[发明专利]一种船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法

说明书

本发明公开了一种船舶金属围壁开口的直角角隅之防裂、止裂的设计方法，其技术特征是以“止裂缝”设计取代现行的常规“止裂孔”设计，使原集中于直角角隅的应力通过特殊设计的“止裂缝”转移至易于加强处理的相交甲板(或相交围壁)处，或是分散至特殊设计的防裂圆弧上，以便实现结构的便捷加强，或是降低集中应力，有效止裂、防裂。

技术领域

本发明属于船舶设计和建造技术领域，具体涉及一种对于船舶金属围壁，特别是其上层建筑船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法。

背景技术

金属围壁开口角隅是金属结构的应力高度集中区，受力后极易由高度集中的应力值超出设计许用应力值，导致角隅裂缝产生并进一步撕裂整个金属围壁。因而通常将金属围壁开口设计成圆弧，使集中的应力分散至由圆弧扩大的应力集中区，有效降低集中的应力值，保证金属围壁的工作强度。

显然，就集中应力的分散、防止开口角隅的高应力撕裂要求，金属围壁开口角隅必须带圆弧(即为防裂圆弧，下称“防裂弧”)，且其半径应足够大(常规设计是不小于开口宽度的10％)。而最坏情况就是半径为零时的直角角隅，这是通常金属结构设计所力求避免的。然而，船舶的一些通道设备，如液压分隔门、上建各舱室如防火门等的舱室门等，由其常规的直角门框形式，导致其所在金属围壁上的开口不得不设计成无圆弧的直角形式。这样，应力集中区就成为开口之直角角隅的一个“点”，导致集中应力值的“最大化”。因此，防裂、止裂，就成了金属结构此类直角开口设计的重点难题。特别是对舯部长船楼型船舶(如客船等)，其参与船舶总纵强度的上建之高应力区，难以避免地会有大量的此类直角开口设计，有效防裂、止裂是其设计的关键重点之一。

对于金属围壁上如舱室门开口这样的直角形开口，其常规的止裂设计是以角隅点为圆心，加开Φ15的圆形止裂孔，以期集中于角隅点的应力被分散于该止裂孔的3/4圆弧上，降低集中应力值(如图1所示)。

然而，船舶建造的实际，经常发现对直角开口的上述常规止裂设计存在止裂效果不明显，甚至不起作用的问题。经研究分析，其原因主要是：

1、相对于如上建舱室门等开口(一般为～700X1800)，Φ15止裂孔仍然太小(半径7.5，仅为开口宽度的1％强，远小于常规要求的10％)，虽有一定效果，但仍不足以有效防裂和止裂；

2、由船舶实际建造的必然误差，以及设计时无法得到通道设备门框的详细结构图等原因，经常难以实现门开口在下料阶段的精确切割：下料时需留余量而只割出供进出通口的工艺孔，待船舶结构基本装焊到位，开始舱室门安装之际，依据实际割除余量。因此，其角隅的止裂孔，也只能在此阶段切割成形。但是，对于安装现场，在现有条件下，切割工具一般为火焰割刀，且因工位问题而普遍手工操作。这就导致割缝粗糙，不可能如激光、等离子等切割的相对光顺。而粗糙割缝本身又实际形成了众多新的应力集中点。同时，Φ15的小尺寸，也往往使打磨不易、效率极低；

3、止裂孔的设计，在实际集中应力值大于设计许用应力的情况下，除了加厚开口角隅处的板厚外，别无其它有效加强方法。而板厚的增加又有其一定的限度(一般不超过原板厚的100％)，而Φ15的小尺寸往往不能大幅分散并降低实际应力值。增加板厚仍不能满足强度要求时，常规的止裂孔设计对防裂、止裂实际已失效；

4、板厚的增加，更同时增加了小尺寸Φ15止裂孔的施工难度，导致该止裂孔成形不佳，从而进一步影响其防裂、止裂性能，等等。

以上叙述的种种现象基本可以归结为船舶金属结构直角开口角隅的常规止裂设计，其实际工艺可操作性较差，预期的止裂效果也不佳，施工建造很难保证船舶产品的最终质量。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，可大大提高止裂效果，并简化工艺、便于施工。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：