尋正來，盛慶武，熊平安

（上海佳豪船舶工程設(shè)計(jì)股份有限公司，上海 200233）

0 引 言

目前，國內(nèi)現(xiàn)有的大型半潛駁型寬一般在30～40m之間。對(duì)于型寬為62m的350自升式鉆井平臺(tái)、60～75m 型寬的 CJ300～CJ400型自升式鉆井平臺(tái)等超寬海上結(jié)構(gòu)物下水，要求半潛駁的型寬至少為 56m。招商局重工（深圳）有限公司在預(yù)測(cè)了未來五年海洋裝備市場(chǎng)的巨大需求量后，于2007年委托上海佳豪船舶工程設(shè)計(jì)股份有限公司進(jìn)行了25000t半潛駁的方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)。

1 25000t半潛駁的主尺度

1.1 船型特點(diǎn)

該船為鋼質(zhì)、箱型船體、主甲板上四角設(shè)塔樓、無脊弧、無梁拱、方甲板、雪橇型首、圓舭、艉船底斜切并設(shè)3只分水踵，可在遮蔽海域和港池內(nèi)進(jìn)行半潛作業(yè)以及在無限航區(qū)進(jìn)行拖帶，為非自航無人甲板駁。

1.2 主尺度

圖1為該船的外形圖。表1為主要參數(shù)。

圖1 25000t半潛駁外形

該船船寬設(shè)計(jì)為56m，如果過寬，其橫向結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求會(huì)很高，同時(shí)也會(huì)大大增加結(jié)構(gòu)的重量，造成總體造價(jià)大幅增加。船長(zhǎng)的選擇需要通過估算壓載水的容量，以確保該船能下潛到指定的深度16.8m。經(jīng)過初步計(jì)算，最終確定船長(zhǎng)為140m。艏艉塔樓尺寸和甲板高度的選擇需要考慮到穩(wěn)性和儲(chǔ)備浮力是否達(dá)到規(guī)范要求[1]：最大沉深水線以上第 1層甲板以下部分的儲(chǔ)備浮力比率應(yīng)不小于3.5%；最大沉深水線以上第2層甲板以下部分的儲(chǔ)備浮力比率應(yīng)不小于5%。應(yīng)用NAPA軟件建立線型（艏艉部的船體線型根據(jù)本船要求的船型特點(diǎn)建立)，結(jié)合艏、艉塔樓的結(jié)構(gòu)形式，最后確定儲(chǔ)備浮力滿足設(shè)計(jì)要求的艏、艉樓第一層甲板高度為22.4m，第二層甲板高度為25.2m。

表1 25000t半潛駁的主要參數(shù)

2 船體總布置

該船主船體設(shè)置了32個(gè)壓載水艙、1個(gè)燃油艙、1個(gè)淡水艙和艏艉泵艙各1個(gè)，并在艏部艙底設(shè)置了污油艙、艙底水艙和測(cè)深儀艙。主船體為方駁型，四角設(shè)安全塔樓，艏艉左右塔樓通過泵艙艏艉橫向管弄、縱向管弄可相互連通。有2個(gè)艏錨、2個(gè)艉錨，型號(hào)均為AC14的大抓力錨。艏部左右塔樓承載甲板上各設(shè)有組合錨絞車各1臺(tái)，艉部左右塔樓承載甲板上各設(shè)有單卷筒移船絞車1臺(tái)。在艏塔樓頂甲板上設(shè)1臺(tái)電動(dòng)液壓物料起重機(jī)。信號(hào)設(shè)備、救生設(shè)備和消防員裝備等均按規(guī)范要求配置。在艏塔樓頂甲板上設(shè)二氧化碳室1間，用于對(duì)機(jī)艙的消防保護(hù)。

該船在遮蔽海域和港池內(nèi)進(jìn)行半潛作業(yè)操作時(shí)具有15000t舉力，拖帶時(shí)最大可承載25000t甲板貨。有時(shí)為了裝卸寬度超過船寬的大型構(gòu)件，在水深不大于18m的前提下，也可拆除艉塔樓，將艉塔樓下的壓載水艙進(jìn)水口及泵艙通道密封，然后下潛，裝完構(gòu)件后，起浮至拖航吃水，再將艉塔樓安裝回原處。

