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(中國(guó)船級(jí)社審圖中心,上海 200135)

散貨船是散裝貨船的簡(jiǎn)稱，散裝運(yùn)輸谷物、煤、礦砂、鹽、水泥等大宗干散貨物的船舶，都可以稱為散貨船。因?yàn)楦缮⒇洿呢浄N單一，不需要包裝成捆、成包、成箱的裝載運(yùn)輸，不怕擠壓，便于裝卸，所以都是單甲板船?？傒d重量在5萬(wàn)t以上的，一般不裝起貨設(shè)備。由于谷物、煤和礦砂等的貨物積載因數(shù)(每t貨物所占的體積)相差很大，所要求的貨艙容積大小、船體結(jié)構(gòu)、布置和設(shè)備等許多方面都有所不同，因此，一般習(xí)慣上僅把裝載糧食、煤等貨物積載因數(shù)相近的船舶稱為散裝貨船，而裝載積載因數(shù)較小的礦砂等貨物的船舶，稱為礦砂船。

煤、谷物、礦石等干散貨，早先是由雜貨船承運(yùn)的。隨著船舶專用化的發(fā)展，在20世紀(jì)初出現(xiàn)了鐵礦石專用運(yùn)輸船，1912年又出現(xiàn)了自卸礦石船，直至第二次世界大戰(zhàn)，散貨船都是以礦石運(yùn)輸船和運(yùn)煤船為主。第二次世界大戰(zhàn)之后，水泥、化肥、木片、糖等逐漸開(kāi)始采用散裝運(yùn)輸方式，散貨船應(yīng)用范圍和船隊(duì)規(guī)?？焖贁U(kuò)大。世界散貨船保有量由1954年的61艘、116.7萬(wàn)DWT(其中礦砂船占70%)增至1960年的471艘、8 711萬(wàn)DWT(其中礦砂船占57%)。此后，散貨船數(shù)量以更快的速度增長(zhǎng)，在1960～1990年的30年間，散貨船艘數(shù)增長(zhǎng)了9.8倍，載重噸數(shù)增長(zhǎng)了27倍，1990年散貨船保有量達(dá)5 087艘、242 555萬(wàn)DWT。目前全世界有超過(guò)7 000艘散裝貨船正在服役，干散貨海運(yùn)總量超過(guò)25億t/年，這些干散貨包括鐵礦石、煤炭、谷物、鋁土礦、磷酸鹽、鋼產(chǎn)品、水泥、煤炭、木材、肥料、硫磺等。

1 散貨船的定義

1954年由Ole Skaarup設(shè)計(jì)的“M/S Cassiopeia(仙后座)”，標(biāo)志著世界上第一艘現(xiàn)代散裝貨船的誕生，典型的散貨船其主要外形特點(diǎn)為：?jiǎn)螌蛹装?，單舷?cè)或雙舷側(cè)，雙層底，具有頂邊艙和底邊艙，鋼質(zhì)艙口蓋，艉機(jī)型機(jī)艙。散貨船各組成部分術(shù)語(yǔ)見(jiàn)圖1。

SOLAS中對(duì)散貨船的定義[1]：“散貨船系指在貨物處所中通常建有單層甲板、頂邊艙和底邊艙，且主要用于運(yùn)輸散裝干貨的船舶，包括諸如礦砂船和兼裝船等船型?！?且SOLAS中有關(guān)散貨船幾何外形的要求集中體現(xiàn)如下。

1)符合檢驗(yàn)通道的要求(SOLAS第II-1章第3-6條“進(jìn)入油船和散貨船貨物區(qū)域處所的通道和該區(qū)域處所內(nèi)的通道”)；

