金攀峰

（揚州大洋造船有限公司，揚州 225107）

1 引言

船塢是船廠重要且有限的資源，為了充分利用船塢，船廠會采取各種措施來盡量縮短塢期，半船起浮就是其中一種主要手段。半船起浮是指船體在塢內(nèi)搭載到僅形成尾半船或首半船后，為配合其它船下水出塢而進行起浮原地落墩或移位落墩的一種工藝措施。半船起浮在浮力和強度方面與整船有很大區(qū)別，起浮過程中存在著縱傾過大、穩(wěn)性不足和強度不足的風(fēng)險，因此在起浮方案制定時就需要對半船起浮進行計算，以確保安全起浮。本文結(jié)合我司建造的CROWN63系列散貨船采用的一種尾底部半船起浮形式，介紹利用總體性能計算軟件NAPA及BV Mars Rule進行半船起浮浮態(tài)計算和強度計算。

2 船尾底半船船體起浮概況

半船船體為沿船長方向從船尾至FR180+200，總長143.17 m。與常規(guī)半船不同，本半船高度方向在機艙區(qū)僅至B平臺(距基線～8.75 m)，貨艙區(qū)僅至底邊艙斜板上口，如圖1所示。

圖1 尾底半船船體

3 半船重量估算

半船重量重心估算的準(zhǔn)確性直接影響到半船起浮浮態(tài)計算的準(zhǔn)確性，尤其是在半船較短的情況下，半船重量重心在船長方向上的細微偏差都會對半船浮態(tài)造成較大影響。因此半船重量重心應(yīng)按專業(yè)、種類直接從Tribon模型中抽取，以保證結(jié)果的可靠。需要說明的是，為了在后續(xù)計算中準(zhǔn)確獲取半船在起浮時的剪力和彎矩結(jié)果，每一項的重量都應(yīng)按照實際半船的重量分布來統(tǒng)計，不應(yīng)把所有的結(jié)構(gòu)重量放在一起統(tǒng)計，如會引起重量分布變化的艙壁重量應(yīng)該單獨列出統(tǒng)計。

4 船尾底半船起浮浮態(tài)計算

為了得到準(zhǔn)確的尾底半船起浮浮態(tài)，確保半船安全起浮，采用NAPA軟件對半船浮態(tài)進行三維仿真計算。

（1）浮力體HALFHULL定義：浮力體HALFHULL應(yīng)根據(jù)實際船體產(chǎn)生浮力的情況在NAPA的DEF子系統(tǒng)中進行定義，可由整船通過邊界限制及加、減其它艙室或邊界限制獲得。半船前端在FR180+200，2號底壓載艙在此處敞開向后至#153水密艙壁處。位于雙層底船中處的管弄一直通向機艙，并且管弄中預(yù)裝了部分控制閥和電氣設(shè)備，因此需要將管弄在半船前端用封板封閉，以確保安全。據(jù)此，HALFHULL在NAPA中的定義如下：

（2）半船總布置表定義：在Table Editor中新建總布置表ARR*HHF，并將半船內(nèi)的各個艙室添加到ARR*HHF；

（3）空船重量定義：在Table Editor中新建空船重量要素表ELE*HHF，并按照半船重量重心統(tǒng)計表輸入各項重量，然后用by elements的方式定義空船重量HHF；

（4）創(chuàng)建起浮工況并輸出結(jié)果：半船起浮浮態(tài)的計算方式與整船的裝載工況配置相似。在LD子系統(tǒng)下，先對裝載的參數(shù)在ARGS下進行配置，關(guān)鍵參數(shù)HULL設(shè)置為HALFHULL、ARRV設(shè)置為HHF、LIGV設(shè)置為HHF、RHO根據(jù)起浮水域的實際密度確定，這里設(shè)定為1 t/m3、STLIM參數(shù)不指定（原因見后述）、其余參數(shù)按常規(guī)設(shè)置。然后新建起浮工況HHF并設(shè)定不加任何壓載重量并輸出結(jié)果，輸出結(jié)果應(yīng)包含空船重量、浮態(tài)、相關(guān)穩(wěn)性衡準(zhǔn)、實際剪力彎矩等輸出量。

