一种基于防坠方钢优化设计的船舶结构平台减轻孔

技术领域

本发明涉及舰船零部件技术领域，具体是指一种基于防坠方钢优化设计的船舶结构平台减轻孔。

背景技术

在设计初期，沿用母型船设计，在首、尾尖舱、以及舷侧压载舱平台上开设400*700左右减轻孔，并在减轻孔上安装镀锌防坠方钢，保证人员通过安全，这种设计增加了防坠方钢的制作、安装成本，如先用后技术申请号:CN201721906191.3公开了一种应用于舰船零部件技术领域的舰船减轻孔防护装置，所述的舰船减轻孔防护装置的主支撑条Ⅰ(1)和主支撑条Ⅱ(2)之间通过横向连接条Ⅰ(3)和横向连接条Ⅱ(4)连接，横向连接条Ⅰ(3)和横向连接条Ⅱ(4)之间设置多道内部支撑条(5)，横向连接条Ⅰ(3)设置为呈凸出的C字形结构，横向连接条Ⅱ(4)设置为呈凸出的C字形结构，横向连接条Ⅰ(3)的凸出方向设置为与横向连接条Ⅱ(4)的凸出方向相反的结构。其缺陷在于：这会增加焊接工作量，人员走动过程中易发生绊倒危险，另外方钢与平台的焊接部位油漆保护困难，容易发生锈蚀。

为了解决上述问题，现有技术中申请号:CN201020254230.8公开了一种船舶减轻孔。涉及减轻孔形状的改进。既能满足消减船体应力的作用，又能防止人员跌落。船舶具有压载舱平台、空舱平台或油舱平台，减轻孔贯穿所述平台的台面，减轻孔为在台面上开设的栅栏形。本发明将人员需要通行处的减轻孔设计成栅栏式(地漏式)。该技术通过在平台板上加工出较为密集的减轻孔，这样既达到了减轻孔的效果，又起到了防跌落结构的作用。即使减轻孔内的材料得到了合理使用，又节约了防跌落结构的材料，也减少了防跌落结构的安装、焊接、打磨等施工工作量。但是其缺陷在于，随着平台板上加工出密集的减轻孔后，平台板的抗剪切能力和抗屈服能力均有较大幅度的下降，考虑到保持船体的强度并且同时具有较好的使水流穿过的性能；有必要提出一种基于防坠方钢优化设计的船舶结构平台减轻孔来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，而提供一种基于防坠方钢优化设计的船舶结构平台减轻孔。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于防坠方钢优化设计的船舶结构平台减轻孔，包括平台板，所述平台板上分布有若干减轻孔组，每个减轻孔组内含有多个第一减轻孔，所述第一减轻孔呈长条形腰孔状，第一减轻孔在平台板上均沿同一方向平行设置，减轻孔组内相邻两个第一减轻孔之间的平台板形成支撑条板，所述减轻孔组之间的平台板形成间隔条板，使形成的支撑条板、间隔条板与平台板位于同一平面上；

若干减轻孔组使平台板表面形成格栅状透水孔板；所述减轻孔组的长轴为700mm，短轴为400mm，多个第一减轻孔组成的减轻孔组的外围轮廓为圆角矩形状。

进一步的，所述第一减轻孔包括外圈口径、内圈口径、内外落差高度，所述外圈口径所在平面与平台板表面齐平，所述内圈口径与外圈口径之间形成斜切面，所述内外落差高度为外圈口径与内圈口径的垂直落差高度。

进一步的，双层所述平台板构成平台模块，双层所述平台板包括下层板和上层板，所述下层板、上层板之间设有支撑空间，所述支撑空间内设有加强结构。

进一步的，所述加强架构包括若干设置于支撑空间内的加强桁条，所述加强桁条与减轻孔组的长轴方向相垂直设置，所述加强桁条包括V形支撑条、支撑隔板，所述V形支撑条的内侧垂直于V形支撑条两侧内壁设置支撑隔板，所述支撑隔板沿V形支撑条长度方向均匀排列设有若干个。

