李克杰

（日本船級(jí)社（中國(guó)）有限公司上海分公司 上海200336）

引 言

散貨船的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)大致包括兩方面：經(jīng)有限元分析發(fā)現(xiàn)的應(yīng)力集中區(qū)域以及結(jié)構(gòu)裝配不當(dāng)引起的應(yīng)力集中區(qū)域，而后者導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)損傷屢見不鮮。本文作者根據(jù)散貨船關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的實(shí)際檢驗(yàn)經(jīng)歷，結(jié)合其他船級(jí)社和船廠的相關(guān)檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)［1］，對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的建造監(jiān)控提出了優(yōu)化建議。

1 散貨船的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

圖1為現(xiàn)行各船級(jí)社公認(rèn)散貨船關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)［2-4］。

圖1 散貨船的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

圖1中各字母表達(dá)的意義如下：

A —— 下墩斜壁板與槽壁的連接；

B —— 下墩斜壁板與雙層底肋板的連接；

C —— 舭部折角處的連接；

D —— 上墩壁板與槽壁的連接；

E —— 下墩直壁板與槽壁的連接；

F —— 舷側(cè)肋骨腹板與底邊艙橫向構(gòu)件的連接；

G —— 舷側(cè)肋骨腹板與頂邊艙橫向構(gòu)件的連接；

H —— 縱向艙口圍端部肘板與頂邊艙垂直列板的連接；

I —— 艙口端橫梁與頂邊艙橫向構(gòu)件的連接；

J —— 下墩直壁板與雙層底肋板的連接；

K —— 底邊艙橫向構(gòu)件與雙層底肋板的連接。

船舶在營(yíng)運(yùn)過(guò)程中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度主要受以下因素影響：

（1）結(jié)構(gòu)安裝錯(cuò)位，裝配質(zhì)量差；

（2）焊接缺陷；

（3）材料缺陷等。

雖然上述因素都應(yīng)由船廠通過(guò)質(zhì)量控制在檢驗(yàn)時(shí)予以解決，但其中由因素（1）引起的結(jié)構(gòu)損傷仍時(shí)有發(fā)生。如國(guó)內(nèi)某船廠新建造的一散貨船在試航過(guò)程中因舭部折角處安裝錯(cuò)位，在壓載貨艙裝載壓載水時(shí)產(chǎn)生垂向剪力而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，如圖2所示。

圖2 舭部折角處安裝錯(cuò)位導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)損傷

因此，必須重視關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)安裝對(duì)齊并通過(guò)有效手段予以監(jiān)控。

2 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的對(duì)齊標(biāo)準(zhǔn)

目前，建造的散貨船大多按照共同結(jié)構(gòu)規(guī)范。根據(jù) CSR-B［5-6］第11章第1節(jié)中1.3.1表1的介紹，因關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)屬于高應(yīng)力構(gòu)件，對(duì)于強(qiáng)力構(gòu)件和高應(yīng)力構(gòu)件的對(duì)齊方式采用的是中線對(duì)齊，見圖3。若圖中a的數(shù)值超過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)，從規(guī)范的角度講要求重新裝配。

圖3 散貨船關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的對(duì)齊方式和標(biāo)準(zhǔn)

3 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)對(duì)齊方式的監(jiān)控方法及優(yōu)化

目前船廠一般采用現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)量和使用經(jīng)船級(jí)社認(rèn)可的模板配合檢驗(yàn)線進(jìn)行關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)量，只能在分段建造過(guò)程中對(duì)分段兩端的可見部位進(jìn)行比較精確的測(cè)量（如圖1中A、B、C點(diǎn)），而對(duì)于中間部位則很難監(jiān)控，較多造船廠已通過(guò)制造一些模板進(jìn)行監(jiān)控，如圖4所示。

圖4 現(xiàn)行的造船廠對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)使用模板監(jiān)控示例

按照?qǐng)D4中傳統(tǒng)監(jiān)控方法制作模板，模板的形狀和大小由t1、t2、t3之間的角度和板厚決定，使用模板進(jìn)行建造監(jiān)控通常針對(duì)A、B、C、D、E這5個(gè)點(diǎn)，其節(jié)點(diǎn)組成中板之間的角度和形成連接的板厚在不同的部位均有所不同，通常需要制作大量模板，一方面增加了船廠的負(fù)擔(dān)，另一方面也給船廠自我監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)帶來(lái)諸多不便。同時(shí)，圖4中的模板只能監(jiān)控單向錯(cuò)位，即只能進(jìn)行圖3中t1的負(fù)（-）向錯(cuò)位，對(duì)正（+）向錯(cuò)位則難以判斷。