2)需配備艉拋式(Free Fall)救生艇(SOLAS第III章第31條“救生艇筏與救助艇”)；

3)符合國(guó)際安全管理規(guī)則(ISM)的要求(SOLAS第IX章“船舶安全營(yíng)運(yùn)管理”)；

4)符合散貨船加強(qiáng)檢驗(yàn)程序(ESP)的要求(SOLAS第XI-1章“加強(qiáng)海上安全的特別措施”)；

5)符合國(guó)際船舶和港口設(shè)施保安規(guī)則(ISPS)的要求(SOLAS 第XI-2章“加強(qiáng)海上保安的特別要求”)；

SOLAS中有關(guān)散貨船的貨物裝載要求集中體現(xiàn)如下。

6)結(jié)構(gòu)要求(SOLAS第II-1章“構(gòu)造——結(jié)構(gòu)、分艙與穩(wěn)性、機(jī)電設(shè)備”)；

圖1 散貨船各組成部分術(shù)語(yǔ)

7)安全要求(SOLAS第XII章“散貨船的附加安全措施”)。

2 散貨船的發(fā)展和分類

散貨船的發(fā)展經(jīng)歷了噸位和排水體積上由小到大的過(guò)程。例如，為了裝載更多的貨物，貨艙區(qū)越來(lái)越大，艏部和機(jī)艙區(qū)越來(lái)越小，型深和吃水不斷加大，貨艙的數(shù)量越來(lái)越多，艏艉線型變化越來(lái)越大，見(jiàn)圖2。

圖2 散貨船的類型

1)靈便型散貨船。載重量在2萬(wàn)～3.5萬(wàn)t左右的散貨船。適合沿海短途運(yùn)輸，通常所裝貨物類型比較雜，也用于甲板載貨(木材)，通常有4～5個(gè)配備折疊式艙口蓋的貨艙，且配有3～4個(gè)帶抓斗的吊機(jī)用于貨物裝卸。

2)大湖型散貨船。經(jīng)由圣勞倫斯水道航行于美國(guó)、加拿大交界處五大湖區(qū)的散貨船，以承運(yùn)煤炭、鐵礦石和糧食為主，載重一般在3.7萬(wàn)t左右，大多配有吊機(jī)等起卸貨設(shè)備。

3)大靈便型散貨船。適于不同航道、運(yùn)河及港口，營(yíng)運(yùn)方便靈活。載重量在3.5萬(wàn)～5.8萬(wàn)t之間，適合國(guó)際中短途運(yùn)輸，所裝貨物類型比較繁雜，通常有5個(gè)配備折疊式艙口蓋的貨艙，且有4個(gè)帶抓斗的吊機(jī)用于貨物裝卸。

4)巴拿馬型散貨船。在滿載情況下可以通過(guò)巴拿馬運(yùn)河，載重量一般在6萬(wàn)～8.5萬(wàn)t之間。本船型適合國(guó)際中長(zhǎng)途運(yùn)輸，其主要運(yùn)輸?shù)呢浳镉校汗任?、煤炭、鐵礦砂等。通常有7個(gè)配備側(cè)移式艙口蓋的貨艙，且甲板上一般不設(shè)吊機(jī)等起貨設(shè)備。

5)好望角型散貨船。載重量在15萬(wàn)t左右，以運(yùn)輸鐵礦石為主，由于尺度限制不可能通過(guò)巴拿馬運(yùn)河和蘇伊士運(yùn)河，需繞行好望角和合恩角。適合國(guó)際長(zhǎng)途運(yùn)輸，主要運(yùn)輸?shù)呢浳镉校好禾?、鐵礦砂等。通常有9個(gè)貨艙配備側(cè)移式艙口蓋，且甲板上一般不設(shè)吊機(jī)等起貨設(shè)備。

此外還有礦砂船，運(yùn)煤船，大開(kāi)口船，運(yùn)木船，自卸貨船，水泥船，等。

3 散貨船的典型結(jié)構(gòu)破壞方式

3.1 舷側(cè)破壞(單舷側(cè)散貨船)

1)現(xiàn)象。單舷側(cè)散貨船舷側(cè)為橫骨架式，在舷側(cè)肋骨上肘板和下肘板處易開(kāi)裂，見(jiàn)圖3。

2)原因。海水動(dòng)載荷由舷側(cè)板傳遞給舷側(cè)肋骨，再由舷側(cè)肋骨傳遞給上肘板和下肘板，在下肘板處彎矩和剪力達(dá)到最大值。

圖4為單殼散貨船舷側(cè)肋骨下端示意。圖中1a.表示下肘板面板處會(huì)產(chǎn)生很高的應(yīng)力集中，因此在肋骨下肘板趾端處容易開(kāi)裂。