进一步的，所述支撑隔板上设有第二减轻孔，所述V形支撑条两侧壁开口夹角为30-50°所述V形支撑条的侧壁设有第三减轻孔，所述第三减轻孔位于相邻两个支撑隔板的中间位置。

进一步的，所述V形支撑条的转角棱边两侧交错设有透水中缝孔，在相邻两个透水中缝孔之间设置支撑隔板，所述透水中缝孔的延伸方向为V形支撑条两侧面的镜像中线方向。

进一步的，所述支撑隔板的前缘两侧与V形支撑条内壁相连接，支撑隔板的后缘为圆弧边。

进一步的，所述下层板上设有限位挡沿，所述限位挡沿成对设置，两侧限位挡沿的间距与V形支撑条的两侧长边开口距离相配合；两侧限位挡沿上端相对设有卡沿，所述V形支撑条的两侧长边外侧设有卡爪，所述卡爪卡入卡沿内形成固定，所述V形支撑条的两侧长边与支撑隔板的后缘之间为弹性形变沿。

进一步的，所述上层板下端面凸起设有与透水中缝位置相对应的限位插杆。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、经本发明的优化设计，取消了相关区域防坠方钢的制作图、安装图，减轻了生产设计师的设计任务，同时生产上减少防坠方钢的在分段上焊接、以及镀锌油漆，工序得到简化。

2、在平台板上形成的支撑条板、间隔条板为在平台板上直接加工成型，所以三者的表面均为齐平表面，所以不会发生现有技术中在减轻孔内安装防坠方钢时绊倒工作人员的危险。

3、在第一减轻孔内加工形成外圈口径和内圈口径，并使两者之间形成斜切面，从而可以大幅增加孔边的外面刚度，进而提高整体结构的承载力。

4、在实施例中设置双层平台板，并在两者之间设置支撑空间，通过加强桁条的设置大幅加强相关区域的平台支撑强度，提高抗剪切能力和抗屈服能力。

附图说明

图1为现有技术中平台减轻孔的结构示意图；

图2为本申请一种基于防坠方钢优化设计的船舶结构平台减轻孔的结构示意图；

图3为本申请中平台减轻孔的俯视图；

图4为本申请中第一减轻孔的结构示意图；

图5为本申请中图4中A-A截面的结构示意图；

图6为本申请中第三实施例的轴测图；

图7为本申请中第三实施例的俯视视角爆炸图；

图8为本申请中第三实施例的仰视视角爆炸图；

图9为本申请中加强桁条的立体图；

图10为本申请中上层板、下层板的侧视图；

图中：1、平台板；2、减轻孔组；3、第一减轻孔；4、支撑条板；5、间隔条板；6、外围轮廓；7、外圈口径；8、内圈口径；9、内外落差高度；10、斜切面；11、下层板；12、上层板；13、支撑空间；14、加强桁条；15、V形支撑条；16、支撑隔板；17、第二减轻孔；18、第三减轻孔；19、透水中缝孔；20、圆弧边；21、限位挡沿；22、卡沿；23、卡爪；24、弹性形变沿；25、限位插杆；26、减轻孔；27、防坠方钢。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

沿用传统设计，如图1所示，在首、尾尖舱、以及舷侧压载舱平台上开设400*700mm左右减轻孔26，并在减轻孔上安装镀锌防坠方钢27，保证人员通过安全，这种设计增加了防坠方钢27的制作、安装成本，同时因为该节点在结构图和舾装图上体现，制作安装图在舾装图纸中，现场经常会漏装、错装；并且该种防坠方钢与平台板1的平面度保持不佳，容易绊倒经过的人员。首先明确减轻孔26及防坠方钢27的作用，减轻孔是构件上在压载舱内做流水的作用；防坠方钢是为了防止人员在开孔区域行走时防止坠落，但是由于采用防坠方钢的平整度不好，容易绊倒人员。经过优化结构开孔，将开孔做成长条形或小圆孔，将防坠及减轻作用合二为一，取消了防坠方钢。

