船舶水平纵向浮船坞下水分析_船舶水平纵向浮船坞下水分析

安全。
体的弯矩、剪力分布和船底墩木支反力大小以保证船
第 2 和第 3 阶段则不同，这两个阶段过程中都是 部分船体在船台上另一部分船体在浮船坞上，因为每
舶结构安全。
表 1 下水过程的 3 个阶段
阶段
说明
可能发生的不利现象
1 自船舶开始滑动至船体接触浮船坞为止。
船Hale Waihona Puke 不能顺利滑动，或者中途停止滑动。2 自船体接触浮船坞至船舶第一个下水架越过浮船坞浮心为止。
船舶在移动过程中，由于浮船坞的压载水的调节 和船舶的移动不是同步进行，当船舶每完成一次移动 时，船舶在浮船坞内的部分对浮船坞产生纵倾力矩， 使浮船坞发生纵倾，船舶的部分墩木处于非接触状态， 引起船舶受力的重新分布。以往实践表明：大型重载 船舶在水平纵向移动程中，有可能因局部结构受力过 大导致船体外板和结构变形。因此，对大型重载船舶 进行纵向移动受力计算及其安全性研究时，需要计算 船体在移动过程中的局部受力。实际船舶在船台上， 可以看成船体梁搁在一系列独立的墩木上[8]，见图 2。
滑道
滑道 X
浮船坞
艏
Y
船台
图 1 船台、浮船坞及船舶三者的位置关系
收稿日期：2011-07-06；修回日期：2011-08-16 作者简介：刘国辉（1987-），男，硕士研究生，研究方向：船舶与海洋结构物设计制造。
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船舶舾装设备、修造工艺与造船材料
方便等优点[6]。
次船舶的移动都会使浮船坞产生艏倾或艉倾，使得船
为了保证船舶顺利完成水平纵向浮船坞下水，必
须具有相应的移动设施和工艺措施。国内外常用的一 种下水移动方法是纵向滑道移动[4]。船舶下水移动时， 利用船台和滑道合一的移动设施，首先将龙骨墩、边 墩和支撑全部安装在下水架上，使船舶重量移到墩木 上，再松开止滑装置，通过牵引绳索拉动下水架滑动。 船舶便和支架、滑板等一起沿着滑道进入浮船坞中。 此外，为了减小滑板在滑道上的滑行摩擦阻力，可以 采用滑道纵向涂油的方法，在下水架和滑道之间涂上 一定厚度的油脂[5]。这种方法适用于不同重量和船型 的船舶，并且具有设备简单、建造费用少和维护管理
关键词：水平纵向浮船坞下水；墩木反力；压载水调节；有限元法 中图分类号：U671.5; U673.332 文献标志码：A 文章编号：1000-6982 (2012) 02-0057-04
Analysis of the Launching of Ships on Level Longitudinal Floating Dock
（2）
式中，N 为剪力；M 为弯矩；θ 转角；y 为挠度。
根据梁变形连续性条件知平衡条件，可得艏艉状
态矢量之间关系为：
Bn = En Fn En−1Fn−1 " E2 F2 E1F1B1
（3）
求得了船体梁船尾端的状态矢量。应用递推公式
（3）可以求出船体梁各断面的状态矢量，即可求得各
墩木对船体梁的反力。
在船舶的移动过程中，浮船坞压载水变化产生的
力矩和船舶墩木对浮船坞产生的力矩平衡，同时浮船
坞的吃水不变。由此得平衡方程
⎧⎪M船 = M坞 = M左 + M右
⎨⎪⎩n∑n=1 Fi + F4 + F5 + F6 = F1 + F2 + F3
（6）
2 算例分析 利用上述计算方法，对某 50000 吨级散货船水平
目前，万吨级的大型船舶水平纵向浮船坞下水是 一个事故因素较多的工艺过程。船舶在下水移动过程 中，由于浮船坞的浮态发生变化，船底的部分支架会 脱落，使周边墩木反力迅速增大，对船底结构安全产 生不利影响[1-3]。为了减小由于浮船坞纵倾引起的墩木 反力集中，需要在船舶水平纵向移动的同时通过调节 浮船坞的各个压载水舱的压载水减小浮船坞的纵倾。 船舶每移动一定的距离调整浮船坞压载水一次。
DOI:10.13788/ki.cbgc.2012.02.020
SHIP ENGINEERING Vol.34 No.2 2012
船舶工程 总第 34 卷，2012 年第 2 期
船舶水平纵向浮船坞下水分析
刘国辉，叶家玮
（华南理工大学土木与交通学院，广州 510640）
摘 要：通过采用有限元法求解船舶下水过程中的墩木反力变化过程，进而得出浮船坞压载水调节 方案。为了进一步检验该模型的可靠性，根据计算模型编写计算程序对 50000 吨级散货船的水平纵向浮 船坞下水过程进行计算模拟，实际结果表明该模型能满足船舶水平纵向浮船坞下水受力分析的精度要求。
纵向移动过程进行受力计算。根据上述计算船体弯矩 和剪力分布和船底墩木反力的有限元理论，需要散货 船的重量分布数据、惯性矩分布数据和船底墩木刚度 与位置分布数据组装刚度矩阵进行有限元计算。散货 船的重量分布数据如表 2 所示。散货船的惯性矩分布 数据如表 3 所示。
表 2 散货船重量分布数据（部分） 肋号 重量/t 肋号 重量/t 肋号 重量/t 肋号 重量/t
