6 000 t级散货船中部区域结构受损应力分析及加强方案

2019-10-15黄海锋

科技与创新 2019年18期

黄海锋

黄海锋

（中国船级社福州分社，福建福州 350000）

以某6 000 t级散货船在青岛某港装货过程中，由于装载方式不够合理，出现的中部货舱区域甲板角隅、甲板、舷顶列板及内舷板部分断裂，甲板及舷侧4根纵骨断裂等现象为例，对其成因进行了分析，提出了结构加强方案，并对改装后的方案重新进行总纵强度和疲劳强度计算。此加强方案符合规范设计要求，并经过多年的海上运营验证，没有出现结构异常现象。

6 000 t级散货船；总纵强度；疲劳强度；结构修复

1 船舶主尺度

船舶总长为109.00 m，垂线间长为100.60 m，型宽为16.20 m，型深为7.60 m，设计吃水为6.50 m。

2 原船结构强度图样文件分析

2.1 相关位置说明

实船船中位置为FR79#+500，大开口强度计算剖面位置（货舱区）为FR37、FR65、FR89、FR110、FR135。

2.2 中剖面模数、大开口强度计算有关结果

参考原设计相关资料如下：①原船实船计算中剖面模数d＝1 957 675.8 cm3，规范要求剖面模数0＝1 910 270 cm3，d/0=1 957 675.8/1 910 270=1.025，中剖面模数裕度为2.5%。②大开口强度合成应力较大的区域发生在FR65～FR110区域的迎浪状态。FR37的应力=69.0 N/mm2，FR65的应力=147.41 N/mm2，FR89的应力=152.34 N/mm2，FR110的应力=118.6 N/mm2，FR135的应力=39.4 N/mm2。

在大开口强度计算中体现应力包络曲线，在FR78+250的应力=156.7 N/mm2无限接近许用应力0=157 N/mm2，大开口强度裕度近乎为0。满载到港迎浪状态下弯曲应力包络曲线如图1所示。

图1 应力包络曲线

3 结构形式存在缺陷分析和加强方案

抗扭箱内舷与外舷及甲板之间结构连接不合理，不能形成有效的箱型梁结构，造成结构受力传递效能差，不能共同承担应力。即在甲板高应力状态，内舷结构处失稳状态，同时在弯扭组合状态下造成舱口对角扭曲严重。

结构加强措施如下：改善抗扭箱结构形式，即在货舱区抗扭箱内将内纵壁连接甲板，形成闭合箱型（FR49～FR112），两端过渡两档消失，并隔档设连接肘板；增加内舷竖板纵骨（FR49～FR112），削斜消失；增加舷边角钢（FR49～FR112），削斜消失；主甲板距CL7600甲板纵骨外侧增设甲板纵桁（FR49～FR112），过渡一档消失；隔档增设肘板（FR49～FR112）；开口线外甲板纵骨过度拉伸，需重新更换（0.4 L区域）。

6 000 t级散货船中部区域结构修改前和修改后比较如图2所示。

两舱均为大开口，两货舱中间仅5.4 m。舱口围板高度2 m，甲板纵向强度在角隅处形成突变状态，易造成过度应力集中和疲劳损伤。

结构加强措施如下：在两货舱舱口围处增设圆弧状大肘板过渡，减少在结构突变区域形成的应力集中。

4 对结构加强后的疲劳强度和屈服强度进行有限元分析

根据中国船级社《国内航行海船建造规范》的规定，对6 000 t级散货船货舱区域的甲板、内外底板、内外舷侧外板等主要构件应用直接计算方法进行了强度计算。

应力评估区域选取FR61～FR117之间的主要结构，计算应力汇总如表1所示。该散货船加强后结构强度满足规范要求。

据中国船级社《船体结构疲劳强度指南》要求，对本散货船船体应力热点疲劳强度进行计算与评估，疲劳强度评估的目的是评估该船在服役期内，由于应力集中可能导致的货舱折角疲劳损伤。

使用CCS船级社开发的CCS-TOOLS程序对各热点的疲劳损伤进行计算。

疲劳损伤计算结果汇总如表2所示。

图2 6 000 t级散货船中部区域结构修改前和修改后比较

表1 应力汇总（单位：N/mm）

结构分类工况σeσlσwτ 甲板板LC128.426.4—— LC270.653.2—— 平台板LC16.284.75—— LC225.716.6—— 内舷侧板LC127.410.714.6— LC224.712.114.5— 外舷侧板LC115.813.531.1— LC230.223.712.6— 顶边舱斜板LC122.821.26.62— LC248.846.915.7—