李克杰

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

船舶關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)監(jiān)控工藝的特別關(guān)注

李克杰

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

為使船舶關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力得到有效的傳遞和釋放，需對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控。結(jié)構(gòu)對(duì)正是關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)監(jiān)控的主要部分，運(yùn)用模板和檢驗(yàn)線可實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控。通過對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的對(duì)齊標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)控原理和模板使用過程中的檢驗(yàn)環(huán)境及監(jiān)控節(jié)點(diǎn)部位等因素進(jìn)行特別關(guān)注，提高監(jiān)控關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的可行性，并得出提高監(jiān)控精度和效率的方法，為船廠實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的自我監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)提供參考。

船舶、艦船工程；關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)；結(jié)構(gòu)對(duì)正；模板；監(jiān)控

0 引 言

船舶關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)系指根據(jù)規(guī)范規(guī)定、結(jié)構(gòu)評(píng)估和營(yíng)運(yùn)經(jīng)驗(yàn)確定的較其周圍結(jié)構(gòu)具有更高失效概率的節(jié)點(diǎn)。關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力過于集中易引發(fā)裂紋、屈曲和變形等結(jié)構(gòu)破壞。因此，為保證船舶在海上運(yùn)輸?shù)目煽啃裕⒀娱L(zhǎng)船舶的使用壽命，船東、船級(jí)社及船廠對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控精度越來(lái)越關(guān)注，一些船級(jí)社已將關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控工藝納入到其規(guī)范或指南體系[1-4]，并為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)符合建造監(jiān)控規(guī)范指南的入級(jí)船舶授予相應(yīng)的附加標(biāo)志。

為使關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力得到有效的傳遞和釋放，需對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控。結(jié)構(gòu)對(duì)正是關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)監(jiān)控的主要部分，目前各大船廠較多采用模板和檢驗(yàn)線來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)監(jiān)控[5-9]。為進(jìn)一步提高對(duì)船舶關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)監(jiān)控的可行性和監(jiān)控精度，這里根據(jù)各大船廠實(shí)際檢驗(yàn)的工作經(jīng)歷，對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控提出一些需特別關(guān)注的地方。

1 船舶的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

文獻(xiàn)[1]給出散貨船、油船及集裝箱船等三大主流船型關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的具體位置，這里以目前比較流行的大靈便型散貨船為例，特別關(guān)注船舶關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)監(jiān)控中影響監(jiān)控精度和可行性的若干工藝。圖 1為該大靈便型散貨船的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)示意圖，其關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)有：A為底凳斜側(cè)板處底凳頂板與槽形艙壁的連接；B為雙層底橫框架處底凳斜側(cè)板與內(nèi)底板的連接；C為雙層底邊縱桁處底邊艙斜板與內(nèi)底板的連接；D為頂?shù)蕚?cè)板處頂?shù)实装迮c槽形艙壁的連接；E為底凳直側(cè)板處底凳頂板與槽形艙壁的連接；F為貨艙主肋骨與底邊艙斜板的連接的趾端（強(qiáng)框架處）；G為貨艙主肋骨與頂邊艙斜板的連接的趾端（強(qiáng)框架處）；H為貨艙口圍板的縱向端肘板趾端；I為頂邊艙橫向強(qiáng)框架處的貨艙口端橫梁趾端；J為雙層底橫框架處底凳直側(cè)板與內(nèi)底板的連接；K為底邊艙與雙層底橫框架在邊縱桁處的連接。

2 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)對(duì)齊標(biāo)準(zhǔn)的特別關(guān)注

原則上，根據(jù)散貨船共同建造規(guī)范[10]，中心線對(duì)位可減少接頭在力傳遞過程中的應(yīng)力集中，提高接頭的疲勞強(qiáng)度，故對(duì)于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡可能地采用中心線對(duì)齊方式，錯(cuò)位允許誤差min/3 a≤t ，tmin為圖2中形成對(duì)接的t1、t2及t3的最小值。文獻(xiàn)[1]將對(duì)接接頭分為以下4類，按照這4種分類對(duì)該大靈便型散貨船的11個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行歸類。

