祝文倩 石科良

摘 要：由于1500噸起重船的長寬比小于《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》中L/B>5及B/D≤2.5的要求值，需采用直接計算方法確定其波浪彎矩和波浪剪力。本文以1500噸起重船項目為例，簡要介紹了利用三維水動力軟件HydroSTAR 計算波浪載荷的方法。

關(guān)鍵詞：波浪彎矩；波浪剪力

Direct calculation of wave load for 1500t crane vessel

ZHU Wenqian， SHI Keliang

（ Guangzhou Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250 ）

Abstract： As the ratio of length to breadth of 1500t crane ship is smaller than the required value according to Rules for Classification of Sea-Going Steel Ships， the wave bending moment and wave shear force of the ship should be analyze by direct calculation method. This paper simply introduces the direct calculation method of the wave load by using the hydrodynamic software HydroSTAR.

Key words： Wave bending moment； Wave shear force

1 前言

隨著海洋石油開發(fā)、大型沿海工程及港口建設(shè)的發(fā)展，起重船作為不可缺少的工程船舶，近幾十年來有了非?？焖俚陌l(fā)展，起吊載荷不斷增加。目前起重船的市場已發(fā)展到近海，主要用于海上吊裝、拆卸（平臺、大件、結(jié)構(gòu)物等）、鋪設(shè)海底油氣管、大型水上工程吊裝等。本文介紹起重船在起吊工況及調(diào)遷工況下波浪載荷的直接計算方法，計算結(jié)果通過CCS審查，對非常規(guī)船舶的波浪載荷計算具有一定的參考價值。

2 船舶概況

本船為自航式大型起重船，主鉤起吊能力為2x750 t，副鉤起吊能力為2x300 t，在近海航區(qū)調(diào)遣航行，沿海航區(qū)起吊作業(yè)，起吊作業(yè)海況不超過4級風(fēng)、1.5米最大波高。

總長 89.6 m

垂線間長 87.8 m

型寬 36.0 m

型深 7.0 m

起重工況（起吊1500 t，75度）吃水 3.82 m

調(diào)遷工況（吊臂角度60度）吃水 2.60 m

3 計算方法與計算工況

3.1 計算方法

因本船主尺度不滿足《海規(guī)》中L/B>5及B/D≤2.5的要求，其總縱強(qiáng)度計算中的波浪彎矩和波浪剪力均不能應(yīng)用規(guī)范公式進(jìn)行計算，需采用直接計算的方法。

本項目采用HydroSTAR水動力軟件對起重船波浪載荷進(jìn)行預(yù)報分析。HydroSTAR是法國船級社開發(fā)的三維水動力分析軟件，該軟件能夠求解船舶在無限與有限水深環(huán)境下的波浪載荷。

3.2 計算工況

選取起重工況與調(diào)遷工況進(jìn)行分析，對調(diào)遷工況采用長期預(yù)報分析，對起重工況采用短期預(yù)報分析，作業(yè)海況為不超過1.5m最大波高，工況參數(shù)如表1所列。

表1 工況參數(shù)

4 數(shù)值模型

建立船體濕表面模型，如圖1所示；

劃分船體外表面網(wǎng)格，如圖2所示；

圖1 濕表面模型

圖2 船體模型

按全船質(zhì)量分布建立質(zhì)量模型，質(zhì)量分布數(shù)據(jù)如表2、表3所列。

表2 起重工況質(zhì)量分布

表3 調(diào)遷工況質(zhì)量分布

5 計算結(jié)果

5.1 垂向波浪彎矩和垂向波浪剪力最大值RAO曲線

參考《集裝箱船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計算指南》，選擇頻率自0.1rad/s至2.0rad/s，步長0.05rad/s，共39個波頻，浪向角自0o至180o，間隔30o，共7個浪向，合共273個單位波幅的規(guī)則波，計算船體的波浪誘導(dǎo)運動和濕表面的流體動壓力。沿船長從尾垂線至船首每隔0.025LPP取一個截面，計算每一截面上波浪垂向彎矩與垂向剪力的傳遞函數(shù)，作為短期與長期預(yù)報的響應(yīng)變量。

計算結(jié)果如圖3～6所示。

圖3 起重工況垂向波浪彎矩RAO

圖4 起重工況垂向波浪剪力RAO

圖5 調(diào)遷工況垂向波浪彎矩RAO

圖6 調(diào)遷工況垂向波浪剪力RAO

5.2 沿船長垂向波浪彎矩和垂向波浪剪力預(yù)報

進(jìn)行垂向波浪彎矩與垂向波浪剪力的長、短期預(yù)報分析，海浪譜采用P-M譜，分析長期預(yù)報時選取波浪散布圖為IACS建議選用的波浪資料，概率水平取10-8；計算短期預(yù)報時，取有義波高取為1.5 m?？傻妹恳唤孛嫔喜ɡ舜瓜驈澗嘏c垂向剪力的預(yù)報值，以下僅列出兩種工況下的波浪彎矩、波浪剪力預(yù)報值最大的截面的預(yù)報圖，如圖7～10所示。

圖7 起重工況垂向波浪彎矩短期預(yù)報

圖8 起重工況垂向波浪剪力短期預(yù)報

圖9 調(diào)遷工況垂向波浪彎矩長期預(yù)報值

圖10 調(diào)遷工況垂向波浪剪力長期預(yù)報值

匯總沿船長每個截面的垂向波浪彎矩與剪力的預(yù)報值，如圖11、圖12所示。

圖11 沿船長垂向波浪彎矩預(yù)報值

圖12 沿船長垂向波浪剪力預(yù)報值

5.3 波浪垂向彎矩和垂向剪力最大值（表4）

表4 波浪垂向彎矩和垂向剪力最大值

6 設(shè)計波浪彎矩與波浪剪力

選取沿船長垂向波浪彎矩與剪力的最大值，參考《油船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計算分析指南》計算沿船長的設(shè)計垂向波浪彎矩與剪力。

（1）沿船長的設(shè)計波浪彎矩Mv

中拱 MV （+） = M · CHB · MW kN · m （1）

中垂 MV （-） = -M · CSB · MW kN · m （2）

式中： =0.987

=1.013

M按《鋼規(guī)》選取，則沿船長的設(shè)計波浪彎矩如表5及圖13所示。

表5 沿船長分布的設(shè)計垂向波浪彎矩

圖13 沿船長的設(shè)計波浪垂向彎矩

（2）沿船長的設(shè)計垂向波浪剪力Fv為：

中拱 FV （+） = F1CsFW kN （3）

中垂 FV （-） = -F2CsFW kN （4）

式中： Cs=1.5212

F1，F(xiàn)2按《鋼規(guī)》選取，則沿船長的設(shè)計垂向波浪剪力如表6及圖14所示。

6 結(jié)語

由于工程應(yīng)用的需要，非常規(guī)船舶的設(shè)計需求越來越大，如何預(yù)報非常規(guī)船舶的波浪載荷，給船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更苛刻的要求。本文介紹的波浪載荷直接計算方法很好的預(yù)報了1 500噸起重船的波浪彎矩和波浪剪力，得到了中國船級社的認(rèn)可，本方法對其它類型非常規(guī)船舶的波浪載荷的計算具有一定的參考價值。

表6 沿船長分布的設(shè)計垂向波浪剪力

圖14 沿船長的設(shè)計垂向波浪剪力

參考文獻(xiàn)

[1] 中國船級社 .鋼質(zhì)海船入級規(guī)范， 2009

[2] 中國船級社. 集裝箱船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計算指南， 2005

[3] 中國船級社. 油船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計算分析指南， 2003