一种大跨度柔性支撑舱壁结构及设计方法技术

本发明专利技术涉及一种大跨度柔性支撑舱壁结构及设计方法，属于船舶设计制造技术领域。包括采用不设竖桁的均匀垂向骨架结构型式；在高腹板梁弯曲引起的压缩应力大的区域内设置间断水平扶强材；在支撑舱壁端部剪切应力大的区域，避免设置门和窗，且增加端部舱壁板厚度；对门窗类大开口区域增加板厚；支撑舱壁垂向扶强材上下端与甲板结构进行有效连接，舱壁两侧支撑端设有过渡连接结构。本发明专利技术通过设置均匀垂向扶强材，采用薄板、小筋轻量化支撑舱壁结构型式，满足抗弯、抗剪强度、刚度和稳定性要求。可以大幅减小舱室围壁的构件尺寸，缩短顶甲板和底甲板跨度，使得双层甲板和舱壁结构尺寸降低，提高有效层高和有效舱室面积，大幅减轻结构重量。构重量。构重量。

【技术实现步骤摘要】
一种大跨度柔性支撑舱壁结构及设计方法


[0001]本专利技术涉及一种大跨度柔性支撑舱壁结构及设计方法，属于船舶设计制造


技术介绍

[0002]坞式舰船或滚装船的内部存在一个或多个大型装载舱，大型装载舱横向宽度可以达到20米以上、纵向长度可达百米以上，而且大型装载舱内部不能设支柱。部分船型需要在两层大型装载舱之间或者在大型装载舱上方和主甲板之间设置一层功能舱室甲板(双层甲板间高一般2.5
‑
3米)，如图1和图2所示，从而导致两层甲板的上方或下方在很大跨度范围内均无有效支撑，而且双层甲板中的顶甲板往往是装载甲板或飞行甲板，需要承受重型装备的滚装、起降或露天水压等载荷(等效载荷可达2t/m2或更大)，双层甲板的底甲板需要承受舱室均布水压载荷(等效载荷可达1t/m2或更大)。由于双层甲板跨度大，若顶甲板和底甲板均按照无支撑大跨度单层甲板设计，为满足强度和刚度要求甲板强横梁腹板高、板厚大，因此重量和空间代价高。为缩短甲板结构有效跨距，现有的常规方法是设置支柱，但是由于顶甲板上方和底甲板下方均无有效支撑，支柱不适用于大跨度双层甲板，因此需要利用大跨度双层甲板之间的舱室围壁结构来支撑顶甲板和底甲板。若在装载舱纵壁之间设置横向围壁，则此横向舱壁可设计为大跨度双层甲板的有效支撑舱壁。此横向支撑舱壁跨度大，下方无有效支撑，因此为大跨度支撑舱壁。上述横向支撑舱壁之间的纵向舱壁可设计为有效支撑舱壁，若横向支撑舱壁之间的距离较大(例如大于20米时)，则该纵向舱壁为大跨度支撑舱壁。
[0003]大跨度支撑舱壁作为高腹板梁弯曲、剪切应力较大，按照常规设计可以采用竖桁加水平骨架结构型式，这种骨架型式的竖桁腹板较高、尺寸较大、重量较重，其次施工工艺相对复杂。因此本
亟需找到一种大跨度支撑舱壁的结构型式和设计方法，使得其在上方或下方无强支撑的情况下，具有足够的抗弯、抗剪能力，起到支撑其上、下甲板结构的作用，同时又有占空间小、重量轻、施工简单、便于舱室布置等优点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为解决如何获得一种大跨度支撑舱壁的结构型式和设计方法，使得支撑舱壁在上方或下方无强支撑的情况下，具有足够的抗弯、抗剪能力，起到支撑其上、下甲板结构的作用，同时又具有占用空间小、重量轻、施工简单、便于舱室布置等优点的技术问题。
[0005]为达到解决上述问题的目的，本专利技术所采取的技术方案是提供一种大跨度柔性支撑舱壁结构，包括采用不设竖桁的均匀垂向骨架结构型式；在高腹板梁弯曲引起的压缩应力大的区域，即中和轴以上、靠近顶甲板的区域内设置间断水平扶强材；在支撑舱壁端部剪切应力大的区域，避免设置门和窗，且增加端部舱壁板厚度；对门窗类大开口区域增加板厚；支撑舱壁垂向扶强材上下端与甲板结构进行有效连接，舱壁两侧支撑端设有过渡连接