通過(guò)比較不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)t1、t2、t3之間的角度固定時(shí)，可以只制作一塊模板，在兩塊板貼緊節(jié)點(diǎn)理論線或一塊板貼緊并對(duì)齊檢驗(yàn)線的情況下，另一邊在制作時(shí)切掉一部分，留出間隙控制區(qū)域，通過(guò)計(jì)算得出在不同板厚時(shí)的理論間隙值，再計(jì)及容許誤差，得出一個(gè)間隙控制的容許范圍。在現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)時(shí)只測(cè)量某一邊與模板的間隙（如圖5所示），看是否在容許范圍內(nèi)。通過(guò)該方法不但可將模板的制作數(shù)量大大減少，還可監(jiān)控雙向錯(cuò)位，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖4中傳統(tǒng)監(jiān)控方法的優(yōu)化，從而大大增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)每一關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)實(shí)行監(jiān)控的可行性。對(duì)于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)F、G、H、I、J、K，該6點(diǎn)均是某一對(duì)齊結(jié)構(gòu)不可見的直對(duì)齊，只使用檢驗(yàn)線便可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。因此，實(shí)際監(jiān)控時(shí)，可將A、B、C、D、E點(diǎn)列為另一類，F(xiàn)、G、H、I、J、K列為一類，以某大靈便型單殼散貨船為例，具體介紹其關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控優(yōu)化方法。

圖5 t1、t2、t3之間的角度固定時(shí)用模板測(cè)量間隙示意圖

4 模板監(jiān)控優(yōu)化方法的原理和應(yīng)用

在用模板進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，如上所述，要測(cè)量某一板與模板邊緣的間隙，該間隙可人為設(shè)定，或根據(jù)t1、t2、t3之間角度固定時(shí)計(jì)算其理論間隙值；然后計(jì)算容許誤差，求出間隙容許范圍。其中，理論間隙值和容許范圍的計(jì)算是實(shí)現(xiàn)模板監(jiān)控優(yōu)化方法的關(guān)鍵。如間隙改為人為設(shè)定，則需制作大量模板適應(yīng)不同板厚要求。

4.1 監(jiān)控原理

4.1.1 理論間隙

4.1.1.1 兩邊貼緊使用模板的理論間隙計(jì)算

如圖6所示，如模板從上方貼緊（t1、t3），可用A的數(shù)值來(lái)表征模板與t2邊的理論間隙：

比較在不同板厚區(qū)域A的數(shù)值，即可得出在各板厚區(qū)域的理論間隙。同理，如果模板從下方貼緊（t2、t3），可用B的數(shù)值來(lái)表征模板與t1邊的理論間隙：

比較在不同板厚區(qū)域B的數(shù)值，即可得出在各板厚區(qū)域的理論間隙。

圖6 兩邊貼緊使用的模板關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)連接示意圖

4.1.1.2 一邊貼緊和檢驗(yàn)線配合使用的模板的理論間隙計(jì)算

如下頁(yè)圖7所示，一邊貼緊和檢驗(yàn)線配合使用的模板，其理論間隙的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)化即為求 的數(shù)值，其中 ，的數(shù)值即為當(dāng)圖6中時(shí)B的數(shù)值，比較在不同板厚區(qū)域的數(shù)值，即可得出在各板厚區(qū)域的理論值。

圖7 一邊貼緊和檢驗(yàn)線配合使用的模板檢驗(yàn)示意圖

4.1.2 間隙容許范圍

圖3中容許誤差a的數(shù)值是在t3的中線上量取的，而測(cè)量間隙時(shí)是垂直于t1或t2進(jìn)行測(cè)量，因此容許誤差a的數(shù)值也要轉(zhuǎn)化成與t1或t2垂直的數(shù)值，如模板從上方貼緊（t1、t3），測(cè)量與t2邊的間隙，其間隙的容許范圍如下：

如模板從下方貼緊（t2、t3），測(cè)量與t1邊的間隙，其間隙的容許范圍如下：

4.2 模板監(jiān)控方法的具體應(yīng)用

現(xiàn)行的散貨船設(shè)計(jì)，一般在全船范圍內(nèi)A、B、C、D、E這5個(gè)點(diǎn)的角度都是固定的，如C點(diǎn)，圖3中的一般為45°。以下針對(duì)某大靈便型散貨船，具體介紹各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控優(yōu)化方法。

4.2.1 下墩斜壁板與槽壁的連接——A點(diǎn)

