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译文一:
CRIST造船厂干船坞内门设计
格但斯克理工大学的玛丽安博格达尼努博士
IDEA有限公司的ZennGoacute;recki博士,格但斯克理工大学博士
摘要:
这篇论文涉及一个可移动的钢内门,它被设计分成宽度约为70米,长度为380米的干船坞的两部分。 该门允许在码头的两个分开的部分独立组装船舶结构。 码头的前部可以在后部干燥的情况下进行清洗。 该大门由IDEK Company Ltd于2011年设计,不久即将在格丁尼亚CRIST造船厂建造并使用。
关键词:造船厂、干船坞、码头内门、有限元强度分析
介绍
CRIST造船厂位于波兰格丁尼亚,专门从事中型船舶和海上设施的建造。 这就是为什么需要一个内门将一个380米长的干船坞拆开,以便在码头的两个部分独立组装船舶结构。 装配需要更多时间的结构建在码头的后部。与此同时,不超过130米的其他结构可以在码头的前部组装,然后启动。
运输部分结构或设备的船舶,驳船或浮船部件可以进入前部。然后,一台起重能力为900吨的码头门式起重机可以将这些部件带到码头。
客户CRIST Shipyard提交了关于大门的以下设计要求:
- 门的宽度(沿码头测量)应尽可能小,不要占用码头太多的空间;
- 闸门质量不应超过400吨,以便码头龙门起重机易于操作;
- 码头的最大水深为9.5米。
内门的概念与设计
在[1]中描述了干船坞内门的一些例子。
有关门的设计与[1]中给出的例子略有不同。 它们在与对称平面平行的平面上的横截面如图1所示。
闸门由钢制成,屈服点为355MPa,作为水密垂直墙。 其上部设有宽3.5米,高3.0米的箱型结构。 闸门的长度为70.3米,仅比上部船坞宽度小0.15米。
图1a所示的网框间距为2.5米。 腹板框架支撑水密墙的水平扶强材间距为0.75米。
图5和图6显示了闸门的FEM模型便于理解闸门钢结构。
甲板和箱式结构的底部板厚10.0毫米。 形成箱式结构的侧壁的板在门的中间部分为40mm厚,在门侧边缘处为30mm。
闸门的水密垂直壁的厚度等于10mm。
水密墙的水平扶强材排列如下:BP 180x8 - 下部,BP 160x8 - 中部高度区,BP 140x8 - 上部。
图1a所示的垂直桁材是T型梁,其下部为腹板800times;800,上部为800times;15。 他们的凸缘在下部300x20,上部300x40。 在靠近闸门侧边的区域,T形梁变得稍小,因为它们更有效地由那里的箱型结构支撑。
在设计过程中,假定水的压力作用在垂直水密墙的横梁和加强板所在的一侧。
门的下边缘由钢筋门槛支撑,通过一系列螺栓连接到码头底部混凝土板(见图2)。 在图2中还显示了密封系统的设计。 橡胶垫放置在两块橡木板之间,直接将码头前部的水引起的负载传递给阈值结构。木板也限制了垫圈深入的价值。
大门通过码头门式起重机进入工作位置。首先,大门靠近门槛。然后使用连接到门槛,侧面支撑结构和门上的特殊转弯来施加衬垫的初始压缩。然后,码头前部的水压作用在闸门水密墙上,从而收紧闸门。
门的侧边由特殊的钢结构支撑。在其下部,该结构被焊接到码头的波纹钢板墙上。 在上部,支撑钢结构用螺栓连接到形成坞的侧壁并搁置在波纹状侧壁上的大体积混凝土梁。 这些支撑结构在图3中示意性地示出。
用于将载荷从闸门传递到支撑结构和用于在其侧边缘处拧紧闸门的系统类似于图2中所示的系统。
