賀迎賓　崔海鋒　陸國(guó)強(qiáng)

【摘要】隨著世界經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的發(fā)展，集裝箱船因其安全、方便、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)而成為了世界航運(yùn)的主力，并且不斷向大型化和高速化發(fā)展，因此對(duì)大型集裝箱船的結(jié)構(gòu)和建造技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)于提升我國(guó)造船技術(shù)具有十分重要的意義。本文對(duì)大型集裝箱船的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對(duì)大型集裝箱船的多種建造工藝進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】集裝箱船；結(jié)構(gòu)分析；建造工藝

1.引言

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，世界各國(guó)貿(mào)易量不斷增長(zhǎng)，集裝箱船因其高效、便捷、安全等特點(diǎn)而成為了世界航運(yùn)的主力軍，并且為了進(jìn)一步降低運(yùn)輸成本，集裝箱船不斷向大型化和高速化發(fā)展，目前大型集裝箱船已成為世界集裝箱航運(yùn)市場(chǎng)的最主要船型。與此同時(shí)，因?yàn)榇笮图b箱船所具有的高技術(shù)、高附加值等特點(diǎn)，而越來越受到造船企業(yè)的重視，因此開展對(duì)大型集裝箱船的結(jié)構(gòu)分析和建造工藝研究，對(duì)于提高我國(guó)造船企業(yè)的造船技術(shù)，并進(jìn)一步提升其在國(guó)際造船市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.大型集裝箱船的結(jié)構(gòu)分析

（1）結(jié)構(gòu)布置。大型集裝箱船為了保證總縱強(qiáng)度，通常在舷側(cè)使用抗扭箱以及連續(xù)有效的艙口縱向圍板，或者采用雙殼舷側(cè)結(jié)構(gòu)，并在雙殼的上、下兩部分都采用縱骨架。而機(jī)艙與上層建筑則通常布置在整個(gè)船體的中間偏后位置，其中機(jī)艙多采用橫骨架結(jié)構(gòu)[1]。另外，一般將大型集裝箱船的橫艙壁分為結(jié)構(gòu)艙壁和水密艙壁，其中的結(jié)構(gòu)艙壁的主要作用是增加強(qiáng)度以及作為導(dǎo)軌的支撐。為了保護(hù)甲板上的集裝箱，很多大型集裝箱船還經(jīng)常設(shè)置擋浪板，并將兩端設(shè)為尖瘦形狀。

（2）船體骨架。大型集裝箱船的骨架一般采用縱骨架式，其目的是讓縱骨參與船體梁總縱彎曲，從而有效提高船體梁的總縱強(qiáng)度以及抗扭轉(zhuǎn)能力，因此大部分的縱骨都應(yīng)采用角鋼、型鋼或球扁鋼。在裝箱數(shù)一定的情況下，要根據(jù)集裝箱的布置、導(dǎo)軌的設(shè)置和板材局部強(qiáng)度的要求來設(shè)置縱桁以及確定縱骨間距。另外，依據(jù)彎曲扭轉(zhuǎn)應(yīng)力與外載荷分布特征，應(yīng)在管弄處將強(qiáng)框間距設(shè)為兩檔肋距，而在抗扭箱與艙口圍板處則設(shè)為八檔肋距，其余部分都設(shè)為四檔肋距。

（3）箱形梁設(shè)計(jì)。在船舶運(yùn)動(dòng)時(shí)，上部橫向箱形梁的主要作用是控制艙內(nèi)和甲板上的集裝箱對(duì)甲板產(chǎn)生的應(yīng)力，使其在一定范圍內(nèi)，從而減少艙口的變形；同時(shí)通過其剛性來支持艙壁垂向扶強(qiáng)材的上部，阻止橫艙壁的變形，因此對(duì)其導(dǎo)軌和綁扎要求極高。而下部縱向箱形梁的主要作用是增加雙層底與雙殼結(jié)構(gòu)的連接剛性以及抗扭剛度，從而減少扭轉(zhuǎn)應(yīng)力及艙口的變形，因此縱向箱形梁通常取集裝箱的高度，并且將其端部與橫艙壁的下壁凳進(jìn)行牢固連接。

（4）總縱強(qiáng)度。由于大型集裝箱船的開口極大，因此其總縱強(qiáng)度成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。通常，抗扭箱上部采用屈服極限達(dá)355N/mm2的高強(qiáng)度鋼，其板厚為50～60mm，采用相同板厚的還有甲板、縱艙壁上列板、舷頂列板、艙口圍板以及舷頂抗扭箱內(nèi)縱骨等部分。在計(jì)算橫剖面時(shí)，采用的中剖面模數(shù)通常比規(guī)范要求值適當(dāng)大些，從而滿足垂向彎矩、水平彎矩以及扭矩綜合作用對(duì)強(qiáng)度的要求。另外，當(dāng)船首有明顯外飄造成波浪彎矩增大時(shí)，應(yīng)將船體剖面模數(shù)也作適當(dāng)增加。

（5）扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。影響船體扭轉(zhuǎn)剛性的因素主要有船體的縱向抗扭箱、橫向抗扭箱、甲板結(jié)構(gòu)、翹曲剛性及其兩端部的約束等。其中船體的翹曲剛性的影響因素是機(jī)艙區(qū)域與箱形結(jié)構(gòu)的翹曲約束有效度，當(dāng)機(jī)艙足夠長(zhǎng)，并且機(jī)艙上的甲板開口不大時(shí)，就可以提供有效的翹曲約束，但首部船體的翹曲剛性一般比中部小，從而導(dǎo)致了翹曲約束有效度的降低[2]。另外，通過將有效縱向箱形結(jié)構(gòu)設(shè)置在首部區(qū)域的方法，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)其翹曲剛性的補(bǔ)償。

