楊仁記等

摘要：考慮到現(xiàn)代造船的PSPC要求，對母型船的艙口圍板撐柱結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，根據(jù)CSR共同規(guī)范對艙口圍板撐柱結(jié)構(gòu)的要求，通過規(guī)范計算和有限元分析校核撐柱優(yōu)化方案的合理性。通過對撐柱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，選取更優(yōu)的撐柱型式，以實現(xiàn)減少焊接長度，減少焊接工作量，減少頂邊艙的涂層破損的目標，應對PSPC新標準的實施；優(yōu)化撐柱的結(jié)構(gòu)尺寸，減少鋼料用量，降低船舶的建造成本。

關(guān)鍵詞：艙口圍板撐柱 焊接 CSR規(guī)范 頂邊水艙 涂層破損 PSPC

1 背景

《所有類型船舶專用海水壓載艙和散貨船雙舷側(cè)處所保護涂層性能標準》，簡稱PSPC，該標準作為一項船舶涂層破損的考核標準，逐漸被船東作為評定造船質(zhì)量、精度等方面的參考依據(jù)。根據(jù)PSPC的要求，壓載艙的涂層破損面積不得超過壓載艙總面積的2%。該標準的推出對船舶的設(shè)計和建造帶來了重大影響，針對PSPC的新要求，船企必須從提高管理水平、改進建造工藝以及優(yōu)化船舶設(shè)計等多方面，降低建造過程中壓載艙的涂層破損。文中以76000DWT巴拿馬型散貨船的艙口圍撐柱設(shè)計為例，闡述在前期產(chǎn)品設(shè)計源頭中考慮降低船舶建造過程中壓載艙涂層破損的思路和方法。船臺搭載過程中的焊接會造成已有涂層的破損，如果焊接發(fā)生在壓載艙等處，就會造成壓載艙的涂層破損，這將不利于對PSPC要求的控制，這是船企需要盡力避免的。散貨船是我國目前建造數(shù)量最多的船型。在散貨船的建造過程中，艙口圍分段是在貨艙區(qū)主甲板搭載完畢后，再散吊上船臺進行搭載的，見圖1。這種船臺散吊搭載的建造方式，會造成艙口圍板和撐柱與甲板連接處的涂層在焊接時被破壞，由于建造場地和條件的限制卻又無法避免。這些搭載焊縫大量位于頂邊水壓載艙上方，會造成頂邊艙壓載艙涂層的破壞。并且在船臺搭載階段較多的焊接工作量，重復的油漆工作，較大的結(jié)構(gòu)厚度都會帶來建造成本的增加。

因此本文基于76000DWT散貨船的艙口圍撐柱為設(shè)計母型，對其結(jié)構(gòu)型式進行優(yōu)化，并且使其能夠滿足CSR共同規(guī)范的要求。力圖從設(shè)計源頭改善建造過程中頂邊艙壓載艙圖層破壞的問題，提高造船設(shè)計和建造水平，以應對PSPC新標準的實施，并實現(xiàn)降本增效的目標。

3 撐柱設(shè)計優(yōu)化方法

3.1 原設(shè)計方案介紹

原設(shè)計方案中，選取了CSR規(guī)范提供的第4種范例型式。典型艙口圍板撐柱高度為1330m，上緣長400mm，下緣與甲板面的對接長度為830mm，板厚為20mm，面板為FB150x12，內(nèi)部開孔的加強面板為FB100x12。原方案典型艙口圍板的詳細數(shù)據(jù)見圖3。原設(shè)計方案撐柱與甲板面的對接是連續(xù)的，故理論焊接長度為830mm，焊接區(qū)域較長，板厚較厚。此設(shè)計會帶來較大的焊接工作量，造成甲板油漆的較大范圍破壞，增加建造成本以及壓載艙涂層的破壞。

3.2 優(yōu)化設(shè)計方案

為減小撐柱與甲板的焊接長度，減少艙口圍板撐柱與主甲板的搭載焊接工作量，提高PSPC工藝控制水平。文中選取CSR規(guī)范提供的第3種范例型式。該型式由于撐柱與甲板面的對接不連續(xù)，可以在中間減少一部分焊接區(qū)域。通過規(guī)范計算，確定圍板撐柱的初步優(yōu)化方案。優(yōu)化后的撐柱主要由200x15+100x10的T型材和200x15+150x

