鋪設(shè)瀝青甲板面的大型浮式碼頭力學(xué)響應(yīng)研究

第1章緒論1

1.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述1

1.1.1大型海上浮式結(jié)構(gòu)物研究1

1.1.2瀝青材料的粘彈塑性有限元法研究5

1.1.3海上浮式碼頭結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)7

1.2主要研究?jī)?nèi)容10

1.3邏輯結(jié)構(gòu)與研究思路10

1.4研究意義11

第2章浮體靜水力特性12

2.1浮體形狀定義12

2.2浮體平衡條件13

2.3浮體的浮態(tài)13

2.4浮體初穩(wěn)性14

2.5浮體靜水力曲線17

第3章波浪理論基礎(chǔ)18

3.1耐波性概述18

3.2規(guī)則波特性19

3.3不規(guī)則波特性21

3.4譜分析的理論基礎(chǔ)22

3.5風(fēng)浪的譜密度公式23

3.5.1P-M譜23

3.5.2ITTC譜23

3.5.3JONSWAP譜25

3.5.4方向譜25

3.6浮體在波浪中的運(yùn)動(dòng)方程26

第4章瀝青材料粘彈性理論30

4.1粘彈性材料的基本性質(zhì)30

4.2蠕變31

4.3應(yīng)力松弛33

4.4瀝青材料粘彈性力學(xué)本構(gòu)模型33

4.4.1Maxwell模型35

4.4.2廣義Maxwell模型36

第5章大型浮式碼頭方案設(shè)計(jì)38

5.1浮式碼頭總體設(shè)計(jì)38

5.1.1主要尺度38

5.1.2分艙設(shè)計(jì)38

5.1.3靜水力曲線計(jì)算39

5.1.4穩(wěn)性計(jì)算與校核44

5.1.5基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)49

5.2浮式碼頭結(jié)構(gòu)有限元建模49

5.2.1結(jié)構(gòu)單元的選擇49

5.2.2載荷計(jì)算53

5.2.3端部約束的處理57

第6章浮式碼頭力學(xué)響應(yīng)分析60

6.1計(jì)算工況選擇與計(jì)算分析概述60

6.1.1計(jì)算工況說(shuō)明60

6.1.2應(yīng)力云圖與變形云圖說(shuō)明62

6.1.3應(yīng)力與變形分析關(guān)鍵點(diǎn)的選取62

6.2波高對(duì)浮式碼頭力學(xué)響應(yīng)的影響63

6.2.1波高對(duì)浮式碼頭(有瀝青甲板面)總體應(yīng)力與變形影響分析63

6.2.2波高對(duì)浮式碼頭(無(wú)瀝青甲板面)總體應(yīng)力與變形影響分析77

6.2.3波高對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)處應(yīng)力、變形與變形幅值影響分析（有瀝青甲板面）91

6.2.4波高對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)處應(yīng)力、變形與變形幅值影響分析（無(wú)瀝青甲板面）97

6.2.5瀝青甲板面對(duì)浮式碼頭結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的作用（變波高）102

6.3瀝青甲板面厚度對(duì)浮式碼頭力學(xué)響應(yīng)的影響105

6.3.1瀝青甲板面厚度對(duì)浮式碼頭結(jié)構(gòu)總體應(yīng)力與變形影響分析106

6.3.2瀝青甲板面厚度對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)處應(yīng)力、變形與變形幅值影響分析113

6.4不同裝載方案對(duì)浮式碼頭力學(xué)響應(yīng)的影響118

6.4.1不同裝載方案（有瀝青甲板面）浮式碼頭總體應(yīng)力與變形影響分析118

6.4.2不同裝載方案（無(wú)瀝青甲板面）浮式碼頭總體應(yīng)力與變形影響分析125

6.4.3裝載方案對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)處應(yīng)力、變形與變形幅值影響分析（有瀝青甲板面）133

6.4.4裝載方案對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)處應(yīng)力、變形與變形幅值影響分析（無(wú)瀝青甲板面）138

6.4.5瀝青甲板面對(duì)浮式碼頭結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的作用（不同裝載方案）143

6.5在長(zhǎng)期載荷作用下的瀝青甲板面對(duì)浮式碼頭結(jié)構(gòu)變形響應(yīng)影響145

6.5.1有限元計(jì)算模型簡(jiǎn)化146

6.5.2長(zhǎng)期載荷作用的計(jì)算工況147

6.5.3瀝青甲板面對(duì)長(zhǎng)期載荷作用下浮式碼頭結(jié)構(gòu)變形影響（波高2m）148

6.5.4瀝青甲板面對(duì)長(zhǎng)期載荷作用下浮式碼頭結(jié)構(gòu)變形影響（波高8m）149

6.6總結(jié)瀝青甲板面材料對(duì)浮式碼頭力學(xué)響應(yīng)分析151

結(jié)論152

參考文獻(xiàn)154"

