化學(xué)品船腳手架強(qiáng)度校核范文

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1力學(xué)計算法腳手架校核

化學(xué)品船液貨艙腳手架腳手桿較多，相互連接交錯，普通力學(xué)計算方法只能將整體腳手架拆分成多種局部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行校核，從而近似估計整體腳手架的強(qiáng)度。

1.1頂層橫桿工況五塊腳手板平鋪在兩根長度為1650mm的腳手桿上，每塊腳手板重量為15kg，腳手板的中間位置施加向下的集中載荷P，腳手板為標(biāo)準(zhǔn)件，最大承受重量為200kg，因此集中載荷P取2000N。忽略腳手板的自身重量，只在每塊腳手板的中間位置施加2000N向下集中力，由于桿件屬于超靜定結(jié)構(gòu)，并且結(jié)構(gòu)對稱，受力對稱，所以在桿件正中間處打斷，在斷面處施加一個力矩使端面轉(zhuǎn)角為零。由桿件的彎曲要素表可以列如下方程：算出應(yīng)力為σ為49.1MPa。即在承受1000kg的壓力下，此處腳手桿安全系數(shù)為：235/49.1=4.8滿足工程使用安全要求。

1.2懸臂工況（650mm）兩塊腳手板平鋪在兩根長度為650mm的腳手桿上，腳手桿距端部500mm處設(shè)有斜撐，每塊腳手板的中間位置施加向下的集中載荷P。最大彎矩發(fā)生在施加力的位置，數(shù)值為：M=0.0898333p由公式σ=M/W可以求出最大載荷為：P=1198kg因此，在承受400kg的壓力下，腳手安全系數(shù)為：1198/200=6滿足工程使用安全要求。

1.3懸臂工況（1500mm）4塊腳手板平鋪在兩根長度為1500mm的腳手桿上，腳手桿距端部1035mm和420mm處設(shè)有斜撐，每塊腳手板的中間位置施加向下的集中載荷P。單根腳手桿上受力簡化如下中間斜撐可以簡化為活動支撐，每塊腳手板受力2000N。最大彎矩發(fā)生在施加力的位置，數(shù)值為：M=54.6MPa有公式σ=M/W可以求出最大載荷為：σ=12.16MPa因此，在承載800kg的重量下，腳手的安全系數(shù)為：12.16/235=19.3滿足工程使用安全要求。

2腳手架有限元整體強(qiáng)度校核

由于腳手架整體受力比較多，簡化為力學(xué)模型比較粗糙片面，而且對整體極限情況下的應(yīng)力分析比較復(fù)雜。因此采用Patran軟件進(jìn)行二次校核，腳手桿采用梁單元進(jìn)行建模，長度、寬度、高度方向梁單元長度均為100mm，腳手板按照實際重量加載到腳手桿上，每塊腳手板中間位置施加1400N向下集中力（0.7倍最大承受重量），整個模型共有梁單元13700個，節(jié)點(diǎn)13040個。

2.1邊界條件化學(xué)品船液貨艙腳手架擱置在內(nèi)底板平面上，底部右舷艉端點(diǎn)約束x、y、z三個方向位移，底部右舷艏端點(diǎn)約束x、z兩方向位移，其他底部支點(diǎn)只約束Z方向位移。

2.2原腳手架極限情況下響應(yīng)分析按照極限情況進(jìn)行腳手架加載計算，原腳手架結(jié)構(gòu)響應(yīng)如圖所示：最大應(yīng)力為152MPa，超出了最大安全應(yīng)力117MPa。最大應(yīng)力位置位于腳手架底層艏端縱向腳手桿上。由于腳手架整體是直接擱置在內(nèi)底板平面上，沒有焊接或螺栓固定連接，底層腳手在XY方向沒有足夠的約束和支撐，因此在承載時會出現(xiàn)明顯的應(yīng)力過大情況，需要對底層腳手結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

2.3改進(jìn)后腳手架極限情況相應(yīng)分析化學(xué)品船液貨艙均為不銹鋼材料，普通碳鋼與其接觸會引起腐蝕，因此腳手架不能設(shè)置底部約束，只能在結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)。結(jié)合原腳手架結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布情況，采取在底層增加一排縱向的連接桿。按照極限情況進(jìn)行改進(jìn)后的腳手架加載計算，腳手架結(jié)構(gòu)響應(yīng)如圖所示改進(jìn)后，腳手架最大應(yīng)力為76.5MPa，小于安全需用應(yīng)力117MPa，符合安全要求。

3結(jié)語

通過兩種方法進(jìn)行化學(xué)品船校核，可以發(fā)現(xiàn)力學(xué)公式計算法只能將整體腳手簡化為局部節(jié)點(diǎn)，所計算的范圍較為狹窄，不能100%覆蓋整體，因此很可能存在計算漏洞，不利于施工安全。而有限元計算方法可以非常方便的對整體進(jìn)行校核，計算結(jié)果覆蓋所有構(gòu)件，計算的全面性和準(zhǔn)確性、直觀性均優(yōu)于力學(xué)計算校核。目前，船舶行業(yè)腳手架的搭設(shè)廣泛存在隨意性，沒有科學(xué)的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐，因此材料浪費(fèi)和安全隱患是船舶行業(yè)腳手架的兩大弊端。本文通過有限元軟件Patran和傳統(tǒng)的力學(xué)計算兩種方法對化學(xué)品船腳手架強(qiáng)度進(jìn)行校核及改進(jìn)，使腳手架強(qiáng)度滿足施工需要，并通過對比發(fā)現(xiàn)有限元校核方式明顯優(yōu)于力學(xué)公式計算形式，能大大提供腳手架校核的準(zhǔn)確性和全面性，消除實際生產(chǎn)中的安全隱患。

作者：徐興智方匯邵宏運(yùn)單位：上海交通大學(xué)滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司總裝一部江蘇科技大學(xué)船海學(xué)院