10的工字鋼組成。與甲板的對接區(qū)域長度約為430mm。初步優(yōu)化方案典型艙口圍板的詳細數(shù)據(jù)見圖4。其與甲板的連接處的凈剖面模數(shù)W=2548cm3，凈厚度tw=12.5mm，符合規(guī)范公式要求。該初步優(yōu)化方案還需進行有限元驗證。

4 優(yōu)化方案的有限元分析

4.1 有限元模型

以風暴艙艙口圍作為計算典型，使用有限元軟件MSC.Patran/Nastran建立其模型。模型包括艙口圍板、艙口面板、撐柱等結(jié)構(gòu)。模型中艙口圍板、撐柱、艙口面板等構(gòu)件采用板單元模擬，扶強材采用梁單元模擬。模型見圖5。

4.2 工況設(shè)定

由于艙口圍承受艙口蓋壓力和作用在艙口圍板上的波浪側(cè)向壓力，本文分為兩種工況評估優(yōu)化方案可行性。

LC1：艙口圍面板承受艙口蓋垂向壓力，見圖6。

LC2：艙口圍板承受波浪側(cè)向壓力，見圖7。

4.3 屈服強度結(jié)果與分析

根據(jù)MSC.Nastran計算結(jié)果，將艙口圍結(jié)構(gòu)最大應力進行匯總，見表1。艙口圍結(jié)構(gòu)的屈服強度均滿足規(guī)范要求，高應力區(qū)主要集中在撐柱處且不超過許用應力，證明了優(yōu)化方案的必要性與合理性。最大應力云圖見圖8。

5 效益分析

通過對艙口圍撐柱的優(yōu)化設(shè)計，可以實現(xiàn)艙頂邊壓載艙的焊接區(qū)域減少和結(jié)構(gòu)板厚的降低。對于每一個典型艙口圍撐柱結(jié)構(gòu)，優(yōu)化方案與原設(shè)計方案相比，理論上可以減少400mm的艙頂邊壓載艙焊接長度，并且減少了23.53kg的鋼材用量。風暴艙艙口圍有48根類似的撐柱，所以一個完整的艙口圍結(jié)構(gòu)，通過本文的優(yōu)化，理論上減少的焊接長度有19.2m，起重位于艙頂邊壓載艙的焊接長度為8m。減少的鋼材用量達到1.13T。全船有7個類似的艙口圍，所以可以預見，艙口圍撐柱的優(yōu)化方案所帶來的效益是相當可觀的。

焊接長度的減少，不僅減少船臺搭載焊接工作量，減少焊材和人工的使用，而且可以有效的減少涂層破損面積，有助于船企應對PSPC新標準的實施。

6 小結(jié)

本文對艙口圍板撐柱的結(jié)構(gòu)型式在規(guī)范允許的范圍內(nèi)進行了優(yōu)化。根據(jù)PSPC的要求，選取的撐柱型式可以有效的減少撐柱與甲板的對接焊縫長度，每個撐柱在理論上可以減少400mm的焊接長度，與母型船相比焊接長度縮短了一半，對船舶滿足的PSPC要求提供了相當大的幫助，同時減少了船臺搭載焊接工作量。通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)，有效的減小了撐柱的板厚和扶強材的尺寸，節(jié)省鋼材用量，降低結(jié)構(gòu)成本。本文對選定的優(yōu)化方案進行了CSR規(guī)范校核和有限元分析，其結(jié)果均滿足規(guī)范要求。并且應力水平和剖面模數(shù)與許用值比較接近，說明結(jié)構(gòu)型式選取的合理性和經(jīng)濟性。

參考文獻：

[1]散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范[S].

[2]陳鐵云，陳伯真.船舶結(jié)構(gòu)力學[M].上海：上海交通大學出版社，1991.

