究[J].船海工程,2014(4),15-20),以及增设背肘板。这些方法虽有一定的效果,但对于大部分的油船和散货船,为了满足甲板纵骨的疲劳要求,仍需要额外增加甲板的板厚以降低甲板纵骨的应力。所以,现有的甲板板架形式导致油船和散货船的结构重量增加以及更为繁琐的施工工艺。
发明内容
本申请要解决的技术问题是如何克服现有甲板板架结构的缺陷、如何避免防倾肘板导致的应力集中问题。
为了解决上述技术问题,本申请的技术方案提供了一种适用于油船和散货船的甲板板架结构,包括主甲板,主甲板下设有横纵阵列分布的纵骨和强横梁,所述纵骨保持连续穿过所述强横梁,其特征在于,所述强横梁包括腹板和面板,腹板垂直于主甲板、腹板与主甲板固定连接,面板垂直于腹板、面板固定于腹板底部,所述强横梁一侧连接有防倾肘板,所述防倾肘板位于相邻的纵骨之间,防倾肘板的三个侧边分别与主甲板、腹板以及面板固定连接。
优选的,所述防倾肘板沿强横梁方向阵列分布。
优选的,所述强横梁两端端部设有转圆处,所述转圆处连接有所述防倾肘板。
优选的,所有所述防倾肘板均设于强横梁一侧。
优选的,相邻所述防倾肘板的间距不大于:
其中:
bf为强横梁面板的宽度,单位为mm,
C为系数,强横梁的截面为T型材取为0.022,强横梁的截面为自由边贴筋取为0.033,
Af为强横梁面板的截面面积,单位为mm2,
Aw为强横梁腹板的截面面积,单位为mm2,
ReH为强横梁的材质,单位为N/mm2。
优选的,相邻所述纵骨之间设有横向扁钢,所述防倾肘板远离腹板的侧边设为圆弧趾端与所述横向扁钢固定连接。
优选的,所述横向扁钢与主甲板焊接固定且与两侧的纵骨焊接固定。
优选的,所述横向扁钢距强横梁的距离,应大于下式所确定的值:
其中:
b为防倾肘板处强横梁腹板的高度,单位为mm,
Sn为防倾肘板的间距,单位为mm,
t为防倾肘板的厚度,单位为mm。
相比现有技术,本发明具有如下有益效果:
在本发明提供的甲板板架形式中,由于防倾肘板不再与甲板纵骨焊接,减小了甲板纵骨的应力集中系数,从而降低了纵骨产生疲劳裂纹的概率。结构设计师不必因为甲板纵骨的疲劳要求而额外增加甲板的板厚且增设背肘板。实现了提高结构安全性、减轻船舶钢料重量以及缩短船舶建造周期的目的。
附图说明
图1为现有油船甲板板架结构示意图,其中图1-1为板架结构正视示意图,图1-2为图1-1中C1-C1截面示意图;
图2为现有散货船甲板板架结构示意图,其中图2-1为板架结构正视示意图,图2-2为图2-1中C2-C2截面示意图;
图3为本申请提供的油船甲板板架结构示意图,其中,图3-1为板架结构正视示意图,图3-2为图3-1中C3-C3截面示意图,图3-3为图3-2中C4-C4截面示意图;
图4为本申请提供的散货船甲板板架结构示意图,其中,图4-1为板架结构正视示意图,图4-2为图4-1中C5-C5截面示意图,图4-3为图4-2中C6-C6截面示意图;
图5为本申请提供的油船甲板板架结构的屈曲有限元分析结果图;
图6为现有技术油船甲板板架结构的屈曲有限元分析结果图;
图7为本申请提供的油船甲板板架结构的立体示意图;
具体实施方式
为使本申请更明显易懂,兹以优选实施例,并配合附图作详细说明如下。
在传统设计中,油船与散货船的甲板板架结构如图1和图2所示。纵骨11 穿过强横梁12并保持连续。为防止强横梁12因屈曲而倾覆,需间隔一定的距离设置强横梁12的防倾肘板13。
表1为防倾肘板与纵骨三种结构形式下甲板纵骨的应力集中系数。
如表1所示,油船与散货船共同结构规范(HCSR) 给出了防倾肘板与纵骨焊接且不设置背肘板、防倾肘板与纵骨焊接且设置背肘板以及纵骨连续穿过强框这三种结构形式下甲板纵骨的应力集中系数。若不设置背肘板,防倾肘板与纵骨焊接时,防倾肘板的跟部B点将出现较严重的应力集中现象:轴向载荷下甲板纵骨的应力集中系数Ka以及侧向载荷下的应力集中系数 Kb分别为1.52和1.67。所以,现有设计通常采用增设背肘板14的方式以缓解应力集中现象。此时,甲板纵骨的应力集中系数Ka与Kb减小为1.28和1.34。而对于纵骨连续穿过强横梁的节点形式,Ka与Kb仅为1.13和1.14。
