船体分段搭载钢管支撑载荷浅析(2)

　　（1）细长杆：当长细比λ大于或等于某个极限值λp，即λ＞λp（对Q235钢，λp=101），其所受载荷超过临界应力时将发生弹性屈曲。临界应力为：

　　（2）

　　（2）中长杆：当λs≤λ＜λp（对Q235钢，λs=61.6）时压杆将发生非弹性屈曲。其临界应力为:

　　（3）

　　式中：a和b为与材料有关的常数， Q235钢的a=304 MPa，b=1.12MPa

　　（3）粗短杆：当λ＜λs时，压杆不会发生屈曲，但会发生屈服。其临界应力即为屈服应力：

　　（4）

　　综上可知，计算许用载荷首先需确定压杆细长比λ

　　(4) （5）

　　式中:——长度系数，为=2；

　　——钢管长度（mm）；

　　——惯性半径（mm）。

　　假定钢管外径为273 mm，壁厚10 mm,长度10 000 mm，则计算可得， 215＞，属于细长杆，可应用欧拉公式：

　　式中：E——弹性模量，E=200 GPa;

　　I ——惯性矩(mm4）;

　　μ——长度系数，为μ=2;

　　——钢管长度(为mm).

　　得出许用载荷为： kN

　　5 部分规格钢管许用载荷

　　针对船厂实际施工范围，将钢管规格推广到GB/T 17395-2008及ISO4200中常见的部分规格，对直径273 mm~508 mm、长度10 000 mm~20 000 mm范围内的钢管许用载荷进行了计算，结果如表1所列。

　　表1GB17395中常见规格钢管许用载荷

　　注：长度单位m；钢管规格为外径×壁厚，单位mm；许用载荷单位kN。

　　6结论

　　船体分段搭载过程中使用的支撑钢管，基本上都属于细长杆，可使用Q235材质结构钢管，应用欧拉公式计算许用载荷，校核其稳定性。

　　需要指出的是，搭载支撑钢管的许用载荷，在需满足压杆稳定性要求的同时，仍受到初始弯曲以及偏心轴力的影响，但由于实际施工中钢管弯曲度、轴力偏心距一般较小，偏心轴力所形成的弯矩导致的内力起次要作用，在计算时可忽略。

　　在工程实际中，安全系数取2.5，所得结果经实践检验较为可靠。

　　参考文献

　　[1]范钦珊，殷雅俊.材料力学[M].北京：清华大学出版社,2004.

　　[2] GB/T 17395-2008,无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差[S].北京:中国标准出版社,2008.

　　[3]ISO 4200-1991,Plain end steel tubes ,welded and seamless-General table of dimensions and masses per unit length[S].Geneva: ISO/TC5,1991.