圖3 單舷側(cè)散貨船舷側(cè)肋骨破壞

圖4中1b.表示在舷側(cè)肋骨與下肘板連接的折角處也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，因?yàn)榇颂幟姘逯械膹澗刂颠_(dá)到最大，易發(fā)生疲勞斷裂。

圖4 單殼散貨船舷側(cè)肋骨下端

3)補(bǔ)強(qiáng)方法。肋骨的翼板在端肘板連接處應(yīng)以圓弧過(guò)渡；肘板的面板兩端應(yīng)削斜，肘板端部應(yīng)設(shè)有軟趾，且上下端肘板與舷側(cè)外板和頂邊艙斜板的焊接類型應(yīng)為F1[2]。

3.2 底部破壞

1)現(xiàn)象。在底邊艙斜板與雙層底內(nèi)底板相連接的折角處，內(nèi)底板、實(shí)肋板以及邊縱桁易開(kāi)裂，見(jiàn)圖5。

圖5 雙層底受力示意

2)原因。貨物載荷或重壓載工況下壓載水的載荷作用在內(nèi)底和底邊艙斜板，如圖5所示，通常有限元結(jié)果顯示在折角處會(huì)有很大的應(yīng)力集中。

3)補(bǔ)強(qiáng)方法。貼復(fù)板將扇形開(kāi)孔封閉；或在底邊艙斜板與內(nèi)底板相交處設(shè)肘板。見(jiàn)圖6。

圖6 雙層底內(nèi)底與底邊艙斜板處的加強(qiáng)方式

3.3 實(shí)肋板上的開(kāi)裂

1)現(xiàn)象。在縱骨與主要構(gòu)件(肋板、邊艙強(qiáng)框架)相連接處，易發(fā)生開(kāi)裂，見(jiàn)圖7。

圖7 縱骨貫穿處的開(kāi)裂

2)原因。海水載荷由外板傳遞至骨材，再由骨材傳遞至主要構(gòu)件，這時(shí)骨材與主要構(gòu)件之間的焊縫成為載荷的載體，因此，焊縫連接面積達(dá)不到規(guī)范要求則往往會(huì)開(kāi)裂。

3)補(bǔ)強(qiáng)方法。在骨材穿過(guò)主要構(gòu)件處增加補(bǔ)板(增加連接面積)。

3.4 雙層底內(nèi)底上的凹陷

1)現(xiàn)象及原因。由于裝卸貨而產(chǎn)生的內(nèi)底凹陷會(huì)使貨物殘留在艙底，嚴(yán)重的凹陷還會(huì)導(dǎo)致內(nèi)底開(kāi)裂，從而造成進(jìn)水，削弱板材的抗屈曲能力。

2)補(bǔ)強(qiáng)方法。①合理地設(shè)置桁材和肋板的相鄰間距：相鄰桁材的間距，一般應(yīng)不小于4.6 m或船底或內(nèi)底扶強(qiáng)材間距的5倍，取較小者；相鄰肋板的間距一般應(yīng)不大于3.5 m或按設(shè)計(jì)者指定的肋距，取較小者。②應(yīng)合理地裝卸貨，避免貨物或抓斗對(duì)內(nèi)底產(chǎn)生沖(撞)擊。

3.5 甲板破壞(開(kāi)裂&屈曲)

1)開(kāi)裂

①現(xiàn)象。艙口圍板端肘板處甲板開(kāi)裂，見(jiàn)圖8。

圖8 艙口圍板端肘板處甲板開(kāi)裂

②原因。艙口圍板中含有總縱彎曲應(yīng)力以及艙口圍端肘板趾端處有很高的應(yīng)力集中。甲板開(kāi)裂會(huì)導(dǎo)致貨艙進(jìn)水，或造成整船的橫向斷裂。