應(yīng)當(dāng)注意上述NAPA輸出半船起浮工況結(jié)果中的吃水及縱傾仍然是位于整船首尾垂線處。一般來說，為了滿足船舶后續(xù)搭載工作的要求，以及確保完整的船體基線符合公差要求，對半船起浮后落墩二次定位有著較為嚴(yán)格的要求。為了更便于精確控制半船落墩時的位置，半船縱傾越小越有利于定位，根據(jù)多次實船的驗證，通常將半船的縱傾目標(biāo)值控制在0.5%半船船長以內(nèi)。根據(jù)計算結(jié)果，尾吃水1.354 m、首吃水1.204 m換算到半船首端為1.239 m，因此理論的半船起浮縱傾為-0.115 m、橫傾為0°，且半船經(jīng)修正的初穩(wěn)性高GM為57.23 m ＞ 規(guī)范要求的0.15 m，因此認為半船的浮態(tài)及穩(wěn)性在起浮時是滿足要求的，不需要加任何的壓載水或固體壓載。

5 船尾底半船起浮縱向強度計算

正常情況下，NAPA可以根據(jù)實際的重量分布和浮態(tài)計算得出沿船體縱向不同位置剖面的剪力和彎矩值，并根據(jù)設(shè)定的許用強度限制曲線給出實際剪力和彎矩值占許用強度限制曲線的百分比，以此判斷船體縱向強度是否足夠。但是，此半船由于橫剖面在垂向不完整和船長不完整，船長各位置實際的許用剪力和彎矩必定小于整船的剪力和彎矩，因此不能在輸出結(jié)果中直接使用完整橫剖面的HAR強度限制曲線，如在輸出結(jié)果時將STLIM設(shè)定為HAR會導(dǎo)致對縱向強度的判斷錯誤。因此，對于船體縱向強度需要根據(jù)半船的實際剖面單獨進行核算。該項計算在BV MARS Rule中結(jié)合CSR規(guī)范的相關(guān)要求進行。由于是在塢內(nèi)，故不考慮波浪彎矩和剪力，最終縱向強度計算結(jié)果見表1。

表1 尾底半船起浮縱向強度計算

除了核算半船縱向強度，同時也對半船起浮的應(yīng)力分布和變形情況利用Patran軟件進行了簡化的有限元分析計算。半船模型范圍取三艙段模型，高度范圍到基線6.58 m，載荷施加結(jié)構(gòu)自重和外殼1.279 m水壓力，邊界條件取模型兩端固定。分析結(jié)果見圖2。

圖2 尾底半船船體有限元簡化分析結(jié)果

根據(jù)上述計算結(jié)果，船尾底半船起浮縱向強度和變形均滿足要求。

6 結(jié)語

經(jīng)實際觀測，船尾底半船塢內(nèi)實船起浮縱傾約-0.5 m ＜ 0.5%半船船長；尾吃水約1.6 m、半船首端吃水約1.1 m，起浮過程中穩(wěn)性及船體縱向強度正常，船體變形在彈性范圍內(nèi)，半船安全成功起浮并二次準(zhǔn)確定位，現(xiàn)場情況與理論計算基本吻合。由縱向強度結(jié)果可以看出，實際剪力相對許用剪力非常小，因此不加壓載的塢內(nèi)起浮類似情況可以不考慮剪力的影響。

塢內(nèi)船尾底半船起浮的成功應(yīng)用，為該船后續(xù)的塢內(nèi)建造工作創(chuàng)造了有利的條件，且基于塢內(nèi)船尾底半船起浮形式衍生出的各類型的半船起浮工藝在公司的生產(chǎn)過程中發(fā)揮了較大作用，不僅高效的利用了船塢資源，而且平衡了船塢搭載的勞動力資源，縮短了造船周期。