单舷侧散货船肋骨上下端的支撑结构比较分析

崔科科，贺映华，徐兴智

(1.上海交通大学，上海200030;2.常石(上海)船舶设计有限公司，上海200080;3.沪东中华造船(集团)有限公司，上海200129)

在船舶建造运营过程中，肋骨上下端的支撑肘板损坏的情况时有发生。是否可以通过追加肘板末端延伸结构使肋骨上下端的结构更好地过渡，或者通过改变肘板形状或增加板厚来防止损坏现象的继续发展或再发生，对此的分析讨论具有现实意义。

1 分析对象

1.1 对象范围

以某巴拿马型散货船为例，分析单舷侧散货船的肋骨上下连接结构的有效性。在实际结构设计中，通常为了便于船舶建造时的成组装配和减少失误，尽量把装配在同一块钢板上的纵骨布置成等间距同尺寸的型材，如图1中LT7～LT11，LH1～LH5。而LT12和LS29明显比相邻区域的纵骨尺寸大。同样，LH6和LS26也明显比相邻的纵骨尺寸大。这是根据CSR第六章第二节对下部和上部连接肘板有剖面模数和连接长度的具体要求而做的调整。

另外，LS26也使用了比较大的尺寸，这主要是考虑到在底边舱为了方便底边舱上部区域的焊接和船检、维修，而特意设置成比较大的尺寸以便用来作为检查通道设施。本文主要针对LT12和LS29，LH6和LS28及所联接肘板，在原结构的基础上添加4块延伸结构(见图2)，与原结构(见图3)比较，比较肘板上的应力分布。进而判断添加的延伸结构是否对在上下端连续结构即连接肘板的应力变化方面起到积极作用。

2 建立模型

2.1 工况分析

因为船舶在实际航行中会有迎浪，随浪，横浪(最大横摇)，横浪(最大外部压力)四种载荷工况，每种又分为中拱和中垂两种工况。并结合不同的装载工况，主要包含的装载模式有满载均匀装载、非满载，多港，隔舱装载、连舱隔舱装载、正常压载、最大压载、重压载即货舱压载，以及港内工况和试验工况。实际船体梁计算时所施加的载荷应包含静水载荷和波浪载荷并分别考虑船体的完整工况，进水工况，港内工况以及这三种工况下的中拱和中垂工况。

2.2 载荷工况及模型分析

本例为比较计算，所选取的工况比较简单，主要有工况1，完整工况下施加静水载荷;工况2，液舱试验时的静水压力;工况3，同时施加加静水载荷和液舱试验时的静水压力。对模型作比较分析。

对各装载工况，在外板上施加静水压力pS，kPa，水线处及以下为

式中:TLCi——某装载工况下的吃水，本例取为设计吃水12.8 m;

ρ——海水密度，ρ=1.025 t/m3;

g——重力加速度取为9.81 m/s2;

图1 分析对象

Z——载荷点离开船底基线的高度。

则船底基线处为pS=128.7 kPa。

液舱试验时，作用于板材上的总压力由下式得出:

式中:ZST——试验载荷高度，m，

取ZST=ZTOP+2.4=24.075 m。

则船底基线处即的试验压力为240.75 kPa。

模型1(见图2)的肋骨上下端的连接结构由肘板和邻近的延伸结构组成，模型2(见图3)的肋骨上下端的连接结构仅由肘板组成，比较两个模型在不同工况下肘板的相同位置处(见图4)的应力变化(见图5～8)。

图4 选取上下支撑中大应力处的单元并编号

图5 模型1的上支撑肘板三种工况下的应力分布

2.3 应力比较结果及分析

由以上三种工况下的选取的单元应力比较结果(见图9、10)不难看出，对于上部连接肘板的支撑肘板而言，增加了相邻纵骨件的延伸结构后，肘板上的应力水平不但没有下降，反而有所上升。下部连接肘板的支撑肘板仅在靠近纵骨的2个单元处应力水平有所下降，其它的均在增加了延伸结构后应力水平上升。

如果把对应肘板上的全部单元的应力结果都加以比较分析，可以知道无论是对于上部连接肘板的支撑肘板还是下部连接肘板的支撑肘板，都存在这样的现象:在增加了肘板的相邻纵骨间的延伸结构后，支撑肘板上的应力水平仅在与纵骨相邻的单元有所降低，而绝大部分的单元应力水平都有大幅上升。

究其原因，认为对于支撑肘板而言，纵骨的支撑相当于肘板的边界条件，增加了纵骨间的构件后，边界条件过强，导致了应力不能均匀向相邻结构传递，支撑肘板上出现一定程度的应力集中。

3 结论

如果船舶在实际的运营过程中出现了支撑肘板的破损，一定要在支撑肘板自身做改造，增大肘板的面积或者厚度等，而不可以想当然地在肘板的相邻纵骨间添加延伸结构;不然不但无益于结构的连续性，无益于降低肘板的局部强度，反而会增加肘板上的应力集中程度，从疲劳分析上考虑也加速了此处结构的进一步破坏［1］。本文所选取的工况数量有限［2］，模型与实船也有一定的差异，所得结论仅作为处理肋骨支撑结构破损的参考。

［1］陈有芳，金秋东，张少雄.船舶热点疲劳强度研究［J］.船海工程，2010(4):5-7.

［2］杜嘉立，杨盐生，郑云峰.船舶疲劳强度［J］.大连海事大学学报，2002(4):25-28.