③補(bǔ)強(qiáng)方法。艙口圍板端肘板下必須要有與之對(duì)其的甲板加強(qiáng)，端肘板腹板與甲板連接應(yīng)采用雙面連續(xù)角焊縫，焊喉厚度不小于0.44 tw(tw為腹板總厚度)；端肘板趾端處與甲板的焊接應(yīng)采用雙面開(kāi)坡口深熔焊，且延伸的距離應(yīng)不小于圍板支撐寬度的15%。

2)曲屈

①現(xiàn)象。艙口間甲板的屈曲。

②原因。艙口間甲板的橫向應(yīng)力過(guò)大。

③補(bǔ)強(qiáng)方法。增大艙口間甲板的板厚或增設(shè)局部防屈曲加強(qiáng)筋。

3.6 艙口角隅處的甲板開(kāi)裂

1)現(xiàn)象。船上開(kāi)口角隅處常見(jiàn)開(kāi)裂。大多數(shù)散貨船海損事故就是因?yàn)榇祥_(kāi)口角隅處的應(yīng)力集中引起的，見(jiàn)圖9。

圖9 艙口角隅缷貨板

2)原因。貨艙甲板開(kāi)口使船體梁的總縱強(qiáng)度削弱，此外甲板幾何形狀的突變，會(huì)在角隅處產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，從而產(chǎn)生疲勞裂縫，裂紋可蔓延到甲板及舷側(cè)，嚴(yán)重的甚至可以導(dǎo)致整艘船舶折斷，對(duì)船體結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重危害。船東為方便卸貨，在艙口角隅處往往設(shè)有一塊卸貨板，此卸貨板不應(yīng)與角隅焊接，因?yàn)榻怯鐟?yīng)力集中處的焊縫會(huì)嚴(yán)重削弱此處鋼材的疲勞壽命，見(jiàn)圖10。

圖10 焊接對(duì)鋼材疲勞的影響

3)補(bǔ)強(qiáng)方法。一般應(yīng)在開(kāi)口成圓形的角隅處設(shè)置確定厚度的嵌接板。當(dāng)連續(xù)甲板縱桁設(shè)置在艙口圍板下面時(shí)，圓形角隅的半徑應(yīng)不小于艙口寬度5%。角隅處卸貨板采用澆環(huán)氧的方式與艙口圍和甲板相膠結(jié)。

3.7 頂邊艙中的結(jié)構(gòu)破壞

1)現(xiàn)象。頂邊艙外板最下一根縱骨與強(qiáng)框架加強(qiáng)筋的焊縫處易開(kāi)裂，見(jiàn)圖11。

圖11 頂邊艙外板縱骨

2)原因。舷側(cè)外板受海水壓力，載荷由板傳至舷側(cè)肋骨，肋骨上端彎矩剪力都比較大，見(jiàn)圖12。

3)補(bǔ)強(qiáng)方法。①加大縱骨的剖面模數(shù)；②加大縱骨與外板及連接肘板焊縫的焊喉。

3.8 艙口圍板的破壞

1)現(xiàn)象。艙口圍板面板易開(kāi)裂；這是很嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)破壞，這不僅會(huì)導(dǎo)致貨艙進(jìn)水，還會(huì)導(dǎo)致開(kāi)裂傳播至主甲板，從而嚴(yán)重削弱船體梁的總縱強(qiáng)度。

圖12 頂邊艙外板縱骨受力示意

2)原因。由載貨工況和波浪載荷而產(chǎn)生的總縱彎曲應(yīng)力會(huì)像水流般“流進(jìn)”縱向艙口圍板。在船中部的艙口圍板受總縱彎曲影響尤其顯著，見(jiàn)圖13。

3)補(bǔ)強(qiáng)方法。艙口圍面板上盡可能減少液壓起動(dòng)裝置開(kāi)孔，還因避免開(kāi)孔為長(zhǎng)方形而產(chǎn)生局部應(yīng)力集中。

圖13 艙口圍受總縱彎曲影響示意

[1] 國(guó)際海事組織.國(guó)際海上人命安全公約SOLAS[S].北京:人民交通出版社,2009.

[2] 中國(guó)船級(jí)社.鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范[S].7分冊(cè).北京:人民交通出版社,2009.