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        內(nèi)河客船露天甲板欄桿設(shè)計探討

        2022-07-09 09:06:52煒,劉
        廣東造船 2022年3期

        吳 煒,劉 健

        (中國船級社實業(yè)公司廣州分公司,廣州 510235)

        1 前言

        近年來,隨著內(nèi)河旅游和內(nèi)河客運的繁榮發(fā)展,內(nèi)河客船更新?lián)Q代逐步加速,新型船舶不斷涌現(xiàn),船用欄桿作為客船上人員安全保護(hù)的重要設(shè)施,其形式材質(zhì)也日趨多樣化。貨船欄桿主要用于船員保護(hù),結(jié)構(gòu)比較統(tǒng)一,一般直接選用標(biāo)準(zhǔn)件即可;但內(nèi)河客船欄桿的設(shè)計就復(fù)雜許多,除了其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、間隙等需要滿足船員保護(hù)的需求之外,還要考慮各年齡段乘客特別是兒童的保護(hù)需求,同時還要滿足個性化和美觀的要求。

        2 設(shè)計要點

        船用欄桿從安裝位置分類:可分為室內(nèi)欄桿和室外欄桿兩類;從結(jié)構(gòu)型式分類可分為活動式欄桿和固定式欄桿兩類;活動式欄桿又可分為可拆式和可倒式活動欄桿兩類??刹鹗綑跅U在工作需要時可將欄桿拆下,需另外安放;而可倒式欄桿則就地倒下便可以工作,省去了拆裝和搬運的工作。

        本文主要探討室外露天甲板固定式欄桿的幾種形式?;顒邮綑跅U設(shè)計一般可參考固定式欄桿,但欄桿立柱需設(shè)置成活動式,配合活動小鏈、掛鉤和扶手索、螺旋扣等使用。

        中國海事局《內(nèi)河船舶法定檢驗規(guī)則 2019》和中國船級社《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范 2016》及適用修改通報,均對船用欄桿設(shè)置有明確規(guī)定:在內(nèi)河客船載客甲板(干舷甲板、甲板室和上層建筑甲板等)的開敞部分,未設(shè)置舷墻的位置和甲板開口、梯口、平臺邊緣處應(yīng)設(shè)置欄桿;在頂篷甲板上,若不是船員經(jīng)常活動和工作處所,可設(shè)置矮欄桿或防滑板等安全保護(hù)設(shè)施。

        內(nèi)河客船露天甲板欄桿主要設(shè)計要點如下:

        (1)強(qiáng)度:欄桿立柱、扶手、橫檔、玻璃的強(qiáng)度,需滿足法規(guī)和規(guī)范要求;

        (2)高度:欄桿高度應(yīng)大于等于1 000 mm,但一般應(yīng)小于等于1 200 mm;室外斜梯上的欄桿高度,垂直測量時,踏步面到欄桿頂部也不能小于1 000 mm;

        (3)間隙:內(nèi)河船欄桿立柱之間的距離不大于2000 mm;若兩立柱之間的桿件采用水平布置,最低一檔以下的凈高度應(yīng)不大于180 mmm;其他各檔間凈距應(yīng)不大于280 mmm;若兩立柱之間的桿件采用垂直布置,垂直桿件間凈距應(yīng)不大于110 mm;若兩桿件之間設(shè)有擋板、花格、防護(hù)網(wǎng)、玻璃等能防護(hù)乘客跌落的裝飾物,兩桿件之間的凈距可適當(dāng)放寬;

        (4)欄桿支撐:欄桿立柱應(yīng)至少在每隔兩根的下端與欄桿平面垂直的平面內(nèi)設(shè)置肘板、撐條支撐,如每隔1檔或每檔都設(shè)置支撐的話可以適當(dāng)減小支撐尺寸;

        (5)玻璃應(yīng)選用鋼化玻璃、浮法玻璃或者聚碳酸酯玻璃;玻璃層數(shù)至多不超過三層。單層玻璃厚度不小于5 mm,兩層玻璃的厚度之和不小于6.5 mm,三層玻璃的厚度之和不小于7.5 mm。

        3 典型欄桿形式

        常用內(nèi)河船露天甲板固定式欄桿主要形式,可歸納為豎檔欄桿、橫檔欄桿、玻璃欄桿三類;欄桿主要由欄桿立柱、扶手、橫檔、豎檔、擋板等構(gòu)成。其中,欄桿立柱、橫檔、豎檔一般為金屬材質(zhì),主要選用不銹鋼、鋁合金、鍍鋅碳鋼等;欄桿高度一般取1000~1200 mm;立柱間距一般取1000~2000 mm。