1) 正十字對(duì)接接頭：D、F、G、H、I、J、K；

2) 斜十字對(duì)接接頭：B、C；

3) 斜隔板十字對(duì)接接頭：E；

4) 雙斜十字對(duì)接接頭：A。

這里需特別關(guān)注的是，目前進(jìn)行正十字結(jié)構(gòu)裝配時(shí)大多采用理論線對(duì)齊方式，若形成對(duì)齊接頭的板厚差較大，則即使已按照理論線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)安裝，按照中心線對(duì)齊原則仍會(huì)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍。例如關(guān)鍵節(jié)點(diǎn) H，形成對(duì)齊的板厚差最大的板厚分別為13mm和34mm，若一定要去追求中線對(duì)齊，則勢(shì)必要顛覆形成已久的理論線對(duì)齊裝配理念，造成現(xiàn)場(chǎng)的裝配混亂，繼而造成大范圍的返修。

對(duì)于結(jié)構(gòu)對(duì)齊方式，日本造船工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)采用的便是理論線對(duì)齊方式[11]，雖然該對(duì)齊方式下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳遞效果相對(duì)于中心線對(duì)齊方式稍差，但對(duì)于一些大范圍按照理論線安裝的節(jié)點(diǎn)，為避免按照中心線對(duì)齊方式造成裝配混亂和大面積返工，亦可采用理論線對(duì)齊方式。

綜上所述，對(duì)于采用正十字對(duì)接接頭的節(jié)點(diǎn)，若在現(xiàn)場(chǎng)裝配時(shí)采用中心線對(duì)齊方式確有難度，可按照理論線對(duì)齊的原則。對(duì)于采用斜對(duì)接接頭（上述2~4類接頭，下同）的節(jié)點(diǎn)，一般要求按照中心線對(duì)齊原則進(jìn)行裝配。該大靈便型散貨船按照中心線對(duì)齊原則，采用中心線對(duì)齊方式的節(jié)點(diǎn)為A，B，C，D，E，J；采用理論線對(duì)齊方式的節(jié)點(diǎn)為F，G，H，I，K，該對(duì)齊方式亦得到了船級(jí)社的認(rèn)可。

3 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)模板監(jiān)控原理的特別關(guān)注

模板監(jiān)控方法直觀反映檢驗(yàn)結(jié)果，使用方便，監(jiān)控精度高。對(duì)于斜對(duì)接的接頭，目前船廠一般采用經(jīng)船級(jí)社認(rèn)可的模板進(jìn)行監(jiān)控，圖2即為使用模板實(shí)現(xiàn)對(duì)C點(diǎn)的監(jiān)控。當(dāng)形成斜對(duì)接的鋼板結(jié)構(gòu)角度關(guān)系確定時(shí)，僅用一塊模板便可監(jiān)控同一角度組成的斜對(duì)接節(jié)點(diǎn)，采用的方法是用模板卡住結(jié)構(gòu)兩邊或某邊的檢驗(yàn)線來(lái)測(cè)量第三邊與模板的間隙，模板采集測(cè)量數(shù)據(jù)的一側(cè)留出適當(dāng)?shù)拈g隙。例如，對(duì)于C節(jié)點(diǎn)，當(dāng)t1= 13mm，t2= 25.5mm ，t3= 25.5mm，模板完全貼合鋼板結(jié)構(gòu)時(shí)，在模板的t2邊切除20mm，該間隙可稱之為t1，t2，t3在上述板厚值下的理論間隙；通過數(shù)學(xué)計(jì)算還可得出其他t1，t2，t3板厚組合下C節(jié)點(diǎn)在同一模板下的理論間隙；考慮到錯(cuò)位允許誤差 a≤tmin/3，可計(jì)算出該間隙的容許范圍，最后校核測(cè)量值是否在間隙容許范圍內(nèi)，由此便可實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控。該方法不僅可實(shí)現(xiàn)斜對(duì)接結(jié)構(gòu)的雙向錯(cuò)位監(jiān)控，而且可大大減少制作模板的數(shù)量。該方法中，斜對(duì)接結(jié)構(gòu)在不同鋼板厚度組合下的理論間隙值和容許范圍計(jì)算是實(shí)現(xiàn)模板監(jiān)控的關(guān)鍵。