如果模板從上方貼緊（t1、t3），測(cè)量與t2邊的間隙，由于在α角要填角焊，會(huì)導(dǎo)致自由邊過(guò)?。▓D8），模板從上方可能無(wú)法充分貼緊（t2、t3），導(dǎo)致測(cè)量誤差，建議從下方貼緊 ，測(cè)量與t1邊的間隙（圖8）。

圖8 A點(diǎn)的模板測(cè)量方法

A點(diǎn)在該大靈便型散貨船上共有4處，t1、t2、t3值的不同會(huì)導(dǎo)致理論間隙的不同，根據(jù)4.1.1.1和4.1.2，便可得出如下表1中下墩斜壁板與槽壁連接——A點(diǎn)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，出于涉密的考慮，將表中的肋位號(hào)，t1、t2、t3、α、 值隱去，同時(shí)，表中最后一列給出傳統(tǒng)方法需要的模板數(shù)量，用TN表示，下同。測(cè)量的間隙值在‘負(fù)間隙’與‘正間隙’之間即視為滿足要求。

表1 下墩斜壁板與槽壁連接——A點(diǎn)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

4.2.2 下墩斜壁板與雙層底肋板的連接——B點(diǎn)

因在測(cè)量時(shí)要用到100 mm檢驗(yàn)線，考慮到測(cè)量環(huán)境，下墩外部?jī)?yōu)于下墩內(nèi)部，通常將該檢驗(yàn)線標(biāo)注在下墩外部。 該檢驗(yàn)線的制作直接影響到測(cè)量結(jié)果，實(shí)際上該檢驗(yàn)線即為下方實(shí)肋板某個(gè)部位的參照線，一般取為下方實(shí)肋板的理論線映射到內(nèi)底板上緣，而后再向下墩外部方向延伸100 mm，如圖9所示。 根據(jù)4.1.1.2和4.1.2，便可得出表2中下墩斜壁板與雙層底肋板的連接——B點(diǎn)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

圖9 B點(diǎn)的模板測(cè)量方法

由于在同一肋位處，形成連接的內(nèi)底板、下墩斜板和雙層底肋板的板厚及其組合的不同會(huì)造成理論間隙值的不同，因此在表2中引入同一肋位處相關(guān)區(qū)域的概念。以Fr.BHD3為例（參見圖10），t1～t6分別表示不同板厚。由該圖可見，內(nèi)底板t2、下墩斜板t4和雙層底肋板t6形成I區(qū)；內(nèi)底板t2、下墩斜板t4和雙層底肋板t5形成II區(qū)；內(nèi)底板t1、下墩斜板t3和雙層底肋板t5形成III區(qū)。

表2 下墩斜壁板與雙層底肋板的連接——B點(diǎn)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

圖10 Fr.BHD3的相關(guān)區(qū)域

4.2.3 舭部折角處的連接——C點(diǎn)

4.2.3.1 從壓載艙內(nèi)測(cè)量

通過(guò)上述對(duì)A點(diǎn)的分析，為減少測(cè)量誤差，選擇接觸面較大的兩條邊貼緊（t1、t3），如圖11所示，進(jìn)行理論間隙值的計(jì)算，即為圖6中當(dāng)α=90°求A的數(shù)值。此時(shí)，比較不同板厚區(qū)域A的數(shù)值，可得出在各板厚區(qū)域的理論間隙。將理論間隙和容許間隙相等的肋位歸為一類，即可得出如表3從壓載艙內(nèi)測(cè)量舭部折角處的連接—C點(diǎn)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

圖11 C點(diǎn)的模板測(cè)量方法—從壓載艙內(nèi)測(cè)量

4.2.3.2 從貨艙內(nèi)測(cè)量角處的連接——C點(diǎn)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

表3 從壓載艙內(nèi)測(cè)量舭部折角處的連接——C點(diǎn)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

表4 從貨艙內(nèi)測(cè)量舭部折角處的連接——C點(diǎn)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

圖12 C點(diǎn)的模板測(cè)量方法—從貨艙內(nèi)測(cè)量

4.2.3.3 從貨艙內(nèi)測(cè)量和從壓載艙內(nèi)測(cè)量的優(yōu)缺點(diǎn)

從壓載艙內(nèi)測(cè)量和從貨艙內(nèi)測(cè)量各有優(yōu)缺點(diǎn)。前者省去做檢驗(yàn)線的環(huán)節(jié)、減少了產(chǎn)生誤差的一個(gè)因素，而后者需要檢驗(yàn)線作配合。首尾段由于型線變化較大，故對(duì)檢驗(yàn)線的制作要求也較高，因此后者對(duì)于首尾段的測(cè)量有一定限制，但后者的檢驗(yàn)是在貨艙內(nèi)進(jìn)行的，檢驗(yàn)環(huán)境、速度、效率要優(yōu)于前者。

