閆海濤 陳龍

摘 要：散貨船是當(dāng)今世界的三大主流船型之一，且呈現(xiàn)出超大型化的趨勢(shì)。散貨船共同規(guī)范CSR于2006年4月1日作為IACS的統(tǒng)一規(guī)范生效，它系統(tǒng)、全面、詳細(xì)的規(guī)定了散貨船的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，文章對(duì)散貨船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中幾個(gè)應(yīng)該注意的問題進(jìn)行了闡述，同時(shí)指出了詳細(xì)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分對(duì)造船過程中施工工藝考慮不足的現(xiàn)象存在，而這一現(xiàn)象最終造成了船廠在建造過程中存在施工難度大、工藝復(fù)雜、焊接量大、變形難以控制、精度不高等問題。最后文章提出了幾種合理改變結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化方案，來簡(jiǎn)化船舶建造工藝，降低施工難度和成本，保證精度。

關(guān)鍵詞：詳細(xì)設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；精度控制

中圖分類號(hào)：U671 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）23-0005-03

全世界每年約有20多億t的干散貨投入到海運(yùn)市場(chǎng)，占全世界海運(yùn)量的1/3，散貨船作為三大船型之一，其安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性是業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。散貨船的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是其安全運(yùn)營(yíng)的重要保障，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的是否合理，結(jié)構(gòu)形式是否優(yōu)化又影響其經(jīng)濟(jì)性。目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀是多數(shù)船廠不具備前期的方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、送審設(shè)計(jì)的能力，一般都是委托有資質(zhì)的專業(yè)設(shè)計(jì)院進(jìn)行前期的詳細(xì)設(shè)計(jì)。而詳細(xì)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分往往是從滿足規(guī)范要求、滿足強(qiáng)度要求來考慮，結(jié)構(gòu)形式往往是參照母型船，對(duì)造船過程中的施工工藝考慮往往不夠，這樣就造成了船廠在建造過程中的施工難度大、工藝復(fù)雜、焊接量大、變形難以控制、精度不高。具備生產(chǎn)設(shè)計(jì)能力的船廠就需要從船廠的施工角度出發(fā)，對(duì)于詳細(xì)設(shè)計(jì)中工藝性不強(qiáng)的部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，既要滿足強(qiáng)度要求，又能大大方便現(xiàn)場(chǎng)施工，降低施工難度，保證精度，同時(shí)也降低造船成本。

1 散貨船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

目前投入世界航運(yùn)市場(chǎng)的散貨船多數(shù)為典型的單殼結(jié)構(gòu)。其貨艙橫剖面如圖1所示。

1.1 貨艙雙層底結(jié)構(gòu)

雙層底一般采用縱骨架式，設(shè)有縱桁、縱骨、橫向肋板。中桁材在貨艙區(qū)應(yīng)保持延伸，從船首至船尾應(yīng)盡可能保持延伸，其結(jié)構(gòu)連續(xù)性應(yīng)在船舶的全廠范圍內(nèi)連續(xù)。旁桁材在貨艙區(qū)與的平行總體范圍內(nèi)應(yīng)保持延續(xù)，在貨艙區(qū)與的首端只尾端應(yīng)盡可能保持延伸。肋板和船底桁材的間距不僅受制于肋骨間距，而且有絕對(duì)值的要求。

雙層底中線處可設(shè)置箱形中桁材，由兩道平行的水密側(cè)板和內(nèi)外底板、骨材、肋板組成，即為管弄。它是一個(gè)從防撞艙壁通向機(jī)艙前端壁的，沿船長(zhǎng)方向布置的水密通道。在此通道內(nèi)可集中布置管系，并且在通道的首尾及貨艙橫墩處布置水密人孔以方便人員進(jìn)入檢查維修，箱形中桁材的典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.2 貨艙邊艙結(jié)構(gòu)

散貨船的底邊艙和頂邊艙一般都采用很強(qiáng)的三角箱形結(jié)構(gòu)，并且還有一個(gè)很強(qiáng)的雙層底結(jié)構(gòu)及一個(gè)很強(qiáng)甲板結(jié)構(gòu)。底邊艙一般有斜側(cè)板、旁桁材、舭部外板及肋板構(gòu)成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般為縱骨架式，斜側(cè)板與內(nèi)底板之間的傾斜角一般控制在40？觷～50？觷之間。橫向強(qiáng)框架邊緣的加強(qiáng)扁鋼與縱骨之間一般應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)筋，以提高橫向框架腹板的穩(wěn)定性。

連接頂邊艙和底邊艙的結(jié)構(gòu)為主肋骨，此處為單殼散貨船貨艙的高應(yīng)力區(qū)域，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意。在設(shè)計(jì)此處結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)通過疲勞強(qiáng)度校核，并且適當(dāng)改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)，以保證船體結(jié)構(gòu)中受交變載荷作用的構(gòu)件有足夠的疲勞壽命。肘板的趾端應(yīng)設(shè)計(jì)成軟趾，以減少應(yīng)力集中和疲勞積累損傷。肘板的面板端部應(yīng)削斜，削斜的長(zhǎng)度應(yīng)≥2.5倍的面板寬度，面板的端部沿板厚方向也要進(jìn)行削斜，以減少此處的應(yīng)力產(chǎn)生，細(xì)節(jié)如圖3所示。