相对于上述传统设计,本申请提供了新型的甲板板架结构,参见图3和图4,
甲板板架结构包括主甲板31,主甲板31下设置有横纵阵列分布的纵骨11 和强横梁12,纵骨11保持连续穿过强横梁12,强横梁12包括腹板12-1和面板 12-2,腹板12-1垂直于主甲板31、腹板12-1与主甲板31固定连接,面板12-2 垂直于腹板12-1、固定于腹板12-1底部,为提高强横梁12强度而设置的防倾肘板13不再与纵骨11焊接,而是设置在相邻两根纵骨11之间,防倾肘板13的三个侧边分别与主甲板31、强横梁12的腹板12-1以及面板12-2焊接。
进一步的,在上述相邻两纵骨11之间设置横向扁钢34,其高度大于100mm 且小于纵骨高度。防倾肘板13远离的腹板12-1的趾端设置为圆弧结构,并与横向扁钢34焊接,通过横向扁钢34分散应力、避免在主甲板处产生应力集中。横向扁钢34与主甲板焊接固定并且与两侧的纵骨焊接固定。
具体的,参见图3-1,在强横梁12的面板转圆处,设置防倾肘板TB1和防倾肘板TB2。沿船宽方向,在甲板强横梁处设置数块防倾肘板TB3、TB4等,防倾肘板的间距S1、S2…Sn应不大于下式所确定的值:
其中:
bf为强横梁面板的宽度,单位为mm,
C为系数,强横梁的截面为T型材取为0.022,强横梁的截面为自由边贴筋取为0.033,
Af为强横梁面板的截面面积,单位为mm2,
Aw为强横梁腹板的截面面积,单位为mm2,
ReH为强横梁的材质,单位为N/mm2。
横向扁钢34距甲板强横梁的距离d,应大于下式所确定的值:
其中:
b为防倾肘板处强横梁腹板的高度,单位为mm,
Sn为防倾肘板的间距,单位为mm,
t为防倾肘板的厚度,单位为mm。
实施例1
参见图3,对于某6.5万吨级的原油船,甲板纵骨的高度为300mm,间距为 770mm。甲板强横梁的腹板高度为1200mm,厚度为13mm,面板宽度为250mm,厚度为16mm。强横梁的材质为普通钢。防倾肘板的厚度为10mm。
在强横梁的转圆处,相邻两根甲板纵骨的中点处设置防倾肘板TB1和防倾肘板TB2。
根据式(1),防倾肘板的间距应不大于:
防倾肘板TB3设置在甲板纵骨L12和L13之间,与TB1的距离S1为3.08m,满足式(3)的要求;防倾肘板TB4设置在甲板纵骨L9和L10之间,与TB2的距离S3为3.08m,满足式(3)的要求;TB3与TB4的间距S2为2.31m,满足式(3)的要求。
在两根纵骨之间,设置横向扁钢。根据式(2),横向扁钢距甲板强横梁的间距应大于:
本例中横向扁钢距甲板强横梁的距离d取为700mm。横向扁钢的高度为甲板纵骨高度减去50mm,取为250mm。
防倾肘板与主甲板31、强横梁腹板12-1、面板12-2焊接。防倾肘板的趾端采用圆弧形式并与横向扁钢34焊接。
防倾肘板的作用是为了防止强横梁发生屈曲倾覆。为了考察本发明提供的甲板板架的屈曲强度,现利用有限元技术计算本实施例的屈曲强度。
模型的纵向范围取两个强框间距,横向范围取10个纵骨间距。模型四周取简支的边界条件。模型施加总纵应力、横向应力和甲板上浪载荷。屈曲计算结果如图5所示。可见,在施加的载荷与边界条件下,本发明提供的甲板板架的屈曲利用应子为2.42。该值大于1.0,表明此甲板板架的屈曲强度满足要求。
对现有技术下的甲板板架进行相同的屈曲计算,施加相同的边界条件与载荷,结果如图6所示。可见,现有技术下的甲板板架的屈曲利用应子为2.79。
虽然本发明提供的甲板板架的屈曲强度不及现有技术下的甲板板架,但两者的差距并不显著,且均远大于安全值。说明本发明提供的甲板板架形式满足结构安全性的要求。
