關于7117型1500t級甲板駁貨場圍板強度和剛度的探討＊

王沈霞

(武漢交通職業學院,湖北 武漢 430065)

關于7117型1500t級甲板駁貨場圍板強度和剛度的探討＊

王沈霞

(武漢交通職業學院,湖北 武漢 430065)

通過對1500t級甲板駁貨場圍板的強度和剛度校核,從而分析圍板變形原因。

1500t甲板駁;貨場圍板;圍板立柱;強度和剛度校核

0 引言

7117型1500t級甲板駁系某航運公司所屬的以裝載煤炭、黃沙、礦石、鋼材、建筑材料等大宗載貨為主的甲板貨駁。為了深挖潛力,盤活資產,經過對船舶的穩性、結構強度、干舷的安全校核,并報CCS船級社審核批準,該航運公司將7117型1500t級甲板駁裝載能力由1500t擴載至1700t。該類型甲板駁常年航行于長江全線,擴載至1700t后,貨場圍板發生變形,沿船長方向的貨場兩側圍板均向外大面積傾斜。由于“擴載結構強度計算書”中,未對貨場圍板進行校核,貨場圍板的尺寸也未改變,因此本文將對貨場圍板的強度和撓度進行校核,以探討貨場圍板變形的原因。

1 主要參數

總長75.00m

設計水線長72.00m

型寬13.30m

型深3.40m

吃水2.62m

肋距0.55m

載貨量1700t

載貨區域寬度b10.5m

載貨區域長度l55.55m

貨場圍板高H1.7m

立柱中心距1.65m

散裝貨物煤的比重γ1.2t/m3

2 載貨方式及要素計算

該類船舶貨場圍板為t=5mm,高為1.7m的縱向壓筋板,每三檔肋距設一垂直立柱L6/50,兩立柱中心距為1.65m,圍板頂緣設有一水平扶強材L75×50×6,現對貨場圍板垂直立柱進行校核。

根據《船舶與海上設施法定檢驗規則》(內河船舶法定檢驗技術規則,2009)8.3.3.5規定,貨物堆載時,如圖1所示。

圖 1

l1≮0.4b

0.4b=0.4×10.5=4.2m

取l1=5m

該船載貨主要有煤炭、黃沙、砂石、鋼材等,其中煤的密度為最小(1.2t/m3),故以裝煤為最危險,因此以載貨為煤炭計算偏于安全。

為了滿足該船到港后承載1700噸煤的要求,在實際裝載貨物過程中,常常在出港時裝運1900噸的濕煤,故載貨量以1900噸來計。

圖 2

如圖2所示,先按平倉堆載,再在平倉的基礎上堆載成三角形貨物,不超過37。角。

平倉貨物重量:

W平倉=1.2×55.55×10.5×1.7=1189.88t

平倉上面三角形貨物重量:

W△=1900-1189.88=710.12t

三角形貨物的體積:

V△=710.12/1.2=591.77m3

3 采用庫倫土壓力理論方法進行強度及撓度校核

3.1 壓力公式的推導

現沿圍板的長度方向取1m進行分析,如圖3 (a)所示,作用于楔體(貨物)ABC上的力有:(1)楔體的自重Wg=S△ABC×1×γ,γ為煤的比重,Wg方向向下;(2)破壞面BC上的反力R,反力R與破壞面BC的法線N1之間的夾角等于貨物的內摩擦角φ,并位于N1的下側;(3)圍板對楔體的反力Ea,與Ea大小相等、方向相反的作用力就是圍板所受的楔體(貨物)壓力,Ea與圍板的法線N2成δ角,δ角為圍板與貨物之間的外摩擦角,當楔體下滑時,圍板對楔體的阻力是向上的,故Ea在N2的下側。

楔體△ABC的重量

圖 3

將(2)、(3)代入(1)式

在受力△abc中(見圖3(b))

其中(ψ=90。-δ)

由正弦定律得:

將(4)代入(5)式得

式中γ、H、β、φ、ψ都是常數,

∴Ea是θ的函數

將θcr代入(6)式,整理后得:

若假設圍板是光滑的,即δ=0,代入(7)式

則Ea=

令Ka

從上式可知,Ea與圍板高的平方成正比。

設z為任意圍板高,

壓力強度σa

從上式可知,圍板所受的壓力強度沿圍板高成三角形分布,見圖3(c),壓力的作用點距圍板底端H/3處,方向為水平(因δ=0)。

楔體內摩擦角φ值取決于楔體的摩擦阻力以及聯鎖作用,一般可以取煤:φ為37°。

當φ=37°,β=23°時,

3.2 圍板立柱強度校核

M=Ea×1.65×H(1.65為立柱間距)

將立柱L6/50簡化成頂截面L75×50×6來進行計算(偏于安全)

其剖面模數W=30.71cm3,慣性矩I=207.5cm4

作用在立柱底部強度:

據《鋼質內河船舶入級與建造規范》(2009)1. 3.2.2,許用應力[σ]=0.235×106KN/m2,鋼材的彈性模量E=2.06×105N/mm2

∴σ<[σ] 滿足強度要求

3.3 圍板立柱撓度校核(懸臂梁理論計算)

圍板立柱最大線壓力:

立柱頂端撓度:

據《鋼結構設計規范》GB50017-2003附錄A,許用撓度[f]=2H/400=2×1700/400=8.5mm

∴f<[f] 滿足撓度要求

4 圍板變形原因分析及應采取的措施

4.1 貨場圍板立柱結構剛度偏弱

7117型1500t級甲板駁船貨場圍板兩間距過大,其所受平均負荷增加。從表1可看出,立柱底部的強度滿足要求,而其頂端的撓度接近許用撓度,撓度的儲備裕度較小,故立柱結構剛度偏弱。

?

4.2 其它影響

(1)由于航行時貨物中的水分易被蒸發,因此裝貨時常常以超載來達到滿足貨主要求,致使貨場圍板受壓增加;

(2)修船時,由于對貨場圍板未進行維修,貨場圍板及其立柱底部銹蝕嚴重,使其底部與甲板的聯接由原剛性固定變為彈性固定,造成貨場圍板外傾;

(3)港口碼頭裝卸貨物時,由于裝卸工具使用不當,造成對貨場圍板的沖撞使其變形。

4.3 采用措施

從撓度公式f=qH4/30EIφ來分析,在原有貨場圍板及其構件不變的前提下,即φH、E、Iφ不變,只有降低立柱所受的平均負荷q,才能減少撓度。因此,采取在兩個立柱之間1/2處,增設同一規格(L6/ 50)的立柱來降低其所受的平均負荷,或采用在立柱1/2處,增設水平加強材來減少其跨度,從而達到消除貨場圍板變形的目的。

5 總結

本文推導的貨場圍板強度和剛度公式可作為一定的參考。同時設計船舶時,應考慮實船需要,對貨場圍板予以校核。此外,載貨時嚴禁超載,并加強對貨場圍板的維護,以防引起貨場圍板變形的發生。

[1]中華人民共和國船舶檢驗局.《船舶與海上設施法定檢驗規則》[S].北京:人民交通出版社,2009.

[2]中國船級社.《鋼質內河船舶入級與建造規范》[S].北京:人民交通出版社,2009.

[3]中華人民共和國建設部.《鋼結構設計規范(GB50017 -2003)》[S].北京:中國計劃出版社,2003.

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U663.6

B

1672-9846(2010)04-0078-03

2010-10-26

王沈霞(1964-),女,湖北武漢人,武漢交通職業學院船舶與輪機工程系高級工程師,主要從事船舶工藝與設備研究。