结构。
[0006]本专利技术提供一种大跨度柔性支撑舱壁结构的设计方法，包括构件尺寸按照高腹板梁进行初步设计；建立包括顶甲板和底甲板结构的有限元模型进行强度和稳定性校核；进行局部优化调整，从而获得最佳结构尺寸；设计流程和方法包括以下步骤：
[0007]步骤1：确定支撑舱壁系统和载荷工况；确定双层甲板的有效支撑舱壁系统；确定有效支撑舱壁的跨距和间距，跨距取舱壁端部支撑之间的距离，间距取前、后支撑舱壁之间距离的一半，确定顶甲板和底甲板的载荷和危险工况；
[0008]步骤2：初步确定支撑舱壁的板厚和构件尺寸；
[0009]步骤2.1：将支撑舱壁视作高腹板梁，支撑舱壁系统视作交叉梁系，计算危险工况下支撑舱壁结构的弯矩和剪力，支撑舱壁跨距按步骤1，施加顶甲板和底甲板载荷之和，承载宽度取支撑舱壁间距；按照规范许用弯曲应力和剪切应力，计算支撑舱壁作为高腹板梁的模数和剪切面积要求；
[0010]步骤2.2：支撑舱壁根据高腹板梁的模数要求初步确定跨中的舱壁板厚度，根据剪切面积要求初步确定端部的舱壁板厚度；高腹板梁的上、下翼板厚度取顶甲板和底甲板厚度；通过公式计算确定支撑舱壁高腹板梁的上、下翼板的宽度；
[0011]步骤2.3：根据步骤2.2确定的上、下翼板的宽度和厚度以及舱壁板的高度和厚度确定高腹板梁的中和轴高度、跨中弯曲应力和端部剪切应力分布；根据稳定性要求，确定水平筋间距和数量；
[0012]步骤2.4：支撑舱壁垂向扶强材尺寸可按照一般的支撑围壁进行设计，即按照承受顶甲板载荷下的支柱稳定性要求计算；其承载长度可取垂向扶强材间距、承载宽度取支撑舱壁间距；
[0013]步骤2.5：对于大跨度支撑舱壁，在满足稳定性要求前提下，垂向扶强材可根据规范或该船统一要求取最小尺寸；舱壁中和轴以上靠近上翼板部位的水平筋可取与垂向扶强材等厚等高的间断扁钢或型材；在满足弯曲强度要求下，舱壁板厚度也可取最小厚度；
[0014]步骤2.6：根据不同位置的舱壁上方和下方甲板结构设计舱壁和顶甲板、底甲板结构的连接结构和节点型式；
[0015]步骤3：设计验证和优化调整；
[0016]步骤3.1：选取合适范围，建立有限元模型；
[0017]步骤3.2：设置合适边界条件，施加载荷进行危险工况计算；计算结构应力和位移；
[0018]步骤3.3：根据计算结果进行校核，视情优化调整构件尺寸；根据校核结果，如不满足设计要求，可调整支撑舱壁板厚和扶强材尺寸，也可进一步调整顶甲板和底甲板结构尺寸，直至满足设计要求；
[0019]步骤3.4：对比分析步骤3.3和步骤2.3中计算结果的异同，验证分析步骤2中的简化设计方法各要素，根据有限元分析结果调整上述参数；进一步分析支撑舱壁的应力分布是否满足两端简支或两端刚性固定，根据有限元分析情况可调整舱壁两端柔度系数；进一步总结规律，可提高步骤2的设计准确性。
[0020]优选地，上述步骤2.2中确定支撑舱壁高腹板梁的上、下翼板的宽度按下式确定：
[0021][0022]式中b
e
为支撑舱壁高腹板梁带板宽度；S为支撑舱壁间距，单位为m；l为支撑舱壁跨距，单位为m。
[0023]优选地，上述步骤2.3中在跨中部位中和轴上方靠近上翼板一定范围内根据稳定性要求，确定水平筋间距和数量。
[0024]优选地，上述步骤2.5中垂向扶强材不小于HP80x6；舱壁板厚度不小于5mm。
[0025]优选地，上述步骤2.6中连接结构和节点型式中垂向扶强材上端、下端不削斜；上端加肘板或不加肘板与纵骨连接、或上端直接加肘板至相邻构件；下端与甲板连接，连接方式为下方与纵骨对齐或增设扶强材。
