摘要：本文将800吨级的内河重载甲板船梁作为目标，进行了一系列几线强度试验，然后以试验结果作为基础来进行理论层面的分析。本文首先对于极限强度试验进行了说明，确定了载荷和应变以及挠度之间的关系，确定了这种甲板驳在极限试验之下的试验近似值。在试验中我们采用了逐步崩溃发，确定了船体梁的理论极限强度。而后又对试验结果进行了检验，确定了该试验在过程中的合理性以及在结果上的准确性。
关键词：船体梁；极限强度；模型试验；相似分析
本次试验以800吨级的内河船舶作为对象，该船为运输重大件使用的机动甲板驳船，该船设计之初，用以在三峡工程中运送一系列重、大物件，例如发电机和水轮机等等。为了确保整个运输工作的安全性和稳定性，所以我们应该通过实验手段来确定该船的极限强度，来确定其承载力，试验中选择用结构模型来模拟船体进行试验，最终确定该船的结构是否合理，其本身的结构是否具有足够的强度。整个船体梁的极限强度往往直接依赖于船体模型的承载能力，通过对船体模型的试验来确定整个船的橙砸能力。当前在全世界范围内对于船体梁强度试验都比较少，也缺乏相关的研究向，对于内河船只的极限强度也存在着大量的空白。本次试验将以模型的形式来推演800吨级甲板驳船结构极限强度试验的过程，并且进行了相关理论方面的研究。
一、逐步破坏法基本原理
逐步破坏法是一种增量解析的简化方法，这种方法的关键是确定构件的平均应力-平均应变关系和极限强度.用简化方法计算时，假定梁体横截面在曲率改变前后均保持为平截面，使得横截面上的应变线性分布；假定横框架足够强，使得崩溃发生在相邻框架之间；假定箱体整体失稳应力高于框架间的崩溃应力
二、单元的极限强度
对于硬角单元，由于它是由若干相交板和一些扶强材构成，在简化方法中一般认为硬角单元的应力-应变关系等同于理想的弹塑性材料.对于加筋板单元，当其受拉时，破坏形式为屈服破坏；受压时有三种破坏形式:屈服破坏；梁柱形屈曲破坏；加强筋侧倾屈曲.1）屈服破坏纵向加筋板的屈服破坏可能有两种模式:（1）加强筋翼缘压缩屈服破坏；（2）带板压缩屈服破坏.对于破坏模式（1），加筋板翼缘厚度中心的总应力为
式中:A，I分别为加筋板横截面面积和惯性矩（拉伸时用全面积）；M0，W0分别为侧向载荷单独作用时产生的最大弯矩和最大挠度；Δ为梁柱的初偏心；yf为截面型心轴到加强筋翼缘厚度中心的距离；h为轴向压应力；euf引起的放大因子:h为梁柱的失稳应力。当总应力esf=eys（加强筋的屈服应力）时，加强筋翼缘首先发生破坏对于破坏模式（2），加强筋还能继续承受力，带板已达到极限应力，带板上总应力为
2）梁-柱屈曲如果加筋板承受的主要是轴向压力且翼板为对称结构，可采用梁-柱理论的方法进行分析的.即认为当截面最大压应力处的筋与其附连带板发生梁-柱类型的屈曲时，结构就达到其极限强度值了.此时“柱子”的受压极限强度可直接采用欧拉应力公式计算，即
3）加强筋侧倾屈曲考虑材料非线性影响，采用Ramberg-Osgood应力-应变关系模型得到材料的弹塑性模量，并基于Hughes理论[4]，得到作用在整个加筋板单元截面上的临界平均应力为
三、单元的应力应变关系
据MKRahman方法求得加筋板格在弯矩作用下的标准应力-应变关系曲线.在拉伸区域，认为加筋板格材料为理想弹塑性.而在压缩区域，加筋板格的极限强度将可以分成三个阶段，即稳定阶段、非卸载阶段和卸载阶段.
式中:Xpl为非卸载区最大应变.3）卸载区的平均应力-应变关系在非卸载区的终点，X达到Xpl，梁柱中点弯矩M0将等于完全塑性值Mp.这样，在轴向压应力ex和横向分布载荷q作用下将逐渐形成塑性铰，随着塑性机构继续发展，梁柱需要用卸载来保持平衡.当中点完全形成塑性铰时，梁柱就好像两根刚性连接的杆，跨中点处的总侧向挠度为
式中:a为加筋板跨长.如假定横剖面的有效区和全塑性弯矩在卸载区保持不变，则要保持平衡状态，轴向应力σ必须满足
四、结论和结语
将本次试验的结果在计算机上运用相关软件进行重复计算来确定试验的合理性和计算的准确性，运用计算机程序计算出的结果为，该船体梁模型极限强度大约为1091kN每米，和试验数值的差距大约为4%，二者吻合度比较高，但是仍然存在着一定的差别。造成这种差别的原因有以下几点。首先，在试验进行的时候，仪器条件存在一些限制因素，仅仅可以测定载荷从0到崩溃之间的应变情况，而卸载阶段的值却无法有效测出，其原因是非卸载阶段的应力值变化速度很快，来不及进行测量，这种局限性导致了测量误差的出现。其次，Rahman将应力一直到应变之间的过程化为三个阶段，但是这和实际形变情况具有一些差别，即便如此，其极限强度值应该是相同的。通过验证计算的比较来看，整个验证过程是具有合理性的，运用该实验结果来进行运输工作，足够可以确保三峡工程重、大物件运输的安全性。
参考文献:
[1]杨平，石城林.船体梁总纵极限强度的简化计算与参数分析[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版）.2003（05）
[2]王杰德，赵金霞.内河船舶总纵强度安全指标与安全系数的研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版）.2003（01）
[3]刘维勤，宋学敏，吴卫国，铃木克幸.基于一个二维水弹塑性方法和极限强度评估的集装箱船结构优化研究（英文）[J].船舶力学.2017（06）
论文作者:王宴斌
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/4
标签：应力论文; 强度论文; 极限论文; 船体论文; 梁柱论文; 塑性论文; 应变论文; 《基层建设》2017年第24期论文;