JP4304882B2

JP4304882B2 - 船体構造

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Publication number: JP4304882B2
Application number: JP2001151325A
Authority: JP
Inventors: 哲男岡田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2021-05-21
Also published as: JP2002337783A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は船体構造に係わり、特に船体のロンジが平行でない部分の骨組の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は船底部分の船体構造の部分平面図、図４は図３のＡ−Ａ矢視図、図５は図３のＢ矢視図である。これらの図において、１は船底板、２はトランスフレーム、３はロンジである。トランスフレーム２は船体の幅方向に延在し、長手方向に所要の間隔で船底板１に溶接して設けられている。ロンジ３は上端に面板３ａを有するＴ字状をしている。トランスフレーム２はロンジ３の３ないし４倍の高さを有し、その下方にはロンジ３が貫通するＴ字状の溝が設けられている。ロンジ３はトランスフレーム２の下方を貫通して船体の長手方向に延在し、幅方向に所要の間隔で船底板１に溶接して設けられている。トランスフレーム２とロンジ３とにより碁盤目状の骨組を形成している。
【０００３】
船体は船首または船尾の方向に船底の幅が狭まっている部分では図３に示すように、外側に近いロンジ３を内側に折り曲げてロンジ３間の間隔を狭めているが、干渉を防ぐため一部のロンジ３bは間引いている。間引かれたロンジ３bは、トランスフレーム２間の中間位置で先端をヘッダ４に接合して止めている。ヘッダ４は中間で止めたロンジ３ｂにかかる荷重を、ヘッダ４の両端に接合する両側のロンジ３ｃ、３cで分担させるために設けたもので、ヘッダ４は一様高さのフラットバーまたはその遊辺（上辺）に補強用の面材を設けたものである。５はカーリングで、間引いたロンジ３ｂのトランスフレーム２の向こう側の部分ではロンジ３ｃ、３c間の間隔が広くなるので、それを補うために複数本設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図４、図５に示す一様な高さのヘッダ４の高さは、次のような要素を基にして決定する。
（１）ヘッダ４とロンジ３ｂとの接合部（溶接部）８のせん断強度から要求される接合部８の要求高さ、
（２）ヘッダ4自身が受ける曲げモーメントに対抗するために必要な断面係数を得るための要求高さ、
（３）ヘッダ4自身が受けるせん断力に対抗するために必要な断面積を得るための要求高さ、
ヘッダ4の高さは、これらの要求高さの最大値が必要である。
（１）はヘッダ4とロンジ３ｂとの接合部８のみに必要であり、（２）はヘッダ４とロンジ３ｂとの接合部８で最大であり、両端に向かって減少して行く、（３）はヘッダ4を全長にわたって一様に必要である。
【０００５】
一般には（１）、（２）が大きく、（３）は小さい。従来の一様高さのヘッダ4の場合、（１）または（２）を満足させるため全体が高めになる。一例を示せばロンジ３ｂの高さが４５０ｍｍに対してヘッダ４の高さは３５０ｍｍである。また、その高さに対して座屈しないようにするために板厚を厚くしなければならない。たとえば、高さ３５０ｍｍのヘッダの肉厚は１７．５ｍｍ必要である。さらに、（１）を満足するために単位長さ当たりの溶接の強度を十分に取る必要があり、設計の手間がかかる。ヘッダ４を低くするため、図５に示すように、ロンジ３ｂの先端に切り欠き３ｄを設ける必要があり、その手間がかかるばかりでなく、ロンジ３ｂの先端とヘッダ4の接合面のなす角度が鋭角αになるので、ロンジ３ｂ先端の上面とヘッダ４の接合面８との溶接が困難になり、その部分のせん断応力もぎりぎりになるので、その部分からロンジ３ｂの先端に図５に示すようなクラックｃなどの損傷が発生しやすい。
【０００６】
