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近些年來(lái)，隨著中國(guó)對(duì)于鐵礦石需求的不斷迅速增長(zhǎng)，專(zhuān)用鐵礦石運(yùn)輸?shù)某笮偷V砂船也隨之有了建造需求。繼巴西淡水河谷公司在亞洲船廠(chǎng)建造了幾十艘VALEMAX 40萬(wàn)噸礦砂船，組建運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)以求降低成本，一些礦運(yùn)集團(tuán)和航運(yùn)公司也積極跟進(jìn)，先后國(guó)內(nèi)多家船廠(chǎng)簽訂了超大型礦砂船建造合同。
超大型礦砂船結(jié)構(gòu)形式和載荷工況與散貨船基本類(lèi)似。本研究將針對(duì)國(guó)際船級(jí)社協(xié)會(huì)(IACS)《船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析》統(tǒng)一要求第21條(URS21)規(guī)定的艙口蓋載荷不同的施加方式進(jìn)行結(jié)果對(duì)比，并校核艙口圍下方的橫向大肘板的局部強(qiáng)度結(jié)構(gòu)型式貨艙中的典型橫向強(qiáng)框結(jié)構(gòu)。
船體結(jié)構(gòu)中的剛架都是由橫梁、肋骨與肋板組成的肋骨剛架。剛架中桿件的相交點(diǎn)做剛架的節(jié)點(diǎn)，如果剛架中節(jié)點(diǎn)匯交的桿件只有兩根，則稱(chēng)作簡(jiǎn)單剛架。根據(jù)超大型礦砂船典型橫向強(qiáng)框特點(diǎn)，在艙口蓋載荷下，艙口圍下橫向的大肘板可視為一根懸臂梁，那么此大肘板的端部為分析的關(guān)鍵點(diǎn)。
根據(jù)礦砂船的受力情況，近似模擬成圖所示剛架。為處理方便，對(duì)施加的載荷進(jìn)行了簡(jiǎn)化。艙口蓋載荷和甲板上浪載荷模擬，縱艙壁與外板間模擬為一根垂直梁，舷側(cè)海水載荷模擬為Qz，雙層底模擬成下部水平梁，裝重貨貨物載荷和海水載荷的合力模擬。
根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)中所述的靜不定結(jié)構(gòu)的解析法，可以將靜不定結(jié)構(gòu)分散為單跨梁，中間支座斷面切開(kāi)后，斷面上出現(xiàn)了彎矩，反映了原來(lái)相連的兩段梁在支座斷面中力的相互作用。
由于結(jié)構(gòu)載荷的對(duì)稱(chēng)性，此處Mz=M3，于是在節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2分別列出轉(zhuǎn)角連續(xù)方程，從上面兩個(gè)解可以得出結(jié)論，彎矩M都是增大，也就是在校核艙口圍下方橫向大肘板時(shí)，均勻裝載重貨滿(mǎn)載吃水的工況載荷與艙口蓋載荷一起作用時(shí)為最?lèi)毫庸r。
單獨(dú)考慮艙口圍下面的橫向大肘板，針對(duì)其端當(dāng)受載桿與不受載桿相連時(shí)，不受載桿就相當(dāng)于受載桿的彈性固定端。把受載桿與不受載桿在相交處切開(kāi)并加上相互作用的彎矩M，計(jì)算無(wú)載桿M作用處的轉(zhuǎn)角e刀與M的比值就是柔性系數(shù)經(jīng)解析法可以得到柔性系數(shù)a介于L/ ( 3E1)與L/(4E1)之間。柔性系數(shù)的數(shù)值主要取決于無(wú)載桿的桿長(zhǎng)與斷面慣性矩，而與無(wú)載桿端點(diǎn)的固定情況關(guān)系不大。
由上述的分析結(jié)果可以得出，此大肘板背面構(gòu)件剛度越大，大肘板端部的彎矩值就越大，應(yīng)力水平也相應(yīng)越大。
計(jì)算模型取為整個(gè)艙段計(jì)算模型。該船的縱向模型范圍為1/2+1+1+1/2艙的3貨艙長(zhǎng)度的艙段模型，橫向范圍取全寬模型，垂向范圍為船體型深，有限元計(jì)算模型見(jiàn)圖。
模型前后端部施加對(duì)稱(chēng)約束邊界，并在模型外底板取3點(diǎn)約束Y向剛體位移。在舷側(cè)和橫艙壁相交的垂線(xiàn)上施加垂向接地彈簧單元來(lái)對(duì)模型進(jìn)行垂向支撐。
根據(jù)IACS規(guī)定的船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度中S21，艙口蓋上的載荷按式計(jì)算。根據(jù)IACS規(guī)定的船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度中S21里面規(guī)定，艙口圍板強(qiáng)度的評(píng)估衡準(zhǔn)為材料的屈服應(yīng)力。對(duì)于艙口圍下面的橫向大肘板強(qiáng)度也按這個(gè)來(lái)進(jìn)行校核。
屈曲強(qiáng)度校核，基于平均壓應(yīng)力，梯度1，單向屈曲許用系數(shù)為0.8，雙軸向合成屈曲許用系數(shù)對(duì)應(yīng)10，概率為0.85。
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