摘要：本文旨在将复杂的船体结构经简化后，可使用传统的船舶结构力学方法去分析小型船舶舱口变形的原因，从而找出简单、省工、省料的解决方法，使问题船舶能在短时间内即可投入使用，为船东创造较大的经济利益。
关键词：舱口变形；设计计算；解决措施
一．问题的提出
近20年来，国内不少船东购置一些日本JG规则建造的499GT船舶，改造后按国际载重线公约重新核算吨位不大于1500GT，载重量有原1500t左右变为2500t左右，挂方便旗航行在近洋的国际航线上。
由于这些船舶基本是一舱一口式的，舱口长度在38—40m间；宽度在9—11m间，由于载货量的变化，经常出现舱口内缩变形，严重者导致舱盖无法正常运行。
二．理论分析
1．实船结构形式
2．力学模型的简化
这类船按照上面的结构形式舷侧大都是横骨架式，甲板和底部是纵骨架式结构。我们可以将每个横剖面简化成下述的钢架形式，由钢架进一步简化舷侧为2个简支梁，底部为一个简支梁，考虑甲板无载荷，因此计算横框架时，甲板只作为舷侧梁的支点考虑。这样我们就把一个复杂的结构形式变成一个简单的材料力学问题来解决了。
我们用这个方法主要为求出图中B和E点的支座反力，然后把支座反力作为舱口区域的甲板的载荷，按照强肋骨的分布状态分布到甲板梁上。由于舱口两端甲板和舱口围板的结构与舱口区域的甲板相比剖面惯性矩差距很大，因此，我们可以把甲板梁简化为两端刚性支持的梁来计算。
3.计算
3.1 弯矩计算
按照传统的计算方法，B和C点的弯矩可按下式计算：
，
，
其中：
计算船宽 B，m； 计算型深 H，m，
ICB，cm4； ICD， cm4； IBA，cm4—对应构件的断面惯性矩。
3.2 支座反力计算
然后，根据上述计算弯矩值，求出B点的支座反力如下式（E点与之对称，因此我们只计算B点即可）：
qs作用下B点的支座反力，
，
Mb和Mc作用下B点的支座反力
，
2者的合力即为B点的支座反力，计算如下：
P=Ps+Pcb
3.3 舱口变形计算
分析认为舱口变形主要由甲板、舷顶列板、舱口围板和舱口围板下纵桁构成的组合梁来承担，于是我们把甲板梁简化为两端刚性支持的梁由下式来计算变形：
，
式中：
q—均布载荷，t/m，这里 q=P/l， P—上述支座反力，t，l—单个框架的支持跨距，这里为强框架间距，m，
LH— 舱口长度，m。
三、计算实例
上图示船舶实际计算结果如下：
其中：
计算船宽 B =10.75m（实际型宽B=12.0m）；
计算型深 H=6.50m（实际型深D=7.00），
ICB=1789818.2cm4； ICD=221207.3cm4； IBA=38657.6cm4 ；
浮力载荷 qF=12.48t/m； 货物载荷qC=12.00t/m
边舱载荷 qS=qF-qC=12.48-4.56=7.92t/m
货物载荷按CCS规范方法
q’C=ρCgKC（hC+hDB-Z）=1.0×9.85×0.5（4.9-1.1-0）
=18.7kN/m2=1.9t/m2
qC=2.4×q’C=4.56t/m
KC=Cos2α+（1-Sinψ）Sin2α=Cos2900+（1-Sin300）×Sin290=0.5
内底载荷 qb=qF-qC=12.48-12.00=0.48t
支座反力：
P=Ps+Pcb=9.24-0.80=8.76t
qs作用下B点的支座反力
Mb和Mc作用下B点的支座反力
甲板水平载荷如下：
=36.5kg/cm，l=2.40m（每4肋一个强框架）
甲板变形按水平载荷处理，简化为两端刚性的简支梁，有如下变形计算：
按测厚结果计算的甲板水平惯性矩：
Id=1424116.9cm4。
上述计算是基于测厚结果，取平均值计算的。船东自测实际最大变形82mm与计算值78mm相比较，误差在5.1%左右。这里是为了使问题简单化忽略了好多因素，如边舱肋板与内底的弹性支持的化相对简单等，但总体趋势还是有指导意义的。
四、解决方法
有了上述计算分析，我们从变形公式中可以看出，均布载荷qd和舱口长度LH是无法变化的，当然也可以用改变舱口长度的方法解决这个问题，但是代价较大。那么，余下的只有增大Id，的方法，我们知道，甲板梁是由甲板、舷顶列板、舱口围板和舱口围板下纵桁构成的组合梁，其中舷顶列板、舱口围板和舱口围板下纵桁是这个组合梁的翼板，距离综和轴远，因此，改变它的截面积效果来的最快。
上艘船舶，由于运输化学品，因此甲板板和舱口围板腐蚀较大，在修船换板时有意识的增加甲板和舱口围腹板和面板厚度，甲板增加厚度Id值按立方关系增加；舱口围腹板和面板厚度则按4次方关系增加，使Id值很快增加到现有值的3.5倍，那么变形量就会达到22.3mm。
实际上，日本原设计的舱口盖轨道就预留了26mm的反变形，因此变化到此就达到控制变形的目标值了。
五．结论意见
1.如果我们用同型船的实际变形量与计算变形量比较，得出的比较系数乘以计算船舶的变形量，然后按此结果调整Id，就会得到非常满意的结果。笔者已经用此方法，解决了2500t—5000t的船舶7艘船舶舱口变形问题，结果是十分满意的。
2.本方法在船舶初步设计时也可以校核大开口船舶的舱口变形问题，因为按规范计算的构件尺寸虽然满足规范要求，但不一定能满足大开口舱口的变形要求。
3.本方法可以指导确定船舶舱口盖轨道预留反变形的量，我们可以根据舱盖密封胶条的宽度，确定反变形的量值，然后调整Id值，使反变形量控制在密性要求的范围内。
参考文献：
1.《船舶结构力学手册》，O.M.帕利等
2.《船舶设计手册》“结构分册”，中国船舶工业总公司
3. CCS 《船舶建造规范》，中国船级社
4.《船舶结构力学》，陈铁云，陈伯真
论文作者:纪亮
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/16
标签：舱口论文; 甲板论文; 支座论文; 船舶论文; 载荷论文; 结构论文; 方法论文; 《基层建设》2018年第19期论文;