王沈霞

(武漢交通職業(yè)學(xué)院,湖北 武漢 430065)

關(guān)于7117型1500t級(jí)甲板駁貨場(chǎng)圍板強(qiáng)度和剛度的探討＊

王沈霞

(武漢交通職業(yè)學(xué)院,湖北 武漢 430065)

通過對(duì)1500t級(jí)甲板駁貨場(chǎng)圍板的強(qiáng)度和剛度校核,從而分析圍板變形原因。

1500t甲板駁;貨場(chǎng)圍板;圍板立柱;強(qiáng)度和剛度校核

0 引言

7117型1500t級(jí)甲板駁系某航運(yùn)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(chǎn),經(jīng)過對(duì)船舶的穩(wěn)性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、干舷的安全校核,并報(bào)CCS船級(jí)社審核批準(zhǔn),該航運(yùn)公司將7117型1500t級(jí)甲板駁裝載能力由1500t擴(kuò)載至1700t。該類型甲板駁常年航行于長(zhǎng)江全線,擴(kuò)載至1700t后,貨場(chǎng)圍板發(fā)生變形,沿船長(zhǎng)方向的貨場(chǎng)兩側(cè)圍板均向外大面積傾斜。由于“擴(kuò)載結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算書”中,未對(duì)貨場(chǎng)圍板進(jìn)行校核,貨場(chǎng)圍板的尺寸也未改變,因此本文將對(duì)貨場(chǎng)圍板的強(qiáng)度和撓度進(jìn)行校核,以探討貨場(chǎng)圍板變形的原因。

1 主要參數(shù)

總長(zhǎng)75.00m

設(shè)計(jì)水線長(zhǎng)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(qū)域?qū)挾萣10.5m

載貨區(qū)域長(zhǎng)度l55.55m

貨場(chǎng)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(jì)算

該類船舶貨場(chǎng)圍板為t=5mm,高為1.7m的縱向壓筋板,每三檔肋距設(shè)一垂直立柱L6/50,兩立柱中心距為1.65m,圍板頂緣設(shè)有一水平扶強(qiáng)材L75×50×6,現(xiàn)對(duì)貨場(chǎng)圍板垂直立柱進(jìn)行校核。

根據(jù)《船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則》(內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則,2009)8.3.3.5規(guī)定,貨物堆載時(shí),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(xiǎn),因此以載貨為煤炭計(jì)算偏于安全。

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

圖 2

如圖2所示,先按平倉(cāng)堆載,再在平倉(cāng)的基礎(chǔ)上堆載成三角形貨物,不超過37。角。

平倉(cāng)貨物重量:

W平倉(cāng)=1.2×55.55×10.5×1.7=1189.88t

平倉(cāng)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(kù)倫土壓力理論方法進(jìn)行強(qiáng)度及撓度校核

3.1 壓力公式的推導(dǎo)

現(xiàn)沿圍板的長(zhǎng)度方向取1m進(jìn)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(nèi)摩擦角φ,并位于N1的下側(cè);(3)圍板對(duì)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(dāng)楔體下滑時(shí),圍板對(duì)楔體的阻力是向上的,故Ea在N2的下側(cè)。

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(shù),

∴Ea是θ的函數(shù)

將θcr代入(6)式,整理后得:

若假設(shè)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(shè)z為任意圍板高,

壓力強(qiáng)度σa

從上式可知,圍板所受的壓力強(qiáng)度沿圍板高成三角形分布,見圖3(c),壓力的作用點(diǎn)距圍板底端H/3處,方向?yàn)樗?因δ=0)。

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

當(dāng)φ=37°,β=23°時(shí),

3.2 圍板立柱強(qiáng)度校核

M=Ea×1.65×H(1.65為立柱間距)

將立柱L6/50簡(jiǎn)化成頂截面L75×50×6來進(jìn)行計(jì)算(偏于安全)

其剖面模數(shù)W=30.71cm3,慣性矩I=207.5cm4

作用在立柱底部強(qiáng)度:

據(jù)《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶入級(jí)與建造規(guī)范》(2009)1. 3.2.2,許用應(yīng)力[σ]=0.235×106KN/m2,鋼材的彈性模量E=2.06×105N/mm2

∴σ<[σ] 滿足強(qiáng)度要求

3.3 圍板立柱撓度校核(懸臂梁理論計(jì)算)

圍板立柱最大線壓力:

立柱頂端撓度:

據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)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(yīng)采取的措施

4.1 貨場(chǎng)圍板立柱結(jié)構(gòu)剛度偏弱

7117型1500t級(jí)甲板駁船貨場(chǎng)圍板兩間距過大,其所受平均負(fù)荷增加。從表1可看出,立柱底部的強(qiáng)度滿足要求,而其頂端的撓度接近許用撓度,撓度的儲(chǔ)備裕度較小,故立柱結(jié)構(gòu)剛度偏弱。

?

4.2 其它影響

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

(2)修船時(shí),由于對(duì)貨場(chǎng)圍板未進(jìn)行維修,貨場(chǎng)圍板及其立柱底部銹蝕嚴(yán)重,使其底部與甲板的聯(lián)接由原剛性固定變?yōu)閺椥怨潭?造成貨場(chǎng)圍板外傾;

(3)港口碼頭裝卸貨物時(shí),由于裝卸工具使用不當(dāng),造成對(duì)貨場(chǎng)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(chǎng)圍板及其構(gòu)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(fù)荷q,才能減少撓度。因此,采取在兩個(gè)立柱之間1/2處,增設(shè)同一規(guī)格(L6/ 50)的立柱來降低其所受的平均負(fù)荷,或采用在立柱1/2處,增設(shè)水平加強(qiáng)材來減少其跨度,從而達(dá)到消除貨場(chǎng)圍板變形的目的。

5 總結(jié)

本文推導(dǎo)的貨場(chǎng)圍板強(qiáng)度和剛度公式可作為一定的參考。同時(shí)設(shè)計(jì)船舶時(shí),應(yīng)考慮實(shí)船需要,對(duì)貨場(chǎng)圍板予以校核。此外,載貨時(shí)嚴(yán)禁超載,并加強(qiáng)對(duì)貨場(chǎng)圍板的維護(hù),以防引起貨場(chǎng)圍板變形的發(fā)生。

[1]中華人民共和國(guó)船舶檢驗(yàn)局.《船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則》[S].北京:人民交通出版社,2009.

[2]中國(guó)船級(jí)社.《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶入級(jí)與建造規(guī)范》[S].北京:人民交通出版社,2009.

[3]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50017 -2003)》[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2003.

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U663.6

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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(yè)學(xué)院船舶與輪機(jī)工程系高級(jí)工程師,主要從事船舶工藝與設(shè)備研究。