CN213354760U - 一种船用设备隔断式基座支撑结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种船用设备隔断式基座支撑结构，包括隔断式腹板及倒三角肘板，隔断式腹板设有若干等距分布的、向下开口的隔断式开孔，隔断式腹板包括垂直设置的水平段、竖向段，倒三角肘板的两个垂直边分别连接于水平段、竖向段，竖向段的下端连接于甲板面及反面加强结构，倒三角肘板与隔断式开孔相间设置。本实用新型更能满足总纵弯曲影响下的结构强度要求。隔断式开孔将隔断式腹板分割成若干均布的小段，这些小段通过倒三角肘板连接在甲板面及反面加强结构上。这样当甲板面及反面加强结构发生总纵弯曲时，隔断式腹板并不完全跟随共同弯曲，同时该基座上连续的结构依然可以为设备提供固定连接点以维持基座的稳固，提高其结构强度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种船用设备隔断式基座支撑结构，属于船用装备技术领域。
背景技术
大型运输类船舶拥有巨大的货舱而具有良好的运载能力，满载时大部分重量作用在船中，所以船中区域受到的总纵弯曲影响较大。当主甲板面及反面加强结构抵抗总纵弯曲时，主甲板面及反面加强结构上布置的大量配套设备基座结构将会一同参与到受力当中，从而不可避免地会遭受到结构性损伤。
船舶主甲板面及反面加强结构上常会布置专用设备，一般根据其轮廓及墩放点位置，在该设备下方设立腹板及面板组成T型材或L型材进行支撑，如图1及图2：同时配以肘板进行结构加强。但是受总纵弯曲的影响，导致结构强度明显削弱。
实用新型内容
为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种船用设备隔断式基座支撑结构，解决了现有技术中船用设备基座支撑结构强度不足的技术问题。
为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：
一种船用设备隔断式基座支撑结构，包括隔断式腹板及倒三角肘板，隔断式腹板设有若干等距分布的、向下开口的隔断式开孔，隔断式腹板包括垂直设置的水平段、竖向段，倒三角肘板的两个垂直边分别连接于水平段、竖向段，竖向段的下端连接于甲板面及反面加强结构，倒三角肘板与隔断式开孔相间设置。
优选，前述的一种船用设备隔断式基座支撑结构，倒三角肘板与隔断式腹板的连接方式是焊接。
优选，前述的一种船用设备隔断式基座支撑结构，隔断式开孔是两端带圆弧的矩形，且矩形的较长边平行于隔断式腹板。
本实用新型所达到的有益效果：
相对于现有技术中的常规基座，本实用新型更能满足总纵弯曲影响下的结构强度要求。本实用新型的隔断式开孔将隔断式腹板分割成若干均布的小段，这些小段通过倒三角肘板连接在甲板面及反面加强结构上。这样当甲板面及反面加强结构发生总纵弯曲时，隔断式腹板并不完全跟随甲板面及反面加强结构共同弯曲，同时该基座上连续的结构依然可以为设备提供固定连接点以维持基座的稳固，有利于提高其结构强度。
隔断式开孔是两端带圆弧的矩形，且矩形的较长边平行于隔断式腹板，两端的圆弧能够极大地缓解隔断式腹板的形状突变，大大缓解应力集中的现象。
附图说明
图1是现有技术中设备基座结构侧视图；
图2是本实用新型设备基座结构截面图；
图3是本实用新型整体结构侧视图；
图4是本实用新型整体结构截面图；
图5是本实施例建立的分段及设备基座模型；
图6是采用现有技术中设备基座MPC抓取受力点；
图7是采用本实用新型设备基座MPC抓取受力点；
图8是图6、图7模型的俯视图水平力；
图9是图6、图7模型的俯视图垂向力；
图10是FR161号端面弯矩施加受力图；
图11是FR246号端面弯矩施加受力图；
图12是Lc-01工况下常规式基座支撑受力图；
图13是Lc-01工况下采用本实施例基座支撑受力图；
图中附图标记的含义：1-普通腹板；2-普通肘板；3-隔断式腹板；4-倒三角肘板；5-隔断式开孔；6-甲板面及反面加强结构；31-水平段；32-竖向段。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