[0026]优选地，上述步骤3.1中选取合适范围是选取含大跨度支撑舱壁、顶甲板和底甲板的双层甲板结构；横向边界至少到强支撑结构或继续向外到舷侧，纵向至少应包含关注区域，并适当延伸一定范围，至少至下一个横向支撑舱壁；为精细化分析支撑舱壁结构，有限元网格可取50x50，扶强材腹板可采用3个网格，扶强材端部节点处可采用更细化的网格。
[0027]优选地，上述步骤3.2中设置合适边界条件包括在下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大跨度柔性支撑舱壁结构，其特征在于，包括采用不设竖桁的均匀垂向骨架结构型式；在高腹板梁弯曲引起的压缩应力大的区域，即中和轴以上、靠近顶甲板的区域内设置间断水平扶强材；在支撑舱壁端部剪切应力大的区域，避免设置门和窗，且增加端部舱壁板厚度；对门窗类大开口区域增加板厚；支撑舱壁垂向扶强材上下端与甲板结构进行有效连接，舱壁两侧支撑端设有过渡连接结构。2.一种大跨度柔性支撑舱壁结构的设计方法，其特征在于，包括构件尺寸按照高腹板梁进行初步设计；建立包括顶甲板和底甲板结构的有限元模型进行强度和稳定性校核；进行局部优化调整，从而获得最佳结构尺寸；设计流程和方法包括以下步骤：步骤1：确定支撑舱壁系统和载荷工况；确定双层甲板的有效支撑舱壁系统；确定有效支撑舱壁的跨距和间距，跨距取舱壁端部支撑之间的距离，间距取前、后支撑舱壁之间距离的一半，确定顶甲板和底甲板的载荷和危险工况；步骤2：初步确定支撑舱壁的板厚和构件尺寸；步骤2.1：将支撑舱壁视作高腹板梁，支撑舱壁系统视作交叉梁系，计算危险工况下支撑舱壁结构的弯矩和剪力，支撑舱壁跨距按步骤1，施加顶甲板和底甲板载荷之和，承载宽度取支撑舱壁间距；按照规范许用弯曲应力和剪切应力，计算支撑舱壁作为高腹板梁的模数和剪切面积要求；步骤2.2：支撑舱壁根据高腹板梁的模数要求初步确定跨中的舱壁板厚度，根据剪切面积要求初步确定端部的舱壁板厚度；高腹板梁的上、下翼板厚度取顶甲板和底甲板厚度；通过公式计算确定支撑舱壁高腹板梁的上、下翼板的宽度；步骤2.3：根据步骤2.2确定的上、下翼板的宽度和厚度以及舱壁板的高度和厚度确定高腹板梁的中和轴高度、跨中弯曲应力和端部剪切应力分布；根据稳定性要求，确定水平筋间距和数量；步骤2.4：支撑舱壁垂向扶强材尺寸可按照一般的支撑围壁进行设计，即按照承受顶甲板载荷下的支柱稳定性要求计算；其承载长度可取垂向扶强材间距、承载宽度取支撑舱壁间距；步骤2.5：对于大跨度支撑舱壁，在满足稳定性要求前提下，垂向扶强材可根据规范或该船统一要求取最小尺寸；舱壁中和轴以上靠近上翼板部位的水平筋可取与垂向扶强材等厚等高的间断扁钢或型材；在满足弯曲强度要求下，舱壁板厚度也可取最小厚度；步骤2.6：根据不同位置的舱壁上方和下方甲板结构设计舱壁和顶甲板、底甲板结构的连接结构和节点型式；步骤3：设计验证和优化调整；步骤3.1：选取合适范围，建立有限元模型；步骤3.2：设置合适边界条件，施加载荷进行危险工况计算；计算结构应力和位移；步骤3.3：根据计算结果进行校核，视情优化调整构件尺寸；根据校核结果，如不满足设计要求，可调整支撑舱壁板厚和扶强材尺寸，也可进一步调整顶甲板和底甲板结构尺寸，直至满足设计要求；步骤3.4：对比分析步骤3.3和步骤2.3中计算结果的异同，验证分析步...

【专利技术属性】
技术研发人员：王福花，郑宏宇，贺远松，彭营豪，郑越洋，谢小敏，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七零八研究所，
类型：发明
国别省市：