專利名稱：具有應力消除槽的機械焊接結(jié)構(gòu)及裝有這種結(jié)構(gòu)的液化氣運輸船的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及金屬結(jié)構(gòu)工業(yè)。
更準確地說，根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種機械焊接結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有在平面內(nèi)延伸且通過一側(cè)的直邊緣定界的第一平坦的薄金屬結(jié)構(gòu)元件、和第二金屬結(jié)構(gòu)元件，該第二金屬結(jié)構(gòu)元件焊接在第一結(jié)構(gòu)元件的直邊緣上，或焊接在與所述直邊緣連接且插入在第一和第二結(jié)構(gòu)元件之間的中間元件上，第二結(jié)構(gòu)元件在所述直邊緣的至少一點上施加作用力，該力分解為至少一個在垂直于所述直邊緣的所述平面內(nèi)延伸的分量。
背景技術(shù)：
這種類型的結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的，且在各種各樣的金屬結(jié)構(gòu)中使用。
它們尤其用于通稱為甲烷運輸船的液化氣運輸船的結(jié)構(gòu)中。
甲烷運輸船被分成許多隔艙，每個隔艙裝有液化氣罐。每個罐具有用于容納氣體的主隔板和次隔板，它們連接于焊在隔艙壁上的錨固條上。主絕熱裝置使主防壁與次防壁隔絕，且次絕熱裝置使次防壁與隔艙壁隔絕。肋板形式的加強筋焊在所述壁的外表面上。
加強筋、錨固條和隔艙壁構(gòu)成了上述類型的機械焊接結(jié)構(gòu)，且分別對應第一結(jié)構(gòu)元件、第二結(jié)構(gòu)元件和中間元件。
這些船具有的缺點是，隔艙壁上特定錨固條的焊縫承受較大的疲勞應力。
實際上，這些焊縫承受由隔板施加給錨固條的應力造成的永久載荷。當罐充滿液化氣時，這些隔板承受非常低的溫度，它們收縮、朝隔艙內(nèi)部牽拉錨固條。
而且，船承受著浪涌造成的交替延伸和縱向壓縮循環(huán)。這些延伸和壓縮產(chǎn)生的周期性應力增加了焊縫的永久載荷。
當錨固條處于特定的剛性壁位置時，在船運行多年之后可能在特定焊縫中出現(xiàn)疲勞破壞。在錨固條位于加強筋附近時尤其如此，特別是當錨固條和加強筋在壁的兩側(cè)互相面對地布置，且如圖1所示相交時。

發(fā)明內(nèi)容
就此而言，本發(fā)明旨在彌補上述缺陷。
為此，根據(jù)在前言中給出的一般定義的本發(fā)明結(jié)構(gòu)，主要特征在于第一結(jié)構(gòu)元件具有平行于所述直邊緣延伸、且面對所述作用力施加的點定位的應力消除槽。
在本發(fā)明的可行實施例中，應力消除槽位于緊接所述直邊緣附近的位置。
有利的是，應力消除槽靜止時小于2cm寬。
優(yōu)選的是，第一結(jié)構(gòu)元件具有沿平行于所述直邊緣的方向細長的形狀，第一結(jié)構(gòu)元件在所述力作用的點的高度具有垂直于所述方向的第一尺寸，所述應力消除槽具有沿所述方向大于所述第一尺寸的長度。
例如，應力消除槽在相對的兩端通向在第一結(jié)構(gòu)元件上鉆出的圓孔，這些孔具有至少是所述應力消除槽寬度的三倍的直徑。
有利的是，第一結(jié)構(gòu)元件在所述圓孔周圍通過墊板加強。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種液化氣運輸船，該船具有船體、由連接于船體的隔板分隔的隔艙、和排布在隔艙內(nèi)的液化氣存儲罐，隔艙的隔板至少之一是前述類型的機械焊接結(jié)構(gòu)，該隔板具有構(gòu)成中間元件的壁、焊接在所述壁的與存儲罐相對的外表面上且構(gòu)成第一結(jié)構(gòu)元件的至少一個加強筋、以及焊接在所述壁的與所述外表面相對的內(nèi)表面上的部件，比如角撐板或錨固元件，該部件構(gòu)成了第二結(jié)構(gòu)元件。
