系泊设备下船体支撑结构的强度校核.pdf

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1、第41卷第3期2012年06月船海工程SHIP＆OCEANENGINEERlNGDOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2012．03．013V01．41NO．3Jun．2012系泊设备下船体支撑结构的强度校核谢大建(南通中远川崎船舶工程有限公司，江苏南通226005)摘要：在对IMO通则、各船级社规范以及行业标准对船舶拖曳及系泊设备的支撑结构的相关要求进行总结的基础上，分析典型的系泊设备的基本上作原理，提出按照静力学原理校核船体支撑结构的方法，说明船体支撑结构设计和制造时应注意的事项。关键词：系泊绞车；带缆桩；缆绳；补强方法中图分类号：

2、U661．43文献标志码：A文章编号：1671．7953(2012)03-0037-04系泊设备包括系泊绞车(mooringwinch)，带缆桩(bollard)，导缆器(fairleader)等。设计规范中虽然对船体支撑结构的强度有一定的要求，但是比较笼统，没有明确的计算方法。为此，讨论用静力学方法求解船舶系泊设备的甲板下构件的强度校核。以期对新船设计时的强度校核具有一定的参考作用。1典型系泊设备的强度校核方法1．1安全系数按照相关规范(MSCCir．1175，IACSURA2)‘1。，设计安全系数一般取1．25。安全系数的引入，是考虑到动载荷、焊接缺陷

3、、焊接残余应力、结构腐蚀、以及计算模型的误差等因素的影响。1．2系泊绞车的载荷分析系泊绞车的机构示意图见图1。I7图1系泊绞车的机构示意系泊绞车在工作时，缆绳绕在卷筒上，通过卷收稿日期：201l一11一01修回日期：2012—02—12第一作者简介：谢大建(1981一)，男，硕士，工程师。研究方向：船体设计E-mail：xiedajian@nacks．uom筒侧方的刹车制动。刹车力由刹车带的摩擦力提供，因此最大的刹车力是一定的，刹车带通过杆件连接到甲板上固定。而缆绳的破断力相对大一些，一般在刹车失效时也不会破断，即刹车会在缆绳过载时松开。绞车的安全工作载荷

4、即是最大刹车能力(支持负载。3o)，而不是缆绳的破断力，设计载荷由最大刹车能力乘以安全系数获得。注意，最大刹车能力不是刹车上的力，而是刹车达到某一设定值时缆绳上的拉力见图2。J71图2绞车卷筒的受力一般来说，绞车的刹车会在缆绳过载时松开，绞车的刹车能力通常设置为60％～80％的缆绳破断力。但是也有标准H1认为在绞车制动过紧时，极端情况下绞车会承担100％的缆绳破断力，从而要求按缆绳破断力乘以安伞系数作为设计载荷进行设计。设计时根据实际情况选择设计载荷F。F=最大刹车能力(SWL)×安全系数(1．25)由转矩平衡(图2)，推导得出刹车力71T=F×∥L卷筒由

5、中心轴支撑，中心轴分别产生大小为F和丁的支反力，如图3所示。卷筒中心轴上的支反力的反作用力作用在支37第3期船海工程第41卷图3绞车支撑架的受力撑架上。分析支撑架，水平方向，在止动块的位置产生反力F。为了与F产生的弯矩F×H平衡，在支撑脚的位置产生了力偶F×H／B。作为F的反力，在支撑脚的位置又产生了两个同向的力T／2。前面从侧向考虑了甲板下结构补强载荷，在平面上，由于缆绳的作用位置与卷筒两侧的支撑架位置错位，需要根据缆绳距两侧支撑架的距离L，T、L：I、￡．Ⅱ和￡：Ⅱ确定设计载荷在两侧支撑架}二的分力。刹车力同样如此。以双卷筒绞车为例，见图4。刹车IE三

6、翌刹车IJ：F作崩r范围^作用范围E三主l⋯支撑架1】l图4双卷筒绞车的平面受力示意缆绳的位置不确定，可以在卷筒的长度范围内自由移动，即LlI、三2I、L，Ⅱ和三：Ⅱ是变化的。保守起见，认为作用在支撑架I和支撑架Ⅲ上的力为100％设计载荷。对于支撑架Ⅱ，作用力为200％的设计载荷。而刹车的位置是固定的，设到各支撑架的距离由上至下分别为s。．、s：I、Js，Ⅱ和5：Ⅱ，据此计算刹车力在各支撑架上的分力：考虑到刹车离支撑架Ⅱ很近，近似认为刹车力完全作用在支撑架Ⅱ上。综上，各支撑脚(每个支撑架上前后两个支撑脚)的受力如下。支撑架I：±F×∥日[订斋J+38叫高]

7、支撑架Ⅱ：±F×H／B[捣】±F×∥曰([而L21max】+彤2[高]+T／2[志】支撑架Ⅲ：±，x彤B[订‰]+T／2[焉]式中：“+”、“一”——靠近出绳侧和远离出绳侧的支撑脚上的受力；L。I。。——缆绳位于卷筒1的最上端时离支撑架Ⅱ的距离；L。。。。——缆绳位于卷筒I的最下端离支撑架I的距离；厶Ⅱ一一——缆绳位-于@ffII的最上端离支撑架Ⅲ的距离；L，Ⅱ一，⋯——缆绳位于卷筒1I的最下端离支撑架Ⅱ的距离。在近似计算时，取揣LL~1，南SS硼，(1I+2I)。(1I+2I)。搞L引，菇L{前L2引，(￡1J+2I)1’(1Ⅱ+Ⅱ)1’禹SS引，志SS

8、引，(1I+2I)上’(1Ⅱ+2Ⅱ)。赢L半L蓊引，瓦S芒S丽≈0