黃海鋒

6 000 t級(jí)散貨船中部區(qū)域結(jié)構(gòu)受損應(yīng)力分析及加強(qiáng)方案

黃海鋒

（中國(guó)船級(jí)社福州分社，福建 福州 350000）

以某6 000 t級(jí)散貨船在青島某港裝貨過(guò)程中，由于裝載方式不夠合理，出現(xiàn)的中部貨艙區(qū)域甲板角隅、甲板、舷頂列板及內(nèi)舷板部分?jǐn)嗔?，甲板及舷?cè)4根縱骨斷裂等現(xiàn)象為例，對(duì)其成因進(jìn)行了分析，提出了結(jié)構(gòu)加強(qiáng)方案，并對(duì)改裝后的方案重新進(jìn)行總縱強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度計(jì)算。此加強(qiáng)方案符合規(guī)范設(shè)計(jì)要求，并經(jīng)過(guò)多年的海上運(yùn)營(yíng)驗(yàn)證，沒有出現(xiàn)結(jié)構(gòu)異?，F(xiàn)象。

6 000 t級(jí)散貨船；總縱強(qiáng)度；疲勞強(qiáng)度；結(jié)構(gòu)修復(fù)

1 船舶主尺度

船舶總長(zhǎng)為109.00 m，垂線間長(zhǎng)為100.60 m，型寬為16.20 m，型深為7.60 m，設(shè)計(jì)吃水為6.50 m。

2 原船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度圖樣文件分析

2.1 相關(guān)位置說(shuō)明

實(shí)船船中位置為FR79#+500，大開口強(qiáng)度計(jì)算剖面位置（貨艙區(qū)）為FR37、FR65、FR89、FR110、FR135。

2.2 中剖面模數(shù)、大開口強(qiáng)度計(jì)算有關(guān)結(jié)果

參考原設(shè)計(jì)相關(guān)資料如下：①原船實(shí)船計(jì)算中剖面模數(shù)d＝1 957 675.8 cm3，規(guī)范要求剖面模數(shù)0＝1 910 270 cm3，d/0=1 957 675.8/1 910 270=1.025，中剖面模數(shù)裕度為2.5%。②大開口強(qiáng)度合成應(yīng)力較大的區(qū)域發(fā)生在FR65～FR110區(qū)域的迎浪狀態(tài)。FR37的應(yīng)力=69.0 N/mm2，F(xiàn)R65的應(yīng)力=147.41 N/mm2，F(xiàn)R89的應(yīng)力=152.34 N/mm2，F(xiàn)R110的應(yīng)力=118.6 N/mm2，F(xiàn)R135的應(yīng)力=39.4 N/mm2。

在大開口強(qiáng)度計(jì)算中體現(xiàn)應(yīng)力包絡(luò)曲線，在FR78+250的應(yīng)力=156.7 N/mm2無(wú)限接近許用應(yīng)力0=157 N/mm2，大開口強(qiáng)度裕度近乎為0。滿載到港迎浪狀態(tài)下彎曲應(yīng)力包絡(luò)曲線如圖1所示。

圖1 應(yīng)力包絡(luò)曲線

3 結(jié)構(gòu)形式存在缺陷分析和加強(qiáng)方案

抗扭箱內(nèi)舷與外舷及甲板之間結(jié)構(gòu)連接不合理，不能形成有效的箱型梁結(jié)構(gòu)，造成結(jié)構(gòu)受力傳遞效能差，不能共同承擔(dān)應(yīng)力。即在甲板高應(yīng)力狀態(tài)，內(nèi)舷結(jié)構(gòu)處失穩(wěn)狀態(tài)，同時(shí)在彎扭組合狀態(tài)下造成艙口對(duì)角扭曲嚴(yán)重。

結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施如下：改善抗扭箱結(jié)構(gòu)形式，即在貨艙區(qū)抗扭箱內(nèi)將內(nèi)縱壁連接甲板，形成閉合箱型（FR49～FR112），兩端過(guò)渡兩檔消失，并隔檔設(shè)連接肘板；增加內(nèi)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(cè)增設(shè)甲板縱桁（FR49～FR112），過(guò)渡一檔消失；隔檔增設(shè)肘板（FR49～FR112）；開口線外甲板縱骨過(guò)度拉伸，需重新更換（0.4 L區(qū)域）。

6 000 t級(jí)散貨船中部區(qū)域結(jié)構(gòu)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(qiáng)度在角隅處形成突變狀態(tài)，易造成過(guò)度應(yīng)力集中和疲勞損傷。

結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施如下：在兩貨艙艙口圍處增設(shè)圓弧狀大肘板過(guò)渡，減少在結(jié)構(gòu)突變區(qū)域形成的應(yīng)力集中。

4 對(duì)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)后的疲勞強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度進(jìn)行有限元分析

根據(jù)中國(guó)船級(jí)社《國(guó)內(nèi)航行海船建造規(guī)范》的規(guī)定，對(duì)6 000 t級(jí)散貨船貨艙區(qū)域的甲板、內(nèi)外底板、內(nèi)外舷側(cè)外板等主要構(gòu)件應(yīng)用直接計(jì)算方法進(jìn)行了強(qiáng)度計(jì)算。

應(yīng)力評(píng)估區(qū)域選取FR61～FR117之間的主要結(jié)構(gòu)，計(jì)算應(yīng)力匯總?cè)绫?所示。該散貨船加強(qiáng)后結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

據(jù)中國(guó)船級(jí)社《船體結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度指南》要求，對(duì)本散貨船船體應(yīng)力熱點(diǎn)疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算與評(píng)估，疲勞強(qiáng)度評(píng)估的目的是評(píng)估該船在服役期內(nèi)，由于應(yīng)力集中可能導(dǎo)致的貨艙折角疲勞損傷。

使用CCS船級(jí)社開發(fā)的CCS-TOOLS程序?qū)Ω鳠狳c(diǎn)的疲勞損傷進(jìn)行計(jì)算。

疲勞損傷計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

圖2 6 000 t級(jí)散貨船中部區(qū)域結(jié)構(gòu)修改前和修改后比較

表1 應(yīng)力匯總（單位：N/mm）

結(jié)構(gòu)分類工況σeσlσwτ 甲板板LC128.426.4—— LC270.653.2—— 平臺(tái)板LC16.284.75—— LC225.716.6—— 內(nèi)舷側(cè)板LC127.410.714.6— LC224.712.114.5— 外舷側(cè)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(jié)

綜合上述關(guān)于本船缺陷分析及結(jié)構(gòu)加強(qiáng)有效措施，可以得出，甲板抗扭箱結(jié)構(gòu)內(nèi)縱壁與甲板未形成有效連接，船舶在波浪航行中易造成構(gòu)件失穩(wěn)，傳遞應(yīng)力效果差；甲板大開口總縱強(qiáng)度強(qiáng)度裕度不足和結(jié)構(gòu)過(guò)渡不合理，極易產(chǎn)生應(yīng)力過(guò)高區(qū)域；甲板縱向強(qiáng)度在角隅處形成突變狀態(tài)，易造成過(guò)度應(yīng)力集中和疲勞損傷。

表2 疲勞損傷計(jì)算結(jié)果匯總表

校核部位材料屈服極限裂紋所在環(huán)境計(jì)算結(jié)果結(jié)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(qiáng)度和屈服強(qiáng)度有限元分析由江蘇科技大學(xué)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(yán)麗琴〕