4.2.4 上墩壁板、下墩直壁板與槽壁的連接——D、E

由于在該兩點(diǎn)的對(duì)齊方式均為直對(duì)齊，從外側(cè)可比較直觀的進(jìn)行目視檢查，但由于對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)采用的是中線對(duì)齊，當(dāng)上下有較大板厚差時(shí)便需要進(jìn)行判斷，為使該判斷更為簡(jiǎn)便，可統(tǒng)一制作一塊模板，D點(diǎn)的模板測(cè)量方法見圖13。由于理論值的計(jì)算比較簡(jiǎn)單，便不贅述。表5為上墩壁板與槽壁的連接——D點(diǎn)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，E點(diǎn)與之類似。

圖13 D點(diǎn)的模板測(cè)量方法

4.3 模板的校核

通過(guò)4.2的分析，對(duì)于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)A、B、C、D、E的監(jiān)控用到的模板如下頁(yè)圖14所示，在模板使用前要進(jìn)行模板的較核，其中理論值的校核是關(guān)鍵，一般采用的是確定一測(cè)量位置，用CAD按照1∶1的比例將該位置繪制出來(lái)，然后用模板卡住校核理論值。以C點(diǎn)為例，下頁(yè)圖15所示即為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)C（壓載艙內(nèi)測(cè)量）監(jiān)控模板的校核。

表5 上墩壁板與槽壁的連接——D點(diǎn)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

圖14 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)A、B、C、D、E的監(jiān)控模板

圖15 模板的校核

5 檢驗(yàn)線監(jiān)控直對(duì)齊關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的介紹與應(yīng)用

對(duì)于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)F、G、H、I、J、K，該6點(diǎn)均是某一對(duì)齊結(jié)構(gòu)不可見的直對(duì)齊，檢驗(yàn)方法是將不可見面結(jié)構(gòu)的某條參考線映射到可見面，再將該參考線向某方向引出一定距離（通常為100 mm），這就是我們所說(shuō)的100檢驗(yàn)線。通過(guò)測(cè)量可見面板的邊緣與100 mm檢驗(yàn)線的距離，判斷其是否在容許范圍內(nèi)。

該檢驗(yàn)方法的關(guān)鍵是檢驗(yàn)線的制作。為使理論值的計(jì)算避免考慮加減板厚的因素，一般情況下，是將不可見面板的理論線映射到可見面，再將該線向板厚方向的反方向引出100 mm。但也要注意到檢驗(yàn)環(huán)境，盡量要安排在結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)潔的一面，如壓載艙和貨艙，當(dāng)然是選擇在貨艙內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于F、G、H、I、K點(diǎn)，上述兩者均能兼顧。如圖16即為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)F檢驗(yàn)線監(jiān)控對(duì)齊示例，圖中的X值即為現(xiàn)場(chǎng)要測(cè)量的數(shù)據(jù)，理論值，表6為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)F的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，G、H、I、K點(diǎn)與之類似。

圖16 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)F檢驗(yàn)線監(jiān)控對(duì)齊示例

表6 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)F的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)mm

對(duì)于J點(diǎn)，即使從上面進(jìn)行測(cè)量，也要考慮應(yīng)將該檢驗(yàn)線制作在下墩外面（即貨艙內(nèi)），這是首先要考慮的因素而這就有可能導(dǎo)致計(jì)算理論值時(shí)需加減板厚。如下頁(yè)圖17所示，圖中的X值為現(xiàn)場(chǎng)要測(cè)量的數(shù)據(jù)，此時(shí)理論值=下頁(yè)表7為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)J的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

圖17 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)J檢驗(yàn)線監(jiān)控對(duì)齊示例

表7 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)J的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)mm

6 結(jié) 論

本文通過(guò)對(duì)某大靈便型散貨船關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)建造監(jiān)控優(yōu)化方法的研究，得到以下結(jié)論：

（1）使用本文所介紹的模板和檢驗(yàn)線的監(jiān)控方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)全船11處關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)錯(cuò)位監(jiān)控。

（2）引用理論間隙和容許誤差的數(shù)學(xué)概念，對(duì)模板監(jiān)控方法提出優(yōu)化，可使模板的制作數(shù)量大大減少，并實(shí)現(xiàn)雙向錯(cuò)位監(jiān)控。

（3）在使用模板和檢驗(yàn)線進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的可行性，如檢驗(yàn)環(huán)境和檢驗(yàn)條件等，選擇合理的監(jiān)控方法，提高監(jiān)控的精度和效率。

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