本発明は従来技術のかかる問題点に鑑み案出されたもので、ヘッダの形状を工夫することにより、（１）ロンジ先端部の切り欠きをなくしてその手間を省き、（２）ヘッダとロンジとの接合部のせん断応力を低下させて損傷を発生しにくくし、（３）ヘッダに座屈上要求される板厚を薄くすることができ、（４）接合部のせん断応力上要求されるヘッダの高さを計算する手間を省くことができる、ヘッダの形状を有する船体構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の船体構造は、船体の幅方向に延在し、長手方向に所要の間隔で船底板に溶接して設けられたトランスフレームと、トランスフレームの下方を貫通して船体の長手方向に延在し、幅方向に所要の間隔で船底板に溶接して設けられたロンジとを有してなる船体構造において、船首または船尾の方向に船底の幅が狭まっている部分で各ロンジの間隔を狭めるとともに、ロンジの本数を間引いて行く際に、間引かれるロンジの終端に接合してトランスフレームとほぼ平行に設けられるヘッダを有してなり、ヘッダの形状ははロンジと接合する部分ではロンジとほぼ同じ高さであり、両側のロンジと接合する両端に向かって徐々に低くなっている。
【０００８】
上記ヘッダはロンジと接合する中間部に高い平坦部を有し、その両側に外方向に向かって下降する傾斜部を有し、さらにその両側に低い平坦部を有してなるのが好ましい。
【０００９】
上記傾斜部の水平との角度はほぼ３０°であるのが好ましい。
【００１０】
次に本発明の作用を箇条書きで説明する。
（１）ヘッダがロンジと接合する部分ではヘッダとロンジの高さがほぼ等しいので、ロンジの先端部分を切り欠く必要がなく、切り欠きの手間が省ける。
（２）ヘッダは必要な所だけ高く、両端の部分ではヘッダ自身が受けるせん断力に対抗する高さでよい。したがって、全体的に高さが低くなり、ヘッダとロンジの接合部とヘッダの端部との中間の座屈しやすい部分の高さが低くなるので、座屈上から要求される肉厚を薄くすることができる。このため、物量が減少し、両端部の溶接長さが短くなるので、コスト低減になる。
（３）ロンジ先端の上辺とヘッダの接合面とのなす角度は直角になるので、溶接がしやすい。また、溶接長さが十分とれるので溶接部分のせん断応力も小さくできて強度が増し、損傷も減らすことができる。したがって、溶接部のせん断力から必要とされるヘッダ高さを計算しなくてもよく、その手間が省ける。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図３は本発明の船体構造の部分平面図で、従来例としてすでに説明したものと共通である。図１は図３のＡ−Ａ矢視図、図２は図３のＢ矢視図である。なお、これらの図において、従来例を説明するために用いた図３ないし図５に示すものと共通の部分には同一の符号を付しており、重複した説明は省略する。これらの図において、７は本発明の船体構造に用いられるヘッダである。ヘッダ７はロンジ３ｂと接合する部分で最も高くなっており、その高さはロンジ３ｂとほぼ同じである。そして両側のロンジ３ｃと接合する両端に向かって徐々に低くなっている。ヘッダ７上辺の形状を計算した応力に対応した曲線にすると製作が困難になるので、実用的な形状として、図１に示すように、ロンジ３ｂと接合する中間部の高い平坦部７ａ、その両側の外方に向かって下降する傾斜部７ｂ、７ｂおよびその両側の低い平坦部７ｃ、７ｃを有してなる。また、傾斜部７ｂと低い平坦部との間には応力集中を避けるため１５０ｍｍ程度のＲを付けている。ロンジ３ｂ、３ｃとヘッダ７との接合は通常の隅肉溶接である。高い平坦部の幅は１００ｍｍ程度、傾斜部の水平線とのなす角度は３０°程度が好ましい。
【００１２】
本実施形態の作用を箇条書きで説明する。
（１）ヘッダ７がロンジ３ｂと接合する部分８ではヘッダ７とロンジ３ｂの高さがほぼ等しいので、図５に示すようなロンジ３ｂの先端部分の切り欠き３ｄの必要がなく、切り欠き３ｄの手間が省ける。
（２）ヘッダ７は必要な所だけ高く、低い平坦部７ｃではヘッダ７自身が受けるせん断力に対抗する高さでよい。したがって、全体的に高さが低くなり、ヘッダ７とロンジ３ｂの接合部８とヘッダ７の端部７ｄとの中間の座屈しやすい部分、たとえば、傾斜部７ｂと低い平坦部７ｃとの境界の近傍の高さが低くなるので、座屈上から要求される肉厚を薄くすることができる。このため、物量が減少し、両端部７ｄの溶接長さが短くなるので、コスト低減になる。
