任淑霞，關(guān)寶新

(1.上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海 201203；2.美國(guó)船級(jí)社 上海分社，上海200021)

28 000 t多用途船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

任淑霞，關(guān)寶新

(1.上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海 201203；2.美國(guó)船級(jí)社 上海分社，上海200021)

介紹28 000 t多用途船的船舶概況和總體布置特征以及該船主要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，總結(jié)該船的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)和不足，提出多用途船設(shè)計(jì)需要特別關(guān)注的問(wèn)題。

多用途船；總體布置；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)形式

28 000 t多用途船是上海船舶研究設(shè)計(jì)院為中遠(yuǎn)航運(yùn)股份有限公司設(shè)計(jì)，由上海船廠船舶有限公司建造的一型多用途船。該船于2010年11月初開始詳細(xì)設(shè)計(jì)，2012年12月底所有圖紙退審意見處理完畢。

該船的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段較長(zhǎng)，主要原因在于：一方面由于多用途船裝載的貨物種類多，裝載方式靈活，船體結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜；另一方面，該船的布置和貨艙結(jié)構(gòu)形式，都有別于以往的多用途船，在設(shè)計(jì)工作中進(jìn)行了一些創(chuàng)新和探索[1-2]。

1 船舶概述

28 000 t多用途船是一艘可裝載集裝箱的干貨船。貨艙內(nèi)主要裝載散裝貨物、包裝貨物、鋼卷筒及重型、大型貨物；集裝箱裝在主甲板以上。

該船主尺度如下。

結(jié)構(gòu)船長(zhǎng) 168.426 m;

垂線間長(zhǎng) 170.00 m;

型寬 28.00 m;

型深 14.80 m;

結(jié)構(gòu)吃水 10.50 m;

服務(wù)航速 16 kn;

該船入中國(guó)船級(jí)社(CCS)。

該船的總體布置見圖 1，其特點(diǎn)如下。

1)該船沿船長(zhǎng)方向分為艉尖艙、艉部機(jī)艙、3個(gè)貨艙、艏部設(shè)備艙和艏尖艙，上層建筑包括駕駛室，位于艏部設(shè)備艙上方。

2)由于該船的船級(jí)符號(hào)中包含“General dry Cargo Ship with Container arrangement”，根據(jù)IMO MSC.277(85)的要求，要滿足“偶爾裝散貨的散貨船”的相關(guān)規(guī)定，因此該船舷側(cè)雙殼部分需要滿足檢驗(yàn)通道要求，內(nèi)殼縱骨和外板縱骨之間的凈距離不能小于800 mm，在平行中體0.4L區(qū)域之外可以減小，但不可小于600 mm。

3)為滿足船東裝載重型、大型貨物的需要，加大了第二貨艙長(zhǎng)度，該船第二貨艙艙長(zhǎng)為54 m。

4)為裝貨需要，該船左舷共設(shè)有3臺(tái)克令吊：貨艙區(qū)設(shè)有2臺(tái)起重能力為350 t的重吊，另有1臺(tái)起重能力為100 t的吊設(shè)在機(jī)艙前端壁處。考慮裝載重型、大型貨物需要，2臺(tái)重吊還可以聯(lián)吊700 t的重貨。

5)該船艙蓋頂與兩舷、艉部的頂甲板齊平，組成全長(zhǎng)150 m平坦無(wú)障礙的露天甲板載貨區(qū)域，適合裝載大型甲板貨。

6)設(shè)有1臺(tái)800 kW的艏側(cè)推。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

該船為全焊接結(jié)構(gòu)。內(nèi)底負(fù)荷為20 t/m2；要考慮20 t的抓斗負(fù)荷；貨艙內(nèi)鋼卷筒的裝載要求為steel coil 45 t (length～2.3 m, diameter～2 m) one tier / 3 dunnages per coil。

該船為雙底雙殼結(jié)構(gòu)，典型橫剖面圖見圖2。

主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下。

1)貨艙艙長(zhǎng)較長(zhǎng)，屬于大開口船舶，要滿足CCS《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱規(guī)范)第2篇第7章集裝箱船部分的大開口扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算要求[3]。