[3]趙陽.內(nèi)河自卸砂船艙口圍板結(jié)構(gòu)的圖紙審批和檢驗的建議[J].珠江水運，2010（04）.endprint

摘要：考慮到現(xiàn)代造船的PSPC要求，對母型船的艙口圍板撐柱結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，根據(jù)CSR共同規(guī)范對艙口圍板撐柱結(jié)構(gòu)的要求，通過規(guī)范計算和有限元分析校核撐柱優(yōu)化方案的合理性。通過對撐柱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，選取更優(yōu)的撐柱型式，以實現(xiàn)減少焊接長度，減少焊接工作量，減少頂邊艙的涂層破損的目標，應對PSPC新標準的實施；優(yōu)化撐柱的結(jié)構(gòu)尺寸，減少鋼料用量，降低船舶的建造成本。

關(guān)鍵詞：艙口圍板撐柱 焊接 CSR規(guī)范 頂邊水艙 涂層破損 PSPC

1 背景

《所有類型船舶專用海水壓載艙和散貨船雙舷側(cè)處所保護涂層性能標準》，簡稱PSPC，該標準作為一項船舶涂層破損的考核標準，逐漸被船東作為評定造船質(zhì)量、精度等方面的參考依據(jù)。根據(jù)PSPC的要求，壓載艙的涂層破損面積不得超過壓載艙總面積的2%。該標準的推出對船舶的設(shè)計和建造帶來了重大影響，針對PSPC的新要求，船企必須從提高管理水平、改進建造工藝以及優(yōu)化船舶設(shè)計等多方面，降低建造過程中壓載艙的涂層破損。文中以76000DWT巴拿馬型散貨船的艙口圍撐柱設(shè)計為例，闡述在前期產(chǎn)品設(shè)計源頭中考慮降低船舶建造過程中壓載艙涂層破損的思路和方法。船臺搭載過程中的焊接會造成已有涂層的破損，如果焊接發(fā)生在壓載艙等處，就會造成壓載艙的涂層破損，這將不利于對PSPC要求的控制，這是船企需要盡力避免的。散貨船是我國目前建造數(shù)量最多的船型。在散貨船的建造過程中，艙口圍分段是在貨艙區(qū)主甲板搭載完畢后，再散吊上船臺進行搭載的，見圖1。這種船臺散吊搭載的建造方式，會造成艙口圍板和撐柱與甲板連接處的涂層在焊接時被破壞，由于建造場地和條件的限制卻又無法避免。這些搭載焊縫大量位于頂邊水壓載艙上方，會造成頂邊艙壓載艙涂層的破壞。并且在船臺搭載階段較多的焊接工作量，重復的油漆工作，較大的結(jié)構(gòu)厚度都會帶來建造成本的增加。

因此本文基于76000DWT散貨船的艙口圍撐柱為設(shè)計母型，對其結(jié)構(gòu)型式進行優(yōu)化，并且使其能夠滿足CSR共同規(guī)范的要求。力圖從設(shè)計源頭改善建造過程中頂邊艙壓載艙圖層破壞的問題，提高造船設(shè)計和建造水平，以應對PSPC新標準的實施，并實現(xiàn)降本增效的目標。

3 撐柱設(shè)計優(yōu)化方法

3.1 原設(shè)計方案介紹

原設(shè)計方案中，選取了CSR規(guī)范提供的第4種范例型式。典型艙口圍板撐柱高度為1330m，上緣長400mm，下緣與甲板面的對接長度為830mm，板厚為20mm，面板為FB150x12，內(nèi)部開孔的加強面板為FB100x12。原方案典型艙口圍板的詳細數(shù)據(jù)見圖3。原設(shè)計方案撐柱與甲板面的對接是連續(xù)的，故理論焊接長度為830mm，焊接區(qū)域較長，板厚較厚。此設(shè)計會帶來較大的焊接工作量，造成甲板油漆的較大范圍破壞，增加建造成本以及壓載艙涂層的破壞。

3.2 優(yōu)化設(shè)計方案

為減小撐柱與甲板的焊接長度，減少艙口圍板撐柱與主甲板的搭載焊接工作量，提高PSPC工藝控制水平。文中選取CSR規(guī)范提供的第3種范例型式。該型式由于撐柱與甲板面的對接不連續(xù)，可以在中間減少一部分焊接區(qū)域。通過規(guī)范計算，確定圍板撐柱的初步優(yōu)化方案。優(yōu)化后的撐柱主要由200x15+100x10的T型材和200x15+150x