（３）ロンジ３ｂ先端の上辺とヘッダ７の接合部８とのなす角度は直角になるので、溶接がしやすい。また、溶接長さが十分とれるので、溶接部分のせん断応力も小さくできて、強度が増し、損傷も減らすことができる。したがって、溶接部のせん断力から必要とされるヘッダ７高さを計算しなくてもよく、その手間が省ける。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の船体構造のヘッダ７の具体的形状について、計算式を用いて説明する。ヘッダの長さをｌとし、図６に示すようなヘッダを考える。なお、図６は図７のＡ−Ａ矢視図である。簡単のため、荷重点はスパンｌの中央とする。
曲げモーメントＭは、
Ｍ＝Pｘ／２（１）
せん断力Ｆは、
Ｆ＝Ｐ／２（２）
ヘッダの肉厚をｔ（一定値）、高さをｄ（x）（xの関数）とすると、断面係数Ｚ（ｘ）（ｘの関数）は、
Ｚ（x）＝ｔｄ^２（ｘ）／３
なお、この断面係数Ｚ（ｘ）はヘッダ７と船底板１の適当な幅を切り取って合成した逆Ｔ字状断面状についての断面係数の上辺における近似値として経験上与えられるものである。
したがって、引張（圧縮）応力σは、
σ＝Ｍ／Ｚ（x）＝３Ｐx／２ｔｄ^２（x）
よって、
ｄ（x）＝√（３Ｐx／２tδ）（３）
一方、せん断応力τは、
τ＝Ｆ／ｔｄ（ｘ）＝Ｐ／２ｔｄ（x）
よって、
ｄ（x）＝Ｐ／２ｔτ （４）
最適形状は、(３)式と(４)式の大きい方を結んだもので、後に説明するように図８の実線のような形状になる。
【００１４】
典型的な例として図７の平面図に示す寸法の船底の船体構造についてヘッダ７の寸法の試算をする。船底板１に２００ＫＮ／ｍ^２圧力がかかる場合を考える。この荷重はロンジ３ｂとその両側のロンジ３ｃ、３ｃにより等分に受け持つから、ロンジ３ｂにかかる荷重は単位長さあたり、２００×（１．６＋１．２）／2×2＝２００×０．７ＫＮ／ｍである。ロンジ３ｂはトランスフレーム２側は固定支持により、ヘッダ７側は回転支持により支持されていると考えられるから、ロンジ３ｂにかかる全荷重の５／８はトランスフレーム２側で負担し、３／８はヘッダ７側で負荷する。
したがって、
Ｐ＝２００×０．７m×４ｍ×３／８＝２１０ＫＮ
ヘッダ７の厚さを１６ｍｍとし、引張（圧縮）許容応力σ、せん断許容応力をτとし、それぞれ
δ＝１２０Ｎ／ｍｍ^２
Ｚ＝７０Ｎ／ｍｍ^２
として以下計算する。
これを（３）式に当てはめると、
ｄ（x）＝√（３×２１０×１０^３ｘ／２×１６×１２０）＝１２．８√ｘ（mm）、(４)に当てはめると、
ｄ（x）＝２１０×１０^３／２×１６×７０＝９４（mm）、
以上をグラフに示すと図８の実線のようになる。すなわち、ｘ＝０からｘ＝５４ｍｍについては、ｄ（ｘ）＝９４ｍｍ、ｘ＝５４ｍｍからｘ＝６００ｍｍについてｄ（ｘ）＝１２．８√ｘであり、ｘ＝６００ｍｍからｘ＝１２００ｍｍについてはｘ＝０からｘ＝６００ｍｍの線対称形である。
【００１５】
しかし、上記実線のような形状は製作しにくく、実用的ではないので、現実的には図８の一点鎖線に示す形状にする。すなわち、中央の高い平坦部７ａの高さはロンジ３ｂの高さと同じ３５０ｍｍ、幅は１００ｍｍとし、その両側に外方向に向かって下降する傾斜部７ｂを有し、さらにその両側に低い平坦部７ｃを有している。低い平坦部の高さは２５０ｍｍとする。傾斜部７ｂと低い平坦部７ｃとの間には応力集中を避けるため１５０ｍｍ程度のＲを付ける。傾斜部７ｂの傾き角は３０°とする。
【００１６】
次に傾斜部の勾配を計算する。
ｄ（ｘ）＝√（３Ｐｘ／２ｔσ）だから微分すると、
ｄ´（ｘ）＝√（３Ｐ／８ｔσｘ）（５）
となる。したがって、Ｐが大きく、ｔ・σ・ｘが小さいとき急勾配となる。
考えられるＰの最大値Ｐｍａｘを求める。
船底板１にかかる圧力を３００ＫＮ／ｍ^２、トランスフレーム２間の間隔を６０００ｍｍとする。梁に一様な分布荷重がかかっている場合の最大モーメントは、梁の両端が固定支持のときはＭ＝ｗｌ^２／１２であり、梁の一端が固定支持で他端が回転支持の場合はＭ＝ｗｌ^２／８だから最大モーメントを等しくするためにはヘッダ７とトランスフレーム２の間隔は、トランスフレーム２間の間隔の√（２／３）であればよい。ロンジ３ｂにかかる単位長さ当たりの荷重を計算するための船底板の幅（ロンジ３ｃ、３ｃ間の平均の幅の１／２）を９５０ｍｍとすると、