2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

從工藝的角度去適當(dāng)改變結(jié)構(gòu)形式，可以大大減少現(xiàn)場(chǎng)施工工作量，可以有效控制焊接變形，保證精度，降低造船成本。

2.1 變焊接為折角，大大簡(jiǎn)化施工工藝，減少全焊透的焊

接工作量及檢測(cè)工作量

如圖4所示在不改變結(jié)構(gòu)的情況下將頂邊艙斜板與艙口縱桁的焊接改變成折角，大大減少了全焊透的焊接工作量，減少了焊接變形。同時(shí)還減少了焊接打磨的工作量，減少了艙口縱桁端頭打磨光順的工作量，減少了全焊透的無損檢測(cè)工作量，減少了焊縫的密性試驗(yàn)檢測(cè)工作量，只需要上模版壓制即可，效率高、質(zhì)量有保證。

2.2 結(jié)構(gòu)形式修改，不改變結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，簡(jiǎn)化裝配

如圖5所示的加強(qiáng)肘板構(gòu)件太長(zhǎng)，裝配時(shí)有困難，焊接時(shí)容易變形。優(yōu)化成如右圖所示裝配比較容易，提高施工效率。

2.3 改變結(jié)構(gòu)形式，減少焊接長(zhǎng)度

如圖6所示月牙挺筋的加強(qiáng)型式完全可以優(yōu)化成肘板加強(qiáng)，不僅大大減少了焊接、打磨工作量，而且節(jié)約了材料，同時(shí)裝配簡(jiǎn)單，提高了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)效率。

2.4 扶強(qiáng)材端部連接形式優(yōu)化

如圖7所示舷側(cè)肋板加強(qiáng)筋在設(shè)計(jì)時(shí)普遍使用端部焊接形式。然而在貨艙首尾結(jié)構(gòu)因?yàn)榫€型的變化會(huì)導(dǎo)致連接外底縱骨和內(nèi)殼縱骨的加強(qiáng)筋在兩端裝配時(shí)角度不一致，通常一端需要扭曲，裝配時(shí)需要靠火工或外力來迫使加強(qiáng)筋安裝角度發(fā)生改變，難度大、效率低、精度不良、質(zhì)量不好。在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的情況下可以優(yōu)化成如右圖所示兩端不與扶強(qiáng)材固定，端部削斜的加強(qiáng)方式。此方式大大簡(jiǎn)化了裝配工藝，使加強(qiáng)筋的安裝焊接變得輕松簡(jiǎn)單，提高了現(xiàn)場(chǎng)工效，保證了精度和質(zhì)量。

2.5 內(nèi)孔T型加強(qiáng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

如圖8所示內(nèi)孔加強(qiáng)若采用T型面板的方式給施工帶來了很大的困難。首先面板需要曲加工，若遇到不規(guī)則內(nèi)孔則加工難度更大，其次在裝配時(shí)由于曲加工的面板精度難于控制，與內(nèi)孔貼合時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)裝配間隙，這時(shí)需要借助外力或火工來讓間隙變小，貼合緊密，非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下。在不影響強(qiáng)度的情況下可以采用在內(nèi)孔邊緣加強(qiáng)的方式則大大降低了裝配難度，加強(qiáng)筋不需要曲加工，直接裝配燒焊即可，大大提高了生產(chǎn)效率。

2.6 機(jī)艙隔離艙頂板結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化

如圖9所示對(duì)機(jī)艙隔離艙頂板進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，由以前的縱壁連續(xù)改為平臺(tái)連續(xù)，則大大改善了工人的施工環(huán)境和焊接姿勢(shì)，由以前的立焊、仰焊變成了俯焊，質(zhì)量得到了保證，精度得到了控制。這是因?yàn)榇藱C(jī)艙分段一般都是以甲板為底反造，將隔離艙頂板該為連續(xù)后，則連接頂板與強(qiáng)橫梁之間的肘板可以和下面的油艙形成一個(gè)組立，在上胎架之前和油艙裝配好，原來在隔離艙里面的悶艙作業(yè)變成了敞開作業(yè)，環(huán)境得到了改善，焊接姿勢(shì)由仰焊變成了俯焊，裝配和焊接效率都得到了提高。

3 結(jié) 語

船舶設(shè)計(jì)過程是一個(gè)復(fù)雜、科學(xué)、優(yōu)化的過程。船舶設(shè)計(jì)的好壞直接影響到其安全性、經(jīng)濟(jì)性。船體結(jié)構(gòu)在滿足強(qiáng)度情況下的優(yōu)化不僅可以減少船舶自重，提高載重量，而且也能給船舶建造帶來施工便利，提高效率，降低建造成本。因此貨船設(shè)計(jì)在滿足規(guī)范的前提下，要盡可能考慮其經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，給船東提高載貨量以提高其營(yíng)運(yùn)效益，給船廠以施工便利，降低其建造成本。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊永祥.散貨船船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題[J].江蘇船舶，2008，（5）：10-13.