实施例一：

具体的，一种基于防坠方钢优化设计的船舶结构平台减轻孔，包括平台板1，所述平台板1上分布有若干减轻孔组2，如图2所示；每个减轻孔组2内含有多个第一减轻孔3，所述第一减轻孔3呈长条形腰孔状，第一减轻孔3在平台板1上均沿同一方向平行设置，如图2所示，在平台板1上开设若干均匀密布的第一减轻孔3，相比于图1所示，第一减轻孔3的开孔总面积较图1更大、并且分布密集、均匀，在流水时，水流通过性更好。

减轻孔组2内相邻两个第一减轻孔3之间的平台板1形成支撑条板4，所述减轻孔组2之间的平台板1形成间隔条板5，使形成的支撑条板4、间隔条板5与平台板1位于同一平面上，由于是以平台板1本体作为加工对象，所以第一减轻孔3加工成型后所形成的间隔条板5、支撑条板4均与原平台板1的表面保持相同；并且，图1中防坠方钢27为垂直平台板1表面安装，而本实施例中形成的支撑条板4、间隔条板5的表面均是与平台板1表面相平行，所以踩在两者表面时，图1所示的防坠方钢的接触压强较大，而本实施例为面接触，可以减小接触压强，从而使第一减轻孔3处可以更均匀的分摊上侧产生的压力。

若干减轻孔组2使平台板1表面形成格栅状透水孔板；所述减轻孔组2的长轴为700mm，短轴为400mm，多个第一减轻孔3组2成的减轻孔组2的外围轮廓6为圆角矩形状，在平台板1上每组减轻孔组2的形状如图2中虚线所示的圆角矩形状，在其内设置多个第一减轻孔3，并且本实施例中减轻孔组2的长宽数据与现有技术中的减轻孔26保持接近的数据，并且本实施例中，可以将减轻孔组2分布更加密集。

实施例二：

如图4所示，所述第一减轻孔3包括外圈口径7、内圈口径8、内外落差高度9，所述外圈口径7所在平面与平台板1表面齐平，所述内圈口径8与外圈口径7之间形成斜切面10，所述内外落差高度9为外圈口径7与内圈口径8的垂直落差高度；传统的减轻孔采用充压剪切工艺加工而成，因此，开孔后结构上会形成翻边，如图5所示，本实施例中由翻边形成斜切面10。翻边可大幅增加孔边的面外刚度，可间接提高结构的屈曲承载力，同时开孔又能实现轻量化设计。第一减轻孔3可由三个变量描述，其中D1为外圈口径7，D2为内圈口径8，DH为内外落差高度9。

对该结构进行显式后屈曲分析后，得到其极限承载力为3761kN，此时对应的平台板1的重量为81.8kg。相比初始设计，由于翻边提供了面外刚度，本实施例在结构极限承载力得到一定提高的前提下，实现了结构的减重。

由于外围轮廓6的短轴宽度相同，传统的减轻孔设计空间受到限制，结合冲压工艺特点，本实施例提出一种具有斜切面10的第一减轻孔3结构，本实施例中的第一减轻孔3中长度变量L可以进行改变，如图3所示，每个外围轮廓6内沿短轴方向设有三条第一减轻孔3，也可以减小L的长度，使外围轮廓6内沿长轴方向设置两条第一减轻孔3。通过对本实施显式后屈曲分析可知，第一减轻孔3加工形成翻边的斜切面10，可在一定程度上提平台板1的面外刚度，从而在小幅提高结构极限承载能力的前提下，实现结构减重。

实施例三：

如图6所示，为了进一步提高平台的承载力与强度，本实施使用双层平台板1组成平台模块，双层所述平台板1包括下层板11和上层板12，所述下层板11、上层板12之间设有支撑空间13，所述支撑空间13内设有加强结构。