Ｐｍａｘ＝３００×√（２／３）×６．０×０．９５×（３／８）＝５２４ＫＮヘッダの厚さｔの最小値をｔminとし、
ｔmin＝１２ｍｍ
許容引張(圧縮)応力の最小値σmin（軟鋼）をσmin＝１２０Ｎ/ｍｍ^２とする。ロンジ３ｂとロンジ３ｃの最小の間隔は、溶接作業性の関係で４５０ｍｍであるから、ロンジ３ｂとヘッダ７との接合部分における傾斜はｘmin＝４５０ｍｍのとき最大値となる。これらの数値を数式（５）に代入すると最大傾斜は、
√(３×５２４×１０^３／８×１２×１２０×４５０)＝０．５５１
ｔａｎ^−１（０．５５１）＝２８．８
したがって、傾斜角度を３０°に選んで設計し、傾斜部７ｂの足元で曲げ応力を満足させるようにすれば、図８の一点鎖線が実線の下に食い込むことがなく、強度的に満足できるヘッダであることがわかる。
【００１７】
本発明は、以上述べた実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。たとえば、実施形態では船底板について適用した例について説明したが、船底板に限らず、アッパデッキ、内底板、縦通隔壁などについても適用可能である。さらに、横置隔壁に適用する場合には長手方向と読み替えて適用可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の船体構造は、ヘッダとロンジとの接合部分はロンジとほぼ同じ高さで、両側のロンジと接合する両端に向かって徐々に低くなる形状のヘッダを有しているので、次のような優れた効果を有する。
（１）ヘッダがロンジと接合する部分ではヘッダとロンジの高さがほぼ等しいので、ロンジの先端部分を切り欠く必要がなく、切り欠きの手間が省ける。
（２）ヘッダは必要な所だけ高く、両端の部分ではヘッダ自身が受けるせん断力に対抗する高さでよい。したがって、全体的に高さが低くなり、ヘッダとロンジの接合部とヘッダの端部との中間の座屈しやすい部分の高さが低くなるので、座屈上から要求される肉厚を薄くすることができる。このため、物量が減少し、両端部の溶接長さが短くなるので、コスト低減になる。
（３）ロンジ先端の上辺とヘッダの接合面とのなす角度は直角になるので、溶接がしやすい。また、溶接長さが十分とれるので溶接部分のせん断応力も小さくできて、強度が増し、損傷も減らすことができる。したがって、溶接部のせん断力から必要とされるヘッダ高さを計算しなくてもよく、その手間が省ける。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の船体構造のヘッダの正面図である。
【図２】本発明の船体構造のヘッダとロンジの側面図である。
【図３】船底部分の船体構造の部分平面図である。
【図４】従来の船体構造のヘッダの正面図である。
【図５】従来の船体構造のヘッダとロンジの側面図である。
【図６】本発明の船体構造のヘッダの正面図で、ヘッダの寸法計算のための図面である。
【図７】船底部分の船体構造の部分平面図で、ヘッダの寸法計算のための図面である。
【図８】ヘッダの典型的な形状の図面である。
【符号の説明】
１船底板
２トランスフレーム
３ロンジ
７ヘッダ
７ａ高い平坦部
７ｂ傾斜部
７ｃ低い平坦部
８接合部

Claims

船体の幅方向に延在し、長手方向に所要の間隔で設けられたトランスフレームと、トランスフレームの下方を貫通して船体の長手方向に延在し、幅方向に所要の間隔で設けられたロンジとを有してなる船体構造において、船首または船尾の方向に幅が狭まっている部分で外側に近いロンジを内側に折り曲げてロンジの間隔を狭めるとともに、干渉を防ぐためロンジの本数を間引いて行く際に、間引かれるロンジの終端に接合してトランスフレームとほぼ平行に設けられるヘッダを有してなり、ヘッダの形状は上記間引かれるロンジと接合する部分ではそのロンジとほぼ同じ高さであり、両側のロンジと接合する両端に向かって徐々に低くなっていることを特徴とする船体構造。
上記ヘッダは上記間引かれるロンジと接合する中間部に高い平坦部を有し、その両側に外方向に向かって下降する傾斜部を有し、さらにその両側に低い平坦部を有してなる請求項１記載の船体構造。
傾斜部の水平との角度はほぼ３０°である請求項２記載の船体構造。