2)有冰區(qū)加強(qiáng)，要滿足《規(guī)范》 B級(jí)冰區(qū)的要求。

圖1 總布置示意

圖2 典型橫剖面示意

3)船底和舷側(cè)強(qiáng)框架形式采用“二四式”結(jié)構(gòu)，即舷側(cè)第一層平臺(tái)(距基線 5 150 mm)下及雙層底部分采用2個(gè)肋骨間距設(shè)置一個(gè)強(qiáng)框，該平臺(tái)之上的舷側(cè)部分采用4個(gè)肋骨間距設(shè)置一個(gè)強(qiáng)框。

4)為了有效防止船體扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度引起的艙口角隅處的疲勞問(wèn)題，主甲板艙口角隅處都采用了負(fù)角隅結(jié)構(gòu)。

5)由于第三貨艙的艙口蓋全部滑移至第三貨艙尾部存放，致使頂升艙口蓋的液壓油缸沖程較長(zhǎng)，所以油缸需要沉到主甲板以下約200 mm處放置(見圖 3)。由于這里處于機(jī)艙部分，左舷油缸所處位置下方是機(jī)艙集控室頂部隔層，右側(cè)油缸所處位置下方是燃油艙頂部隔離空艙，所以油缸的加強(qiáng)設(shè)計(jì)非常復(fù)雜、施工也有一定的難度。

6)貨艙內(nèi)主要裝散貨和包裝貨，不裝集裝箱，考慮艙容最大化、安裝二甲板和控制二甲板數(shù)量的要求，貨艙區(qū)的內(nèi)殼既有散貨船“折角斜板式”的，也有集裝箱船“臺(tái)階式”的，結(jié)構(gòu)形式非常復(fù)雜，見圖4。

圖3 第三貨艙尾部的下沉式油缸布置

圖4 典型的貨艙內(nèi)殼形式

7)兩臺(tái)350 t的重吊，一號(hào)重吊位于第一貨艙和第二貨艙之間的艙壁、二號(hào)重吊位于第二貨艙和第三貨艙的艙壁處。由于受力大，這兩臺(tái)重吊基座下的加強(qiáng)需要特別關(guān)注。這里的加強(qiáng)都做了有限元分析，計(jì)算模型見圖5和圖6。

圖5 一號(hào)重吊基座下加強(qiáng)有限元計(jì)算模型

圖6 二號(hào)重吊基座下加強(qiáng)有限元計(jì)算模型

根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，水密橫艙壁處的舷側(cè)肋板上端受力最大，板厚最厚的地方需要65 mm，需用EH36高強(qiáng)度鋼，見圖7。

圖7 重吊基座下舷側(cè)肋板板厚分布

由圖7可見，舷側(cè)肋板靠近主甲板處應(yīng)力最大、板厚最厚，所以穿過(guò)此處的電纜和管系開孔的大小和數(shù)量應(yīng)盡量控制，開孔的位置也需要特別注意，盡量讓管系電纜開孔靠下方。在該船設(shè)計(jì)中，基于有限元計(jì)算，對(duì)吊基座下舷側(cè)肋板的電纜、管系開孔的布置進(jìn)行了一些調(diào)整，見圖8。

圖8 重吊基座下舷側(cè)肋板電纜、管系開孔布置修改示意

3 主要的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

1)該船上層建筑設(shè)在艏部，此布置基于3個(gè)考慮：①改善裝貨工況下的前方駕駛視線，使視線清晰，不受高大貨物阻擋，減少對(duì)貨物外形尺寸的限制；②該船是艉機(jī)型，機(jī)艙布置在船舶艉部，而上建布置在艏部有利于降低生活區(qū)的振動(dòng)和噪聲，提高船員舒適性；③上建設(shè)在艏部，貨艙至最艉端都可以用來(lái)裝貨，裝貨空間較大。

