一种船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法

摘要

本发明公开了一种船舶金属围壁开口的直角角隅之防裂、止裂的设计方法，其技术特征是以“止裂缝”设计取代现行的常规“止裂孔”设计，使原集中于直角角隅的应力通过特殊设计的“止裂缝”转移至易于加强处理的相交甲板(或相交围壁)处，或是分散至特殊设计的防裂圆弧上，以便实现结构的便捷加强，或是降低集中应力，有效止裂、防裂。

说明书

技术领域

本发明属于船舶设计和建造技术领域，具体涉及一种对于船舶金属围壁，特别是其上层建筑船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法。

背景技术

金属围壁开口角隅是金属结构的应力高度集中区，受力后极易由高度集中的应力值超出设计许用应力值，导致角隅裂缝产生并进一步撕裂整个金属围壁。因而通常将金属围壁开口设计成圆弧，使集中的应力分散至由圆弧扩大的应力集中区，有效降低集中的应力值，保证金属围壁的工作强度。

显然，就集中应力的分散、防止开口角隅的高应力撕裂要求，金属围壁开口角隅必须带圆弧(即为防裂圆弧，下称“防裂弧”)，且其半径应足够大(常规设计是不小于开口宽度的10％)。而最坏情况就是半径为零时的直角角隅，这是通常金属结构设计所力求避免的。然而，船舶的一些通道设备，如液压分隔门、上建各舱室如防火门等的舱室门等，由其常规的直角门框形式，导致其所在金属围壁上的开口不得不设计成无圆弧的直角形式。这样，应力集中区就成为开口之直角角隅的一个“点”，导致集中应力值的“最大化”。因此，防裂、止裂，就成了金属结构此类直角开口设计的重点难题。特别是对舯部长船楼型船舶(如客船等)，其参与船舶总纵强度的上建之高应力区，难以避免地会有大量的此类直角开口设计，有效防裂、止裂是其设计的关键重点之一。

对于金属围壁上如舱室门开口这样的直角形开口，其常规的止裂设计是以角隅点为圆心，加开Φ15的圆形止裂孔，以期集中于角隅点的应力被分散于该止裂孔的3/4圆弧上，降低集中应力值(如图1所示)。

然而，船舶建造的实际，经常发现对直角开口的上述常规止裂设计存在止裂效果不明显，甚至不起作用的问题。经研究分析，其原因主要是：

1、相对于如上建舱室门等开口(一般为～700X1800)，Φ15止裂孔仍然太小(半径7.5，仅为开口宽度的1％强，远小于常规要求的10％)，虽有一定效果，但仍不足以有效防裂和止裂；

2、由船舶实际建造的必然误差，以及设计时无法得到通道设备门框的详细结构图等原因，经常难以实现门开口在下料阶段的精确切割：下料时需留余量而只割出供进出通口的工艺孔，待船舶结构基本装焊到位，开始舱室门安装之际，依据实际割除余量。因此，其角隅的止裂孔，也只能在此阶段切割成形。但是，对于安装现场，在现有条件下，切割工具一般为火焰割刀，且因工位问题而普遍手工操作。这就导致割缝粗糙，不可能如激光、等离子等切割的相对光顺。而粗糙割缝本身又实际形成了众多新的应力集中点。同时，Φ15的小尺寸，也往往使打磨不易、效率极低；

3、止裂孔的设计，在实际集中应力值大于设计许用应力的情况下，除了加厚开口角隅处的板厚外，别无其它有效加强方法。而板厚的增加又有其一定的限度(一般不超过原板厚的100％)，而Φ15的小尺寸往往不能大幅分散并降低实际应力值。增加板厚仍不能满足强度要求时，常规的止裂孔设计对防裂、止裂实际已失效；

4、板厚的增加，更同时增加了小尺寸Φ15止裂孔的施工难度，导致该止裂孔成形不佳，从而进一步影响其防裂、止裂性能，等等。

以上叙述的种种现象基本可以归结为船舶金属结构直角开口角隅的常规止裂设计，其实际工艺可操作性较差，预期的止裂效果也不佳，施工建造很难保证船舶产品的最终质量。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，可大大提高止裂效果，并简化工艺、便于施工。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，以止裂缝取代止裂孔：在开口围壁上通过扩大设计开口形成扩大开口，沿扩大开口的边缘焊接填以同质材料，恢复设计开口的尺寸，在相邻同质材料之间和/或同质材料与扩大开口之间留有横向和/或垂向宽度d不大于25mm的止裂缝，通过止裂缝，转移和/或分散原设计开口直角角隅的集中应力。

所述同质材料为等级不低于开口围壁材料，且板厚接近，形状包括板条、扇形板和/或扇形板条。

本发明采用“止裂缝”设计取代现行的常规“止裂孔”设计，形成应力转移和应力分散这两种方式下的两种基本节点形式，及其转向、简化的九种变种节点形式(分别如图2～图12所示)。通过对本发明十一种角隅节点的某一种节点，或两两对应的两种节点的优选组合应用，使围壁设计直角开口的四个角隅形成缝隙宽度d不大于25mm的“止裂缝”以有效防裂、止裂。