10的工字鋼組成。與甲板的對接區(qū)域長度約為430mm。初步優(yōu)化方案典型艙口圍板的詳細數(shù)據(jù)見圖4。其與甲板的連接處的凈剖面模數(shù)W=2548cm3，凈厚度tw=12.5mm，符合規(guī)范公式要求。該初步優(yōu)化方案還需進行有限元驗證。

4 優(yōu)化方案的有限元分析

4.1 有限元模型

以風暴艙艙口圍作為計算典型，使用有限元軟件MSC.Patran/Nastran建立其模型。模型包括艙口圍板、艙口面板、撐柱等結(jié)構(gòu)。模型中艙口圍板、撐柱、艙口面板等構(gòu)件采用板單元模擬，扶強材采用梁單元模擬。模型見圖5。

4.2 工況設(shè)定

由于艙口圍承受艙口蓋壓力和作用在艙口圍板上的波浪側(cè)向壓力，本文分為兩種工況評估優(yōu)化方案可行性。

LC1：艙口圍面板承受艙口蓋垂向壓力，見圖6。

LC2：艙口圍板承受波浪側(cè)向壓力，見圖7。

4.3 屈服強度結(jié)果與分析

根據(jù)MSC.Nastran計算結(jié)果，將艙口圍結(jié)構(gòu)最大應力進行匯總，見表1。艙口圍結(jié)構(gòu)的屈服強度均滿足規(guī)范要求，高應力區(qū)主要集中在撐柱處且不超過許用應力，證明了優(yōu)化方案的必要性與合理性。最大應力云圖見圖8。

5 效益分析

通過對艙口圍撐柱的優(yōu)化設(shè)計，可以實現(xiàn)艙頂邊壓載艙的焊接區(qū)域減少和結(jié)構(gòu)板厚的降低。對于每一個典型艙口圍撐柱結(jié)構(gòu)，優(yōu)化方案與原設(shè)計方案相比，理論上可以減少400mm的艙頂邊壓載艙焊接長度，并且減少了23.53kg的鋼材用量。風暴艙艙口圍有48根類似的撐柱，所以一個完整的艙口圍結(jié)構(gòu)，通過本文的優(yōu)化，理論上減少的焊接長度有19.2m，起重位于艙頂邊壓載艙的焊接長度為8m。減少的鋼材用量達到1.13T。全船有7個類似的艙口圍，所以可以預見，艙口圍撐柱的優(yōu)化方案所帶來的效益是相當可觀的。

焊接長度的減少，不僅減少船臺搭載焊接工作量，減少焊材和人工的使用，而且可以有效的減少涂層破損面積，有助于船企應對PSPC新標準的實施。

6 小結(jié)

本文對艙口圍板撐柱的結(jié)構(gòu)型式在規(guī)范允許的范圍內(nèi)進行了優(yōu)化。根據(jù)PSPC的要求，選取的撐柱型式可以有效的減少撐柱與甲板的對接焊縫長度，每個撐柱在理論上可以減少400mm的焊接長度，與母型船相比焊接長度縮短了一半，對船舶滿足的PSPC要求提供了相當大的幫助，同時減少了船臺搭載焊接工作量。通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)，有效的減小了撐柱的板厚和扶強材的尺寸，節(jié)省鋼材用量，降低結(jié)構(gòu)成本。本文對選定的優(yōu)化方案進行了CSR規(guī)范校核和有限元分析，其結(jié)果均滿足規(guī)范要求。并且應力水平和剖面模數(shù)與許用值比較接近，說明結(jié)構(gòu)型式選取的合理性和經(jīng)濟性。

參考文獻：

[1]散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范[S].

[2]陳鐵云，陳伯真.船舶結(jié)構(gòu)力學[M].上海：上海交通大學出版社，1991.