如图3及图4所示：本实施例公开了一种船用设备隔断式基座支撑结构，包括隔断式腹板3及倒三角肘板4，隔断式腹板3设有若干等距分布的、向下开口的隔断式开孔5，所谓向下开口是指隔断式开孔5的下端(隔断式腹板3的甲板面及反面加强结构连接侧)是开口的，这样就使得隔断式腹板3与甲板面及反面加强结构之间的接触并非是连续的，而是间断式的接触。这样当甲板面及反面加强结构发生总纵弯曲时，隔断式腹板3并不完全跟随甲板面及反面加强结构共同弯曲，同时该基座上连续的结构依然可以为设备提供固定连接点以维持基座的稳固，有利于提高其结构强度。
隔断式腹板3包括垂直设置的水平段31、竖向段32，倒三角肘板4的两个垂直边分别连接于水平段31、竖向段32，竖向段32的下端连接于甲板面及反面加强结构，倒三角肘板4与隔断式开孔5相间设置，也就是说隔断式开孔5将隔断式腹板3分割成若干均布的小段，这些小段通过倒三角肘板4连接在甲板面及反面加强结构上。
优选，本实施例的倒三角肘板4与隔断式腹板3的连接方式是焊接。
隔断式开孔5是两端带圆弧的矩形，且矩形的较长边平行于隔断式腹板3，两端的圆弧能够极大地缓解隔断式腹板3的形状突变，大大缓解应力集中的现象。
为了进一步证明本实施例的效果，本实施例还通过有限元仿真来证明其效果，具体如下：
本文将采用有限元方法，利用MSC.patran建立分段及设备基座模型(见图5)，进行对比研究。分段模型依据笛卡尔坐标系，原点定为FR161与中纵剖面和基线相交点；原点沿船长方向为X方向，以艏部为正；原点沿船宽方向为Y方向，以左舷为正；原点沿垂向为Z方向，以竖直向上为正。模型将采用二维三、四节点shell单元模拟甲板面及反面加强结构、舱壁板、底板、外板以及强肋骨框架，其它型材用beam单元模拟，T型材采用rod单元。本模型网格大小根据研究目标及实际因素考虑，设备基座及坐落区网格大小取50mm×50mm，分段其它区域网格大小取900mm×900mm，中间过渡区域网格大小取200mm×200mm。模型中长度单位采用mm，质量单位采用t，力单位采用N，弯矩单位采用N.mm。
本实施例以某型FPSO(Floating Production Storage&Offloading，是浮式生产储油卸油轮)为例，其钢材特性详见表1。设备基座结构及坐落甲板面及反面加强结构区域涉及钢材种类均为AH32级钢，其最小屈服应力为315N/mm2。
表1钢材特性
| 杨氏模量E/(N·mm<sup>-2</sup>) | 泊松比μ | 密度ρ/(t·m<sup>3</sup>) |
| 2.06×10<sup>5</sup> | 0.3 | 7.85 |
表2为本分段模型设立的边界条件示意图，分别在Fr161、Fr246肋位分别确定剖面中性轴位置，建立MPC点对两段剖面进行约束，具体约束见表2：
表2边界条件
| 约束 | X | Y | Z | Mx | My | Mz |
| 截面1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 弯矩 | - |
| 截面2 | - | 0 | 0 | 0 | 弯矩 | - |
FPSO作为特殊海洋结构物，其主甲板面及反面加强结构上布置有大量专用设备，其中部分特殊设备投影面积大，固定连接点多，对应基座加强不可避免的增加了结构跨度尺寸。FPSO受总纵弯曲影响较一般船型明显，因此大跨度的基座结构会不可避免的参与到总纵弯曲的影响中，从而导致基座结构遭受损伤，其结构仿真计算结果远大于许用标准，而增加基座结构的板厚、肘板数量等常见加强方式无法起到明显作用(在某项实际案例中，甚至出现了5t以下设备，采用18mm板厚都无法满足结构强度要求的情况)。
针对上述情况，从载荷传递方式的角度出发，本实施例将采用隔断式基座设计来减小总纵弯曲对基座造成的影响，该设计采用减少腹板、肘板与主甲板面及反面加强结构之间的接触来切断总纵弯曲的传递路径，同时该基座上连续的结构依然可以为设备提供固定连接点以维持基座的稳固。
某型设备为例建立两种基座模型，其中图6为常规设计，图7为本实施例采用的隔断式设计。两个模型除基座结构不同外，其余参数信息，如连接点位置、基座板厚等均一致。如图4所示，首先确定设备重心位置a点，建立MPC(REB2)抓取设备基座连接点。
a点处运动加速度以100年一遇风暴情况为设计取值，具体见表3。设备水平力设定为8个典型方向进行分析，详见图8。方向1、3、5、7的水平力由沿X向(Y向)加速度乘以设备拖航质量得到；方向2、4、6、8的水平力由X向值与Y向值进行三角函数分解得到。