具体的，如图7、8所示，所述加强架构包括若干设置于支撑空间13内的加强桁条14，所述加强桁条14与减轻孔组2的长轴方向相垂直设置，如图9所示，所述加强桁条14包括V形支撑条15、支撑隔板16，所述V形支撑条15由两侧对称的侧板构成V形结构，所述V形支撑条15两侧壁开口夹角为30-50°。使用时，将其倒置在支撑空间13内，由于V形支撑条15其形似三棱柱状，安装在两个平台板1支架可以大大提高整体的轴向刚度，进而提高平台结构的承载能力，并且在V形支撑条15的内侧垂直于V形支撑条15两侧内壁设置支撑隔板16，支撑隔板16可以对V形支撑条15两侧面加强固定，避免整体发生弯曲，如图9所示，所述支撑隔板16沿V形支撑条15长度方向均匀排列设有若干个。

进一步的，由于平台板1在实际使用时需要保持良好的透水性，同时为了做到减重，本实施例中，将支撑隔板16上设有第二减轻孔17，第二减轻孔17与支撑隔板16形状相类似，呈圆角三角形状，其前端两侧边与支撑隔板16两侧边相平行，从而使支承隔板起到支承的同时保持加强桁条14轴向的透水性能，

所述V形支撑条15的侧壁设有第三减轻孔18，所述第三减轻孔18位于相邻两个支撑隔板16的中间位置，第三减轻孔18可以使水流在垂直方向更容易的通过V形支撑条15，从而在水位上升能较好的使水流穿过，在水位下降时水流可以完全从加强桁条14上落下，减少结构夹带水量，有利于快速干燥，避免锈蚀。所述加强桁条14呈开口朝下倒置状设置于支撑空间13内，V形支撑条15的转角棱边与两侧长边形成三角形稳定结构，当其放置于支撑空间13内时，可以在下层板11、上层板12之间形成良好的加固支撑效果，在V形支撑条15内设置的支撑隔板16则可以更好的稳定V性支撑条两侧壁的。

如图7、9所示，所述V形支撑条15的转角棱边两侧交错设有透水中缝孔19，在相邻两个透水中缝孔19之间设置支撑隔板16，所述透水中缝孔19的延伸方向为V形支撑条15两侧面的镜像中线方向。两侧的透水中缝孔19均贴合在V形支撑条15的转角棱边设置，并且透水中缝孔19的贯穿方向为垂直于平台板1的方向，透水中缝一则可以使V形支撑条15内部尖端处避免残留水汽，气流可以从透水中缝孔19流通，从而使内部尖端不会积聚水汽；二则，在所述上层板12下端面凸起设有与透水中缝位置相对应的限位插杆25，如图8所示，在安装时，限位插杆25可以插入一部分透水中缝孔19内，将上层板12与加强桁条14之间牢固固定。

进一步的，所述支撑隔板16的前缘两侧与V形支撑条15内壁相连接，支撑隔板16的后缘为圆弧边20。所述V形支撑条15的两侧长边与支撑隔板16的后缘之间为弹性形变沿24，实际使用时，V形支撑条15由厚薄适中的钢板弯折形成，而支撑隔板16的后缘圆边并未覆盖V形支撑条15的所有侧边，而是在圆弧边20与V星支撑条边缘之间留出一定间距，便于在下插安装时提供一定的形变，V形支撑条15利用该弹性形边可以更容易卡入卡沿22内。

具体的，所述下层板11上设有限位挡沿21，所述限位挡沿21成对设置，如图10所示，两侧限位挡沿21的间距与V形支撑条15的两侧长边开口距向相等，所以当上层板12上负有较大承载时可以通过加强桁条14结构传递在上层板12、下层板11之间，上层板12的压力作用在V形支撑条15两侧板时，挡在其外侧的两条限位挡沿21可以对V性支撑条两侧形成良好支撑。并且，两侧限位挡沿21上端相对设有卡沿22，所述V形支撑条15的两侧长边外侧设有卡爪23，所述卡爪23卡入卡沿22内形成固定，安装时，卡爪23利用弹性形变沿24具有的一定形变能力，在下压V形支撑条15时，两侧卡爪23略微向内收拢，使卡爪23越过卡沿22，牢固的卡在支撑隔板16内，从而将加强桁条14与下侧的下层板11连接固定。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。