[3]趙陽.內(nèi)河自卸砂船艙口圍板結(jié)構(gòu)的圖紙審批和檢驗的建議[J].珠江水運，2010（04）.endprint

摘要：考慮到現(xiàn)代造船的PSPC要求，對母型船的艙口圍板撐柱結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，根據(jù)CSR共同規(guī)范對艙口圍板撐柱結(jié)構(gòu)的要求，通過規(guī)范計算和有限元分析校核撐柱優(yōu)化方案的合理性。通過對撐柱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，選取更優(yōu)的撐柱型式，以實現(xiàn)減少焊接長度，減少焊接工作量，減少頂邊艙的涂層破損的目標，應對PSPC新標準的實施；優(yōu)化撐柱的結(jié)構(gòu)尺寸，減少鋼料用量，降低船舶的建造成本。

關(guān)鍵詞：艙口圍板撐柱 焊接 CSR規(guī)范 頂邊水艙 涂層破損 PSPC

1 背景

《所有類型船舶專用海水壓載艙和散貨船雙舷側(cè)處所保護涂層性能標準》，簡稱PSPC，該標準作為一項船舶涂層破損的考核標準，逐漸被船東作為評定造船質(zhì)量、精度等方面的參考依據(jù)。根據(jù)PSPC的要求，壓載艙的涂層破損面積不得超過壓載艙總面積的2%。該標準的推出對船舶的設(shè)計和建造帶來了重大影響，針對PSPC的新要求，船企必須從提高管理水平、改進建造工藝以及優(yōu)化船舶設(shè)計等多方面，降低建造過程中壓載艙的涂層破損。文中以76000DWT巴拿馬型散貨船的艙口圍撐柱設(shè)計為例，闡述在前期產(chǎn)品設(shè)計源頭中考慮降低船舶建造過程中壓載艙涂層破損的思路和方法。船臺搭載過程中的焊接會造成已有涂層的破損，如果焊接發(fā)生在壓載艙等處，就會造成壓載艙的涂層破損，這將不利于對PSPC要求的控制，這是船企需要盡力避免的。散貨船是我國目前建造數(shù)量最多的船型。在散貨船的建造過程中，艙口圍分段是在貨艙區(qū)主甲板搭載完畢后，再散吊上船臺進行搭載的，見圖1。這種船臺散吊搭載的建造方式，會造成艙口圍板和撐柱與甲板連接處的涂層在焊接時被破壞，由于建造場地和條件的限制卻又無法避免。這些搭載焊縫大量位于頂邊水壓載艙上方，會造成頂邊艙壓載艙涂層的破壞。并且在船臺搭載階段較多的焊接工作量，重復的油漆工作，較大的結(jié)構(gòu)厚度都會帶來建造成本的增加。

因此本文基于76000DWT散貨船的艙口圍撐柱為設(shè)計母型，對其結(jié)構(gòu)型式進行優(yōu)化，并且使其能夠滿足CSR共同規(guī)范的要求。力圖從設(shè)計源頭改善建造過程中頂邊艙壓載艙圖層破壞的問題，提高造船設(shè)計和建造水平，以應對PSPC新標準的實施，并實現(xiàn)降本增效的目標。

3 撐柱設(shè)計優(yōu)化方法

3.1 原設(shè)計方案介紹

原設(shè)計方案中，選取了CSR規(guī)范提供的第4種范例型式。典型艙口圍板撐柱高度為1330m，上緣長400mm，下緣與甲板面的對接長度為830mm，板厚為20mm，面板為FB150x12，內(nèi)部開孔的加強面板為FB100x12。原方案典型艙口圍板的詳細數(shù)據(jù)見圖3。原設(shè)計方案撐柱與甲板面的對接是連續(xù)的，故理論焊接長度為830mm，焊接區(qū)域較長，板厚較厚。此設(shè)計會帶來較大的焊接工作量，造成甲板油漆的較大范圍破壞，增加建造成本以及壓載艙涂層的破壞。

3.2 優(yōu)化設(shè)計方案

為減小撐柱與甲板的焊接長度，減少艙口圍板撐柱與主甲板的搭載焊接工作量，提高PSPC工藝控制水平。文中選取CSR規(guī)范提供的第3種范例型式。該型式由于撐柱與甲板面的對接不連續(xù)，可以在中間減少一部分焊接區(qū)域。通過規(guī)范計算，確定圍板撐柱的初步優(yōu)化方案。優(yōu)化后的撐柱主要由200x15+100x10的T型材和200x15+150x