止裂缝的形成：通过扩大设计开口，而后依设计开口沿扩大开口的边缘填以同质材料(即材料等级不低于开口围壁，且板厚接近的相同金属材料)，并在这些同质材料间(和/或同质材料与扩大开口边缘间)留以横向和/或垂向的适当缝隙d，形成横向和/或垂向“止裂缝”。

止裂缝的作用：将应力自原集中的角隅点有效转移到扩大开口或其变种的边缘，最终集中于易于加强处理并施工的甲板或围壁“硬点”处，或是分散于完整的防裂弧上，以有效防裂、止裂，且易于施工、工艺简便。这两种方式及其转向、简化变种的单一选用或优选组合应用，分别适用于不同的设计情况。

方案一：系本发明应力转移方式的基本节点形式，一种船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、扩大围壁的设计开口直至上层甲板或/和下层甲板形成“贯通”形扩大开口(下称“贯通开口”)；

步骤2、沿贯通开口的边缘，按设计开口的位置和尺度分别焊接填以同质材料的板条；

步骤3、板条与贯通开口边缘之间留有垂向止裂缝，相邻板条之间留有横向止裂缝；

步骤4、对所述步骤3形成的贯通开口及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对贯通开口角隅和甲板硬点处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤5、依据所述步骤4的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增设甲板覆板和/或增加围壁贯通开口端部的板厚；

步骤6、按设计施工，待贯通开口四周的结构建造完整后，按实际建造精度误差，对相应的板条散装件进行切割调整后实施装焊。

此方案中，止裂缝的作用是将围壁开口处的应力通过贯通开口的左(和/或右)侧边端部传递至其与上(和/或下)层甲板的相交点(即甲板“硬点”)，一般适用于围壁开口处布置位置有限的场合，如甲板间高较小的上建部位等。

同质板条的作用：一是恢复设计开口的尺寸，用作门框等的固定；二是形成小缝隙的止裂缝，并通过止裂缝将集中应力传递到贯通开口端部，形成对甲板的结构“硬点”；三是小缝隙的止裂缝可减弱围壁贯通开口端对所处甲板的“硬点”影响；最后可通过对相应同质板条的切割调整，方便地实现对建造精度误差之横向和垂向的双向调整补偿。

方案二：系上述应力转移基本节点形式的工艺简化变种，一种船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、以设计开口的相同宽度扩大围壁开口直至上层甲板或/和下层甲板形成贯通开口；

步骤2、沿贯通开口的上(和/或下)边缘，按设计开口的高度尺寸分别焊接填以同质材料的板条；

步骤3、板条与贯通开口边缘之间留有垂向止裂缝；

步骤4、对所述步骤3形成的贯通开口及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对贯通开口角隅和甲板硬点处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤5、依据所述步骤4的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增设甲板覆板和/或增加围壁贯通开口端部的板厚；

步骤6、按设计施工，待贯通开口四周的结构建造完整后，按实际建造精度误差，对相应的板条散装件进行切割调整后实施装焊。

此设计方案为方案一的工艺简化变种：系在建造精度能够保证的情况下省去左(和/或右)侧板条而仅保留上(和/或下)板条。这样，对开口的横向误差不可调整而只能实现垂向的单向调整。至于应力的转移传递，则同方案一。

方案三：系前述应力转移基本节点形式的横向转向变种，一种船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、扩大围壁的设计开口直至左相交围壁或/和右相交围壁形成贯通开口；

步骤2、沿贯通开口的边缘，按设计开口的位置和尺寸焊接填以同质材料的板条；

步骤3、板条与贯通开口边缘之间留有横向止裂缝，相邻板条之间留有垂向止裂缝；

步骤4、对所述步骤3形成的贯通开口及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对贯通开口角隅和围壁硬点处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤5、依据所述步骤4的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增设左相交围壁或/和右相交围壁覆板和/或增加围壁贯通开口端部的板厚；

步骤6、按设计施工，待贯通开口四周的结构建造完整后，按实际建造精度误差，对相应的板条散装件进行切割调整后实施装焊。

此方案中，止裂缝的作用是将围壁开口处的应力通过贯通开口的上(和/或下)端部传递至其与左(和/或右)侧相交围壁的相交点(即围壁“硬点”)，一般适用于围壁开口处布置位置有限的场合，如围壁间距离较小的场合。

除应力被传递的部位不同外，同质板条的作用与前述方案一完全一样。

方案四：系上述方案三的工艺简化变种，一种船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、以设计开口的相同高度扩大围壁开口直至左相交围壁或/和右相交围壁形成贯通开口；

步骤2、沿贯通开口的左(和/或右)边缘，按设计开口的宽度尺寸焊接填以同质材料的板条；

步骤3、板条与贯通开口边缘之间留有横向止裂缝；

步骤4、对所述步骤3形成的贯通开口及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对贯通开口角隅和围壁硬点处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤5、依据所述步骤4的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增设左相交围壁或/和右相交围壁覆板和/或增加围壁贯通开口端部的板厚；

步骤6、按设计施工，待贯通开口四周的结构建造完整后，按实际建造精度误差，对相应的板条散装件进行切割调整后实施装焊。

此方案为方案三的工艺简化变种：系在建造精度能够保证的情况下省去上(和/或下)板条而仅保留左(和/或右)侧板条。这样，对开口的垂向误差不可调整而只能实现横向的单向调整。至于应力的转移传递，则同上一方案。

