玻璃鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其在造船上的應(yīng)用

陳芝珉

摘要：隨著先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展，玻璃鋼結(jié)構(gòu)材料應(yīng)運(yùn)而生，這類材料廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，并取得了良好的應(yīng)用效果。造船行業(yè)應(yīng)用玻璃鋼材料，不僅能夠提高船舶質(zhì)量，而且還能優(yōu)化船舶結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)船舶使用壽命，這對(duì)造船業(yè)持續(xù)發(fā)展有重要意義。本文首先簡(jiǎn)要介紹玻璃鋼，然后分析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)原則，最后探究其在造船業(yè)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：玻璃鋼；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；造船；應(yīng)用

前言：

玻璃鋼結(jié)構(gòu)作為新型材料，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，造船業(yè)應(yīng)用玻璃鋼材料，能夠起到降低維修養(yǎng)護(hù)成本、加快船舶建設(shè)速度的積極作用。本文探究“玻璃鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其在造船上的應(yīng)用”這一論題是極為必要的，論題分析的現(xiàn)實(shí)意義十分顯著，具體探究如下。

1玻璃鋼基本介紹

所謂玻璃鋼，指的是纖維強(qiáng)化塑料，它與鋼化玻璃存在本質(zhì)差異，玻璃鋼組成材料主要包括環(huán)氧樹(shù)脂、非飽和聚酸、酚醛樹(shù)脂基體等。玻璃鋼優(yōu)點(diǎn)主要有：良好設(shè)計(jì)效果、輕質(zhì)高強(qiáng)、工藝性優(yōu)良、熱性能良好；缺點(diǎn)為：剪切強(qiáng)度較低、耐溫性較差、易老化。玻璃鋼制作成型方法主要有噴射法、樹(shù)脂傳遞模塑法、手糊法、模壓法?，F(xiàn)如今，玻璃鋼廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)、化工行業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、鐵路運(yùn)輸業(yè)，它作為復(fù)合材料的一種，具有廣闊的發(fā)展前景，市場(chǎng)空間較廣闊[1]。

2玻璃鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)原則

2.1結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

玻璃鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，需要首先了解玻璃鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，然后結(jié)合實(shí)際情況有步驟的完成部件連接，以此滿足抗震需要以及抗風(fēng)需要，確保結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。由于玻璃鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度具有方向性，隨著受力方向的改變，強(qiáng)度值也會(huì)相應(yīng)變化。如果玻璃鋼材料長(zhǎng)時(shí)間接觸水，亦或是受到化學(xué)腐蝕，那么極易出現(xiàn)老化現(xiàn)象，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大大降低，最終結(jié)構(gòu)完整性被破壞。

2.2結(jié)構(gòu)性能

玻璃鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)性能特點(diǎn)集中體現(xiàn)在無(wú)屈服點(diǎn)，其材料性能與木材類似，實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)全面考慮應(yīng)力集中問(wèn)題，采取有效措施避免出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。如果玻璃鋼結(jié)構(gòu)承受負(fù)荷力超過(guò)既定標(biāo)準(zhǔn)，那么玻璃鋼結(jié)構(gòu)極易斷裂，最終玻璃鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮會(huì)受到制約。

2.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

玻璃鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)活動(dòng)開(kāi)始之間，應(yīng)優(yōu)選適合的工藝及方法，保證成型工藝的合理性、適用性，實(shí)際設(shè)計(jì)期間，參照成型工藝要求，加強(qiáng)玻璃鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與先進(jìn)生產(chǎn)工藝間的結(jié)合。雖然玻璃鋼結(jié)構(gòu)個(gè)別參數(shù)可以計(jì)算，但計(jì)算結(jié)果往往以條件假設(shè)為前提，所得到的計(jì)算結(jié)果僅供參考，真正設(shè)計(jì)玻璃鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)利用大量數(shù)據(jù)，并多次組織試驗(yàn)互動(dòng)，嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量，以此提高玻璃鋼結(jié)構(gòu)可靠性。

