某工程船坐底工况底座基梁载荷计算及船体结构强度校核

，

(武汉金鼎船舶工程设计有限公司，武汉 430062)

某工地码头面标高为+3.2 m，码头面与驳船甲板面设置的滑道标高保持一致才能使构件顺利上驳，所以驳船甲板面标高即为+3.2 m。工程船型深为6.4 m，由此，将驳船船底面标高定为-3.2 m，此标高即为驳船坐底区域基梁的顶面标高。

通过调整压载水，可以保证工程船甲板面达到以上所要求的标高。但是，由于船舶浮在水中的不稳定性，无法使重量为3 000 t左右的混凝土预制件顺利通过轨道滑移上驳;而且，由于上驳时间较长，潮汐时刻变化，因此，必须加入足够的压载水，使船舶处于稳定的坐底状态才能满足上驳要求。底座基梁的设计单位需要知道基梁负荷及布置情况才能进行设计，船舶设计者必须提供底座基梁负荷数据，而且船舶坐底状态的受力情况与正常的航行状态有很大不同，因此需要校核船舶在坐底状态的结构强度，才能保证工程的顺利实施。

1 工程船主要尺度及底座基梁的布置

该工程船为非自航、单底、单甲板、钢质箱型工程甲板驳，方艏、方艉，艏部为勺形，艉部下设有2个呆木，设计航区为中国近海。

总长：90.00 m;型宽：26.00 m;

型深：6.40 m;设计吃水：4.70 m。

码头工程基地共设置9道底座基梁，其中7道与船体横舱壁对齐，另外两道布置于船中附近的强框架位置，见图1。

图1 底座基梁布置图

2 计算过程

2.1 计算方法

根据船体梁实际情况进行全船建模，模型为板梁组合结构，底座基梁按布置位置以实体单元进行建模。有限元模型见图2。

图2 有限元模型

进行底座基梁载荷计算时，在底座基梁中心位置沿船舶宽度方向取3个约束点，施加3个方向线位移及绕船长、型深方向两个角位移的约束;按实际情况施加各种载荷，求出各约束点的约束反力，该反力的大小与底座基梁的载荷相等，方向相反。

进行船体强度校核时，在底座基梁下表面施加全约束，对船体梁结构进行安全评估。

2.2 计算工况

根据用户提供的潮汐水位以及压载舱的布置情况，对4种工况(见表1)进行计算，甲板负荷按3 600 t计算，油水及压载水舱满载，其中最大吃水5.57 m(LC4)为海水突然涨潮，压载水没有排除，船舶起浮，底座基梁不受力的极端工况。

表1 工况标识与描述

2.3 载荷计算

1)按船舶完工图纸，统计出各肋位空船重量，以集中力形式施加于相应位置的节点上。

2)液舱压力以面压力形式施加于各舱室。

3)舷外水压力P按P=ρgh进行施加。

其中考虑波浪的两种工况波面高度按理想余弦波进行施加，理想余弦波波高z表达为

式中：h——波高，0.8 m(底座基梁设计单位提供)；

x——沿船长方向坐标；

λ——波长，14.6 m(底座基梁设计单位提供)。

4)在载货区域施加表面力。

3 计算结果

3.1 底座基梁载荷计算结果

底座基梁载荷计算结果见表2。

表2 吃水2.0 m时底座基梁载荷计算结果

由计算可知，本船在底座状态，底座基梁5(FR21)所承受的载荷最大，船中处于波谷时，载荷为22 409.26 kN。

3.2 坐底状态船体强度校核结果

根据《国内航行海船建造规范》(2012)结合《浮船坞规范》给出的许用应力，取各种工况最大值进行安全评估，根据评估结论，通过合理配置压载水以及进行适当的加强，本船船体结构满足规范要求，计算结果相见表3及图3～9。

表3 强度衡准 MPa

图3 外板相当应力云图

图4 纵舱壁相当应力云图

图5 强框架相当应力云图

图6 外板剪切应力云图

图7 纵舱壁剪切应力云图

图8 船底及舷侧纵骨轴向应力云图

图9 舱壁扶强材轴向应力云图

4 结论

1)通过某工程船在坐底状态滚装大型混凝土预制件的工程实例，阐明底座基梁负荷的计算方法以及工程可行性，通过有限元仿真建模计算，得出底座基梁的实际负荷分布情况，为底座基梁设计方提供了设计基础。

2)提出的计算方法具有普遍性，可以作为其它工程项目设计的参考。

3)仿真模拟与工程实际之间存在一定的差别，底座基梁设计负荷的安全系数的取值问题尚待研究。

[1] 中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册[M].北京:国防工业出版社,2000.

[2] 王杰德、杨永谦.船体强度与结构设计 [M].北京:国防工业出版社，1995.