（6）疲勞強(qiáng)度。在不同方向滾的作用下，大型集裝箱船的應(yīng)力變化通常較大，尤其是位于機(jī)艙前端的艙口角隅位置，因此處縱艙壁的不連續(xù)，導(dǎo)致其在波浪彎矩影響下扭轉(zhuǎn)明顯，同時(shí)結(jié)構(gòu)變化也十分明顯。另外，波浪誘導(dǎo)的船體垂向彎矩、斜浪誘導(dǎo)的波浪扭矩、波浪對(duì)局部結(jié)構(gòu)的動(dòng)壓力以及貨艙內(nèi)貨物的運(yùn)動(dòng)慣性力等因素也會(huì)對(duì)船體構(gòu)件產(chǎn)生交變應(yīng)力，導(dǎo)致縱骨疲勞。

3.大型集裝箱船的建造工藝

為了提高大型集裝箱船的建造速度與建造質(zhì)量，通常采用殼、舾、涂一體化的建造模式，通過中間產(chǎn)品生產(chǎn)對(duì)造船作業(yè)主流程進(jìn)行優(yōu)化，并推行作業(yè)前移，來提高分段完整性和總裝化水平，其相關(guān)工藝有：

（1）總段建造工藝。由于大型集裝箱船的建造精度比一般船舶的要求更高，而且外板線型也更大，故采用分段建造工藝進(jìn)行建造的難度也比其它船型大。在這種情況下，如果依然將機(jī)艙區(qū)前面作為搭載起點(diǎn)，并采用傳統(tǒng)的塔式搭載法，就會(huì)導(dǎo)致其在船塢內(nèi)的建造周期大幅延長(zhǎng)。為了解決這個(gè)問題，最好的方法就是采用總段建造工藝，即先將總組擴(kuò)大，然后在塢內(nèi)進(jìn)行大合攏[3]?？偠谓ㄔ旆蓪?shí)現(xiàn)塢內(nèi)建造周期的大幅縮短。

（2）角焊縫密性試驗(yàn)工藝。角焊縫密性試驗(yàn)工藝是指在分段階段將空氣從注氣孔注入腳焊縫之間夾層的一種密性試驗(yàn)工藝。通過這種工藝可以使密性試驗(yàn)前移，這樣不但可以減少后道大合攏階段的工作量，而且還可以提高分段的預(yù)曬裝率，進(jìn)而提高分段的完整性。

（3）片狀化制造工藝。為了加快大型集裝箱船的分段建造速度，可采用片狀化制造工藝，即通過大、中、小組立工位的設(shè)置，首先將大型分段轉(zhuǎn)化為部裝件以及小型分段來進(jìn)行拼裝，然后再將其組合為大分段，從而實(shí)現(xiàn)大工場(chǎng)大用、中工場(chǎng)中用、小工場(chǎng)小用，這樣不但節(jié)省了大分段建造的時(shí)間，而且還降低了其建造難度，使整個(gè)分段建造過程更易于控制，同時(shí)也有利于精度質(zhì)量的控制。

（4）橫艙壁導(dǎo)軌架雙面預(yù)裝工藝。為了推進(jìn)船塢的快速有序搭載，并減少船塢橫隔艙的總組時(shí)間與吊裝次數(shù)，從而縮短船塢的建造周期，在進(jìn)行分段建造時(shí)，可在整個(gè)橫艙壁中預(yù)裝導(dǎo)軌架、預(yù)舾裝、驗(yàn)收和涂裝，從而提高其中間產(chǎn)品化程度，進(jìn)而向殼、舾、涂一體化方向邁進(jìn)。

（5）精度造船工藝。所謂精度造船工藝，是指通過精度控制方法，來實(shí)現(xiàn)貨艙區(qū)的無余量下料和首尾機(jī)艙區(qū)域的無余量合攏。為了保證精度控制的實(shí)效性，必須擁有詳細(xì)且具體的精度控制系統(tǒng)，并且必須建立組織來落實(shí)責(zé)任人，只有這樣才能通過精度造船來實(shí)現(xiàn)大型集裝箱的快速、高質(zhì)量建造。

（6）船塢一艘半建造工藝。所謂船塢一艘半建造工藝，是指在船塢內(nèi)同時(shí)進(jìn)行兩艘船的正常施工，即當(dāng)其中的一艘整船已經(jīng)進(jìn)入完整性作業(yè)時(shí)，另外半艘船則處于最繁忙的主體搭載階段。通過這種建造工藝可以使船塢的設(shè)備、作業(yè)面、勞動(dòng)力以及動(dòng)力能源都處于平衡狀態(tài)，從而使船塢建造過程實(shí)現(xiàn)了良性循環(huán)，極大的提高了生產(chǎn)效率。

4.結(jié)束語(yǔ)

對(duì)大型集裝箱船的研究是一項(xiàng)及其復(fù)雜的課題，在研究過程中可能會(huì)遇到很多意想不到的問題，尤其是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建造工藝方面更是如此。因?yàn)榇笮图b箱船的船體結(jié)構(gòu)有很多自身的特點(diǎn)，只有充分了解每個(gè)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，并不斷分析研究，才有可能在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面取得一定的進(jìn)步。而在大型集裝箱船的建造方面，必須根據(jù)船廠自身的技術(shù)能力，在生產(chǎn)設(shè)計(jì)和實(shí)際施工中不斷進(jìn)行探索和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能制定出有效的建造工藝，從而實(shí)現(xiàn)大型集裝箱船的高效建造。

參考文獻(xiàn)

[1]韓鈺，楊旭.4250TEU集裝箱船的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].船舶，2009（5）.

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[3]唐昌.1600TEU集裝箱船的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].上船科技，2000（2）.