        3.1 橫檔欄桿

        橫檔欄桿一般由欄桿立柱、扶手和3~4根橫檔組成,不設(shè)豎檔:立柱一般選用扁鐵、圓管或者矩形管;扶手一般選用圓管;橫檔選用稍小圓管或者實心圓材;欄桿立柱、扶手等均需要按標(biāo)準(zhǔn)選用或者強(qiáng)度計算。典型橫檔欄桿形式,如圖1所示。

        圖1 橫桿欄桿

        3.2 豎檔欄桿

        豎檔欄桿一般由欄桿立柱、扶手、1~2根橫檔和較密集豎檔組成:立柱一般選用扁鐵、圓管或者矩形管;扶手一般選用圓管;橫檔圓管或者矩形管;欄桿立柱、扶手等均需要按標(biāo)準(zhǔn)選用或者強(qiáng)度計算。典型豎檔欄桿形式,如圖2所示。

        圖2 豎桿欄桿

        3.3 玻璃欄桿

        玻璃欄桿一般由欄桿立柱、扶手和0~2根橫檔和玻璃板組成:立柱一般選用扁鐵、圓管或者矩形管;扶手一般選用圓管;橫檔一般選用矩形管或型材;欄桿立柱、扶手、玻璃板等均需要按標(biāo)準(zhǔn)選用或者強(qiáng)度計算。典型玻璃欄桿形式,如圖3所示。

        圖3 玻璃欄桿

        3.4 各種欄桿形式對比

        上述三種客船欄桿形式各有特點,在內(nèi)河客船中均有應(yīng)用。其中,橫桿欄桿使用范圍最廣,玻璃欄桿近年來使用越來越多。各種欄桿形式對比,見表1。

        表1 各種欄桿形式對比

        4 強(qiáng)度計算

        4.1 計算方法

        常用的船用露天甲板欄桿的標(biāo)準(zhǔn),主要有《CB/T 663-1999船用欄桿》和《GB/T 23425-2009 造船 貨船欄桿》。這些標(biāo)準(zhǔn)較老,且所列欄桿形式較為單一,在貨船上使用基本可以滿足要求,但對于日新月異、形式多樣的客船來說參考價值較低,因此客船欄桿一般為非標(biāo)準(zhǔn)欄桿,需要計算其強(qiáng)度。

        內(nèi)河船舶相關(guān)法規(guī)和規(guī)范,對于船用欄桿強(qiáng)度計算方法沒有詳細(xì)規(guī)定。在欄桿強(qiáng)度計算時,立柱和扶手考慮參考建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)《GB 50009-2012建筑結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范》進(jìn)行直接計算,玻璃板參照規(guī)范關(guān)于玻璃幕墻的方法計算。

        4.2 計算實例

        某內(nèi)河客船露天甲板欄桿采用玻璃欄桿形式:欄桿立柱間距1 500 mm,型號為扁鋼-100x12,扶手為圓管φ42x3,材質(zhì)均為304;欄桿玻璃為厚度7 mm雙層夾膠鋼化玻璃;欄桿所在甲板距滿載水線高度為5 m。

        該欄桿強(qiáng)度計算如下:

        參考《GB 50009-2012建筑結(jié)構(gòu)在載荷規(guī)范》:學(xué)校、食堂、劇場、電影院、車站、禮堂、展覽館、體育場,欄桿頂部的水平荷載應(yīng)取1.0 kN/m,豎向荷載應(yīng)取1.2 kN/m,水平荷載和豎向荷載應(yīng)分別考慮(不同時考慮);搬運和裝卸重物以及車輛啟動和剎車的重力系數(shù),采用1.1~1.3。

        (1)欄桿扶手在水平荷載作用下的強(qiáng)度計算

        ① 扶手在水平荷載作用下的彎矩計算值:

        式中:q—扶手上作用的水平均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值,q=1.0 N/mm;

        k —扶手上作用的水平均布荷載動力系數(shù),k=1.3;

        L —扶手跨度,L=1 500 mm。

        ② 抗彎強(qiáng)度校核:

        按簡支梁抗彎強(qiáng)度,應(yīng)滿足:

        式中:W—扶手在水平荷載作用方向的剖面模數(shù), W=3346 mm;

        σ—扶手許用彎曲應(yīng)力,σ=205 MPa

        M/W=109.272 MPa≤205 MPa

        扶手在水平荷載作用下的抗彎強(qiáng)度,滿足要求。

        (2)欄桿立柱荷載計算

        欄桿立柱為懸臂梁,底端固定,主要承受的荷載包括:玻璃板承受的荷載以集中荷載方式傳遞到立柱上;扶手承受的水平荷載以集中載荷方式傳遞到立柱上。

        ① 扶手傳遞的作用力:

        ② 玻璃板承受的荷載:

        玻璃板承受的載荷參照規(guī)范關(guān)于玻璃幕墻的方法計算:

        式中:P—玻璃板總載荷,N;

        q—玻璃板承受的均布載荷,MPa;

        a—玻璃板長度,a=1 500 mm;

        b—玻璃板寬度,b=660 mm;

        h—玻璃板中心距滿載水線高度,h=5.51m;

        P—每塊玻璃通過單個駁接點傳遞給立柱的水平集中荷載,N。

        (3)欄桿立柱彎矩計算

        ① 扶手力作用下在立柱根部產(chǎn)生的彎矩計算:

        式中:H—扶手距甲板高度,H=1 020 mm。

        ② 玻璃板傳遞到立柱上的荷載在根部產(chǎn)生的彎矩:

        式中:M—欄桿立柱根部總彎矩,N.mm;

        M—玻璃連接節(jié)點1處力P在立桿根部產(chǎn)生的彎矩計算值,N.mm;

        M—玻璃連接節(jié)點2處力P在立桿根部產(chǎn)生的彎矩計算值,N.mm;

        H—玻璃連接節(jié)點1距甲板高度,H=710 mm;H—玻璃連接節(jié)點2距甲板高度,H=310 mm。

        (4)欄桿立柱抗彎強(qiáng)度校核

        按壓彎桿件的抗彎強(qiáng)度,應(yīng)滿足:

        式中:W—在彎矩作用方向的剖面模數(shù),W=20000 mm;

        σ—立柱許用彎曲應(yīng)力,σ=205 MPa;

        M/W=175.185 MPa≤205 MPa

        欄桿立柱的抗彎強(qiáng)度,滿足要求。

        (5)玻璃板校核

        式中:t—單層玻璃厚度,mm;

        C—系數(shù),C=0.083 1;

        σ—玻璃許用彎曲應(yīng)力σ=50 MPa。

        玻璃幕墻計算時,雙層玻璃時厚度不小于單層玻璃的1.25倍,即4.5 mm,實際選用厚度是7 mm,玻璃板強(qiáng)度滿足要求。

        4.3 計算說明

        上文舉例說明了玻璃欄桿的計算方法,橫檔欄桿和豎檔欄桿的計算方法和玻璃欄桿類似。

        5 欄桿布置

        欄桿支柱與甲板邊板要留有足夠的間隙,便于甲板疏排水,一般最小凈間隙在30 mm,常規(guī)在50~150 mm;如船舶設(shè)有圓弧舷緣,則欄桿支座應(yīng)置于甲板平坦部位。

        在斜梯口、直梯口、登乘繩梯口,根據(jù)需要可以設(shè)置欄桿門、活動小鏈、活動鋼索等形式的活動部件,以便于人員通過。

        在舷旁救生艇、救生筏、吊機(jī)等位置,可以根據(jù)需要設(shè)活動式欄桿以便于設(shè)備操作。

        無論選用哪種欄桿,均需按照規(guī)范要求設(shè)置支撐??痛瑸榱藱跅U更加整齊美觀和減少對通道的阻礙,比較常見的做法是每根立柱均設(shè)置小肘板或者加粗立柱。

        6 總結(jié)

        本文參閱船用欄桿相關(guān)法規(guī)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)以及文獻(xiàn)的情況下,總結(jié)了內(nèi)河船舶欄桿設(shè)計和布置要點。

        本文介紹了三種典型的船用欄桿形式:橫檔欄桿、豎檔欄桿、玻璃欄桿。這幾種欄桿各有特點,在內(nèi)河客船上均有應(yīng)用,船舶設(shè)計時可根據(jù)需求選用。

        本文還探討了內(nèi)河船舶欄桿強(qiáng)度的直接計算方法,對船舶設(shè)計人員有一定的參考價值。

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