任淑霞 朱傳華 吳小康

（上海船舶研究設(shè)計院,上海 200032）

0 前言

2006年1月1日，散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范(IACS Common Structural Rules For Bulk Carriers，以下簡稱“CSR”)作為IACS的統(tǒng)一規(guī)范生效，它適用于2006年4月1日起，由船廠和船東簽訂造船合同承建的長度大于90 m、小于350 m的單舷側(cè)或雙舷側(cè)散貨船。同年底，57000 DWT單殼散貨船應(yīng)運而生，它是我院第一艘滿足CSR的船舶，也是同行業(yè)中最受船東青睞的滿足新規(guī)范的散貨船。由于新規(guī)范還處于不斷完善與修訂之中，整個結(jié)構(gòu)設(shè)計過程是在不斷學(xué)習(xí)新規(guī)范與各家船級社討論中完成的。

1 57000 DWT單殼散貨船的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

1.1 概述

57000 DWT單殼散貨船為Handymax船型，滿足BC-A船舶的要求，主尺度及參數(shù)如下：

本船為全焊接結(jié)構(gòu)，考慮20 t抓斗要求，間隔裝時第二和第四貨艙空，第三貨艙為重壓載艙。結(jié)構(gòu)設(shè)計上有如下特點：

（1）單殼，貨艙區(qū)每檔肋位上都設(shè)有舷側(cè)肋骨；

（2）設(shè)有頂邊壓載水艙和底邊壓載水艙，且它們是獨立的，為滿足燃油艙保護(hù)要求，貨艙區(qū)燃油艙設(shè)在第四貨艙和第五貨艙范圍內(nèi)的頂邊艙內(nèi)；

（3）內(nèi)底板和底邊艙斜板為焊接形式；

圖1 舯橫剖面圖

圖2 第四和第五貨艙典型橫剖面圖

（4）頂邊艙和底邊艙采用縱骨架式，機(jī)艙上甲板結(jié)構(gòu)采用橫骨架式和縱骨架式混合結(jié)構(gòu)，機(jī)艙其它部分及首尾采用橫骨架式；

（5）在設(shè)有系泊設(shè)備、舵機(jī)設(shè)備、艇架以及主機(jī)、輔機(jī)等機(jī)械設(shè)備處的船體結(jié)構(gòu)處做相應(yīng)的結(jié)構(gòu)處理和加強(qiáng)；

（6）入級法國船級社（BV），滿足散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范中的所有規(guī)定，共同結(jié)構(gòu)規(guī)范中未提及的部分要滿足BV船級社舊的散貨船規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定；

（7）無冰區(qū)要求。

1.2 區(qū)別于滿足原BV散貨船規(guī)范的船的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

1)腐蝕余量比以前的滿足原BV散貨船規(guī)范的船明顯增加，對于各構(gòu)件的腐蝕余量規(guī)定的更細(xì)致，尤其對單殼散貨船舷側(cè)肋骨的腐蝕余量的規(guī)定非常詳細(xì)。干散貨艙中各構(gòu)件的腐蝕余量具有從1.25 mm至3.45 mm不同程度的增加，這也是所有構(gòu)件中腐蝕余量增加較多的部分，其它艙室內(nèi)的構(gòu)件一般增加了0.5 mm左右。除了以上部分的增加，新規(guī)范還增加了0.5 mm的儲備腐蝕余量。

另外，對于壓載艙內(nèi)的構(gòu)件，原BV散貨船規(guī)定距艙頂1.5 m以內(nèi)的構(gòu)件比其它部分的構(gòu)件的腐蝕余量增加0.25 mm，而散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范規(guī)定距艙頂3.0 m以內(nèi)的構(gòu)件比其它部分的構(gòu)件的腐蝕余量增加0.5 mm。

2)板材材料的要求基本維持原BV散貨船規(guī)范中的規(guī)定，只增加兩處要求：一是對單舷側(cè)結(jié)構(gòu)的BC-A和BC-B船舶，舷側(cè)列板與底邊艙斜板相交點上下0.125舷側(cè)肋骨跨距范圍的全部或部分舷側(cè)列板的鋼級應(yīng)不低于D/DH；二是對于具有BC-A或BC-B附加標(biāo)志特征的單舷側(cè)散貨船，舷側(cè)肋骨下肘板的鋼級不低于D/DH。

