周 亮楊駿騁

（1.宜昌市港航管理局，湖北宜昌443000；2.上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海201203）

0 前言

傳統(tǒng)多用途船貨艙區(qū)域主甲板以上的舷側(cè)空間一般只設(shè)計(jì)裝載集裝箱，因此僅設(shè)置一根根獨(dú)立分散的集裝箱支柱。為了方便裝卸大件貨物，提高甲板載貨面積，現(xiàn)今已有不少多用途船在這部分舷側(cè)空間設(shè)置縱向載貨平臺(tái)或者立柱型載貨縱梁。該載貨平臺(tái)的上表面與主甲板艙蓋齊平，當(dāng)主甲板艙蓋合上以后，載貨平臺(tái)與艙蓋一起形成一個(gè)全船寬的縱向全通平臺(tái)。該設(shè)計(jì)使多用途船的貨物裝載布置形式更豐富和多樣。

1 載貨平臺(tái)的種類

目前多用途船舷側(cè)載貨平臺(tái)主要有以下4種：

1.1 全封閉型載貨平臺(tái)

圖1 全封閉型

平臺(tái)與船體外板和艙口圍連為一體，提高了型深，見(jiàn)圖1。在船體強(qiáng)框肋位處設(shè)置強(qiáng)肋骨支撐平臺(tái)的型式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以承受較大的設(shè)計(jì)載荷。由于多用途船貨艙一般為大開(kāi)口類型，所以增加的封閉載貨平臺(tái)結(jié)構(gòu)不僅提高了船體梁的水平和垂向慣性矩，還增強(qiáng)了橫剖面的扭轉(zhuǎn)慣性矩，有利于控制船體橫向和扭轉(zhuǎn)變形。由于平臺(tái)參與船體總縱強(qiáng)度，平臺(tái)的相關(guān)縱向構(gòu)件尺寸會(huì)相應(yīng)增加，而艙口圍腹板和面板等構(gòu)件尺寸可以減小，導(dǎo)致船體結(jié)構(gòu)質(zhì)量變化，所以需要重新評(píng)估。平臺(tái)與艙口圍的連接焊縫屬于高應(yīng)力區(qū)，如果焊縫質(zhì)量控制不好，在運(yùn)營(yíng)中容易出現(xiàn)裂紋。由于常規(guī)多用途船都配備了重吊，所以如何處理全封閉型式的平臺(tái)結(jié)構(gòu)與吊機(jī)基座連接之后出現(xiàn)的疲勞問(wèn)題是一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。另外，封閉空間給舷側(cè)的系泊和舷梯布置也帶來(lái)不少困難。

1.2 雙立柱型式載貨平臺(tái)

由2根立柱支撐一層平臺(tái)，整個(gè)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可以承受較大的設(shè)計(jì)載荷，見(jiàn)圖2。但是這種結(jié)構(gòu)有2根立柱，結(jié)構(gòu)臃腫，造成本來(lái)就不富余的舷側(cè)橫向空間更加狹窄，縱向通道難以保證，因此這種形式的載貨平臺(tái)設(shè)計(jì)只適合較大型的多用途船。

圖2 雙立柱型

1.3 單立柱型式的載貨平臺(tái)

通過(guò)單根立柱和懸臂大肘板支撐平臺(tái)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖3。與雙立柱型式載貨平臺(tái)相比，由于是懸臂結(jié)構(gòu)，在運(yùn)營(yíng)中變形較大，難以承載較高的設(shè)計(jì)載荷，也容易出現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題。但這種結(jié)構(gòu)型式簡(jiǎn)單，施工方便，占用舷側(cè)空間較少，在中小型多用途船中較為常見(jiàn)。

圖3 單立柱型

1.4 立柱型載貨縱梁

由1根縱向強(qiáng)梁將舷側(cè)集裝箱立柱連為一體的結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖4。這種結(jié)構(gòu)型式簡(jiǎn)單，但是載貨面積很小，只能作為裝載大件的綁扎平臺(tái)。

圖4 立柱型載貨縱梁

本文以某小型多用途船的載貨平臺(tái)為例，著重介紹單立柱型載貨平臺(tái)的布置特點(diǎn)及設(shè)計(jì)方法。

2 單立柱型載貨平臺(tái)的布置特點(diǎn)

多用途船的舷側(cè)載貨平臺(tái)上一般設(shè)置有集裝箱箱腳和綁扎眼環(huán)，可裝大件貨物也可裝載集裝箱，平臺(tái)立柱兼做集裝箱立柱，故立柱一般都設(shè)置在箱腳附近。箱腳的布置型式一般有埋入式和立式兩種。針對(duì)布置立式箱腳的載貨平臺(tái)，在其箱腳位置處，平臺(tái)需要做成下凹式，以保證箱腳的上表面與平臺(tái)上表面等高。載貨平臺(tái)一般都以均布載荷為設(shè)計(jì)依據(jù)，均布載荷與相鄰主甲板艙蓋的設(shè)計(jì)載荷相同。載貨平臺(tái)靠舷側(cè)一邊設(shè)置有可拆式防護(hù)欄桿，一般在40英尺（1英尺=0.3048 m）集裝箱端部位置設(shè)置有從主甲板上達(dá)平臺(tái)的直梯通道口。單立柱型平臺(tái)的重載區(qū)域一般還會(huì)在箱腳立柱中間增設(shè)1根立柱，以控制平臺(tái)的垂向和橫向變形。