2)對(duì)于邊艙寬度的設(shè)計(jì)，創(chuàng)新設(shè)置了不同寬度的左右邊艙。考慮3臺(tái)吊都設(shè)置在左舷，左舷不僅要滿足吊筒體的布置要求，而且要滿足通道要求，故左舷邊艙寬度進(jìn)行了適當(dāng)加寬。經(jīng)過(guò)多方案比較，最終確定邊艙寬度：左舷為2 700 mm，右舷為2 100 mm。

3)由于多用途船裝載貨物種類較多，且有些貨物對(duì)內(nèi)壁光滑度要求較高，如卷紙等，故該船的內(nèi)殼與艙口圍側(cè)板是連續(xù)的，每個(gè)臺(tái)階拐角也特意做了圓角處理，見圖 9。

圖9 平臺(tái)臺(tái)階拐角處理

4)箱柱的頂板根據(jù)船東的裝貨要求，在為艙口蓋預(yù)留變形空間的基礎(chǔ)上，盡可能接近艙口蓋邊緣，讓裝貨更便利。

5)設(shè)計(jì)中也考慮了一些防海盜措施，以提高船舶安全性。與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)的措施主要有：貨艙主甲板上的舷側(cè)欄桿用舷墻代替，舷墻板的厚度取12 mm，用來(lái)抵擋流彈，保護(hù)船員人身安全；所有上建前壁上的窗戶安裝了防海盜窗，窗戶的安裝外框加大，窗戶開孔與相鄰扶強(qiáng)材有一定的距離要求，此處扶強(qiáng)材設(shè)置必須密切配合廠商窗戶資料。

當(dāng)然除了以上的優(yōu)點(diǎn)，該船也有不足之處，由于內(nèi)殼形式主要是從控制二甲板數(shù)量來(lái)考慮的，臺(tái)階式的內(nèi)殼形式在細(xì)節(jié)處存在少量的積貨問(wèn)題；另外本船窄邊艙上方主通道寬度也略顯緊張。

4 結(jié)論

多用途船貨品多樣，裝貨靈便，深受歡迎，但也正是由于貨品多樣，導(dǎo)致貨艙區(qū)結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，再加上牽涉到局部加強(qiáng)的設(shè)備和舾裝件較多，這類船型的設(shè)計(jì)周期和建造周期都較長(zhǎng)。

總結(jié)該船設(shè)根據(jù)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，建議多用途船設(shè)計(jì)中需要特別關(guān)注：如何合理布置船底和舷側(cè)強(qiáng)框；在眾多裝載工況中如何有效地選擇合理的工況考核縱向構(gòu)件的強(qiáng)度；如何在控制結(jié)構(gòu)重量的同時(shí)合理設(shè)計(jì)艙口圍；如何有效且方便施工地對(duì)貨艙區(qū)舾裝件進(jìn)行加強(qiáng)；如何更加高效地進(jìn)行各專業(yè)間配合，縮短設(shè)計(jì)周期，等。

[1] 王佳穎，牛 俊，楊仁記.散貨船結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].船海工程，2014，43(6)：60-64.

[2] 張衛(wèi)鋒.大開口散貨船運(yùn)木功能設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].船海工程，2014，43(4)：25-28.

[3] 中國(guó)船級(jí)社.鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2012.

On the Key Points of Structural Design of 28 000 DWT General Cargo Ship

REN Shu-xia, GUAN Bao-xin

(1 Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute, Shanghai 201203, China;2 American Bureau of Shipping (China) Ltd., Shanghai 200021, China)

The basic data and general arrangement of the 28 000 DWT general cargo ship is introduced. The features of structural design of this ship are discussed and the virtue and shortcomings are summarized. According to the design experience, some suggestions needed to be paid attention in the structural design of the general cargo ship are given.

general cargo ship; general arrangement; structural design; structural style

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.01.003

2014-09-26

任淑霞(1979-)，女，碩士，高級(jí)工程師

U663

A

1671-7953(2015)01-0011-04

修回日期：2014-10-11

研究方向:船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

E-mail:sunnyren1314@hotmail.com