散货船纵向舱口围的加强设计

赵文斌

（上海船舶研究设计院，上海 201203）

0 前言

常规设计的散货船，从保证结构强度和减小船舶重量的目的出发，一般会将顶边舱内做成每隔6个肋位设置一档强框的结构形式。主甲板以上的纵向舱口围板，由于受到较大的舱盖横向作用力，并考虑到承受总纵应力的影响，一般会每隔2个肋位设置一档支撑肘板。对于纵向舱口围支撑肘板的模数，规范中是有详细要求的，但对于支撑肘板在主甲板以下的加强结构，一般规范中未作规定，因此对其强度的校核常被设计人员所忽视。当舱口围支撑肘板与顶边舱内的强框位于同一肋位时，强度可以得到保证。但当肘板不在强框位置时，则需另作加强，通常的设计是在纵向舱口围支撑肘板对应位置的主甲板以下设置加强肘板。典型的纵向舱口围肘板下的加强设计，如图1所示。

此种加强肘板的设计方案通常应用于各种吨位的散货船纵向舱口围肘板下的加强。本文针对一艘5万吨级的散货船，对整个舱口围进行了有限元分析，发现原有加强结构的一些问题，并对原有设计提出了改进方案。

1 原有加强设计及其强度校核

为使计算不受边界的影响，舱口围强度有限元计算借用了原有舱段计算的模型。按舱口围结构图及顶边舱舷侧结构图，直接在舱段模型中等分原有网格大小即使用400 mm×400 mm的网格尺寸建模，计算船舶左舷整个纵向舱口围结构及其以下加强结构的强度。有限元模型如图2～图4所示。

其中舱口围上所施加的载荷为厂商提供的垫块上的力和Y－STOPER上的力。模型中包括了垫块和Y－STOPER下的所有局部加强计算所得结果如图5～图7所示。

从变形图（图5）中可以看出，甲板的第一根纵骨（DL.1）变形较大。从合成应力图（图6）中可以看出，甲板的第一根纵骨与强框连接处合成应力较大，达到180 MPa级别。从剪力图（图7）中可以看出，甲板的第一根纵骨与强框连接处剪切应力较大达到90 MPa级别。

原有纵向舱口围支撑肘板甲板下加强的形式，由于加强肘板都终止于第一根纵骨，载荷集中于第一个纵骨，使得甲板的第一根纵骨出现较大变形和应力。

2 改进后的加强设计及其校核

考虑到原有设计会造成甲板第一根纵骨应力偏大，我们改进了甲板下加强的形式。改进后的形式如图8所示，即把加强肘板扩大到第二根纵骨，使载荷进一步分散而不集中于第一根纵骨。有限元模型如图9所示。

计算所得结果如图10～图12所示。从变形图（图 10）中可以看出，甲板的第一根纵骨（DL.1）变形明显变小。从合成应力图（图11）中可以看出，甲板的第一根纵骨与强框连接处合成应力降到100 MPa级别。从剪力图（图12）中可以看出，甲板的第一根纵骨与强框连接处剪切应力降到40 MPa级别。改进后的加强肘板设计，改善了甲板纵骨的变形与受力。

3 结语

散货船的舱口围肘板及其加强在整个船舶结构中算不上主要构件，设计人员常认为此类加强仅属于局部强度的范围，未给予足够的关注。通过本文的计算分析，发现原有散货船结构设计中，纵向舱口围肘板下的加强肘板，会造成甲板下第一根纵骨应力偏大，如果结合考虑航行中的总纵应力，则纵骨的应力会超出许用值。

为减小纵骨应力改善设计合理性，在此提出以下修改意见：

1）设计中应该选择合适的加强肘板形式，适当加大横向加强范围或可以考虑适当加大第一根纵骨的构件尺寸；

2）尽可能把肘板布置在强框位置，有利于载荷传递；

3）对舱口围结构进行有限元强度分析。

同时,在计算中也发现货舱中心的顶边舱强框架，在承受舱盖载荷时，开孔边缘应力偏大。这应引起设计人员的注意，在以后的设计中要适当加强。