載貨平臺(tái)一般設(shè)計(jì)成縱向非連續(xù)型，不計(jì)入總縱強(qiáng)度計(jì)算，即每40英尺集裝箱長(zhǎng)度間斷，留一定的間隙。平臺(tái)在縱橫兩個(gè)方向的間隙大小均要合理，既要防止人員跌落，又要留足縱橫向變形余量。此外，由于艙蓋側(cè)板可能會(huì)增設(shè)百葉窗作為貨艙通風(fēng)，平臺(tái)的設(shè)計(jì)也要保證百葉窗的使用不受布置影響。

3 單立柱型載貨平臺(tái)設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該船載貨平臺(tái)的寬度需達(dá)到最大船寬，平臺(tái)上表面需與主甲板艙蓋上表面齊平，載貨平臺(tái)與艙蓋在貨艙區(qū)域整體構(gòu)成一個(gè)縱向全通甲板。

由于埋入式箱腳在露天甲板容易積水，船東選用立式箱角，因此載貨平臺(tái)在箱角位置必須設(shè)計(jì)成下凹式，以保證箱腳不突出于平臺(tái)。下凹式設(shè)計(jì)有兩種，一種是局部下凹（見(jiàn)圖5）；一種是橫向整體下凹（見(jiàn)圖6）。其中，局部下凹雖然有利于貨物裝載，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工困難，因此該船型選用橫向整體下凹設(shè)計(jì)。

圖5 局部下凹型式

圖6 橫向整體下凹型式

載貨平臺(tái)的設(shè)計(jì)載荷要與相鄰主甲板艙蓋等同，即貨艙首尾區(qū)域設(shè)計(jì)均布載荷為4 t/m2，在貨艙中間（2臺(tái)吊機(jī)聯(lián)吊區(qū)域）的設(shè)計(jì)均布載荷為8 t/m2。該船載貨平臺(tái)僅在輕載區(qū)域（4 t/m2）的集裝箱箱腳位置設(shè)置封閉的“口”字型立柱，重載區(qū)域（8 t/m2）除箱腳位置設(shè)置“口”字型立柱以外，在箱腳中間位置增設(shè)1根“工”字型支柱，以控制載貨平臺(tái)的變形并減少額外的重量增加。詳細(xì)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖7。

圖7 載貨平臺(tái)設(shè)計(jì)圖

載貨平臺(tái)一般采用縱骨架式，平臺(tái)板厚和縱骨參考各規(guī)范對(duì)載貨甲板的要求取值，立柱根據(jù)各規(guī)范對(duì)于集裝箱系固設(shè)備的支撐構(gòu)件進(jìn)行校核。載荷包括集裝箱箱腳位置的集中力、平臺(tái)的設(shè)計(jì)均布力以及上浪載荷，并考慮各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)加速度。由于整個(gè)平臺(tái)是懸臂結(jié)構(gòu)，在滿足規(guī)范要求許用應(yīng)力的前提下，還需控制平臺(tái)自由邊的變形，評(píng)估船舶在運(yùn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)情況。

該船貨艙開(kāi)口寬度很大，邊艙較窄，主甲板艙蓋在貨艙中間區(qū)域的均布載荷為8 t/m2，橫搖工況時(shí)，艙蓋橫向限位器的橫向力接近10000 kN。為滿足支撐強(qiáng)度，限位器加強(qiáng)肘板根部在橫向擴(kuò)大一擋縱骨間距，并且在縱向連續(xù)設(shè)置3至4個(gè)大肘板，所有支撐大肘板的面板連為一體，見(jiàn)圖8。由于艙口圍在艙蓋橫向限位器下的肘板的增大，立柱和肘板的布置需要仔細(xì)核對(duì)協(xié)調(diào)，確?？v向通道的寬度得到滿足。

該船的舷梯布置在船中集裝箱立柱之間，舷梯和艙口圍大肘板的布置，使得“工”字型支柱無(wú)法增設(shè)，否則舷側(cè)將沒(méi)有縱向通道空間，見(jiàn)圖9。平臺(tái)縱向跨距較長(zhǎng)，為4.5 m左右。為控制變形，把此處扁鋼縱骨局部改為縱向“T”型縱桁。

該船貨艙主甲板艙蓋在兩舷設(shè)置有一定數(shù)量的通風(fēng)百葉窗。由于有平臺(tái)結(jié)構(gòu)的阻礙，百葉窗并不能完全打開(kāi)，影響了通風(fēng)面積，因此百葉窗區(qū)域的平臺(tái)結(jié)構(gòu)或者艙蓋需要特殊設(shè)計(jì)，以保證百葉窗的打開(kāi)和操作空間。

確定了載貨平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案與支柱布置方案之后，需要通過(guò)有限元建模計(jì)算的方法對(duì)載貨平臺(tái)的強(qiáng)度以及變形量做進(jìn)一步的評(píng)估，見(jiàn)圖10。為避免參與總縱強(qiáng)度，以確保載貨平臺(tái)在船舶使用中的可靠性，并且不會(huì)因?yàn)樽冃螌?duì)其他設(shè)備（如艙蓋）產(chǎn)生碰撞影響，載貨平臺(tái)在每40英尺集裝箱長(zhǎng)度處間斷，此間隙大小的設(shè)計(jì)也需要考慮有限元模擬得到的載貨平臺(tái)的變形情況加以權(quán)衡。

圖8 艙蓋橫向限位器附近的布置

圖9 舷梯附近的布置

圖10 載貨平臺(tái)變形圖

4 結(jié)語(yǔ)

舷側(cè)載貨平臺(tái)是多用途船設(shè)計(jì)中非常常見(jiàn)，需要根據(jù)船東的要求來(lái)合理確定其具體型式。在詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以外，還需要與各專業(yè)反復(fù)溝通協(xié)調(diào)，盡量為設(shè)備布置和結(jié)構(gòu)施工預(yù)留足夠的空間。