2100433B

本書是基于浮體靜力學(xué)、波浪理論和瀝青材料粘彈性力學(xué)模型，提出一種大型海上浮式碼頭方案設(shè)計(jì)，在研究浮式碼頭靜水力特性、浮態(tài)和穩(wěn)性基礎(chǔ)上，采用ANSYS結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，研究鋪設(shè)瀝青甲板面的大型鋼結(jié)構(gòu)浮式碼頭在多種組合工況下的力學(xué)響應(yīng)特性。 研究成果為海上浮式碼頭設(shè)計(jì)提供有效科學(xué)依據(jù)，指導(dǎo)浮式碼頭總體強(qiáng)度設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)輕量化，提高浮式碼頭載重量，提高結(jié)構(gòu)疲勞破壞強(qiáng)度，使得浮式鋼結(jié)構(gòu)碼頭設(shè)計(jì)更具有科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。

艇甲板縱向構(gòu)件

①甲板縱桁。甲板縱桁是甲板結(jié)構(gòu)中，沿船長(zhǎng)方向布置的縱向強(qiáng)構(gòu)件，常用剖面尺寸較大的組合T形材制成。甲板縱桁作為橫梁的支點(diǎn)，可以減小橫梁的尺寸，同時(shí)起著保證甲板縱向強(qiáng)度和力的傳遞作用。

沿艙口邊的縱桁稱為艙口縱桁。為了避免裝卸貨物時(shí)磨損起貨吊索，艙口縱桁通常采用組合角鋼，縱桁面板應(yīng)偏向舷側(cè)一邊，并在腹板與面板的交角處焊一圓鋼。

②甲板縱骨。甲板縱骨是縱骨架式甲板結(jié)構(gòu)中采用的縱向構(gòu)件，通常用球扁鋼或不等邊角鋼制成。甲板縱骨參與總縱強(qiáng)度，能增加甲板板的穩(wěn)定性，同時(shí)承受甲板上的橫向載荷。

艇甲板橫向構(gòu)件

甲板結(jié)構(gòu)中的橫向構(gòu)件統(tǒng)稱為橫梁。橫梁除了支持甲板，承受甲板上貨物、機(jī)器與設(shè)備的重力及上浪時(shí)水壓力外，同時(shí)還支撐舷側(cè)，并與肋骨及肋板組成橫向框架共同抵抗船體的橫向變形。

橫梁按其設(shè)置位置和剖面尺寸大小分為：

①普通橫梁(deck beam)。普通橫梁是橫骨架式甲板結(jié)構(gòu)中的主要構(gòu)件，常用不等邊角鋼制成，也有用球扁鋼的。

②半梁(half beam)。舷側(cè)至艙口邊的橫梁稱為半梁，半梁的剖面尺寸與橫梁相同，因此也稱為普通半梁。它的一端與艙口縱桁用肘板相連，另一端用梁肘板與主肋骨連接。

③強(qiáng)橫梁(web beam)。強(qiáng)橫梁是在縱骨架式甲板結(jié)構(gòu)中采用的主要橫向構(gòu)件，用于支持甲板縱骨，保證橫向強(qiáng)度。在縱骨架式甲板上，一般每隔3～5個(gè)肋距裝置一強(qiáng)橫梁。在機(jī)艙和尾尖艙區(qū)域內(nèi)，強(qiáng)橫梁應(yīng)設(shè)置在舷側(cè)強(qiáng)肋骨的肋位上。強(qiáng)橫梁常用組合T形材，它不僅保證橫向強(qiáng)度，而且還作為甲板縱骨的支點(diǎn)。強(qiáng)橫梁的腹板上開(kāi)切口讓縱骨穿過(guò)，并設(shè)防傾肘板。

④艙口端橫梁(hatch end beam)。布置在艙口前后端的強(qiáng)橫梁稱為艙口端橫梁。

艇甲板肘板(knee)

橫梁與肋骨和甲板縱桁必須用肘板牢固連接，以便相互傳遞作用力，并增加節(jié)點(diǎn)處的剛性。橫骨架式甲板結(jié)構(gòu)中有許多處肘板，有連接橫梁與肋骨的梁肘板(beam knee)、連接橫梁與甲板縱桁的防傾肘板等。

當(dāng)舷側(cè)為橫骨架式時(shí)，在不設(shè)強(qiáng)橫梁的肋位上，肋骨上端須裝置達(dá)到最靠邊一根甲板縱骨的肘板，如圖5所示，其中，(a)為肘板與肋骨對(duì)接；(b)為肘板與肋骨搭接。