正十字對(duì)接通?？蓛H采用檢驗(yàn)線進(jìn)行監(jiān)控，方法是將背面結(jié)構(gòu)的某鋼板邊緣映射到檢測(cè)面，形成一條參考線，然后測(cè)量檢測(cè)面的結(jié)構(gòu)與該參考線的距離。船廠大多采用100mm檢驗(yàn)線法，該方法的原理比較簡(jiǎn)單，這里不再贅述。該大靈便型散貨船僅使用100mm檢驗(yàn)線進(jìn)行監(jiān)控的節(jié)點(diǎn)為F，G，H，I，J，K；其余關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)使用模板監(jiān)控（見圖3）。

3.1 理論間隙的特別關(guān)注

3.1.1 兩邊卡結(jié)構(gòu)法模板的理論間隙計(jì)算

圖4為兩邊卡結(jié)構(gòu)法斜對(duì)接示意，若模板在角度a處卡(t1, t3)邊，則數(shù)值A(chǔ)的存在是導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)在不同板厚組合下理論間隙不同的原因。通過計(jì)算可得

在此設(shè)定2個(gè)板厚組合(t1，t2，t3)和(t1￠，t2￠，t3￠)，將其代入式(1)可得A和A￠，在(t1，t2，t3)中心線對(duì)齊且模板完全卡住 3邊時(shí)，在卡住t2邊的模板處切掉一部分，設(shè)為C值，則C值即為(t1，t2，t3)板厚組合下的理論間隙，通過數(shù)學(xué)比較可得(t1￠，t2￠，t3￠)板厚組合下的理論間隙C￠值為

同理，若模板在角度b處卡(t2,t3)邊，則數(shù)值B可導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)在不同板厚組成下的理論間隙不同。通過計(jì)算可得

若C值設(shè)為(t1，t2，t3)板厚組合下的理論間隙，則可得出在其余節(jié)點(diǎn)板厚組合(t1￠，t2￠，t3￠)下的理論間隙C￠值為

3.1.2 模板卡檢驗(yàn)法理論間隙計(jì)算

圖5中，數(shù)值c可導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)在不同板厚組合下的理論間隙不同。

式(5)中： b= t2/sin b，am的數(shù)值即當(dāng)圖3中a=90o時(shí)B的數(shù)值。由此可得

若C值設(shè)為板厚組合(t1，t2，t3)下的理論間隙，可得出在其余節(jié)點(diǎn)板厚組合(t1￠，t2￠，t3￠)下的理論間隙C￠值為

3.2 間隙容許范圍的特別關(guān)注

由“3.1”節(jié)可完成各節(jié)點(diǎn)在板厚組合(t1，t2，t3)下中線完全對(duì)齊時(shí)的理論間隙計(jì)算，計(jì)及錯(cuò)位的容許誤差a，便可得出各節(jié)點(diǎn)的間隙容許范圍。考慮到a是在t3中線方向上的數(shù)值，間隙的測(cè)量是在垂直于t1或t2的方向上進(jìn)行的，因此要將a向相應(yīng)的測(cè)量方向轉(zhuǎn)化，若模板在角度a處卡(t1, t3)邊，則容許誤差a在垂直于t2方向上的分量為 a cos(b -a)，可得監(jiān)控容許范圍為：理論間隙 - a cos(b - a)≤測(cè)量間隙≤理論間隙 + a cos(b -a)。