10的工字鋼組成。與甲板的對接區(qū)域長度約為430mm。初步優(yōu)化方案典型艙口圍板的詳細數(shù)據(jù)見圖4。其與甲板的連接處的凈剖面模數(shù)W=2548cm3，凈厚度tw=12.5mm，符合規(guī)范公式要求。該初步優(yōu)化方案還需進行有限元驗證。

4 優(yōu)化方案的有限元分析

4.1 有限元模型

以風暴艙艙口圍作為計算典型，使用有限元軟件MSC.Patran/Nastran建立其模型。模型包括艙口圍板、艙口面板、撐柱等結(jié)構(gòu)。模型中艙口圍板、撐柱、艙口面板等構(gòu)件采用板單元模擬，扶強材采用梁單元模擬。模型見圖5。

4.2 工況設(shè)定

由于艙口圍承受艙口蓋壓力和作用在艙口圍板上的波浪側(cè)向壓力，本文分為兩種工況評估優(yōu)化方案可行性。

LC1：艙口圍面板承受艙口蓋垂向壓力，見圖6。

LC2：艙口圍板承受波浪側(cè)向壓力，見圖7。

4.3 屈服強度結(jié)果與分析

根據(jù)MSC.Nastran計算結(jié)果，將艙口圍結(jié)構(gòu)最大應力進行匯總，見表1。艙口圍結(jié)構(gòu)的屈服強度均滿足規(guī)范要求，高應力區(qū)主要集中在撐柱處且不超過許用應力，證明了優(yōu)化方案的必要性與合理性。最大應力云圖見圖8。

5 效益分析

通過對艙口圍撐柱的優(yōu)化設(shè)計，可以實現(xiàn)艙頂邊壓載艙的焊接區(qū)域減少和結(jié)構(gòu)板厚的降低。對于每一個典型艙口圍撐柱結(jié)構(gòu)，優(yōu)化方案與原設(shè)計方案相比，理論上可以減少400mm的艙頂邊壓載艙焊接長度，并且減少了23.53kg的鋼材用量。風暴艙艙口圍有48根類似的撐柱，所以一個完整的艙口圍結(jié)構(gòu)，通過本文的優(yōu)化，理論上減少的焊接長度有19.2m，起重位于艙頂邊壓載艙的焊接長度為8m。減少的鋼材用量達到1.13T。全船有7個類似的艙口圍，所以可以預見，艙口圍撐柱的優(yōu)化方案所帶來的效益是相當可觀的。

焊接長度的減少，不僅減少船臺搭載焊接工作量，減少焊材和人工的使用，而且可以有效的減少涂層破損面積，有助于船企應對PSPC新標準的實施。

6 小結(jié)

本文對艙口圍板撐柱的結(jié)構(gòu)型式在規(guī)范允許的范圍內(nèi)進行了優(yōu)化。根據(jù)PSPC的要求，選取的撐柱型式可以有效的減少撐柱與甲板的對接焊縫長度，每個撐柱在理論上可以減少400mm的焊接長度，與母型船相比焊接長度縮短了一半，對船舶滿足的PSPC要求提供了相當大的幫助，同時減少了船臺搭載焊接工作量。通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)，有效的減小了撐柱的板厚和扶強材的尺寸，節(jié)省鋼材用量，降低結(jié)構(gòu)成本。本文對選定的優(yōu)化方案進行了CSR規(guī)范校核和有限元分析，其結(jié)果均滿足規(guī)范要求。并且應力水平和剖面模數(shù)與許用值比較接近，說明結(jié)構(gòu)型式選取的合理性和經(jīng)濟性。

參考文獻：

[1]散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范[S].

[2]陳鐵云，陳伯真.船舶結(jié)構(gòu)力學[M].上海：上海交通大學出版社，1991.

[3]趙陽.內(nèi)河自卸砂船艙口圍板結(jié)構(gòu)的圖紙審批和檢驗的建議[J].珠江水運，2010（04）.endprint