CN114313097A

CN114313097A - 钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式

Info

Publication number: CN114313097A
Application number: CN202210014941.5A
Authority: CN
Inventors: 董威; 胡要武; 任程; 骆伟; 张旭
Original assignee: China Ship Development and Design Centre
Current assignee: China Ship Development and Design Centre
Priority date: 2022-01-07
Filing date: 2022-01-07
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2042-01-07

Abstract

本发明涉及一种钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式，该结构型式用于强力甲板下舷侧外板上设有大开口的钢质海船上，所述结构型式包括长纵壁，所述长纵壁包括设置于大开口区域肋位的纵壁板骨架、设置于所述纵壁板骨架两侧的波纹板、设置于所述波纹板端部的内装板或非水密支承舱壁；所述纵壁板骨架包括纵壁板，所述纵壁板为水密舱壁或非水密舱壁；所述结构型式还包括强力甲板骨架和舷侧外板骨架，所述强力甲板骨架、舷侧外板骨架及纵壁板骨架均为纵骨架式，各骨架之间进行有效连接形成横向强框架。本发明的结构型式既能提高大开口区域的船体梁总纵强度，又能控制该长纵壁的重量，可指导钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域结构设计。

Description

钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式

技术领域

本发明涉及船体结构设计技术领域，具体涉及一种钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式。

背景技术

由于总布置的需要，部分钢质海船需在强力甲板下舷侧外板上进行大开口，会导致舷侧外板降低向强力甲板传递的剪力，降低了强力甲板及其以下开口范围内的纵向连续构件对总纵强度的有效性。特别是如大开口位于船中0.4L范围内，大开口所处的区域需承受相对较大的总纵弯矩，给船的结构安全性会带来更大的挑战。

在大开口附近一般会设置长纵壁以实现房间分隔或主通道功能，该长纵壁按常规设计为内装板或非水密支承舱壁。内装板不是船体结构构件，非水密支承舱壁主要起局部支撑作用，两者均无助于解决强力甲板下舷侧大开口带来的相关构件总纵强度有效性降低的问题。

因此，需改变大开口区域内的船体结构的常规设计型式，结合“在大开口附近一般会设置长纵壁以实现房间分隔或主通道功能”的总布置特点，有效利用该长纵壁，提出一种新的结构型式，既能提高大开口区域的船体梁总纵强度，又能控制该长纵壁的重量。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式，该结构型式既能提高大开口区域的船体梁总纵强度，又能控制该长纵壁的重量。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式，该结构型式用于强力甲板下舷侧外板上设有大开口的钢质海船上，所述结构型式包括长纵壁；所述长纵壁包括设置于大开口区域肋位的纵壁板骨架、设置于所述纵壁板骨架两侧的波纹板、设置于所述波纹板端部的内装板或非水密支承舱壁；所述结构型式还包括强力甲板骨架和舷侧外板骨架，所述强力甲板骨架、舷侧外板骨架及纵壁板骨架均为纵骨架式，各骨架之间进行有效连接形成横向强框架。

上述方案中，所述纵壁板骨架包括纵壁板，所述纵壁板为水密舱壁或非水密舱壁；所述纵壁板与波纹板的连接方式为焊接；所述波纹板与内装板的连接方式为铆接，所述波纹板与非水密支承舱壁的连接方式为焊接。

上述方案中，设定大开口在船长方向上的长度为L，则所述纵壁板骨架沿船长方向的长度不小于L，以覆盖大开口区域。

上述方案中，设定大开口在船长方向上的长度为L，波纹板距离大开口边缘的距离为L'，则L'的确定方法为：(1)在全船有限元模型中将长纵壁设计为沿船长方向布置的纵壁板骨架；(2)针对大开口处某特定剖面施加一总纵弯矩M，通过全船总纵强度有限元计算得出该特定剖面强力甲板处总纵弯曲应力σ_i；(3)在全船有限元模型中将长纵壁设计为纵壁板骨架、波纹板、内装板或非水密支承舱壁组成的分段形式，令L'分别等于0～5L，得出各L'对应的上述特定剖面强力甲板处总纵弯曲应力σ_j；(4)当σ_i/σ_j≥99％时，σ_j所对应的L'即为所求。