方案五：系本发明分散应力方式的基本节点形式，一种船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、扩大设计开口至形成完整防裂弧的圆弧角隅扩大开口(下称“圆弧开口”)；

步骤2、沿圆弧开口的边缘和圆弧角隅，按设计开口的位置和尺寸分别焊接填以同质材料的板条，以及同质材料的扇形板；

步骤3、扇形板的垂向侧边缘与其相邻板条之间留有垂向止裂缝、扇形板的另一横向侧边缘与其相邻板条之间留有横向止裂缝，

步骤4、对所述步骤3形成的圆弧开口及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对圆弧开口角隅处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤5、依据所述步骤4的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增加围壁圆弧开口角隅处的板厚；

步骤6、按设计施工，待圆弧开口四周的结构建造完整后，按实际建造精度误差，对相应的上部、下部板条散装件进行切割调整后和扇形板一起实施装焊。

此方案中，止裂缝的作用是将围壁设计开口原角隅点的集中应力传递并分散至圆弧开口的完整防裂弧上。由于完整防裂弧需要至少约150mm的半径尺寸，相应需要更大的扩大开口，故此方案一般适用于围壁开口处布置位置相对充分的场合。

同质板条的作用与前述方案一基本相同：一是恢复设计开口的尺寸，用作门框等的固定；二是形成小缝隙的止裂缝，并通过止裂缝将集中应力传递并分散到圆弧开口的角隅防裂弧上以有效减弱应力集中值；最后可通过对相应同质板条的切割调整，方便地实现对建造精度误差之横向和垂向的双向调整补偿。

方案六：系上述方案五的工艺简化变种，一种船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、以设计开口的相同宽度扩大围壁开口至形成完整防裂弧的圆弧开口；

步骤2、沿圆弧开口的上和/或下边缘和圆弧角隅，按设计开口的高度尺寸分别焊接填以同质材料的板条和同质材料的扇形板；

步骤3、扇形板和板条之间留有垂向止裂缝；

步骤4、对所述步骤3形成的圆弧开口及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对圆弧开口角隅处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤5、依据所述步骤4的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增加围壁圆弧开口角隅处的板厚；

步骤6、按设计施工，待圆弧开口四周的结构建造完整后，按实际建造精度误差，对相应的板条散装件进行切割调整后和扇形板一起实施装焊。

此方案为方案五的工艺简化变种：系在建造精度能够保证的情况下省去左(和/或右)侧板条而仅保留上(和/或下)板条。这样，对开口的横向误差不可调整而只能实现垂向的单向调整。至于应力的转移传递，则同上一方案。

方案七：系上述方案五的另一工艺简化变种，一种船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、以设计开口的相同高度扩大围壁开口至形成完整防裂弧的圆弧开口；

步骤2、沿圆弧开口的左和/或右边缘和圆弧角隅，按设计开口的宽度尺寸分别焊接填以同质材料的板条和同质材料的扇形板；

步骤3、扇形板和板条之间留有横向止裂缝；

步骤4、对所述步骤3形成的圆弧开口及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对圆弧开口角隅处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤5、依据所述步骤4的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增加围壁圆弧开口角隅处的板厚；

步骤6、按设计施工，待圆弧开口四周的结构建造完整后，按实际建造精度误差，对相应的左、右板条散装件进行切割调整后和扇形板一起实施装焊。

此方案为方案五的另一工艺简化变种：系在建造精度能够保证的情况下省去上(和/或下)板条而仅保留左(和/或右)侧板条。这样，对开口的垂向误差不可调整而只能实现横向的单向调整。至于应力的转移传递，则同方案五。

方案八：系前述方案五的又一工艺简化变种，一种船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、扩大设计开口至形成完整防裂弧的圆弧开口；

步骤2、沿圆弧开口的边缘和圆弧角隅，按设计开口的位置和尺寸，在圆弧开口的上和/或下边缘焊接填以同质板条，在圆弧开口的左和/或右边缘及扇形角隅处焊接填以同质材料的扇形板条；

步骤3、扇形板条和板条之间留有垂向止裂缝；

步骤4、对所述步骤3形成的圆弧开口及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对圆弧开口角隅处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤5、依据所述步骤4的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增加围壁圆弧开口角隅处的板厚；

步骤6、按设计施工，待圆弧开口四周的结构建造完整后，按实际建造精度误差，对相应的板条散装件进行切割调整后和扇形板条一起实施装焊。

此方案为前方案五的又一工艺简化变种：系在建造精度能够保证的情况下将左(和/或右)侧板条与扇形板连为一体成为扇形板条。由于对扇形板条的切割调整不易，故此实施例对开口的横向误差不可调整而只能实现垂向的单向调整。至于应力的转移传递，则同方案五。

方案九：系上述方案八的变种，一种船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、扩大设计开口至形成完整防裂弧的圆弧开口；

步骤2、沿圆弧开口的边缘和圆弧角隅，按设计开口的位置和尺寸，在圆弧开口的左和/或右边缘焊接填以同质板条，在圆弧开口的上和/或下边缘及扇形角隅处焊接填以同质材料的扇形板条；

步骤3、扇形板条和板条之间留有横向止裂缝；

步骤4、对所述步骤3形成的圆弧开口及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对圆弧开口角隅处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤5、依据所述步骤4的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增加围壁圆弧开口角隅处的板厚；