3)提高了對縱骨穿越肋板處的疲勞要求，為滿足要求，本船采用了下面的連接形式，如圖3。

圖3 典型節(jié)點

4）由于共同規(guī)范中動載荷比以前有了很大程度的提高，故對貨艙橫艙壁和首尾機(jī)艙部分的液貨艙的周界的板厚都提高了要求。

2 貨艙段有限元直接計算與結(jié)果分析

2.1 有限元模型與裝載工況

圖4有限元模型模型范圍與滿足原BV散貨船規(guī)范的船舶的計算基本相同，有較大區(qū)別的是貨物的裝載工況比以前考慮得更詳細(xì)，除要考慮裝載手冊中的典型工況，還要按照輕貨艙和重貨艙分別考慮散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范中指定的相應(yīng)工況；除要考慮彎矩平衡法還要考慮剪力平衡法下的某些工況。

計算工況如下：

圖4

1）重貨艙

Table 1:Bending moment analysis applicable to loaded hold in alternate condition of BC-A(mid-hold is loaded hold)

其中：11和12工況要在只有裝載手冊中包含時才需要考慮。

Table 2:Shear force analysis applicable to loaded hold of BC-A(mid-hold is loaded hold)

2）輕貨艙

Table 3:Bending moment analysis applicable to empty hold in alternate condition of BC-A(mid-hold is loaded hold)

Table 4:Shear force analysis applicable to empty hold of BC-A(mid-hold is loaded hold)

2.2 有限元結(jié)果分析

根據(jù)有限元計算結(jié)果，貨艙區(qū)的結(jié)構(gòu)主要做了以下加強(qiáng)：

1）與原散貨船有限元計算不同，CSR規(guī)定有限元計算中要考慮橫浪的影響，再加上邊界條件的影響，以致引起艙口間甲板上屈曲強(qiáng)度問題，帶來了約4 mm左右的甲板板厚增加量。

2）根據(jù)細(xì)模分析，每個貨艙縱向艙口圍兩端的板厚都提高了很多，原13AH36的板厚端部需要增加到24DH36，如圖5所示。引起這么大的增加量的原因主要是因為橫浪情況和邊界條件的影響下艙口發(fā)生了扭曲現(xiàn)象。

圖5 縱向艙口圍端部

3）根據(jù)有限元屈服強(qiáng)度校核結(jié)果，除風(fēng)暴壓載艙的橫艙壁之外，其它橫艙壁靠舷側(cè)的二到三個槽條的板厚在規(guī)范計算的基礎(chǔ)上，增加了2 mm左右。

4）船底框架的有限元結(jié)果和以前相差不大。

5）根據(jù)有限元屈服強(qiáng)度的要求，hopper tank和第三貨艙（即重壓載艙）的wing tank的肋板開孔邊緣處屈服應(yīng)力較大，最終采用了開孔邊緣貼面板的形式才能滿足要求，加強(qiáng)前后的結(jié)構(gòu)形式如下：

3 結(jié)語

圖6 hopper tank的肋板加強(qiáng)前后比較

圖7 第三貨艙wing tank的肋板加強(qiáng)前后比較

本文全面敘述了57000 DWT單殼散貨船的結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要特點，展示了根據(jù)有限元計算結(jié)果對貨艙區(qū)結(jié)構(gòu)做的相應(yīng)的加強(qiáng)，在描述散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范對結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響的同時與滿足原BV散貨船規(guī)范的相似船型的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了比較。由于散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范還在不斷完善修訂中，對于設(shè)計較早的57000 DWT單殼散貨船來說，其結(jié)構(gòu)設(shè)計還有許多需要優(yōu)化的地方。他山之石，可以攻玉。希望文中敘述的57000 DWT單殼散貨船的一些典型的結(jié)構(gòu)設(shè)計能在同行業(yè)者將來設(shè)計其它滿足散貨船共同規(guī)范的船舶時起到借鑒和鋪墊作用。

［1］Common Structural Rules For Bulk Carriers January 2006.

［2］BV Class:Rules for the Classification of Steel Ships April 2005.