有利的是，第二結(jié)構(gòu)元件是錨固元件，所述存儲罐具有連接于該錨固元件的液化氣容納隔板，施加在加強筋上的力是由容納隔板施加在錨固元件上的應力產(chǎn)生的。
優(yōu)選的是，錨固元件是在垂直于加強筋的平面內(nèi)延伸的錨固條。
例如，所述壁在垂直于船運動的正常方向的平面內(nèi)延伸，加強筋在垂直于所述壁的平面內(nèi)延伸。
從下面以象征性的非限制方式參照附圖給出的描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將更為明顯。


圖1是本發(fā)明的機械焊接結(jié)構(gòu)的第一實施例的斜視圖；圖2A是在沒有應力消除槽的典型載荷下，圖1中結(jié)構(gòu)的下四分之一的應力等級示意圖，圖2B是第二結(jié)構(gòu)元件中應力的放大頂視圖；圖3A是相當于圖2A的圖，指的是設有應力消除槽的結(jié)構(gòu)，圖3B是第二結(jié)構(gòu)元件中應力的放大頂視圖；圖4是本發(fā)明的氣體運輸船的機械焊接結(jié)構(gòu)第一示例的斜視圖；圖5是本發(fā)明的液化氣運輸船的機械焊接結(jié)構(gòu)第二示例的斜視圖；圖6是本發(fā)明的液化氣運輸船的機械焊接結(jié)構(gòu)第三示例的透視圖；圖7是本發(fā)明的船的簡化示意圖；圖8A至8C是在由圖1中的箭頭VIII限定的平面內(nèi)的截面，示出了應力消除槽的三個實施例變體。
具體實施例方式
圖1中示出的機械焊接結(jié)構(gòu)具有在平面P內(nèi)延伸的第一平坦的薄金屬結(jié)構(gòu)元件10，該元件在一側(cè)由直邊緣15定界，該機械焊接結(jié)構(gòu)還具有焊接在連接到該直邊緣15的中間元件25上的第二金屬結(jié)構(gòu)元件20。
中間元件25插入在第一和第二結(jié)構(gòu)元件10和20之間，第二結(jié)構(gòu)元件20在直邊緣15的至少一個點151處施加力F，該力分解成至少一個在垂直于直邊緣15的平面P內(nèi)延伸的分量。
在圖1中，中間元件25是平坦的金屬板，第一結(jié)構(gòu)元件10是焊接在板25的第一表面251上的肋板，且第二結(jié)構(gòu)元件20是焊接在所述板的與第一表面相對的第二表面252上的另一肋板。
第二結(jié)構(gòu)元件20具有焊接在板25上的直連接邊緣21。
第一和第二結(jié)構(gòu)元件10和20互相面對地排布在壁25的兩側(cè)上，且以直角相交。
力F施加的點151對應于第一和第二結(jié)構(gòu)元件10和20的相交點。
第一結(jié)構(gòu)元件10在其上延伸的平面P基本上垂直于板25。類似地，第二結(jié)構(gòu)元件20在垂直于板25的平面內(nèi)延伸。
根據(jù)本發(fā)明，第一結(jié)構(gòu)元件10具有平行于直邊緣15延伸、且面對力F作用的點151定位的應力消除槽12。
通過比較圖2A、2B和圖3A、3B，人們當然看出了這種應力消除槽的優(yōu)點。
圖2A表示在沒有應力消除槽的典型載荷下機械焊接結(jié)構(gòu)中的應力等級。所述結(jié)構(gòu)被相等的應力線分成區(qū)，且給每一區(qū)賦予表現(xiàn)應力等級的代碼。所述代碼可以采用值a、b、c、d、e、F或g，以這一順序?qū)υ黾拥膽Φ燃壘幋a。