步骤6、按设计施工，待圆弧开口四周的结构建造完整后，按实际建造精度误差，对相应的板条散装件进行切割调整后和扇形板条一起实施装焊。

此方案为方案五工艺简化变种之上一方案八的变种：系在建造精度能够保证的情况下将上(和/或下)侧板条与扇形板连为一体成为扇形板条。由于对扇形板条的切割调整不易，故此实施例对开口的垂向误差不可调整而只能实现横向的单向调整。至于应力的转移传递，则同方案五。

方案十：系前述方案五结合方案六、八的最简隐形止裂缝变种，一种船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、以设计开口的相同宽度扩大围壁开口至形成完整防裂弧的圆弧开口；

步骤2、沿圆弧开口的上和/或下边缘和圆弧角隅，按设计开口的高度尺寸焊接填以同质材料的扇形板条；

步骤3、对所述步骤2形成的圆弧开口及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对圆弧开口角隅处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤4、依据所述步骤3的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增加围壁圆弧开口角隅处的板厚；

步骤5、按设计施工，装焊扇形板条。

此方案为方案五结合方案六、八的变种：系在建造精度能够保证的情况下，省去左(和/或右)侧板条，并将上(和/或下)板条与扇形板连为一体成为扇形板条。由于对扇形板条的切割调整不易，且未扩大设计开口的宽度，故此实施例对开口的建造精度误差完全不可调整。至于对应力的转移传递，则同方案五。

方案十一：系前述方案五结合方案七、九的最简隐形止裂缝变种，一种船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、以设计开口的相同高度扩大围壁开口至形成完整防裂弧的圆弧开口；

步骤2、沿圆弧开口的左和/或右边缘和圆弧角隅，按设计开口的宽度尺寸焊接填以同质材料的扇形板条；

步骤3、对所述步骤2形成的圆弧开口及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对圆弧开口角隅处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤4、依据所述步骤3的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增加围壁圆弧开口角隅处的板厚；

步骤5、按设计施工，装焊扇形板条。

此方案为方案五结合方案七、九的变种：系在建造精度能够保证的情况下，省去上(和/或下)板条，并将左(和/或右)侧板条与扇形板连为一体成为扇形板条。由于对扇形板条的切割调整不易，且未扩大设计开口的高度，故此方案与上述方案十相同，对开口的建造精度误差完全不可调整。至于应力的转移传递，则同方案五。

前面是本发明之止裂缝设计全部十一种的角隅节点方案详述，包括应力转移和分散的两种基本形式(方案一和方案五)，以及这两种节点的其它九种转向、简化变种。对于一个开口的四个角，通常可根据具体的设计情况，以及工厂的实际建造精度状况，由其中的某一种节点方案，或某几种(通常为“两两对应”的两种)节点方案进行优选组合应用，以确保所设计开口的防裂、止裂设计满足工程的实际需要。具体优选组合的确定方式如下：

①作为优选，在可能的通道设备“门槛”较低，甚至为“零”(甲板敷料填没等)时，即开口的下方空间不足，且开口上方及其左右两侧具足够空间(如上层甲板位置较高，距设计开口上缘大于1000mm、两侧的单边空间大于250mm等)的情况下，围壁开口可设计为上部采用方案五(包括其各可能变种)，而其下部则采用方案一或二的组合应用方式；

②作为进一步的优选，开口上方空间不足(设计开口过高)而下方充分，且开口两侧如上述①具足够空间，则可在开口的上方采用方案一或二而下方采用方案五(包括其各可能变种)；

③作为更进一步的优选，开口左侧空间不足而右侧充分，且开口的上、下端具足够空间时，则可在开口的左侧采用方案三或四(方案一的转向变种)而右侧采用方案五(包括其各可能变种)；

④反之，开口右侧空间不足而左侧充分，且开口的上、下端具足够空间时，则可在开口的左侧采用方案五(包括其各可能变种)而右侧采用方案三或四(方案一的转向变种)；

⑤尽管四周布置位置不足，由实际建造的精度状况，方案一与其各变种形式也可组合使用，如方案一与方案二的组合、方案三与方案四的组合；

⑥布置位置充分时，方案五与其各变种形式也同样可按实际精度要求而组合使用。

以典型方案详细说明优选组合的使用及其步骤：

方案十二：系前述各角隅节点方案的优选组合应用典例，一种船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

若开口的设计位置偏下，即设计开口的门槛较低，而其上部与左右两侧则布置空间充分。同时，由实际建造精度情况一般，需要在实际建造过程中进行适当调整补偿。此情况下，当选用方案一和方案五的组合：下部选用方案一的节点形式而上部则选用方案五的节点形式(为充分说明，本方案的上部组合应用了方案五和九)；

步骤1、扩大围壁的设计开口：向下直至下层甲板，向上形成完整防裂圆弧角隅，形成组合式扩大开口(下称“组合开口”)；

步骤2、沿组合开口的边缘和上部圆弧角隅，按设计开口的位置和尺度分别焊接填以同质材料的板条、扇形板和扇形板条；

步骤3、相邻板条之间形成横向止裂缝，板条与组合开口边缘之间形成垂向止裂缝，板条与扇形板之间及板条与扇形板条之间均形成横向止裂缝，扇形板与扇形板条之间形成垂向止裂缝；