由浇水引起的作用在闸门上的相当大部分的横向力加载了如图1a所示的支撑垂直梁的上部箱形结构。力的其余部分加载位于门下边缘的阈值。
箱式结构的两端由与码头侧连接的特殊支撑结构支撑(见图3)。 支撑箱型结构端部的反作用力值的简单评估给出的结果等于与作用在水密壁上的水压相对应的总力的1/3。 这被文中进一步描述的有限元计算所证实。
这意味着对于9.5米的水深,箱型结构的每一端产生大约等于5 MN的反作用力。 反作用力的这种巨大影响需要在其上部区域施加与混凝土码头侧壁连接的强力钢支撑结构。此外,在橡木板和钢结构之间出现高压值,接近木板的强度。
在其端部支撑箱式结构的另一个问题与其由水压造成的深度有关。该结构在端部支撑件之间被夹紧,并且相对于其纵向水平轴线被扭转 - 由于在门的下边缘支撑门槛。 这种类型的变形意味着反作用力必须沿箱型结构的高度不均匀分布。橡木板上的压力值预计在箱型甲板的水平上比在其底部的水平高得多,这会导致木板的强度出现一些问题并且保持水密门的水密性。 这意味着箱型结构的端部应该具有相当的弹性,同时承受扭转 - 以最大限度地减少甲板和底层的这些压力值之间的差异。
这种箱式结构的质量是通过其端部的特殊结构获得的。封闭的矩形横截面被开放式横截面替代,每端距离为2.5米。水密墙一侧的结构部分被拆除,并且在那里布置了强烈的天窗,而不是部分箱体侧壁。此外,在箱子的中间高度安排了一个平台。该平台受到对应于盒式结构端部的反作用力的剪切力。与平台和垂直防水墙连接的强大支架安排在结构的两端。它们的垂直边缘由橡木板开发的压力值加载。
在论文的过程中,箱形结构的端部区域在图6中示意性地示出,其为开发用于评估门结构强度的FEM模型的形式。
门的垂直水密墙被放置在箱型结构宽度的中间附近,以获得尽可能小的其垂直端部边缘的位移。沿着码头宽度方向的这些位移是由箱式结构的相当大的弯曲位移引起的。 将这个水密墙安排在箱式结构的侧壁平面上可以使这些位移值达到20毫米。这种相当大的位移值可能会导致橡木板和橡胶垫圈的损坏。应用的解决方案允许将位移的最大值减小到2毫米。
有限元强度分析
进行了对门结构的FEM强度分析,以验证和校正通过初始简单计算获得的尺寸。 有限元模型网格如图4所示。
4节壳体有限元件用于电镀箱型结构的侧面和甲板,水密墙以及桁材腹板和平板扶强材。梁单元被用于梁和加强筋的两端。
有限元模型受到自由表面水位在码头底部9.5米高度的压力。在有限元模型中,该荷载作为一组集中力施加在水密墙水平加强筋与图1a所示垂直梁相交的位置。
一个弹性杆系统被用来支撑码头纵向的门。棒大致对应于橡胶垫的弹性。
沿着水密墙的下边缘,使用类似的一组垂直杆来沿垂直方向支撑该结构。
用有限元模型计算的深度如图5所示。
门的最大深度发生在箱型结构的上甲板层,在对称的码头平面上。它的值是255毫米。由于箱形结构的弯曲而产生的法向应力的最大值在其靠近其中点长度的侧壁处达到150MPa的水平。
垂直梁上的Von Mises应力的极限水平(见图1a)约为210 MPa。这些应力发生在靠近箱底的大门中央梁上。
有限元分析结果表明,沿着浇口下缘的反作用力几乎是均匀分布的,而沿着垂直边缘的分布却非常不均匀。橡木板上的连续荷载的平均值,沿着箱子的高度,以N / mm测量,大约是沿着垂直边缘的其余部分的这种荷载的平均值的15倍。另外,在箱体水平面上发生的这个载荷的最大值比在箱体水平面上出现的最小值大3倍。
在箱子底部以下2米处,木板上连续负荷的值比沿箱子高度的平均值小约5倍。