總結(jié)玻璃鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度特點(diǎn)、性能特點(diǎn)、設(shè)計(jì)原則可知，玻璃鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分了解性能，細(xì)致、全面觀察玻璃鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及完整性，這對(duì)玻璃鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)發(fā)揮有重要意義。下文具體分析玻璃鋼結(jié)構(gòu)在造船活動(dòng)中的應(yīng)用，希望能為造船工作人員提供有效借鑒，從整體上提高造船效率和質(zhì)量[2]。

3玻璃鋼在造船中的具體應(yīng)用

3.1玻璃鋼船介紹

所謂玻璃鋼船，指的是應(yīng)用聚酯玻璃鋼完成基本建造任務(wù)，應(yīng)用玻璃鋼完成船舶頂部建筑建造，能夠提高電子設(shè)備準(zhǔn)確性；應(yīng)用玻璃鋼完成掃雷艇建造，能夠降低觸發(fā)性磁性水雷現(xiàn)象發(fā)生幾率。玻璃鋼船建造期間，之所以應(yīng)用聚酯玻璃鋼以及環(huán)氧玻璃鋼，主要是因?yàn)檫@類材料涂刷便利、易于成型，在大型構(gòu)件制造中的適應(yīng)性較強(qiáng)。

3.2常見(jiàn)應(yīng)用問(wèn)題

玻璃鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法具有差異性，傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法不能全面保證玻璃鋼結(jié)構(gòu)完整性，對(duì)此，應(yīng)準(zhǔn)確進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，分析載荷力，合理確定結(jié)構(gòu)尺寸。但玻璃鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用于造船業(yè)時(shí)仍存在些許問(wèn)題，具體問(wèn)題總結(jié)如下：

玻璃鋼船實(shí)際建造時(shí)，并無(wú)成型板材，已有板材工藝性較差，最終會(huì)弱化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果，降低玻璃鋼船利用率，導(dǎo)致玻璃鋼材料優(yōu)勢(shì)未能及時(shí)彰顯。玻璃鋼船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)劃分，在結(jié)構(gòu)合理劃分的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確確定玻璃鋼板厚度、樣式、尺寸，這對(duì)玻璃船載荷情況確定有重要影響，但如果結(jié)構(gòu)劃分缺乏合理性，彈性變形未能及時(shí)克服，最終會(huì)制約玻璃鋼材料優(yōu)勢(shì)。

3.3注意事項(xiàng)

3.3.1適當(dāng)增強(qiáng)剛性

玻璃鋼結(jié)構(gòu)安全系數(shù)受較多因素影響，常見(jiàn)影響因素主要有玻璃鋼船航行溫度、玻璃鋼船航行適度、玻璃鋼材料性能、應(yīng)力集中、負(fù)荷性質(zhì)等。玻璃鋼船局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)選適合的平板剛性樣式，適當(dāng)增強(qiáng)剛性，盡最大可能避免硬點(diǎn)，合理分布應(yīng)力，全面保證玻璃剛船完整性，以免結(jié)構(gòu)完整性被破壞。應(yīng)用適合的平板加強(qiáng)法，確保應(yīng)力均勻傳遞，這對(duì)板架結(jié)構(gòu)優(yōu)化有重要意義。除此之外，玻璃鋼船通過(guò)剛度增強(qiáng)的方式來(lái)控制板厚變化幅度，此時(shí)，提高交叉架構(gòu)利用率，借助多種類型輔助強(qiáng)度，例如，頂部設(shè)計(jì)成凸緣狀，這不僅能夠增強(qiáng)局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而且還能縮短整體成型時(shí)間。

3.3.2合理設(shè)計(jì)船體結(jié)構(gòu)