步骤4、对所述步骤3形成的组合开口及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对组合开口角隅处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤5、依据所述步骤4的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增设下层甲板(或/和上层甲板、围壁)覆板、增加围壁组合开口角隅处的板厚；

步骤6、按设计施工，待组合开口四周的结构建造完整后，按实际建造精度误差，对相应的板条散装件进行切割调整后和扇形板、扇形板条一起实施装焊。

对于本方案，由板条的易于切割调整，开口左右的横向精度误差补偿易于实现；而通过对下方板条的切割调整，也可较方便地实现垂向精度误差的下方调整。至于应力的转移传递，则上方为分散于防裂弧而下方转移至甲板。

与现行的常规止裂孔技术相比，本发明的有益效果为：

a)止裂缝可将集中应力分散至完整的防裂弧上，或是将集中应力传递转移至甲板或相交围壁的结构“硬点”处，实现围壁开口角隅的有效防裂、止裂；

b)结构硬点易于加强处理；

c)同质板条自贯通开口、圆弧开口、组合开口恢复至设计开口，不影响通道设备“门框”的固定；

d)便捷的余量补偿工艺：通过对板条方便的切割、打磨，可以容易地实现对实际建造精度误差的调整补偿；

e)不影响防火分隔性能，等。

附图说明

图1为现行的常规开口角隅止裂孔节点设计示意图。

图2为本发明实施例1应力转移基本形的节点设计示意图。

图3为本发明实施例2应力转移简化形的节点设计示意图。

图4为本发明实施例3应力转移转向形的节点设计示意图。

图5为本发明实施例4应力转移转向简化形的设计节点示意图。

图6为本发明实施例5应力分散基本形的节点设计示意图。

图7为本发明实施例6应力分散左右简化形的节点设计示意图。

图8为本发明实施例7应力分散上下简化形的节点设计示意图。

图9为本发明实施例8应力分散左右连体简化形的节点设计示意图。

图10为本发明实施例9应力分散上下连体简化形的节点设计示意图。

图11为本发明实施例10应力分散上下连体再简化形的节点设计示意图。

图12为本发明实施例11应力分散左右连体再简化形的节点设计示意图。

图13为本发明完整优选组合实施例12的结构设计示意图。

图示标注说明：

00：设计开口；01：贯通开口；02：圆弧开口；03：组合开口；1：围壁；11：左相交围壁；12：右相交围壁；2：上层甲板；20：下层甲板；3：板条；4：扇形板；5：扇形板条；61：垂向止裂缝；62：横向止裂缝。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，将更容易理解本发明的优点与功能。

实施例1

如图2所示，系本实施例应力转移方式的基本节点形式，本实施例船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、扩大围壁1的设计开口00直至上层甲板2或/和下层甲板20形成贯通形扩大开口(下称“贯通开口”)；

步骤2、沿贯通开口01的边缘，按设计开口00的位置和尺度分别焊接填以同质材料的板条3；

步骤3、板条3与贯通开口01边缘之间留有垂向止裂缝61，相邻板条3之间留有横向止裂缝62；

步骤4、对所述步骤3形成的贯通开口01及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对贯通开口01角隅和甲板硬点处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤5、依据所述步骤4的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增设甲板覆板和/或增加围壁1贯通开口01端部的板厚；

步骤6、按设计施工，待贯通开口01四周的结构建造完整后，按实际建造精度误差，对相应的板条3散装件进行切割调整后实施装焊；

步骤7、最后，检查结构建造质量并予确认后，安装通道设备。

此实施例中，止裂缝的作用是将围壁1开口处的应力通过贯通开口01的左(和/或右)侧边端部传递至其与上层甲板2和/或下层甲板20的相交点(即甲板“硬点”)，一般适用于围壁开口处布置位置有限的场合，如甲板间高较小的上建部位等。

同质板条3的作用：一是恢复设计开口00的尺寸，用作门框等的固定；二是形成小缝隙的止裂缝，并通过止裂缝将集中应力传递到贯通开口01端部，形成对甲板2(和/或20)的结构“硬点”；三是小缝隙的止裂缝可减弱围壁贯通开口01端对所处甲板的“硬点”影响；最后可通过对相应同质板条3的切割调整，方便地实现对建造精度误差之横向和垂向的双向调整补偿。

实施例2

如图3所示，本实施例系上述应力转移基本节点形式的工艺简化变种，本实施例船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、以设计开口00的相同宽度扩大围壁1开口直至上层甲板2或/和下层甲板20形成贯通开口01；

步骤2、沿贯通开口01的上(和/或下)边缘，按设计开口00的高度尺寸分别焊接填以同质材料的板条3；

步骤3、板条3与贯通开口01边缘之间留有垂向止裂缝61；

步骤4、对所述步骤3形成的贯通开口01及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对贯通开口01角隅和甲板硬点处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤5、依据所述步骤4的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增设甲板覆板和/或增加围壁1贯通开口01端部的板厚；

步骤6、按设计施工，待贯通开口01四周的结构建造完整后，按实际建造精度误差，对相应的板条3散装件进行切割调整后实施装焊；

步骤7、最后，检查结构建造质量并予确认后，安装通道设备。

此实施例为前实施例1的工艺简化变种：系在建造精度能够保证的情况下省去左(和/或右)侧板条而仅保留上(和/或下)板条。这样，对开口的横向误差不可调整而只能实现垂向的单向调整。至于应力的转移传递，则同上一实施例。

