6 000 t級散貨船中部區域結構受損應力分析及加強方案

黃海鋒

6 000 t級散貨船中部區域結構受損應力分析及加強方案

黃海鋒

（中國船級社福州分社，福建 福州 350000）

以某6 000 t級散貨船在青島某港裝貨過程中，由于裝載方式不夠合理，出現的中部貨艙區域甲板角隅、甲板、舷頂列板及內舷板部分斷裂，甲板及舷側4根縱骨斷裂等現象為例，對其成因進行了分析，提出了結構加強方案，并對改裝后的方案重新進行總縱強度和疲勞強度計算。此加強方案符合規范設計要求，并經過多年的海上運營驗證，沒有出現結構異?，F象。

6 000 t級散貨船；總縱強度；疲勞強度；結構修復

1 船舶主尺度

船舶總長為109.00 m，垂線間長為100.60 m，型寬為16.20 m，型深為7.60 m，設計吃水為6.50 m。

2 原船結構強度圖樣文件分析

2.1 相關位置說明

實船船中位置為FR79#+500，大開口強度計算剖面位置（貨艙區）為FR37、FR65、FR89、FR110、FR135。

2.2 中剖面模數、大開口強度計算有關結果

參考原設計相關資料如下：①原船實船計算中剖面模數d＝1 957 675.8 cm3，規范要求剖面模數0＝1 910 270 cm3，d/0=1 957 675.8/1 910 270=1.025，中剖面模數裕度為2.5%。②大開口強度合成應力較大的區域發生在FR65～FR110區域的迎浪狀態。FR37的應力=69.0 N/mm2，FR65的應力=147.41 N/mm2，FR89的應力=152.34 N/mm2，FR110的應力=118.6 N/mm2，FR135的應力=39.4 N/mm2。

在大開口強度計算中體現應力包絡曲線，在FR78+250的應力=156.7 N/mm2無限接近許用應力0=157 N/mm2，大開口強度裕度近乎為0。滿載到港迎浪狀態下彎曲應力包絡曲線如圖1所示。

圖1 應力包絡曲線

3 結構形式存在缺陷分析和加強方案

抗扭箱內舷與外舷及甲板之間結構連接不合理，不能形成有效的箱型梁結構，造成結構受力傳遞效能差，不能共同承擔應力。即在甲板高應力狀態，內舷結構處失穩狀態，同時在彎扭組合狀態下造成艙口對角扭曲嚴重。

結構加強措施如下：改善抗扭箱結構形式，即在貨艙區抗扭箱內將內縱壁連接甲板，形成閉合箱型（FR49～FR112），兩端過渡兩檔消失，并隔檔設連接肘板；增加內舷豎板縱骨（FR49～FR112），削斜消失；增加舷邊角鋼（FR49～FR112），削斜消失；主甲板距CL7600甲板縱骨外側增設甲板縱桁（FR49～FR112），過渡一檔消失；隔檔增設肘板（FR49～FR112）；開口線外甲板縱骨過度拉伸，需重新更換（0.4 L區域）。

6 000 t級散貨船中部區域結構修改前和修改后比較如圖2所示。

兩艙均為大開口，兩貨艙中間僅5.4 m。艙口圍板高度2 m，甲板縱向強度在角隅處形成突變狀態，易造成過度應力集中和疲勞損傷。

結構加強措施如下：在兩貨艙艙口圍處增設圓弧狀大肘板過渡，減少在結構突變區域形成的應力集中。

4 對結構加強后的疲勞強度和屈服強度進行有限元分析

根據中國船級社《國內航行海船建造規范》的規定，對6 000 t級散貨船貨艙區域的甲板、內外底板、內外舷側外板等主要構件應用直接計算方法進行了強度計算。

應力評估區域選取FR61～FR117之間的主要結構，計算應力匯總如表1所示。該散貨船加強后結構強度滿足規范要求。

據中國船級社《船體結構疲勞強度指南》要求，對本散貨船船體應力熱點疲勞強度進行計算與評估，疲勞強度評估的目的是評估該船在服役期內，由于應力集中可能導致的貨艙折角疲勞損傷。

使用CCS船級社開發的CCS-TOOLS程序對各熱點的疲勞損傷進行計算。

疲勞損傷計算結果匯總如表2所示。

圖2 6 000 t級散貨船中部區域結構修改前和修改后比較

表1 應力匯總（單位：N/mm）

結構分類工況σeσlσwτ 甲板板LC128.426.4—— LC270.653.2—— 平臺板LC16.284.75—— LC225.716.6—— 內舷側板LC127.410.714.6— LC224.712.114.5— 外舷側板LC115.813.531.1— LC230.223.712.6— 頂邊艙斜板LC122.821.26.62— LC248.846.915.7—

5 總結

綜合上述關于本船缺陷分析及結構加強有效措施，可以得出，甲板抗扭箱結構內縱壁與甲板未形成有效連接，船舶在波浪航行中易造成構件失穩，傳遞應力效果差；甲板大開口總縱強度強度裕度不足和結構過渡不合理，極易產生應力過高區域；甲板縱向強度在角隅處形成突變狀態，易造成過度應力集中和疲勞損傷。

表2 疲勞損傷計算結果匯總表

校核部位材料屈服極限裂紋所在環境計算結果結果 角隅235上表面空艙0.896合格 下表面干散貨艙0.887合格

鳴謝：本船疲勞強度和屈服強度有限元分析由江蘇科技大學王慶豐教授提供。

U661.4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.18.064

2095－6835（2019）18－0149－02

〔編輯：嚴麗琴〕