上述方案中，所述波纹板沿船长方向的长度范围取3～5个肋距。

上述方案中，所述纵壁板骨架还包括安装于所述纵壁板上的纵壁纵骨和纵壁垂向竖桁。

上述方案中，所述强力甲板骨架包括强力甲板以及安装于所述强力甲板上的甲板纵骨、甲板纵桁及甲板强横梁；所述甲板强横梁与所述纵壁垂向竖桁有效连接。

上述方案中，所述强力甲板骨架为钢质焊接结构，所述甲板纵骨为扁钢、球扁钢或角钢，所述甲板纵桁和甲板强横梁为T型材。

上述方案中，所述舷侧外板骨架包括舷侧外板以及安装于所述舷侧外板上的外板纵骨及外板加强纵桁，所述舷侧外板上设有舷侧大开口，所述外板加强纵桁设在舷侧大开口的上方，以与所述甲板强横梁有效连接。

上述方案中，所述舷侧外板骨架为钢质焊接结构，所述外板纵骨为扁钢、球扁钢或角钢；所述外板加强纵桁为偏心T型材或扁钢，具体型式根据大开口的尺寸及容许空间确定。

本发明的有益效果在于：

为提高钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的船体梁总纵强度，在大开口区域设置了纵壁板骨架，纵壁板骨架与强力甲板骨架、舷侧外板骨架均设计为纵骨架式，各骨架间有效连接，形成横向强框架。通过优化设计各骨架构件尺寸，该结构型式可提高大开口区域的船体梁总纵强度。

同时，为减小纵骨架式长纵壁带来的重量增加的问题，在长纵壁适当的位置设置波纹板，使长纵壁在波纹板及其以外区域不参与总纵强度，长纵壁在波纹板以外区域根据实际需要设计成内装板或非水密支承舱壁。如此，该结构形式既能提高大开口区域的船体梁总纵强度，又能控制该长纵壁的重量。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式的横剖面布置图；

图2是本发明钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式的典型横剖面结构图；

图3是本发明钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式的舷侧外板与长纵壁的平面结构图。

图中：10、强力甲板骨架；11、强力甲板；12、甲板纵骨；13、甲板纵桁；14、甲板强横梁；

20、舷侧外板骨架；21、舷侧外板；22、外板纵骨；23、外板加强纵桁；24、大开口；

30、纵壁板骨架；31、纵壁板；32、纵壁纵骨；33、纵壁垂向竖桁；

41、第一下层甲板；42、第二下层甲板；

50、长纵壁；

60、波纹板；

70、内装板或非水密支承舱壁。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，为本发明提出的一种钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式，该结构型式用于强力甲板下舷侧外板上设有大开口的钢质海船上。该结构型式包括强力甲板骨架10、舷侧外板骨架20和长纵壁50。如图3所示，长纵壁50包括设置于大开口区域肋位的纵壁板骨架30、设置于纵壁板骨架30两侧的波纹板60、设置于波纹板60侧方的内装板或非水密支承舱壁70。如图2所示，强力甲板骨架10、舷侧外板骨架20及纵壁板骨架30均为纵骨架式，各骨架之间进行有效连接形成横向强框架。

进一步优化，纵壁板骨架30包括纵壁板31和安装于纵壁板31上的纵壁纵骨32和纵壁垂向竖桁33，为钢质焊接结构。纵壁板31为水密舱壁或非水密舱壁，纵壁纵骨32为扁钢、球扁钢或角钢，纵壁垂向竖桁33为T型材。

进一步优化，纵壁板31与波纹板60的连接方式为焊接；波纹板60与内装板的连接方式为铆接；波纹板60与非水密支承舱壁70的连接方式为焊接。

进一步优化，设定大开口在船长方向上的长度为L，则纵壁板骨架30沿船长方向的长度不小于L，以覆盖大开口区域。

进一步优化，设定大开口在船长方向上的长度为L，波纹板60距离大开口边缘的距离为L'，则L'的确定方法为：(1)在全船有限元模型中将长纵壁设计为沿船长方向布置的纵壁板骨架；(2)针对大开口处某特定剖面施加一总纵弯矩M，通过全船总纵强度有限元计算得出该特定剖面强力甲板处总纵弯曲应力σ_i；(3)在全船有限元模型中将长纵壁设计为纵壁板骨架、波纹板、内装板或非水密支承舱壁组成的分段形式，令L'分别等于0～5L(间距可取0.5L)，得出各L'对应的上述特定剖面强力甲板处总纵弯曲应力σ_j；(4)当σ_i/σ_j≥99％时，σ_j所对应的L'即为所求。