实施例3

如图4所示，系前述应力转移基本节点形式的横向转向变种，本实施例船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、扩大围壁1的设计开口00直至左相交围壁11或/和右相交围壁12形成贯通开口01；

步骤2、沿贯通开口01的边缘，按设计开口00的位置和尺寸焊接填以同质材料的板条3；

步骤3、板条3与贯通开口01边缘之间留有横向止裂缝62，相邻板条3之间留有垂向止裂缝61；

步骤4、对所述步骤3形成的贯通开口01及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对贯通开口01角隅和围壁硬点处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤5、依据所述步骤4的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增设左相交围壁11或/和右相交围壁12覆板和/或增加围壁贯通开口01端部的板厚；

步骤6、按设计施工，待扩大开口01四周的结构建造完整后，按实际建造精度误差，对相应的板条3散装件进行切割调整后实施装焊；

步骤7、最后，检查结构建造质量并予确认后，安装通道设备。

此实施例中，止裂缝的作用是将围壁1开口处的应力通过贯通开口01的上(和/或下)端部传递至其与左相交围壁11(和/或右)右相交围壁12的相交点(即围壁“硬点”)，一般适用于围壁开口处布置位置有限的场合，如围壁间距离较小的场合。

除应力被传递的部位不同外，同质板条3的作用与前述实施例1完全一样。

实施例4

如图5所示，系上述实施例3的工艺简化变种，本实施例船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、以设计开口00的相同高度扩大围壁1的设计开口00直至左相交围壁11或/和右相交围壁12形成贯通开口01；

步骤2、沿贯通开口01的左(和/或右)边缘，按设计开口00的宽度尺寸焊接填以同质材料的板条3；

步骤3、板条3与贯通开口01边缘之间留有横向止裂缝62；

步骤4、对所述步骤3形成的贯通开口01及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对贯通开口01角隅和围壁硬点处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤5、依据所述步骤4的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增设左相交围壁11或/和右相交围壁12覆板和/或增加围壁贯通开口01端部的板厚；

步骤6、按设计施工，待贯通开口01四周的结构建造完整后，按实际建造精度误差，对相应的板条3散装件进行切割调整后实施装焊；

步骤7、最后，检查结构建造质量并予确认后，安装通道设备。

此实施例为前实施例3的工艺简化变种：系在建造精度能够保证的情况下省去上(和/或下)板条3而仅保留左(和/或右)侧板条3。这样，对开口的垂向误差不可调整而只能实现横向的单向调整。至于应力的转移传递，则同上一实施例。

实施例5

如图6所示，系本实施例分散应力方式的基本节点形式，本实施例船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、扩大设计开口00至形成完整防裂弧的圆弧角隅扩大开口02(下称“圆弧开口”)；

步骤2、沿圆弧开口02的边缘和圆弧角隅，按设计开口00的位置和尺寸分别焊接填以同质材料的板条3，以及同质材料的扇形板4；

步骤3、扇形板4的垂向侧边缘与其相邻板条3之间留有垂向止裂缝61、扇形板4的另一横向侧边缘与其相邻板条3之间留有横向止裂缝62；

步骤4、对所述步骤3形成的圆弧开口02及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对圆弧开口02角隅处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤5、依据所述步骤4的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增加围壁圆弧开口02角隅处的板厚；

步骤6、按设计施工，待圆弧开口02四周的结构建造完整后，按实际建造精度误差，对相应的上部、下部板条3散装件进行切割调整后和扇形板4一起实施装焊；

步骤7、最后，检查结构建造质量并予确认后，安装通道设备。

此实施案例中，止裂缝的作用是将围壁设计开口00原角隅点的集中应力传递并分散至扩大开口02的完整防裂弧上。由于完整防裂弧需要至少约150mm的半径尺寸，相应需要更大的扩大开口，故此实施例一般适用于围壁开口处布置位置相对充分的场合。

同质板条3的作用与前述实施例1基本相同：一是恢复设计开口00的尺寸，用作门框等的固定；二是形成小缝隙的止裂缝，并通过止裂缝将集中应力传递并分散到扩大开口01的角隅防裂弧上以有效减弱应力集中值；最后可通过对相应同质板条3的切割调整，方便地实现对建造精度误差之横向和垂向的双向调整补偿。

实施例6

如图7所示，系上述实施例5的工艺简化变种，本实施例船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、以设计开口00的相同宽度扩大围壁1开口至形成完整防裂弧的圆弧开口02；

步骤2、沿圆弧开口02的上和/或下边缘和圆弧角隅，按设计开口00的高度尺寸分别焊接填以同质材料的板条3和同质材料的扇形板4；

步骤3、扇形板4和板条3之间留有垂向止裂缝61；

步骤4、对所述步骤3形成的圆弧开口02及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对圆弧开口02角隅处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤5、依据所述步骤4的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增加围壁圆弧开口02角隅处的板厚；

步骤6、按设计施工，待圆弧开口02四周的结构建造完整后，按实际建造精度误差，对相应的板条3散装件进行切割调整后和扇形板4一起实施装焊；

步骤7、最后，检查结构建造质量并予确认后，安装通道设备。

此实施例为前实施例5的工艺简化变种：系在建造精度能够保证的情况下省去左(和/或右)侧板条而仅保留上(和/或下)板条。这样，对开口的横向误差不可调整而只能实现垂向的单向调整。至于应力的转移传递，则同上一实施例。