这种载荷分布会导致橡木板的强度和码头混凝土侧壁的强度产生严重问题。
在设计过程中考虑了许多结构的改变,以便沿着箱子的高度获得更均匀的载荷分布,但不可能获得比上述结果更好的结果。连续反作用负载沿着门的垂直边缘的不均匀分布来自盒扭转。这种反作用力必须产生一个扭矩值,以平衡由箱体支撑水密墙垂直梁所产生的扭矩。该扭矩负责箱体端部的应力分布的复杂性。末端部分应该相当有弹性,以允许围绕盒子的纵向轴线的相当大的横向横截面旋转角度,仅在几米的距离上。 另一方面,结构应该足够坚固以承受如此大的扭矩。这两个要求并不容易实现。
经过多次尝试后,盒子可以接受的设计结束
发现了图4所示形式的部件。在那里应用了一个开放式箱子横截面,距离2.5米。
这些端部的有限元模型以及安装在平面内的强烈的平面上的计算的冯米塞斯应力值。
箱体侧壁如图6所示。 那里的应力的最大值达到了540兆帕。 在ange域的应力分布远不是均匀的,这是由于在水平和垂直平面上同时弯曲的缘故。 有必要使用60毫米厚的钢制成,屈服点等于690MPa,而整个浇口钢结构由钢制成,屈服点为355MPa。
概要
除了靠近码头侧壁的箱型结构端部区域以外,门的设计看起来相当简单。 该结构应该是坚固的,同时它在局部具有相当的弹性,以允许在整个长度上的橡胶密封压缩,而不管坞中的水位如何。 要同时满足这两个条件是一项相当艰巨的任务。 通过许多使用反复试验方法的修改来满足这两个条件,从而获得了门的相当复杂的结构。
- 该门已被造船厂成功使用。
参考文献
1. Mazurkiewicz BK:设计和建造干坞,海湾出版公司图书部,1981年。
译文二
坞门板模型的研究
Jacek Chroacute;ścielewski、Zbigniew Cywiński Ireneusz Kreja
摘要:
计算机辅助有限元分析已应用于评估代表静态特定箱式结构的干船坞门的实心板的结构行为。已经进行了不同过程之后的特定结果的可能比较,其对于恒定板刚度和刚性支撑是有效的,并且已经执行了用于可变板刚度的反应的分布。在两个不同的数值准确度内,已经被研究。根据实际需要,已考虑了码头浇口填料的非线性弹性灵活性,并开发了满足所考虑材料特性的适当数值迭代方法。对于最后一种情况,已经详细研究了挠度,反作用力和内力,并与刚性支撑的情况进行了比较。
背景
复杂工程建筑的技术设计通常在充分的初步设计之前,同时足够简单和准确,作为对所考虑结构的第一次技术和经济估算的参考。这种传统的程序已经应用在用于某钢筋混凝土干船坞的游泳钢闸门的设计中。根据通常的设计规则和现有关于这方面的参考文献[1],假定的复杂的箱式结构的门被缩减为与实际结构相同的可变刚度的实心钢板。通过这种方式,应用有限元分析[2]可以基于简单的均匀各向同性板[3]系统和计算机相对有限的参与,从而将计算机化分析的时间和费用减少到合理量; 所调查的板块如图1所示。很明显。并且过去也通过实验研究证实了门支撑的理论模型及其在实践中的结构实现对门结构空间内的位移和应力的分布具有重要影响; 因此发现码头门橡胶包装的柔性效应是非常重要的因素。 因此,所执行的简化计算分析被称为刚性板,以及柔性支撑板。因此,对于所考虑的特定结构,在理论上也可能确定上述柔性效应。
本文中使用的符号和符号约定符合[3]的符号和符号约定。因此,为了简洁起见,这个问题没有经过特别讨论,但
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