进一步优化，波纹板60沿船长方向的长度范围取3～5个肋距，波纹板60范围内的长纵壁50设计为纵骨架式；长纵壁50在波纹板60以外的区域设计为内装板或非水密支承舱壁70。

进一步优化，强力甲板骨架10包括强力甲板11以及安装于强力甲板11上的甲板纵骨12、甲板纵桁13及甲板强横梁14，为钢质焊接结构。甲板纵骨12为扁钢、球扁钢或角钢，甲板纵桁13和甲板强横梁14为T型材。甲板强横梁14与纵壁垂向竖桁33有效连接。

进一步优化，舷侧外板骨架20包括舷侧外板21以及安装于舷侧外板21上的外板纵骨22及外板加强纵桁23，为钢质焊接结构，舷侧外板21上设有舷侧大开口24。外板纵骨22为扁钢、球扁钢或角钢。外板加强纵桁23一般设在舷侧大开口24的上方，以与甲板强横梁14有效连接，可为偏心T型材或扁钢，具体型式根据大开口24的尺寸及容许空间确定。

下面以某钢质海船为例，具体说明本发明结构形式的设计过程。该钢质海船，根据总布置的需要，在强力甲板下舷侧外板上进行大开口，大开口跨越了强力甲板下的两层下甲板(第一下层甲板41和第二下层甲板42)，在大开口附近设置长纵壁50以实现房间分隔或主通道功能。为提高大开口区域的船体梁总纵强度，本发明提供一种钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式，该结构型式将长纵壁50设计为纵骨架式，同时满足总纵强度对长纵壁50的要求，可有效提高大开口处强力甲板剖面模数，从而提高大开口区域的船体梁总纵强度。为了说明该结构形式的有效性，下面结合该钢质海船，比较三种型式下强力甲板的剖面模数。型式1设计为内装板，则不是承力结构，强力甲板对应的纵壁处为甲板纵骨；型式2设计为非水密支承舱壁，则该纵壁为横骨架式，板厚6mm，扶强材为10号球扁钢；型式3设计为纵骨架式，参见图2，考虑其参与总纵强度进行设计，需满足总纵强度对纵壁的要求，则纵壁板31厚8mm，纵壁纵骨32为12号球扁钢，纵壁竖桁为

按照全船总纵强度有限元计算的要求，建立全船有限元模型。针对大开口处某特定剖面施加一定的总纵弯矩M，得出依次3种型式下该特定剖面强力甲板处总纵弯曲应力σ_i(见下表1)。设定σ_i对应的强力甲板处剖面模数为W_i，则M＝σ_i×W_i。

表1不同型式下的强力甲板总纵弯曲应力(MPa)

结构型式	型式1	型式2	型式3
				σ<sub>i</sub>	22.19	21.95	20.42

由于σ₁×W₁＝σ₃×W₃，则W₃/W₁＝σ₁/σ₃＝22.19/20.42＝1.087，由此可得，型式3中的强力甲板处剖面模数比型式1中的大8.7％，因此将长纵壁50设计为纵骨架式可以提高大开口区域的船体梁总纵强度。

长纵壁50一般为房间分割或主通道而设置，在舷侧大开口的艏艉方向会延伸很长，甚至贯穿全船。纵骨架式长纵壁50能有效提高大开口区域船体梁总纵强度，但同时会导致长纵壁50的重量增加。为了解决重量增加的问题，在长纵壁50适当的位置设置波纹板60，其范围可取3～5个肋距，参见图3，使长纵壁50在波纹板60及其以外区域不参与总纵强度，长纵壁50在波纹板60以外区域根据实际需要设计成内装板或非水密支承舱壁70。