实施例7

如图8所示，系上述实施例5的另一工艺简化变种，本实施例船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、以设计开口00的相同高度扩大围壁1开口至形成完整防裂弧的圆弧开口02；

步骤2、沿圆弧开口02的左和/或右边缘和圆弧角隅，按设计开口00的宽度尺寸分别焊接填以同质材料的板条3和同质材料的扇形板4；

步骤3、扇形板4和板条3之间留有横向止裂缝62；

步骤4、对所述步骤3形成的圆弧开口02及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对圆弧开口02角隅处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤5、依据所述步骤4的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增加围壁圆弧开口02角隅处的板厚；

步骤6、按设计施工，待圆弧开口02四周的结构建造完整后，按实际建造精度误差，对相应的左、右板条3散装件进行切割调整后和扇形板4一起实施装焊；

步骤7、最后，检查结构建造质量并予确认后，安装通道设备。

此实施例为前实施例5的另一工艺简化变种：系在建造精度能够保证的情况下省去上(和/或下)板条而仅保留左(和/或右)侧板条。这样，对开口的垂向误差不可调整而只能实现横向的单向调整。至于应力的转移传递，则同实施例5。

实施例8

如图9所示，系前述实施例5的又一工艺简化变种，本实施例船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、扩大设计开口00至形成完整防裂弧的圆弧开口02；

步骤2、沿圆弧开口02的边缘和圆弧角隅，按设计开口00的位置和尺寸，在圆弧开口02的上和/或下边缘焊接填以同质板条3，在防裂弧扩大开口02的左和/或右边缘及扇形角隅处焊接填以同质材料的扇形板条5；

步骤3、扇形板条5和板条3之间留有垂向止裂缝61；

步骤4、对所述步骤3形成的圆弧开口02及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对圆弧开口02角隅处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤5、依据所述步骤4的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增加围壁圆弧开口02角隅处的板厚；

步骤6、按设计施工，待圆弧开口02四周的结构建造完整后，按实际建造精度误差，对相应的板条3散装件进行切割调整后和扇形板条5一起实施装焊；

步骤7、最后，检查结构建造质量并予确认后，安装通道设备。

此实施例为前实施例5的又一工艺简化变种：系在建造精度能够保证的情况下将左(和/或右)侧板条与扇形板连为一体成为扇形板条。由于对扇形板条的切割调整不易，故此实施例对开口的横向误差不可调整而只能实现垂向的单向调整。至于应力的转移传递，则同实施例5。

实施例9

如图10所示，系上述实施例8的变种，本实施例船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、扩大设计开口00至形成完整防裂弧的圆弧开口02；

步骤2、沿圆弧开口02的边缘和圆弧角隅，按设计开口00的位置和尺寸，在圆弧开口02的左和/或右边缘焊接填以同质板条3，在圆弧开口02的上和/或下边缘及扇形角隅处焊接填以同质材料的扇形板条5；

步骤3、扇形板条5和板条3之间留有横向止裂缝62；

步骤4、对所述步骤3形成的圆弧开口02及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对圆弧开口02角隅处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤5、依据所述步骤4的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增加围壁圆弧开口02角隅处的板厚；

步骤6、按设计施工，待圆弧开口02四周的结构建造完整后，按实际建造精度误差，对相应的板条3散装件进行切割调整后和扇形板条5一起实施装焊；

步骤7、最后，检查结构建造质量并予确认后，安装通道设备。

此实施例为实施例5工艺简化变种之上一实施例8的变种：系在建造精度能够保证的情况下将上(和/或下)侧板条与扇形板连为一体成为扇形板条。由于对扇形板条的切割调整不易，故此实施例对开口的垂向误差不可调整而只能实现横向的单向调整。至于应力的转移传递，则同实施例5。

实施例10

如图11所示，系前述实施例5结合实施例6、8的最简隐形止裂缝变种，本实施例船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、以设计开口00的相同宽度扩大围壁1开口至形成完整防裂弧的圆弧开口02；

步骤2、沿圆弧开口02的上和/或下边缘和圆弧角隅，按设计开口00的高度尺寸焊接填以同质材料的扇形板条5；

步骤3、对所述步骤2形成的圆弧开口02及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对圆弧开口02角隅处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤4、依据所述步骤3的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增加围壁圆弧开口02角隅处的板厚；

步骤5、按设计施工，装焊扇形板条5。

步骤6、最后，检查结构建造质量并予确认后，安装通道设备。

此实施例为实施例5结合实施例6、8的变种：系在建造精度能够保证的情况下，省去左(和/或右)侧板条，并将上(和/或下)板条与扇形板连为一体成为扇形板条。由于对扇形板条的切割调整不易，且未扩大设计开口的宽度，故此实施例对开口的建造精度误差完全不可调整。至于对应力的转移传递，则同实施例5。

实施例11

如图12所示，系前述实施例5结合实施例7、9的最简隐形止裂缝变种，本实施例船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、以设计开口00的相同高度扩大围壁1开口至形成完整防裂弧的圆弧开口02；