船體結(jié)構(gòu)作為整體結(jié)構(gòu)的組成部分，應(yīng)用樹(shù)脂粘結(jié)劑輔助船體成型，能夠大大提高結(jié)構(gòu)剛度。以往鋼質(zhì)船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要準(zhǔn)備較多零部件數(shù)量，并且零件焊接操作較繁瑣，進(jìn)而會(huì)浪費(fèi)較多時(shí)間，平板結(jié)構(gòu)剛度得不到保證。對(duì)比可知，船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間應(yīng)用玻璃鋼結(jié)構(gòu)能夠呈現(xiàn)良好的設(shè)計(jì)效果。

3.3.3提高結(jié)構(gòu)件剛性

多數(shù)玻璃鋼結(jié)構(gòu)的剛性標(biāo)準(zhǔn)達(dá)不到既定要求，主要是因?yàn)椴Ａт撉c(diǎn)不夠明確，進(jìn)而實(shí)際計(jì)算時(shí)以斷裂強(qiáng)度為參照，然而強(qiáng)度與剛度比例相差較多，最終會(huì)降低玻璃鋼結(jié)構(gòu)剛性。為了增強(qiáng)玻璃鋼結(jié)構(gòu)剛度，應(yīng)優(yōu)選合理的夾層結(jié)構(gòu)，將其應(yīng)用船體內(nèi)板，一旦用于船體外板，則會(huì)大大降低夾層結(jié)構(gòu)的沖擊抵御力，并且應(yīng)力集中現(xiàn)象會(huì)越來(lái)越明顯，導(dǎo)致船體出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。除此之外，玻璃鋼船甲板部位、舷側(cè)板部位剛度應(yīng)達(dá)到規(guī)定要求，如果剛度值較低，那么船舶航行穩(wěn)定性會(huì)受到影響；適當(dāng)控制玻璃鋼船總應(yīng)力，并將其控制較低水平，這能合理玻璃鋼船結(jié)構(gòu)，避免出現(xiàn)大幅度變形現(xiàn)象。換言之，安全系數(shù)應(yīng)在10以上，只有安全系數(shù)合理控制，才能保證船舶安全運(yùn)行，大大降低船舶航行風(fēng)險(xiǎn)。

3.3.4優(yōu)選成型工藝

玻璃鋼船制造方法較多，選用制造方法時(shí)應(yīng)結(jié)合玻璃鋼船制造實(shí)際情況，了解各制造工藝的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)及不足，大大提高玻璃鋼船制造效率、優(yōu)化制造質(zhì)量。與此同時(shí)，合理配比樹(shù)脂膠液、嚴(yán)格控制調(diào)配時(shí)間、優(yōu)選樹(shù)脂固化法、合理控制樹(shù)脂固化反應(yīng)。按照相關(guān)要求完成玻璃鋼船制造活動(dòng)，能夠全面保證玻璃鋼船質(zhì)量，確保玻璃鋼船穩(wěn)定、安全航行[3]。除此之外，玻璃鋼船結(jié)構(gòu)實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)明確設(shè)計(jì)目標(biāo)，合理把握安全系數(shù)以及尺寸差值。其中，柔性結(jié)構(gòu)目標(biāo)指的是，板架彈性系數(shù)較小，受負(fù)載壓力影響，待負(fù)載減輕后，結(jié)構(gòu)能夠恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)，即使未能完全恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)，并不會(huì)影響玻璃剛船運(yùn)行效果。

結(jié)論：

綜上所述，我國(guó)玻璃剛結(jié)構(gòu)特點(diǎn)需要進(jìn)一步總結(jié)，玻璃鋼結(jié)構(gòu)在造船業(yè)中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)需要不斷積累。對(duì)比于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)玻璃鋼船制造水平較低，對(duì)此，我國(guó)應(yīng)創(chuàng)新玻璃鋼結(jié)構(gòu)研究方法，設(shè)計(jì)創(chuàng)新型玻璃鋼材料，爭(zhēng)取在短時(shí)間內(nèi)縮小于發(fā)達(dá)國(guó)家間的差距。此外，我國(guó)玻璃鋼船建設(shè)速度能夠穩(wěn)步加快，這對(duì)造船業(yè)持續(xù)發(fā)展有重要意義。

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