ALGOR在计算船坞底板中的应用

赵鑫 秦向向

摘要：随着船舶尺寸不断增大，底板上荷载不断增大以及排水减压结构广泛发展，船坞底板也逐渐增大。而底板作为船坞的重要结构组成部分及主要受力构件，能否采用合理的计算方法以及合适的受力方式设计，对于船坞质量提高、船坞正常运行，以及船坞造价的降低都非常关键。

关键词：船坞底板ALGOR

Abstract: With the increase of the size of vessels and the load on the floor, and the development of dock-drainage system ,the dock floor increases gradually. However, As the important structural components and the main stress components of the dock , the reasonable calculation method and the force way of the dock floor is important, especially for the improvement of the quality, the normal operation and decrease of the cost of the dock.

Key: DockDock floorALGOR

中图分类号：U673.33文献标识码： A 文章编号：

前言

船坞是用来修造船舶的水工建筑物。目前，船坞主要有两种形式：干船坞和浮船坞。其中干船坞是由坞室、坞口、坞门、灌排水系统等组成。坞室是盛放船体，用于修造船舶的空室。坞口主要是用来固定坞门。坞门主要是用来挡水，保证船坞正常工作，因此坞门的密水性要求非常高[1]。

船舶逐渐大型化，船坞底板承受的荷载逐渐增大，随之地基承载力增大。更有分离式船坞底板和排水减压结构的广泛采用，这些发展引发船坞底板的尺寸也逐渐增大。然而底板作为船坞的重要结构组成部分以及主要受力构件，采用合理的计算方法以及受力方式设计，对保证船坞的安全使用，船坞能够正常运行，船坞工程造价的降低都非常关键。

分离式底板多应用于排水减压式船坞中，大大的减小了底板的厚度，降低工程造价。分离式底板上设置了若干条纵横变形缝，将底板分割成许多矩形板。因此要按照双向弯曲的基础板对底板进行计算。求解双向弯曲基础板的弯矩以及剪力就要求解弹性曲面挠度方程[1]，然而挠度方程求解与荷载情况、边界条件有关，要想求出精确解不容易。因此，基于基床系数假设的近似分析法，可以采用有限元法方便求解。

笔者以船厂项目的船坞底板为例，采用美国ALGOR数值分析计算软件公司出品的ALGOR系列软件[2] ，简化底板模型，按照船坞底板受力不同工况，对船坞底板内力进行有限元分析计算，计算出底板的弯矩。

2、船坞底板有限元分析

2.1 船坞底板介绍

某船坞底板基本坐落在中风化凝灰岩上，仅在船坞西南角局部中风化基岩埋藏较深，坞底板采用减压排水分离式现浇钢筋混凝土结构。结构重要性系数1.1，抗震等级3级。底板沿船坞的纵向分段长度为20.0米，横向分为5块，板宽均为20米；两侧边板厚度为0.8（0.6）米,其余中板厚度为1（0.8）米。底板下设计无砂混凝土垫层0.2米以及减压排水系统。

2.1.1 坞室底板材料

船坞底板采用现浇钢筋混凝土板。混凝土强度等级为C35，钢材强度等级为Q235B。其材料采用弹性材料，其弹性模量为3.0×107kpa，密度为2.45×103kg/m3，泊松比为0.67。

2.1.2 坞室底板荷载及边界条件

对船坞底板进行有限元分析，坞室底板边界条件为四周边界自由，底板下面节点特性为地基特性，在底板下每个节点处施加弹性约束。坞室底板所受主要荷载有自身重力、坞墩荷载以及地面使用荷载。需要修造的船舶坐落在中墩和边墩上，船舶的重力通过中龙骨墩和边龙骨墩传给坞室底板，简化为线荷载。

2.1.3 有限元模型建立

在ALGOR中建立坞室底板有限元模型，底板采用板单元，划分单元为0.5m长小正立方体，船坞底板结构内力计算采用文克尔理论弹性地基理论[3]计算为依据，按照弹性地基板计算。底板下的土体采用竖向弹簧来模拟，弹簧的刚度用“地基基床系数*弹簧等效土体面积”来表示，基床系数根据《干船坞设计规范》[4]，中等风化的硬质岩石，基床系数取K=（10~50）×104KN/m2 。

2.1.4 有限元计算

根据板的划分，用ALGOR分别对船坞底板纵向荷载分区最不利工况进行计算，计算各种情况下底板受力荷载组合，见下表2.1。

船坞底板计算组合结果如下：

组合1：

图2.1 X-X方向弯矩图 图2.2 Y-Y方向弯矩图

组合2

图2.3 X-X方向弯矩图 图2.4 Y-Y方向弯矩图

组合3

图2.5 X-X方向弯矩图 图2.6 Y-Y方向弯矩图

其中X-X表示板间距向。Y-Y表示竖向。

结语

文中以舟山船坞为例，采用ALGOR有限元软件建立分析模型，并对对该船坞底板受力进行有限元计算分析。由分析结果可见，船坞底板内力最大值出现在计算底板跨中，也证明了本文的有限元计算方法是一种计算船坞底板的有效简易可行的计算方法。船坞底板的受力计算方法很重要，这关系着船坞是否能够安全运行，对于保证船坞安全以及降低船坞工程造价都有非常关键的意义。

参考文献

【1】港口水工建筑物. 北京：人民交通出版社，2008.

【2】寇晓东，唐可，田彩军.ALGOR结构分析高等教程.北京：清华大学出版社，2008.

【3】李振声.浮箱式船坞设计.海岸工程，1998，3：16-25.

【4】中国船级社.干船坞设计规范.北京：人民交通出版社，1987.

作者简介：赵鑫，男，毕业于河海大学，硕士研究生，现任职大连港口设计研究院，助理工程师