ALGOR在計算船塢底板中的應用

趙鑫 秦向向

摘要：隨著船舶尺寸不斷增大，底板上荷載不斷增大以及排水減壓結構廣泛發展，船塢底板也逐漸增大。而底板作為船塢的重要結構組成部分及主要受力構件，能否采用合理的計算方法以及合適的受力方式設計，對于船塢質量提高、船塢正常運行，以及船塢造價的降低都非常關鍵。

關鍵詞：船塢底板ALGOR

Abstract: With the increase of the size of vessels and the load on the floor, and the development of dock-drainage system ,the dock floor increases gradually. However, As the important structural components and the main stress components of the dock , the reasonable calculation method and the force way of the dock floor is important, especially for the improvement of the quality, the normal operation and decrease of the cost of the dock.

Key: DockDock floorALGOR

中圖分類號：U673.33文獻標識碼： A 文章編號：

前言

船塢是用來修造船舶的水工建筑物。目前，船塢主要有兩種形式：干船塢和浮船塢。其中干船塢是由塢室、塢口、塢門、灌排水系統等組成。塢室是盛放船體，用于修造船舶的空室。塢口主要是用來固定塢門。塢門主要是用來擋水，保證船塢正常工作，因此塢門的密水性要求非常高[1]。

船舶逐漸大型化，船塢底板承受的荷載逐漸增大，隨之地基承載力增大。更有分離式船塢底板和排水減壓結構的廣泛采用，這些發展引發船塢底板的尺寸也逐漸增大。然而底板作為船塢的重要結構組成部分以及主要受力構件，采用合理的計算方法以及受力方式設計，對保證船塢的安全使用，船塢能夠正常運行，船塢工程造價的降低都非常關鍵。

分離式底板多應用于排水減壓式船塢中，大大的減小了底板的厚度，降低工程造價。分離式底板上設置了若干條縱橫變形縫，將底板分割成許多矩形板。因此要按照雙向彎曲的基礎板對底板進行計算。求解雙向彎曲基礎板的彎矩以及剪力就要求解彈性曲面撓度方程[1]，然而撓度方程求解與荷載情況、邊界條件有關，要想求出精確解不容易。因此，基于基床系數假設的近似分析法，可以采用有限元法方便求解。

筆者以船廠項目的船塢底板為例，采用美國ALGOR數值分析計算軟件公司出品的ALGOR系列軟件[2] ，簡化底板模型，按照船塢底板受力不同工況，對船塢底板內力進行有限元分析計算，計算出底板的彎矩。

2、船塢底板有限元分析

2.1 船塢底板介紹

某船塢底板基本坐落在中風化凝灰巖上，僅在船塢西南角局部中風化基巖埋藏較深，塢底板采用減壓排水分離式現澆鋼筋混凝土結構。結構重要性系數1.1，抗震等級3級。底板沿船塢的縱向分段長度為20.0米，橫向分為5塊，板寬均為20米；兩側邊板厚度為0.8（0.6）米,其余中板厚度為1（0.8）米。底板下設計無砂混凝土墊層0.2米以及減壓排水系統。

2.1.1 塢室底板材料

船塢底板采用現澆鋼筋混凝土板。混凝土強度等級為C35，鋼材強度等級為Q235B。其材料采用彈性材料，其彈性模量為3.0×107kpa，密度為2.45×103kg/m3，泊松比為0.67。

2.1.2 塢室底板荷載及邊界條件

對船塢底板進行有限元分析，塢室底板邊界條件為四周邊界自由，底板下面節點特性為地基特性，在底板下每個節點處施加彈性約束。塢室底板所受主要荷載有自身重力、塢墩荷載以及地面使用荷載。需要修造的船舶坐落在中墩和邊墩上，船舶的重力通過中龍骨墩和邊龍骨墩傳給塢室底板，簡化為線荷載。

2.1.3 有限元模型建立

在ALGOR中建立塢室底板有限元模型，底板采用板單元，劃分單元為0.5m長小正立方體，船塢底板結構內力計算采用文克爾理論彈性地基理論[3]計算為依據，按照彈性地基板計算。底板下的土體采用豎向彈簧來模擬，彈簧的剛度用“地基基床系數*彈簧等效土體面積”來表示，基床系數根據《干船塢設計規范》[4]，中等風化的硬質巖石，基床系數取K=（10~50）×104KN/m2 。

2.1.4 有限元計算

根據板的劃分，用ALGOR分別對船塢底板縱向荷載分區最不利工況進行計算，計算各種情況下底板受力荷載組合，見下表2.1。

船塢底板計算組合結果如下：

組合1：

圖2.1 X-X方向彎矩圖 圖2.2 Y-Y方向彎矩圖

組合2

圖2.3 X-X方向彎矩圖 圖2.4 Y-Y方向彎矩圖

組合3

圖2.5 X-X方向彎矩圖 圖2.6 Y-Y方向彎矩圖

其中X-X表示板間距向。Y-Y表示豎向。

結語

文中以舟山船塢為例，采用ALGOR有限元軟件建立分析模型，并對對該船塢底板受力進行有限元計算分析。由分析結果可見，船塢底板內力最大值出現在計算底板跨中，也證明了本文的有限元計算方法是一種計算船塢底板的有效簡易可行的計算方法。船塢底板的受力計算方法很重要，這關系著船塢是否能夠安全運行，對于保證船塢安全以及降低船塢工程造價都有非常關鍵的意義。

參考文獻

【1】港口水工建筑物. 北京：人民交通出版社，2008.

【2】寇曉東，唐可，田彩軍.ALGOR結構分析高等教程.北京：清華大學出版社，2008.

【3】李振聲.浮箱式船塢設計.海岸工程，1998，3：16-25.

【4】中國船級社.干船塢設計規范.北京：人民交通出版社，1987.

作者簡介：趙鑫，男，畢業于河海大學，碩士研究生，現任職大連港口設計研究院，助理工程師