﻿ 横向围壁设置对大跨度双层甲板弯曲特性的影响分析
 舰船科学技术  2017, Vol. 39 Issue (8): 12-16 PDF

Effect of transverse bulkhead arrangement on the flexural characteristics of large-span double deck
TANG Ya-min, ZHANG Shi-lian
School of Naval Architecture Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China
Abstract: Considering the weak transverse flexural rigidity of large-span single deck, transverse bulkheads are arranged between two decks to form the large-span double deck. The influence of transverse bulkhead arrangement on the flexural characteristics of large-span double deck is discussed based on the structural finite element method. In this paper, the relation curve of deformation and stress for large-span double deck to bulkhead spacing is obtained and effective load-carrying coefficient is introduced for preliminary design of transverse bulkhead structure. The analysis results show that the design of large-span double deck can solve the problem of weak transverse flexural rigidity of large-span single deck.
0 引　言

1 大跨度单层甲板横向弯曲特性分析

 图 1 模型横剖面图以及计算有限元模型 Fig. 1 Midship transverse cross-section plan and FE model
1.1 结构有限元模型

1.2 计算结果

 图 2 大跨度单层甲板变形图 Fig. 2 Deformation of large-span single deck

1，2甲板强横梁最大变形和应力见表2，从表2中可以看出，1，2甲板强横梁最大变形vmax 均远大于设计衡准[v]，1甲板强横梁最大应力σmax也大于设计衡准[σ]。

2 大跨度双层甲板结构设计

 图 3 横向围壁间距S=4.8 m的舱段有限元模型图 Fig. 3 Part-cabin FE model when S=4.8 m
2.1 大跨度双层甲板弯曲特性

2.1.1 横向围壁、强横梁弯曲变形特征

 图 4 不同间距横向围壁布置下模型变形图 Fig. 4 Deformation of model in different spacings

1）大跨度双层箱型甲板的整体变形呈筒形弯曲形状，图4（a）最为明显。

2）横向围壁之间的变形为甲板的局部变形，随着横向围壁间距逐渐增大，甲板的变形逐渐呈锅底状，图4（d）模型中部范围变形与单甲板变形一样呈筒形弯曲。

 图 5 横向围壁、强横梁的垂向变形随横向围壁间距S变化的曲线 Fig. 5 v of transverse bulkhead and web beam versus S

1）横向围壁的变形v随着横向围壁间距S的变化而变化，曲线形状类似抛物线。最大变形出现在横向围壁间距S=14.4 m附近；当S<14.4 m时，变形v随间距S增大而变大；当S>14.4 m时，变形v随间距S增大而变小。

2）强横梁的变形v随着横向围壁间距S的增大而变大。

3）横向围壁的最大变形vmax=11.4 mm<<[v]。

4）当S>9.6 m时，强横梁的变形v>[v]；若强横梁满足许用变形[v]的要求，则横向围壁间距S≤9.6 m。

2.1.2 横向围壁、强横梁弯曲应力特征

 图 6 横向围壁、强横梁应力随横向围壁间距S变化的曲线 Fig. 6 Stress of transverse bulkhead and web beam versus S

1）横向围壁的弯曲应力σb和剪应力τ随横向围壁间距S的变化趋势与横向围壁变形的变化趋势基本相同（见图5），在间距S=14.4 m附近应力出现峰值。其中，剪应力τ 随间距S的变化梯度较大。

2）强横梁的应力σb随着横向围壁间距S的增大而变大，变化趋势也与其变形的变化趋势一样（见图5）。

2.2 横向围壁有效承载系数

 图 7 横向围壁有效承载系数η随间距的变化曲线 Fig. 7 η versus S

 图 8 横向围壁实际承受载荷Q随间距的变化曲线 Fig. 8 Q versus S

1）当S≥4.8 m时，横向围壁上的最大有效承担载荷只占70%以下，常规方法设计载荷Q0明显偏于保守，因此可考虑有效承载系数 η 以优化结构尺寸。

2）有效承载系数 η 随横向围壁间距S增大而减小，在S=14.4 m附近，横向围壁实际承受的载荷存在最大值Qmax。其原因主要是：随着横向围壁间距S的增大，纵桁弯曲刚度逐渐减弱，其对强横梁的支撑作用逐渐降低，当间距S过大时，强横梁弯曲刚度大于纵桁弯曲刚度，其承受载荷大部分将由两侧纵舱壁承受。因此，大跨度双层甲板的横向围壁结构采用常规设计载荷进行设计不合理。

3）横向围壁实际承受载荷Q随横向围壁间距S的变化曲线形状也呈抛物线，横向围壁的弯曲特性的变化与其载荷变化趋势相一致（见图5图6（a）），这符合结构的外力与响应关系。

2.3 大跨度单、双层甲板弯曲特性比较

1）在给定的甲板构件尺寸条件下，当横向围壁间距S≤9.6 m，大跨度双层甲板的最大变形v为单层甲板的30%或更小，远小于大跨度单层甲板的变形，满足变形衡准[v]。

2）当横向围壁间距S>9.6 m时，虽然可便于舱室布置，但是大跨度双层甲板变形超出衡准。特别当横向围壁间距S过大或S=28.8 m左右时，横向围壁的作用已丧失，因为此时的大跨度双层甲板的最大变形与大跨度单层甲板基本一样。

3 结　语

1）设置横向围壁的大跨度双层甲板可解决大跨度单层甲板横向弯曲刚度偏弱的问题。

2）常规设计载荷方法不太适合大跨度双层甲板的横向围壁结构设计。

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