在本实施例中,由于防倾肘板不与甲板纵骨焊接,减小了甲板纵骨的应力集中系数,甲板的厚度可减小2mm,从而整个货舱区的甲板重量可减轻约100吨,减重比例约为1%。同时取消了现有技术中的背肘板,更便于船厂施工。
实施例2
参见图4,对于某20万吨级的散货船,甲板纵骨的高度为400mm,间距为 900mm。甲板强横梁的腹板高度为1000mm,厚度为14mm,面板宽度为160mm,厚度为22mm。强横梁的材质为屈服极限为355N/mm2的高强度钢。防倾肘板的厚度为11mm。
首先,在强横梁的转圆处,相邻两根甲板纵骨的中点处设置防倾肘板TB1 和TB2。由于本实施例的强横梁采用的是自由边贴筋的形式,故防倾肘板应布置在筋的同侧。
根据式(1),甲板强横梁的防倾肘板间距应不大于:
TB1与TB2的间距为4.5m,所以在两者之间需额外设置防倾肘板TB3。
在两根纵骨之间,设置横向扁钢34。根据式(2),横向扁钢距甲板强横梁的间距d应大于:
本例中横向扁钢距甲板强横梁的距离d取为500mm。横向扁钢的高度为甲板纵骨高度减去50mm,取为350mm。
防倾肘板与主甲板31、强横梁腹板12-1、面板12-2焊接。防倾肘板的趾端采用圆弧形式并与横向扁钢34焊接。
在本实施例中,由于防倾肘板不与甲板纵骨焊接,减小了甲板纵骨的应力集中系数,甲板的厚度可减小1.5mm,从而船体重量可减轻约60吨,减重比例约为0.3%。同时取消了现有技术中的背肘板,更便于船厂施工。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例,并非对本发明任何形式上和实质上的限制,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的前提下,还将可以做出若干改进和补充,这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化,均为本发明的等效实施例;同时,凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变,均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种适用于油船和散货船的甲板板架结构,包括主甲板,主甲板下设有横纵阵列分布的纵骨(11)和强横梁(12),所述纵骨(11)保持连续穿过所述强横梁(12),其特征在于,所述强横梁(12)包括腹板(12-1)和面板(12-2),腹板(12-1)垂直于主甲板(31)、腹板(12-1)与主甲板(31)固定连接,面板(12-2)垂直于腹板(12-1)、面板(12-2)固定于腹板(12-1)底部,所述强横梁(12)一侧连接有防倾肘板(13),所述防倾肘板(13)位于相邻的纵骨(11)之间,防倾肘板(13)不与任何纵骨(11)连接,防倾肘板(13)的三个侧边分别与主甲板(31)、腹板(12-1)以及面板(12-2)固定连接。
2.如权利要求1所述的一种适用于油船和散货船的甲板板架结构,其特征在于,所述防倾肘板(13)沿强横梁(12)方向阵列分布。
3.如权利要求2所述的一种适用于油船和散货船的甲板板架结构,其特征在于,所述强横梁(12)两端端部设有转圆处,所述转圆处连接有所述防倾肘板(13)。
4.如权利要求2所述的一种适用于油船和散货船的甲板板架结构,其特征在于,所有所述防倾肘板(13)均设于强横梁(12)一侧。
6.如权利要求1所述的一种适用于油船和散货船的甲板板架结构,其特征在于,相邻所述纵骨(11)之间设有横向扁钢(34),所述防倾肘板(13)远离腹板(12-1)的侧边设为圆弧趾端与所述横向扁钢(34)固定连接。
7.如权利要求6所述的一种适用于油船和散货船的甲板板架结构,其特征在于,所述横向扁钢(34)与主甲板焊接固定并且与两侧的纵骨焊接固定。
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