船舶结构风管强度论证

陆萍

【摘 要】现代船舶对生活工作空间大小和舒适度提出了越来越高的标准。结构风管的布置可节省空间，但会对原有船体结构造成改变。文章提出了对船体结构改变前后的两种强度校核方法。

【关键词】MSC；风管强度；船舶结构

中圖分类号： U664.84 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）34-0058-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.022

Demonstration for Strength of vent ducts in Ship Structures

LU Ping

（Nantong Shipping College，Nantong Jiangsu 226010，China）

【Abstract】Modern ships have put forward higher and higher standards for the size and comfort of living and working space.The arrangement of vent ducts can save space，but it will change the original hull structure.In this paper，two methods for demonstration the strength of ship structures before and after structural changes are proposed.

【Key words】MSC；Strength of vent duct；Ship structures

0 引言

随着科学及经济的不断发展，现代船舶的设计开始在保证性能的同时不断加强对美观性和舒适性的重视。过去船舶设计中风管基本不涉及结构，一般由船厂在施工中自制铁皮管道即可。但近年来，出于美观及提升舱室自由空间的目的，设计风管时开始偏向于结构风管。将风管与船体强构件结合在一起，既整洁美观，又充分利用了强构件之间的空间，扩大了整个舱室的自由空间，提升了舒适性。但结构风管一般都是直接取代或贯穿船体强构件的，同时强构件上还要开出足够面积的通风孔，这样就破坏了初步设计时所选择的计算构件。那么在这种情况下我们如何来保证加装结构风管后现有的结构强度还符合原有的设计考虑呢？本文以某拖轮为例，通过按规范直接计算和有限元计算两种方法来进行对被结构风管取代或贯穿的构件的强度较核。

1 规范计算较核

1.1 初期设计计算

在设计船舶时，初期就应该考虑好船体强弱构件的分布，并按规范计算所需构件的规格。本文举例的拖轮在初期设计中的主要尺度如下：

型长35m，型宽10m，型深4.5m，设计吃水3.5m，肋距0.5m。

部分甲板构件布置如图1。

按照CCS《钢质海船入级规范》2012中的要求，甲板的计算压头h为1.49m。

按照公式计算选取得到：

（1）甲板横梁实取L100x63x7，剖面模数61.09cm3；

（2）甲板纵桁和舱口端甲板纵桁实取⊥8x300/12x120，剖面模数605.71cm3；

（3）甲板强横梁实取⊥8x300/12x120，剖面模数605.71cm3；

（4）角钢L100x63x7的剖面模数W为61.09cm3，T型材⊥8x300/12x120的剖面模数W为605.71cm3。

1.2 加装结构风管后设计计算

在船体详细设计的中期，机舱内要考虑设计符合要求的风管，在这里我们考虑在原有设计结构上改装一个截面为800mmx500mm矩形，管壁厚为8mm的结构风管。如图2，纵桁1，2以及强横梁1部分被结构风管取代，并且在结构风管的管壁上设有通风孔，风管内部基本为中空，以保证流通风速。

（1）取代纵桁1的风管考虑为由两端强横梁支撑的一段箱形梁结构П2x（500x8）/800x8，跨距为10m，通过计算，其剖面模数为3960.53cm3；箱形梁L500x400x8的剖面模数为1933.25cm3。

（2）在跨距范围内，横梁与初步计算相同，强横梁剖面模数满足一般横梁剖面模数要求即可。

（3）考虑纵桁2时，其部分结构被开孔的风管管壁结构取代，跨距取2.5m，通过计算，构件最小部分的剖面模数W为1827.96cm3。

（4）取代强横梁1的结构风管管壁结构的剖面模数满足一般横梁构件模数即可。

1.3 结论

本文举例船型为船长小于65m的船舶，可不考虑总纵强度的计算。通过规范计算校核发现，横梁﹑纵桁﹑强横梁等构件在设计初期和改装后期的互相支撑关系发生了变化，同时对结构风管的剖面模数进行了计算。

2 有限元计算校核

本文的第二种校核方法便是利用MSC软件进行局部船体建模并计算，可以直观看到原有设计结构和加装结构风管后的结构强度以及变形情况。

2.1 模型载荷及边界条件

模型中甲板板、甲板强梁腹板和甲板下围壁强框架等采用4节点板单元模拟，纵骨、加强筋、强梁和强梁面板采用2节点梁单元模拟。

模型采用以下边界条件：Dx=Dy=Dz=0。

模型载荷为1.49m高水压头，即作为0.0149N/mm2的压强作用于甲板上。

2.2 计算变形与应力结果

通过数值比较，原有设计结构和加装风管后结构变形结果基本相同；忽略结构风管上通风口角隅应力集中处，原有设计结构和加装风管后结构总体弯曲应力分布结果基本相同。

在CCS《钢质海船入级规范》2012中规定，船体构件的许用弯曲应力为124N/mm2。可以看出，原有设计结构和加装风管后的结构强度均满足规范要求，并有一定余量，可进一步进行构件优化。

2.4 结论

通过计算分析可知，原有设计结构和加装结构风管后的结构在相同的载荷下变形情况基本相同。其主要船体构件应力情况也变化不大，主要差别体现在风管通风口的角隅出现的应力分布情况。

3 结论

通过总结出的两种校核方法，我们可以清楚的知道如何去判断结构风管取代或破坏原有船体构件后的强度问题。基于此两种方法，我们可以放心的发挥自己的想象力，设计合适的结构风管，去布置一个美观﹑舒适的舱室。