在圖2A和2B中可以看出，位于第一和第二結(jié)構(gòu)10和20之間的相交點151周圍的區(qū)域標為代碼g。
第二結(jié)構(gòu)元件20的焊縫上的應力大致同心地逐漸減小，從g至a移離點151，這在圖2B中可以看出。
圖3A和3B示出了在有應力消除槽12的相同載荷條件下的應力等級。這些等級以與圖2A和2B相同的方式編碼。
如圖3A所示，應力消除槽12在力F的作用下打開。該槽由與直邊緣15平行且分別離這一直邊緣15更近和更遠的縱向近邊緣122和遠邊緣123限界。遠邊緣123基本上保持筆直。另一方面，近邊緣122在變形過程中與遠邊緣123分離。
如圖1所示，應力消除槽12這樣布置，即相交點151面對槽12的中心點定位。該中心點位于槽的兩相對縱向端121之間的中間位置。
如圖3A所示，近邊緣122與遠邊緣123在應力消除槽12的中心處沿直邊緣15的方向有很大的分離，而在槽的兩縱向邊緣121處沒有與遠邊緣123的明顯分離。
相交點151的區(qū)域內(nèi)的應力極大地減小，該區(qū)域僅標為代碼為c的應力等級。
如前所述，第二結(jié)構(gòu)元件20的焊縫上的應力大致同心地逐漸減小，從c至a移離點151，如圖3B所示。
應力消除槽12具有顯著減小這一焊縫的所述位置處應力的作用。
優(yōu)選的是，應力消除槽12布置在緊接直邊緣15附近的位置。其位置的精確選擇是由本領域的專家根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同元件的幾何特性和材料作出的。
這種選擇取決于兩個相互對立的要求。
一方面，對于槽來說必須充分靠近直邊緣15，以使近邊緣122可以容易地變形。另一方面，必須不能太靠近，以便在第一結(jié)構(gòu)元件10中切出所述槽時，使板25上的第一結(jié)構(gòu)元件10不受到損壞。
如果需要，所述槽可以沿板25加工出，如圖8a和8c所示。在這種情況下，它在第一結(jié)構(gòu)元件10的直邊緣15內(nèi)切出，其遠邊緣123屬于第一結(jié)構(gòu)元件10，其近邊緣122屬于板25。這種配置可以使近邊緣122最大變形。
在后一種情況下，應力消除槽12不能在第一結(jié)構(gòu)元件10焊接在板25上之后現(xiàn)場切出。相反，該槽在車間內(nèi)在直邊緣15上切出，然后將第一結(jié)構(gòu)元件安裝在板25上。
而且，應力消除槽12在靜止時，也就是說在沒有力F時，在橫向方向上具有小于2cm的寬度。
這一寬度主要由用于加工所述槽的刀具決定。它必須不能太大，以便不改變第一結(jié)構(gòu)元件10的慣性。
如果所述槽主要在張力下工作，也就是說如果力F趨于使近邊緣122與遠邊緣123分離，那么所述槽的寬度最好約為1mm。
如果所述槽工作在張力和壓力下，也就是說如果力F趨于使近邊緣122和遠邊緣123分離、或使它們接近，那么根據(jù)情況，所述槽具有5-20mm的寬度。這種槽在圖8A中示出。
如圖1所示，第一結(jié)構(gòu)元件10具有在相交點151的位置處垂直于直邊緣15的第一尺寸，所述應力消除槽具有比所述第一尺寸大的縱向長度。
這一特性可以使近邊緣122具有足夠的柔性。
應力消除槽12在其相對兩端121通向在第一結(jié)構(gòu)元件10中鉆出的圓孔13。這些孔13具有最好是應力消除槽12寬度的三倍的直徑。
對于5mm寬的槽，孔13具有30mm的直徑。
這些孔具有與應力消除槽12對齊排列的中心。
在應力消除槽緊靠板25排布的情況下，圓孔13沿著與直邊緣15相對的方向偏心。
在這種情況下它們通過從遠邊緣123開始并延伸超過約240°的圓弧形狀的邊緣定界，且通過直到板25的直線邊緣延長，該直線邊緣垂直于板25。所以，孔13在板25一側(cè)開口，如圖8A和8C所示。