设备垂向力由Z向加速度乘以设备拖航质量，并同时叠加设备自重得到。各项受力见表5。设备坐落区四周根据甲板面及反面加强结构载荷布置施加甲板面及反面加强结构载荷，同时由于本次计算为拖航工况，故施加由船舶垂向运动产生的额外甲板面及反面加强结构载荷，由甲板面及反面加强结构载荷乘以垂向运动加速度得到，详见图9。
表3各项受力(单位：N)
| 工况 | No.1 | No.2 | No.3 | No.4 | No.5 | No.6 | No.7 | No.8 |
| X | 6312 | 4463 | 0.000 | -4463 | -6312 | -4463 | 0 | 4463 |
| Y | 0 | -10386 | -14691 | -10386 | 0 | 10386 | 14691 | 10386 |
| Z | -16948 | -16948 | -16948 | -16948 | -16948 | -16948 | -16948 | -16948 |
根据该型FPSO的总纵弯矩包络曲线，选取对应截面的静水中垂弯矩与波浪中垂弯矩进行叠加，详见表4。
表4中垂弯矩(单位：N·mm)
| 端面 | 静水中垂弯矩 | 波浪中垂弯矩 | 中垂弯矩叠加 |
| FR161 | -3.38E+12 | -5.68E+12 | -1.21E+13 |
| FR246 | -4.10E+12 | -3.04E+12 | -7.14E+12 |
图10、11为叠加后的中垂弯矩值施加于模型两端的示意。
本次计算除上述描述的载荷外，还将于a点施加设备重量并在全局施加结构自重。
计算结果
根据法国船级社规范要求，许用应力σα由如下公式计算得出：
σα＝1.1×α×Rf
式中：α为工况系数，拖航工况取值为0.8。Rf为材料屈服强度，本实施例研究区域结构强度均为AH32级钢材，所以许用应力为277N/mm2。
表5为本文有限元对比计算结果。由于篇幅原因，应力云图结果仅选取一个工况进行展示，详见图12、13。
表5计算结果对比(单位：N/mm2)
| 工况 | 常规基座 | 隔断式基座 | 应力差值 |
| Lc-01 | 295 | 203 | 92 |
| Lc-02 | 294 | 203 | 91 |
| Lc-03 | 294 | 203 | 91 |
| Lc-04 | 294 | 204 | 90 |
| Lc-05 | 294 | 204 | 90 |
| Lc-06 | 295 | 204 | 91 |
| Lc-07 | 295 | 204 | 91 |
| Lc-08 | 295 | 203 | 92 |
从表格中可发现，在设备载荷不大的情况下，8个工况受力几乎一致，且均大于200N/mm2。由此可判定总纵弯曲已代替设备自身载荷作为结构强度的主要影响因素。而隔断式基座受力明显小于常规式基座，且所有工况均符合许用强度标准，两种基座的应力差值达到90N/mm2。因此隔断式基座的结构强度可有效抵抗总纵弯曲带来的不良影响。
本实施例以某型FPSO为例，利用MSC.PATRAN&Nastran软件，在拖航工况下研究了总纵弯曲对设备基座的影响。根据研究结果可知，较传统设计方法，隔断式基座设计思路更能满足总纵弯曲影响下的结构强度要求。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种船用设备隔断式基座支撑结构，其特征在于，包括隔断式腹板(3)及倒三角肘板(4)，所述隔断式腹板(3)设有若干等距分布的、向下开口的隔断式开孔(5)，所述隔断式腹板(3)包括垂直设置的水平段(31)、竖向段(32)，所述倒三角肘板(4)的两个垂直边分别连接于水平段(31)、竖向段(32)，所述竖向段(32)的下端连接于甲板面及反面加强结构，所述倒三角肘板(4)与隔断式开孔(5)相间设置。
2.根据权利要求1所述的一种船用设备隔断式基座支撑结构，其特征在于，所述倒三角肘板(4)与隔断式腹板(3)的连接方式是焊接。
3.根据权利要求1所述的一种船用设备隔断式基座支撑结构，其特征在于，所述隔断式开孔(5)是两端带圆弧的矩形，且矩形的较长边平行于隔断式腹板(3)。
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