设定大开口在船长方向上的长度为L，波纹板60距离大开口边缘的距离为L'。见图3。有限元模型中，令L'分别等于0、0.5L、L、1.5L、2L，得出上述特定剖面强力甲板处总纵弯曲应力σ_j，见下表2。

表2不同距离L'下的强力甲板总纵弯曲应力(MPa)

L'	L'＝0	L'＝0.5L	L'＝L	L'＝1.5L	L'＝2L
						σ<sub>j</sub>	22.0	21.83	21.2	20.43	20.425

由表2可知，L'＝1.5L时，该特定剖面强力甲板处总纵弯曲应力已经很接近20.42MPa。可将波纹板60设置在距离大开口边缘1.5L处，波纹板60范围内的长纵壁50设计为纵骨架式，其余部分的长纵壁50按需设计。如此该结构形式，既能提高大开口区域的船体梁总纵强度，又能控制该长纵壁50的重量。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式，该结构型式用于强力甲板下舷侧外板上设有大开口的钢质海船上，所述结构型式包括长纵壁；其特征在于，所述长纵壁包括设置于大开口区域肋位的纵壁板骨架、设置于所述纵壁板骨架两侧的波纹板、设置于所述波纹板端部的内装板或非水密支承舱壁；所述结构型式还包括强力甲板骨架和舷侧外板骨架，所述强力甲板骨架、舷侧外板骨架及纵壁板骨架均为纵骨架式，各骨架之间进行有效连接形成横向强框架。

2.根据权利要求1所述的钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式，其特征在于，所述纵壁板骨架包括纵壁板，所述纵壁板为水密舱壁或非水密舱壁；所述纵壁板与波纹板的连接方式为焊接；所述波纹板与内装板的连接方式为铆接，所述波纹板与非水密支承舱壁的连接方式为焊接。

3.根据权利要求1所述的钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式，其特征在于，设定大开口在船长方向上的长度为L，则所述纵壁板骨架沿船长方向的长度不小于L，以覆盖大开口区域。

4.根据权利要求1所述的钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式，其特征在于，设定大开口在船长方向上的长度为L，波纹板距离大开口边缘的距离为L'，则L'的确定方法为：(1)在全船有限元模型中将长纵壁设计为沿船长方向布置的纵壁板骨架；(2)针对大开口处某特定剖面施加一总纵弯矩M，通过全船总纵强度有限元计算得出该特定剖面强力甲板处总纵弯曲应力σ_i；(3)在全船有限元模型中将长纵壁设计为纵壁板骨架、波纹板、内装板或非水密支承舱壁组成的分段形式，令L'分别等于0～5L，得出各L'对应的上述特定剖面强力甲板处总纵弯曲应力σ_j；(4)当σ_i/σ_j≥99％时，σ_j所对应的L'即为所求。

5.根据权利要求4所述的钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式，其特征在于，所述波纹板沿船长方向的长度范围取3～5个肋距。

6.根据权利要求2所述的钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式，其特征在于，所述纵壁板骨架还包括安装于所述纵壁板上的纵壁纵骨和纵壁垂向竖桁。

7.根据权利要求6所述的钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式，其特征在于，所述强力甲板骨架包括强力甲板以及安装于所述强力甲板上的甲板纵骨、甲板纵桁及甲板强横梁；所述甲板强横梁与所述纵壁垂向竖桁有效连接。

8.根据权利要求7所述的钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式，其特征在于，所述强力甲板骨架为钢质焊接结构，所述甲板纵骨为扁钢、球扁钢或角钢，所述甲板纵桁和甲板强横梁为T型材。

9.根据权利要求7所述的钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式，其特征在于，所述舷侧外板骨架包括舷侧外板以及安装于所述舷侧外板上的外板纵骨及外板加强纵桁，所述舷侧外板上设有舷侧大开口，所述外板加强纵桁设在舷侧大开口的上方，以与所述甲板强横梁有效连接。

10.根据权利要求9所述的钢质海船强力甲板下舷侧大开口区域的结构型式，其特征在于，所述舷侧外板骨架为钢质焊接结构，所述外板纵骨为扁钢、球扁钢或角钢；所述外板加强纵桁为偏心T型材或扁钢，具体型式根据大开口的尺寸及容许空间确定。