步骤2、沿圆弧开口02的左和/或右边缘和圆弧角隅，按设计开口00的宽度尺寸焊接填以同质材料的扇形板条5；

步骤3、对所述步骤2形成的圆弧开口02及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对圆弧开口02角隅处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤4、依据所述步骤3的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增加围壁圆弧开口02角隅处的板厚；

步骤5、按设计施工，装焊扇形板条5；

步骤6、最后，检查结构建造质量并予确认后，安装通道设备。

此实施例为实施例5结合实施例7、9的变种：系在建造精度能够保证的情况下，省去上(和/或下)板条，并将左(和/或右)侧板条与扇形板连为一体成为扇形板条。由于对扇形板条的切割调整不易，且未扩大设计开口的高度，故此实施例与上述实施例10一样，对开口的建造精度误差完全不可调整。至于应力的转移传递，则同实施例5。

前面是本发明之止裂缝设计全部十一种的角隅节点实施例详述，包括应力转移和分散的两种基本形式(实施例1和实施例5)，以及这两种节点的其它九种转向、简化变种。对于一个开口的四个角，通常可根据具体的设计情况，以及工厂的实际建造精度状况，由其中的某一种节点实施例，或某几种(通常为“两两对应”的两种)节点实施例进行优选组合应用，以确保所设计开口的防裂、止裂设计满足工程的实际需要。具体优选组合的确定方式如下：

①作为优选，在可能的通道设备“门槛”较低，甚至为“零”(甲板敷料填没等)时，即开口的下方空间不足，且开口上方及其左右两侧具足够空间(如上层甲板位置较高，距设计开口00上缘大于1000mm、两侧的单边空间大于250mm等)的情况下，围壁开口可设计为上部采用实施例5～11(包括其各可能变种)，而其下部则采用实施例1或2的组合应用方式；

②作为进一步的优选，开口上方空间不足(设计开口00过高)而下方充分，且开口两侧如上述①具足够空间，则可在开口的上方采用实施例1或2而下方采用实施例5～11(包括其各可能变种)；

③作为更进一步的优选，开口左侧空间不足而右侧充分，且开口的上、下端具足够空间时，则可在开口的左侧采用实施例3或4(实施例1的转向变种)而右侧采用实施例5～11(包括其各可能变种)；

④反之，开口右侧空间不足而左侧充分，且开口的上、下端具足够空间时，则可在开口的左侧采用实施案例5～11(包括其各可能变种)而右侧采用实施案例3或4(实施例1的转向变种)；

⑤尽管四周布置位置不足，由实际建造的精度状况，实施例1与其各变种形式实施例2～4也可组合使用，如实施例1与实施例2的组合、实施例3与实施例4的组合；

⑥布置位置充分时，实施例5～11与其各变种形式也同样可按实际精度要求而组合使用。

实施例12

如图13所示，系前述各角隅节点实施例的优选组合应用典例，本例中，开口的设计位置偏下，即设计开口的门槛较低，而其上部与左右两侧则布置空间充分。同时，由实际建造精度情况一般，需要在实际建造过程中进行适当调整补偿。此情况下，当选用实施例1和5的组合：下部选用实施例1的节点形式而上部则选用实施例5的节点形式(为充分说明，本方案的上部组合应用了方案5和9)。本实施例船舶金属结构围壁开口直角角隅防裂、止裂的方法，包括以下步骤：

步骤1、扩大围壁的设计开口：向下直至下层甲板，向上形成完整防裂圆弧角隅，形成组合式扩大开口(下称“组合开口”)；

步骤2、沿组合开口03的边缘和上部圆弧角隅，按设计开口00的位置和尺度分别焊接填以同质材料的板条3、扇形板4和扇形板条5。一般地，应当全部采用实施例5(上板条3可切割调整)或实施例9(上部扇形板条5一般不易切割调整)，但此例为说明不同的节点组合情况，特别在此开口的上部组合以实施例5与实施例9；

步骤3、相邻板条3之间形成横向止裂缝62，板条3与组合开口03边缘之间形成垂向止裂缝61，板条3与扇形板4之间及板条3与扇形板条5之间均形成横向止裂缝62，扇形板4与扇形板条5之间形成垂向止裂缝61；

步骤4、对所述步骤3形成的组合开口03及其直接相关结构进行对应的有限元计算分析，对组合开口03角隅处的局部应力集中值按设计许用应力值进行强度评估；

步骤5、依据所述步骤4的强度评估结果，对计算应力大于设计许用应力处进行结构加强补偿：增设甲板(或围壁，本例仅下层甲板)覆板、增加围壁1组合开口03角隅处的板厚；

步骤6、按设计施工，待组合开口03四周的结构建造完整后，按实际建造精度误差，对相应的板条3散装件进行切割调整后和扇形板4、扇形板条5一起实施装焊；

步骤8：最后，检查结构建造质量并予确认后，安装通道设备。

对于本例，由板条3的易于切割调整，开口左右的横向精度误差补偿易于实现；而通过对下方板条的切割调整，也可较方便地实现垂向精度误差的下方调整。至于应力的转移传递，则上方为分散于防裂弧而下方转移至下层甲板。

最后应当说明的是：以上实施案例仅用以说明本发明专利的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施案例对本发明专利进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明专利的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明专利技术方案的精神，其均应涵盖在本发明专利请求保护的技术方案范围当中。