若模板在角度b處卡(t2,t3)邊，則容許誤差a在垂直于t1方向上的分量為a sina，可得監(jiān)控容許范圍為：理論間隙-a sina≤測(cè)量間隙≤理論間隙+a sina。

根據(jù)上述關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控原理，可計(jì)算出同一角度下各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。表1為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)A的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

表1 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)A的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

對(duì)于斜對(duì)接的接頭，若不采用模板，則只能在接頭的邊緣進(jìn)行精確的測(cè)量，模板能監(jiān)控整條斜對(duì)接接頭；此外，引入理論間隙和容許誤差的概念又能大大減少制作模板的數(shù)量，即每個(gè)固定角度的斜對(duì)接只用一塊模板便可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。若未采用上述理論間隙和容許誤差的概念，則使用傳統(tǒng)方法時(shí)各節(jié)點(diǎn)需要的模板數(shù)量見表2。由此可見，理論間隙和容許誤差的概念不僅可實(shí)現(xiàn)錯(cuò)位的雙向監(jiān)控，還能省去檢驗(yàn)時(shí)攜帶大量模板的麻煩，有助于提高檢驗(yàn)的效率和精度。

表2 傳統(tǒng)方法需要的模板數(shù)量

4 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)監(jiān)控模板使用的特別關(guān)注

4.1 兩邊卡結(jié)構(gòu)法模板使用的特別關(guān)注

對(duì)于A節(jié)點(diǎn)模板和C節(jié)點(diǎn)（壓載艙內(nèi)）模板，其兩邊都要求充分貼緊結(jié)構(gòu)面。以A節(jié)點(diǎn)為例（如圖4所示），若模板在角度a處卡(t1, t3)邊，在t2邊測(cè)量間隙，則會(huì)因t3在a角上的自由邊較少且在該角度內(nèi)還要施以角焊而導(dǎo)致模板無(wú)法充分卡住(t1, t3)邊，進(jìn)而無(wú)法測(cè)量或引起較大誤差。因此，建議模板在角度b處卡(t2,t3)邊，在t1邊測(cè)量間隙。對(duì)于該類型模板的使用，為提高監(jiān)控精度，被選取的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)需保證兩邊能充分貼緊模板，測(cè)量第三邊與模板的間隙。

對(duì)于C節(jié)點(diǎn)(壓載艙內(nèi))模板，基于同樣的考慮，選取雙層底邊縱桁和內(nèi)底板下邊緣為基準(zhǔn)需貼緊的結(jié)構(gòu)，測(cè)量模板與底邊艙斜板的間隙。

4.2 檢驗(yàn)環(huán)境的特別關(guān)注

為提高檢驗(yàn)的效率和舒適度，對(duì)涉及2種檢驗(yàn)處所的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，應(yīng)在不影響精度的前提下盡可能地把檢驗(yàn)環(huán)境選取在結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)潔、清爽的一面。以此為原則，設(shè)置該大靈便型散貨船各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控環(huán)境（見表3）。需特別關(guān)注，C節(jié)點(diǎn)貨艙內(nèi)的模板監(jiān)控要輔以內(nèi)底板上的檢驗(yàn)線方能完成。由于艏艉段型線變化較大，制作檢驗(yàn)線的難度也較大，因此C節(jié)點(diǎn)貨艙內(nèi)監(jiān)控對(duì)艏艉段有一定限制。對(duì)于C節(jié)點(diǎn)壓載艙內(nèi)的監(jiān)控，監(jiān)控原理是兩邊貼緊測(cè)量第三邊的間隙，沒有制作檢驗(yàn)線的環(huán)節(jié)，因此C節(jié)點(diǎn)艏艉段的監(jiān)控選擇在壓載艙內(nèi)進(jìn)行。