图 2 船底墩木示意图
在不计船底局部变形和船体梁挠度对反变形的影
响，规定所有的力与挠度方向在与 Y 轴（向下为正） 同向为正时，船体梁的平衡微分方程为：
d2 dx2
⎡ ⎢ ⎣
EI(x) d
2 y(x) dx2
⎤ ⎥ ⎦
+
k ( x) y(x)
=
q(x)
（1）
式中，E 为船体钢材的弹性模量；I(x)为船体横剖 面的惯性矩；y(x)为龙骨相对应于中和轴的挠度；k(x) 为支承结构的弹性基础的刚性系数；q(x)为船体梁的 重力分布。
……
船舶在船台上由墩木支撑。墩木的刚度根据墩木
材料弹性模量和体积就算得出。每个墩木的刚度按
1/K=Σ(1/Ki)算出。其中，Ki 为船底结构、墩木、滑板 和滑道地基等的刚度系数。散货船的墩木分布数据和
刚度如表 4 所示。
表 4 墩木分布数据（部分）
刚度
刚度
刚度
肋号
肋号
肋号
（N/cm）
（N/cm）
（N/cm）
1 基本计算理论和计算内容 1.1 船舶水平纵向浮船坞下水的基本方法和过程
浮船坞水平纵向下水是指船舶在船台上通过滑道 水平拉移的方法移动到浮船坞上的过程。移动过程中 船舶、船台和浮船坞的相对位置如图 1 所示。移动过 程中以船台末端两滑道中点为坐标原点 O，浮船坞船 首方向为 X 轴正向，Y 轴正向向下的坐标系进行取值。
-4 17.78 -1 23.44 2 32.61 5 31.25
-3 19.68 0 27.28 3 29.87 6 31.64
-2 21.57 1 30.96 4 28.53 7 29.7 ……
表 3 散货船惯性矩分布数据（部分） 肋号 惯性矩/m4 肋号 惯性矩/m4 肋号 惯性矩/m4
-4 11760 0 20404 4 29048 -3 13921 1 22565 5 31209 -2 16082 2 24726 6 33370 -1 18243 3 26887 7 35531
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刘国辉等，船舶水平纵向浮船坞下水分析
式中，F1、F2、F3 是 1#、2#、3#压载水舱各舱排 水产生的浮力；F4、F5、F6 是 4#、5#、6#压载水舱各 舱排水产生的浮力；L 是各压载水舱的长度；Xg 为浮 船坞重心横坐标。
M 1# 2# 3#
M
4# 5# 6#
图 4 压载水舱产生的力矩示意图
LIU Guo-hui, YE Jia-wei
(School of Civil Engineering and Transportation, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)
Abstract: The changing process of the reaction of launching block during the ship launching is calculated by the finite element method. Furthermore, the ballast water regulation solution of the floating dock is gained. In order to test the reliability of the mode, a calculation program is designed to simulate the launching process of a 50000 dwt bulk carrier on the level longitudinal floating dock. The result shows that the mode can meet the accuracy requirements of the force analysis during the launching on the level longitudinal floating dock. Key words: launching of level longitudinal floating dock; reaction of launching block; ballast water regulation; finite element method
为了便于分析船舶运动情况和受力的变化，通常 底各支撑墩木支反力发生变化，并且改变船体的弯矩
将移动过程划分为 3 个阶段，具体见表 1。 第 1 阶段为准备阶段，船舶在船台上由静止开始
滑动，在这个过程中船体的弯矩、剪力和船底墩木的 支反力都不会发生变化。所以这个阶段船体相对比较
和剪力分布，不同的是第 2 阶段船体在移动过程中容 易发生中垂而第 3 阶段船体容易发生中拱，因而需要 严格控制船体每次滑动的距离，对第 2 阶段和第 3 阶 段过程中的每次移动进行受力分析，计算移动前后船