這些孔可以減小作用在應力消除槽12端部121的應力。在沒有孔的情況下，這些應力會非常大，所以最后在這些端部會有很大的撕裂危險。
然而，當槽12的近邊緣和遠邊緣122和123分離時，孔13周圍的應力較高。為了增加這一區(qū)域的強度，第一結(jié)構(gòu)元件10在圓孔13周圍通過圖4和5中示出的墊板14加強。
這些墊板中的每一個都是焊接在第一結(jié)構(gòu)元件10上的鋼環(huán)形式。對于30mm直徑的孔13來說，每一環(huán)都具有約70mm的直徑，且具有中心開口，該中心開口具有與孔13相同的直徑，且與之對齊。
這種類型的機械焊接結(jié)構(gòu)可以自然地用于甲烷運輸船類型的液化氣運輸船。
這種船在圖7中示出，它具有在船的正常運動方向上細長的船體30、由連接于船體30的隔板50限界的隔艙40、以及排布在隔艙40內(nèi)的液化氣存儲罐60。
隔艙40的兩隔板是上述類型的機械焊接結(jié)構(gòu)。
這些隔板50的每一個都具有構(gòu)成中間元件25的壁51、焊接在所述壁的與存儲罐60相對的外表面511上且構(gòu)成第一結(jié)構(gòu)元件10的至少一個加強筋52、以及焊接在壁51的與所述外表面511相對的內(nèi)表面512上的至少一個部件，比如加強角撐板或錨固元件，該部件構(gòu)成第二結(jié)構(gòu)元件20。
在圖7所示的實施例中，每一壁51具有兩個構(gòu)成錨固元件的第二元件20，存儲罐60包含兩個連接于這些錨固元件的液化氣容納隔板61，加強筋52承受由容納隔板61施加在錨固元件上的應力產(chǎn)生的作用力。
這些錨固元件是在垂直于加強筋52的平面內(nèi)延伸的錨固條62。
壁51在垂直于船的正常前進方向的平面內(nèi)延伸，加強筋52在垂直于壁51的平面內(nèi)延伸。
此時，圖1的元件配置恰好再次見到。
加強筋52具有兩個面對錨固條62布置的應力消除槽12。
船的其他結(jié)構(gòu)可以具有上述機械焊接結(jié)構(gòu)的特性。
第一示例在圖4中示出，且對應于橫向隔板50t和縱向隔板501之間的拐角，這些隔板是與如圖7所述的隔板50相同的類型。
橫向隔板50t具有橫向壁51t、和焊接在橫向壁51t的外表面上的橫向加強筋52t。
類似地，縱向隔板501具有縱向壁511和焊接在縱向壁511的外表面上的縱向加強筋521。
橫向壁5 1t在垂直于船的正常運動方向的平面內(nèi)延伸?？v向壁511在平行于船的正常運動方向的平面內(nèi)延伸。它們各自的內(nèi)表面512形成直角，且具有共用邊緣。
縱向加強筋511和橫向加強筋51t在垂直于橫向壁51t和縱向壁511的同一平面內(nèi)延伸。
錨固托架54焊接在所述兩內(nèi)表面512形成的拐角內(nèi)。該托架用于在隔艙40的拐角內(nèi)連接儲罐60的容納隔板61。
這一托架是L形的，且具有平行于橫向壁51t延伸的第一分支541、和平行于縱向壁511延伸的第二分支542。這些分支都互相垂直連接。
所述托架具有在兩分支的連接點處的肘彎部分，該肘彎部分指向縱向壁501和橫向壁50t的共用邊緣。
第一和第二分支541和542都分別通過焊接在橫向壁51t和縱向壁511的內(nèi)表面上的錨固點543連接。
第一分支541的錨固點543沿焊接在橫向壁51t上的橫向加強筋52t的邊緣排布。
類似地，第二分支541的錨固點543沿焊接在縱向壁511上的縱向加強筋521的邊緣排布。
應力消除槽12在橫向加強筋52t內(nèi)延伸，面對第一分支541的錨固點543，且可以限制這些錨固點543的焊縫上的應力。
如圖4所示，最接近縱向壁的錨固點543面對槽12的端部121排布，離縱向壁最遠的錨固點543面對槽12的中心排布。
