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船舶跳板的有限元分析

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船舶跳板的有限元分析

跳板是船舶與碼頭連接的橋梁，在滾裝船、客滾船及車輛運(yùn)輸船中應(yīng)用極為廣泛。在船舶設(shè)計(jì)建造中，跳板通常由設(shè)備廠商直接供貨，但也會(huì)遇到制造廠要求船舶設(shè)計(jì)方直接提供跳板設(shè)計(jì)方案的情況。跳板設(shè)計(jì)需要考慮結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件尺寸以及眼板和銷軸配合等諸多因素。本文以?？?海安線客滾船的跳板設(shè)計(jì)為例，對(duì)船舶設(shè)計(jì)中遇到的跳板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行的闡述。
跳板按照其用途一般可分為車輛跳板和旅客跳板，為滿足旅客和車輛上下船的需要，?？?mdash;海安線客滾船設(shè)置首、尾車輛跳板及尾部旅客跳板，大大提高裝卸車輛及人員通行的效率。
跳板采用鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)，跳板收起后與船體外殼平齊，跳板與船體以鉸鏈連接，跳板接岸處設(shè)置小跳板并與主跳板以鉸鏈連接。
依據(jù)中國(guó)船級(jí)社《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范（2012）》中有關(guān)要求，對(duì)跳板的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行校核。采用MSC.和NASTRAN軟件對(duì)跳板進(jìn)行有限元建模分析。跳板連接船舶和碼頭的兩端，為保證載荷向首尾有效傳遞，跳板結(jié)構(gòu)形式采用縱骨架式，并設(shè)置足夠的橫向結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖。
對(duì)于車輛跳板，載荷相對(duì)比較集中，而載荷位置存在不確定性，因此應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，以確保不同部位都能夠承受相應(yīng)載荷。
跳板端部的鉸鏈應(yīng)設(shè)置在跳板縱向強(qiáng)構(gòu)件處。由于銷軸較長(zhǎng)，因此對(duì)于縱向強(qiáng)構(gòu)件布置間距的選取，既要考慮滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求，又要保證構(gòu)件之間留有足夠的間距，以便軸銷的插取，對(duì)跳板進(jìn)行后期的維護(hù)保養(yǎng)。此外，跳板上表面應(yīng)布置適當(dāng)防滑條。當(dāng)跳板同時(shí)作為首尾門時(shí)，跳板底板厚度應(yīng)不小于相應(yīng)位置的外板厚度。對(duì)于緊固裝置部位應(yīng)做相應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，確保其有足夠強(qiáng)度。
由于首、尾車輛跳板結(jié)構(gòu)尺寸、結(jié)構(gòu)形式及受力相同，本文僅對(duì)旅客跳板和尾部車輛跳板進(jìn)行詳述。有限元模型見(jiàn)圖2~圖3。
計(jì)算狀態(tài)：跳板水平放置。
設(shè)計(jì)載荷：
1）旅客，85 kg/人，10人/m2計(jì)算，動(dòng)載荷安全系數(shù)取2.50。
2）跳板自重載荷，g=9.81 N/kg。
由于人員流動(dòng)連續(xù)性，設(shè)計(jì)載荷以均布形式施加在跳板上表面，并考慮情況下旅客布滿跳板。
計(jì)算狀態(tài)：跳板水平放置，所有車輪與跳板保持有效接觸。
設(shè)計(jì)載荷：
1）以重型半掛車為計(jì)算依據(jù)，取單軸設(shè)計(jì)負(fù)荷Ps=24 t，動(dòng)載荷安全系數(shù)取1.10。
2）跳板自重載荷，g=9.81 N/kg。
設(shè)計(jì)載荷施加時(shí)，應(yīng)根據(jù)車輛裝載情況，選取可能出現(xiàn)的貨車輪壓載荷，以面載荷形式施加，受力面積應(yīng)不超過(guò)車輛輪印面積，載荷施加位置位于跳板強(qiáng)肋板之間強(qiáng)度較弱位置處，并且在計(jì)算中選取車輛行駛在跳板三個(gè)典型位置分別進(jìn)行加載。

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