表3 節(jié)點(diǎn)監(jiān)控環(huán)境

4.3 C節(jié)點(diǎn)壓載艙內(nèi)監(jiān)控的特別關(guān)注

C節(jié)點(diǎn)模板監(jiān)控的是船舶橫剖面上的結(jié)構(gòu)對(duì)位，由于艏艉部線型有收縮，因此艏艉部肋位橫剖面上的監(jiān)控板厚有所變化。圖6為C節(jié)點(diǎn)橫剖面示意，用 (t1, t2,t3)表示艏艉部橫剖面上的邊縱桁、底邊艙斜板和內(nèi)底板板厚，用 (t1￠, t2￠,t3￠)表示該處鋼板材料的實(shí)際厚度，通過比較不難發(fā)現(xiàn)： t1=t1￠ /cosf ，t2= t2￠ /(cosf ′ sinq )，t3= t3￠，f角為內(nèi)底板平面上邊縱桁與船舶縱向的夾角（見圖 7），q角為底邊艙斜板縱骨平面上肋位方向與底邊艙斜板的夾角（見圖8）。在應(yīng)用上述“3.1.1”兩邊卡結(jié)構(gòu)法模板的理論間隙計(jì)算時(shí)，需考慮到上述板厚的轉(zhuǎn)換。綜合上述關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的特別關(guān)注，可得出關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)C的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)（見表4）。

表4 底邊艙斜板與內(nèi)底板的連接處——C點(diǎn)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

艏艉部C節(jié)點(diǎn)模板在壓載艙內(nèi)監(jiān)控時(shí)，模板平面必須與船舶的橫剖面平行。為提高檢驗(yàn)精度，制作一個(gè)帶有角度f(wàn)的木質(zhì)卡板，將其監(jiān)控模板配合使用可實(shí)現(xiàn)在船舶橫剖面上監(jiān)控（見圖9）。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過對(duì)某大靈便型散貨船關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)建造監(jiān)控進(jìn)行特別關(guān)注，得到以下結(jié)論：

1) 合理選擇對(duì)齊標(biāo)準(zhǔn)可提高關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)監(jiān)控的可行性，防止現(xiàn)場(chǎng)裝配混亂，進(jìn)而減少返修的工作量；

2) 通過對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)理論間隙和容許誤差原理進(jìn)行分析可知，對(duì)于不同厚度組合下的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，使用一塊模板便可實(shí)現(xiàn)同一結(jié)構(gòu)角度組成的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控；

3) 分析了模板使用過程中檢驗(yàn)環(huán)境及監(jiān)控節(jié)點(diǎn)部位等因素對(duì)節(jié)點(diǎn)檢驗(yàn)效率和精度的影響，提高了關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)監(jiān)控的可行性。

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Special Attention Paid to M onitoring Procedure of Ship￠s Critical Nodes

LI Ke-jie
（Shanghai Branch, NIPPON KAIJI KYOKAI (China) Co., Ltd., Shanghai 200336, China）

It is necessary to monitor ship’s critical nodes to ensure the effective transfer and release of stress on these nodes. Structural alignment plays a major role in critical node monitoring, which can be realized by using templates and inspection lines. As special attention is paid to the alignment standard, monitoring principles, as well as the inspection environment and locations of the monitored nodes during template usage, the feasibility of the critical nodes monitoring is improved, and a method w ith improved monitoring accuracy and efficiency is obtained, which can be referred by shipyards to achieve self-monitoring and on-site inspection.

ship and naval architecture; critical node; structure alignment; monitoring; template; special attention

U671.3

A

2095-4069 (2017) 03-0067-06

10.14056/j.cnki.naoe.2017.03.014

2015-11-09

李克杰，男，碩士，注冊(cè)驗(yàn)船師，高級(jí)工程師，1980年生。2007年畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)制造專業(yè)，主要從事船舶審圖及檢驗(yàn)等工作。