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近些年來，隨著中國對于鐵礦石需求的不斷迅速增長，專用鐵礦石運(yùn)輸?shù)某笮偷V砂船也隨之有了建造需求。繼巴西淡水河谷公司在亞洲船廠建造了幾十艘VALEMAX 40萬噸礦砂船，組建運(yùn)營團(tuán)隊(duì)以求降低成本，一些礦運(yùn)集團(tuán)和航運(yùn)公司也積極跟進(jìn)，先后國內(nèi)多家船廠簽訂了超大型礦砂船建造合同。
超大型礦砂船結(jié)構(gòu)形式和載荷工況與散貨船基本類似。本研究將針對國際船級社協(xié)會(IACS)《船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析》統(tǒng)一要求第21條(URS21)規(guī)定的艙口蓋載荷不同的施加方式進(jìn)行結(jié)果對比，并校核艙口圍下方的橫向大肘板的局部強(qiáng)度結(jié)構(gòu)型式貨艙中的典型橫向強(qiáng)框結(jié)構(gòu)。
船體結(jié)構(gòu)中的剛架都是由橫梁、肋骨與肋板組成的肋骨剛架。剛架中桿件的相交點(diǎn)做剛架的節(jié)點(diǎn)，如果剛架中節(jié)點(diǎn)匯交的桿件只有兩根，則稱作簡單剛架。根據(jù)超大型礦砂船典型橫向強(qiáng)框特點(diǎn)，在艙口蓋載荷下，艙口圍下橫向的大肘板可視為一根懸臂梁，那么此大肘板的端部為分析的關(guān)鍵點(diǎn)。
根據(jù)礦砂船的受力情況，近似模擬成圖所示剛架。為處理方便，對施加的載荷進(jìn)行了簡化。艙口蓋載荷和甲板上浪載荷模擬，縱艙壁與外板間模擬為一根垂直梁，舷側(cè)海水載荷模擬為Qz，雙層底模擬成下部水平梁，裝重貨貨物載荷和海水載荷的合力模擬。
根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)中所述的靜不定結(jié)構(gòu)的解析法，可以將靜不定結(jié)構(gòu)分散為單跨梁，中間支座斷面切開后，斷面上出現(xiàn)了彎矩，反映了原來相連的兩段梁在支座斷面中力的相互作用。
由于結(jié)構(gòu)載荷的對稱性，此處Mz=M3，于是在節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2分別列出轉(zhuǎn)角連續(xù)方程，從上面兩個解可以得出結(jié)論，彎矩M都是增大，也就是在校核艙口圍下方橫向大肘板時，均勻裝載重貨滿載吃水的工況載荷與艙口蓋載荷一起作用時為最惡劣工況。
單獨(dú)考慮艙口圍下面的橫向大肘板，針對其端當(dāng)受載桿與不受載桿相連時，不受載桿就相當(dāng)于受載桿的彈性固定端。把受載桿與不受載桿在相交處切開并加上相互作用的彎矩M，計(jì)算無載桿M作用處的轉(zhuǎn)角e刀與M的比值就是柔性系數(shù)經(jīng)解析法可以得到柔性系數(shù)a介于L/ ( 3E1)與L/(4E1)之間。柔性系數(shù)的數(shù)值主要取決于無載桿的桿長與斷面慣性矩，而與無載桿端點(diǎn)的固定情況關(guān)系不大。
由上述的分析結(jié)果可以得出，此大肘板背面構(gòu)件剛度越大，大肘板端部的彎矩值就越大，應(yīng)力水平也相應(yīng)越大。
計(jì)算模型取為整個艙段計(jì)算模型。該船的縱向模型范圍為1/2+1+1+1/2艙的3貨艙長度的艙段模型，橫向范圍取全寬模型，垂向范圍為船體型深，有限元計(jì)算模型見圖。
模型前后端部施加對稱約束邊界，并在模型外底板取3點(diǎn)約束Y向剛體位移。在舷側(cè)和橫艙壁相交的垂線上施加垂向接地彈簧單元來對模型進(jìn)行垂向支撐。
根據(jù)IACS規(guī)定的船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度中S21，艙口蓋上的載荷按式計(jì)算。根據(jù)IACS規(guī)定的船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度中S21里面規(guī)定，艙口圍板強(qiáng)度的評估衡準(zhǔn)為材料的屈服應(yīng)力。對于艙口圍下面的橫向大肘板強(qiáng)度也按這個來進(jìn)行校核。
屈曲強(qiáng)度校核，基于平均壓應(yīng)力，梯度1，單向屈曲許用系數(shù)為0.8，雙軸向合成屈曲許用系數(shù)對應(yīng)10，概率為0.85。
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