第二示例在圖5中示出。它涉及一種如圖7所述的隔板50類型的隔板。焊接在壁51的內(nèi)表面512上的部件是支撐梁55的角撐板53。梁55可用于隔板61或其應力需要吸收的其他元件的連接。
角撐板53具有直角三角形的總體形狀，具有形成直角的支撐邊緣531和連接邊緣532。支撐邊緣531焊接在梁55上，連接邊緣532焊接在壁51的內(nèi)表面512上。
連接邊緣532沿焊接在壁51上的加強筋52的邊緣延伸。應力消除槽12在加強筋52內(nèi)加工出，面對角撐板53的連接邊緣532。
槽12的中心面對離梁55最遠的連接邊緣532端部排布。
最后的示例在圖6中示出，相當于如圖7所述的隔板50類型的兩隔板之間的拐角。這種結(jié)構(gòu)非常類似于圖4的結(jié)構(gòu)，唯一的區(qū)別是錨固托架54由加強角撐板53代替，且橫向加強筋52t平行于而不是如圖4垂直于縱向壁511延伸。
角撐板53具有焊接在橫向壁51t的內(nèi)表面512上的第一邊緣和焊接在縱向壁511的內(nèi)表面512上的第二邊緣。
第一邊緣與橫向加強筋51t(原文如此；52t)相交。應力消除槽12在該加強筋上加工出，且使第一邊緣與該槽12在其中心處相交。
所以，實際上上述類型的機械焊接結(jié)構(gòu)尤其適用于液化氣運輸船，但也可以用于任何種類的金屬結(jié)構(gòu)。
已經(jīng)描述的示例主要涉及船的隔板，該隔板垂直于船的正常運動方向，但不限制本發(fā)明的機械焊接結(jié)構(gòu)用于構(gòu)成沿不同方向確定方位的隔板。
中間元件比如壁可以插入第一和第二結(jié)構(gòu)元件之間，但第一結(jié)構(gòu)元件也可以直接互相焊接。
本發(fā)明的應力消除槽可以減小不同結(jié)構(gòu)元件中的應力，因此可以減少關(guān)于確定這些元件尺寸的要求。
由此可以在材料方面節(jié)省和經(jīng)濟節(jié)省。
在焊縫上的應力較小時，也可以更容易地進行對這些焊縫的調(diào)整控制。
最后，應當指出的是，構(gòu)成本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的不同元件通常由碳鋼制成，但也可以使用其他材料，而不脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種機械焊接結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有在一平面內(nèi)延伸且通過一側(cè)的直邊緣(15)定界的第一平坦的薄金屬結(jié)構(gòu)元件(10)、和第二金屬結(jié)構(gòu)元件(20)，該第二結(jié)構(gòu)元件焊接在第一結(jié)構(gòu)元件(10)的直邊緣(15)上，或焊接在與所述直邊緣(15)連接且插入在第一和第二結(jié)構(gòu)元件(10，20)之間的中間元件(25)上，第二結(jié)構(gòu)元件(20)在所述直邊緣(15)的至少一點(151)上施加作用力，該力分解為至少一個在垂直于所述直邊緣(15)的所述平面內(nèi)延伸的分量，其特征在于，第一結(jié)構(gòu)元件(10)具有平行于所述直邊緣(15)延伸、且面對所述作用力施加的點定位的應力消除槽(12)。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述應力消除槽(12)位于緊接所述直邊緣(15)附近的位置。