3 船體結(jié)構(gòu)、總縱強(qiáng)度和橫向強(qiáng)度校核

3.1 船體結(jié)構(gòu)

承載甲板以下設(shè)置了3道縱向水密艙壁和9道橫向水密艙壁，將主船體分隔成：32個(gè)壓載水艙、2個(gè)泵艙、1個(gè)燃油艙和1個(gè)淡水艙；承載甲板和船底為縱骨架式，舷側(cè)和縱艙壁也為縱骨架式。

3.2 總縱強(qiáng)度校核

3.2.1 波浪彎矩和切力直接計(jì)算[2]

依據(jù)《鋼質(zhì)船入級(jí)規(guī)范》2006第2分冊(cè)第2篇第2章第2節(jié)[1]的規(guī)定，采用三維勢(shì)流繞射/輻射軟件 HydroStar和波浪運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和載荷的長(zhǎng)短期預(yù)報(bào)軟件 FATA對(duì)該船進(jìn)行波浪彎矩和切力的長(zhǎng)期預(yù)報(bào)。波浪彎矩和切力采用直接計(jì)算是按中國船級(jí)社(CCS)有關(guān)“散貨船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算分析指南”的規(guī)定進(jìn)行的。

圖2為波浪彎矩直接計(jì)算值與規(guī)范值比較，圖3為波浪切力直接計(jì)算值與規(guī)范值比較。

從圖中可以看出，波浪彎矩和切力直接計(jì)算值(概率水平 10-8)均比規(guī)范值要大，特別是波浪切力直接計(jì)算值其峰值在接近1/6船長(zhǎng)和5/6船長(zhǎng)位置，與規(guī)范值1/4船長(zhǎng)和3/4船長(zhǎng)的位置有較大的差別，其峰值也比規(guī)范值要大些，這是由于船型及總體布置特點(diǎn)所致。通過波浪彎矩和切力的直接計(jì)算，有利于結(jié)構(gòu)形式的改進(jìn)和優(yōu)化，這在駁船超規(guī)范規(guī)定的開發(fā)設(shè)計(jì)中有著重要意義。

3.2.2 船體剪切應(yīng)力流直接計(jì)算

根據(jù)《鋼質(zhì)船入級(jí)規(guī)范》2006第2分冊(cè)第2篇第2章第2節(jié)2.2.6.3節(jié)[1]有關(guān)靜水切應(yīng)力的規(guī)定，該船有3道縱艙壁，所以舷側(cè)外板和縱艙壁板上的剪切應(yīng)力需由直接計(jì)算確定，并選取縱艙壁和舷側(cè)外板的板厚。

使用挪威船級(jí)社（DNV）的規(guī)范校核軟件NAUTICUS對(duì)船體剪切應(yīng)力進(jìn)行直接計(jì)算，根據(jù)縱向結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，將其劃分為艉～#15、#15～#19、#19～#42、#42～#147、 #147～#153、#153～#163 和#163～艏等7塊，計(jì)算模型如圖4所示。

從計(jì)算結(jié)果中可以看出，剪切應(yīng)力均小于許用剪應(yīng)力，滿足結(jié)構(gòu)要求。限于篇幅，這里只列出#42～#147之間（#46剖面代替）剪切應(yīng)力直接計(jì)算結(jié)果（見表2）。

圖2 波浪彎矩直接計(jì)算值與規(guī)范值比較

圖3 波浪切力直接計(jì)算值與規(guī)范值比較

圖4 船舯剖面處所建的模型

表2 NAUTICUS對(duì)船體剪切應(yīng)力直接計(jì)算結(jié)果

3.3 船體橫向強(qiáng)度計(jì)算

由于該船B（型寬）/D（型深）=56/8.8=6.36＞3，依據(jù)中國船級(jí)社鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范2008修改通報(bào)[3]第二篇第十二章 附錄“箱形駁船橫向強(qiáng)度校核方法”，需要對(duì)船體橫向強(qiáng)度做有限元分析，圖5為船體結(jié)構(gòu)有限元模型圖。