3.如權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述應力消除槽(12)靜止時小于2cm寬。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一結(jié)構(gòu)元件(10)具有沿平行于所述直邊緣(15)的方向細長的形狀，第一結(jié)構(gòu)元件(10)在所述力作用的點(151)的位置具有垂直于所述方向的第一尺寸，所述應力消除槽(12)具有沿所述方向大于所述第一尺寸的長度。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，應力消除槽(12)在兩相對端(12)呈現(xiàn)為在第一結(jié)構(gòu)元件(10)上鉆出的圓孔(13)，這些孔具有是所述應力消除槽(12)寬度的至少三倍的直徑。
6.如權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一結(jié)構(gòu)元件(10)在所述圓孔(13)周圍通過墊板(14)加強。
7.一種液化氣運輸船，該船具有船體(30)、由連接于船體(30)的隔板(50)分隔的隔艙(40)、和排布在隔艙(40)內(nèi)的液化氣存儲罐(60)，隔艙的隔板(50)至少之一是如權(quán)利要求1至6任一所述的機械焊接結(jié)構(gòu)，該隔板具有構(gòu)成中間元件(25)的壁(51)、焊接在壁(51)的與存儲罐(60)相對的外表面(511)上且構(gòu)成第一結(jié)構(gòu)元件(10)的至少一個加強筋(52)、以及焊接在壁(51)的與所述外表面(511)相對的內(nèi)表面(512)上的部件，比如加強角撐板(53)或錨固元件(54，62)，該部件構(gòu)成了第二結(jié)構(gòu)元件(20)。
8.如權(quán)利要求7所述的船，其特征在于，第二結(jié)構(gòu)元件(20)是錨固元件(54，62)，存儲罐(60)具有連接于該錨固元件(54，62)的液化氣容納隔板(61)，施加在加強筋(52)上的力是由容納隔板(61)施加在錨固元件(54，62)上的應力產(chǎn)生的。
9.如權(quán)利要求8所述的船，其特征在于，所述錨固元件是在垂直于加強筋(52)的平面內(nèi)延伸的錨固條(62)。
10.如權(quán)利要求7至9任一所述的船，其特征在于，所述壁(51)在垂直于船運動的正常方向的平面內(nèi)延伸，加強筋(52)在垂直于所述壁(51)的平面內(nèi)延伸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機械焊接結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有在平面內(nèi)延伸且通過一側(cè)的直邊緣(15)定界的第一平坦的薄金屬結(jié)構(gòu)元件(10)、和第二金屬結(jié)構(gòu)元件(20)，該第二金屬結(jié)構(gòu)元件焊接在第一結(jié)構(gòu)元件(10)的直邊緣(15)上、或焊接在與所述直邊緣(15)連接且插入第一和第二結(jié)構(gòu)元件(10，20)之間的中間元件(25)上，第二結(jié)構(gòu)元件(20)在所述直邊緣(15)的至少一點(151)上施加作用力，該力分解為至少一個在垂直于所述直邊緣(15)的所述平面內(nèi)延伸的分量。根據(jù)本發(fā)明，第一結(jié)構(gòu)元件(10)具有平行于所述直邊緣(15)延伸、且面對所述作用力施加的點定位的應力消除槽(12)。
文檔編號B23K9/00GK1502521SQ20031011614
公開日2004年6月9日 申請日期2003年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月22日
發(fā)明者皮埃爾·米哈爾斯基, 卡里姆·沙波, 沙波, 皮埃爾 米哈爾斯基 申請人:氣體運輸技術(shù)公司