表3、4分別為有限元計(jì)算結(jié)果，工況LC1和LC2分別是：

1)對(duì)稱工況LC1：甲板最大許用載荷+舷外靜水壓力+由外向內(nèi)作用的兩舷對(duì)稱受壓的波浪動(dòng)壓力；

2)非對(duì)稱工況LC2：甲板最大許用載荷+舷外靜水壓力+一舷由外向內(nèi)、另一舷由內(nèi)向外作用的反對(duì)稱波浪動(dòng)壓力。

圖5 船體結(jié)構(gòu)有限元模型

表3 板最大應(yīng)力計(jì)算結(jié)果匯總 N/mm2

表4 梁最大應(yīng)力計(jì)算結(jié)果匯總 N/mm2

表中σe是彎曲應(yīng)力，τe為剪切應(yīng)力。

上述計(jì)算結(jié)果可見，計(jì)算應(yīng)力均小于許用應(yīng)力。由此得出：橫向結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足新規(guī)范的要求。

4 下潛、上浮壓載系統(tǒng)

為確保半潛駁能安全上浮和下潛，以及裝載大件上船時(shí)能及時(shí)壓載調(diào)傾，船上設(shè)壓載泵4臺(tái)，每臺(tái)泵流量為1700m3/h，壓載泵總量為6800m3/h。4臺(tái)壓載泵可以同時(shí)工作，即同時(shí)注入或同時(shí)排出。壓載管路采用前、后、左、右各2路（分區(qū)控制，但又相互備用）集中注入或排出總管方式。在注入或排出總管，各艙支管接至各壓載艙。在塔樓處的壓載艙有直接與海水箱相連的連通管，可作為重力排放和灌注用。壓載泵系統(tǒng)中的液動(dòng)遙控蝶閥，由艏部右舷塔樓集中控制室遙控。

5 作業(yè)和拖航工況穩(wěn)性計(jì)算

在首部#0～#15及尾部#159～#175處設(shè)置了艉樓和艏樓，依據(jù)中國海事局頒布的《船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則——國內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》2006 修改通報(bào)[4]中對(duì)半潛船穩(wěn)性的有關(guān)要求對(duì)作業(yè)工況穩(wěn)性進(jìn)行計(jì)算。拖航時(shí)最大可承載25000t甲板貨，其穩(wěn)性滿足國際海事組織IMO A.749(18)決議對(duì)方駁的完整穩(wěn)性要求。

該船下潛時(shí)最大可承載15000t甲板貨，由于淹沒甲板后其橫穩(wěn)心高度大幅降低，所以裝載手冊(cè)中對(duì)下潛工況的步驟劃分比較詳細(xì)（分別做了承載12000t和15000t甲板貨），以指導(dǎo)船舶下潛和上浮的操作。

經(jīng)過對(duì)下潛工況詳細(xì)的分析和計(jì)算，該船在下潛工況時(shí)穩(wěn)性完全達(dá)到了預(yù)期的指標(biāo)，說明船舶主尺度、船體線型及總體布置均滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié) 語

依據(jù)新規(guī)范對(duì)波浪彎矩和切力的直接計(jì)算、船體剪切應(yīng)力流的直接計(jì)算和船體橫向強(qiáng)度有限元的計(jì)算，結(jié)論是該船總縱強(qiáng)度和橫向強(qiáng)度完全滿足規(guī)范的要求。目前該船已經(jīng)建造成功，通過了下潛上浮試驗(yàn)，并且正式投入運(yùn)營(yíng)，達(dá)到預(yù)期的開發(fā)設(shè)計(jì)指標(biāo)。

[1] 中國船級(jí)社.鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范2006第2分冊(cè)[S].人民交通出版社，2006.8.

[2] 中國船級(jí)社.散貨船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算分析指南[S].人民交通出版社，2003.5.

[3] 中國船級(jí)社.中國船級(jí)社鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范2008修改通報(bào)[S].人民交通出版社，2008.8.

[4] 中國船級(jí)社.船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則——國內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則2006修改通報(bào)[S].