李文杰 高啟新

摘 要：通過對比新舊規(guī)則UR-S11A和UR-S11，分析其對大型集裝箱船結(jié)構(gòu)強度校核上的差異；然后從航運層面出發(fā)，提出一些對應措施，為那些在UR S11舊規(guī)范下建造，并且未經(jīng)結(jié)構(gòu)強化改造的集裝箱船保駕護航。

關鍵詞：大型集裝箱船 UR-S11A UR-S11 強度

1.引言

當代海運的蓬勃發(fā)展，使得集裝箱船成為海運的主力。集裝箱船大型化也成為了航運發(fā)展的趨勢。隨著集裝箱船大型化發(fā)展，船體強度安全方面的問題也開始顯現(xiàn)出來。2007年的MSC Napoli號事故及2013年的MOL Comfort號事故的發(fā)生，使得國際船級社協(xié)會（IACS）針對集裝箱船結(jié)構(gòu)強度制定了新的的規(guī)范UR-S11A和UR-S34。

然而，對于那些新規(guī)范生效前建造的集裝箱船來說，其結(jié)構(gòu)強度的各項指標遵循舊規(guī)范（UR S11），顯然已無法滿足要求。由于國際船級社協(xié)會并未強制要求舊規(guī)范下建造的船舶進行結(jié)構(gòu)強化改造，因此對于這些集裝箱船來說，其結(jié)構(gòu)強度安全存在許多安全隱患。本文簡要分析了UR S11規(guī)范和UR S11A規(guī)范在集裝箱船結(jié)構(gòu)強度校核上的差異，從航運層面出發(fā)，針對“老船”關鍵位置強度不足的問題，提出了減小船舶波浪載荷等應對措施，并在船舶維護與保養(yǎng)方面進行指導，初步實現(xiàn)了集裝箱船結(jié)構(gòu)安全保障的目標，保障了那些UR S11舊規(guī)范下建造且未經(jīng)結(jié)構(gòu)強化改造的集裝箱船的航行安全。

2.UR-S11A規(guī)范和UR-S11規(guī)范的對比分析

2.1凈厚度與建造厚度方面上的差異

S11A的強度校核采用與共同結(jié)構(gòu)規(guī)范（CSR）類似的凈厚度方法。新標準有效厚度的計算公式為：

tnet = tas_bulit -- tvol_add -- αtc （1）

式中，tnet 為船體結(jié)構(gòu)的有效厚度；tas_bulit為建造厚度；tvol_add為結(jié)構(gòu)厚度的體積余量；α是結(jié)構(gòu)腐蝕余量因子；tc為結(jié)構(gòu)厚度的腐蝕余量，根據(jù)結(jié)構(gòu)所在位置和功能的不同，UR-S11A規(guī)定了不同的數(shù)值。

S11規(guī)范在總縱強度上的校核是以建造厚度為基礎，也就是船體梁的承載能力。在UR-S11A下，用于各結(jié)構(gòu)強度校核計算的凈厚度值均小于原UR S11中所采用的建造厚度值。因此，UR-S11A在考慮船體結(jié)構(gòu)自身尺寸方面已經(jīng)較為嚴格。這將對后續(xù)強度校核中構(gòu)件剖面模數(shù)的大小產(chǎn)生影響。

2.2波浪載荷方面上的差異

新舊規(guī)則下，波浪載荷計算公式上的差異主要表現(xiàn)在以下方面。S11A新規(guī)范在載荷的線性成分和非線性成分上給出了明確的指導。新的波浪載荷計算公式考慮了船體性質(zhì)等因素，增加了能夠反映船舶艏部外飄的系數(shù)。并且，新規(guī)范下的計算方法，提供了浪彎矩分布和波浪剪力的分布，這在船長方向上的分布對校核船舶強度有指導意義。

總體而言，新計算方法給出的波浪剪力更大。對于按照UR S11規(guī)范建造的船舶，在按照新規(guī)范進行波浪載荷計算時，由于波浪載荷的增加，將會影響到總縱強度校核。

2.3屈服強度方面上的差異

UR S11A新規(guī)范下，雖然屈服強度的校核公式在形式上不同，考慮了凈厚度，許用應力與原規(guī)范有差異。但在其本質(zhì)上來說，新舊規(guī)范下校核內(nèi)容上是一致的，包括彎曲強度檢核和剪切強度校核。不同的是，新規(guī)范UR S11A在附錄中給出了計算剪切力的具體算法，并且明確要求應采用剪流方法。

針對舊規(guī)范UR S11中的最小慣性矩方面的要求，新規(guī)范UR S11A也進行了一些相關修訂，不僅考慮了船體梁合成彎矩的最大值問題，也把計算公式中凈厚度的取值對慣性矩的影響也考慮在內(nèi)。

2.4屈曲強度方面上的差異

UR S11首先基于總尺度計算船體梁應力，基于凈尺度計算板格的臨界屈曲應力，然后分別校核板格在船體梁剪切應力和船體梁縱向壓應力作用下的屈曲能力。對結(jié)構(gòu)在總縱應力下的屈曲強度校核仍采用許用應力衡準，以板為例，UR-S11仍然是分別校核其所受壓應力或剪應力是否滿足要求，并沒有充分考慮結(jié)構(gòu)復雜受力時的穩(wěn)定性特征。但在S11A中沒有對局部動載荷給出統(tǒng)一要求，新規(guī)范S11A規(guī)定計算中僅考慮靜壓力的影響。這和舊規(guī)范相比，在屈曲強度方面上的差異比較大。

UR S11A中的屈曲強度校核借鑒了CSR的屈曲強度校核方法，對船體梁在總縱應力下的結(jié)構(gòu)屈曲強度采用屈曲利用因子進行校核，同時也規(guī)定了運用板或骨材等在復雜受力時的穩(wěn)定性理論進行計算。此方法與UR-S11要求具有較大差別。

2.5極限強度方面上的差異

為保障集裝箱船運營中的結(jié)構(gòu)強度，以及船體結(jié)構(gòu)過于優(yōu)化可能帶來突發(fā)情況時承載能力的不足，URS11A特別規(guī)定了船長不小于150m的集裝箱船都需校核其極限強度。極限強度校核的方法與CSR一致。新標準給出了船體梁極限彎矩、極限承載能力的計算方法及校核衡準。并且，對于船寬大于32.26m的集裝箱船，UR-S11A 明確要求還需根據(jù)各船級社的規(guī)范在考慮顫振的影響下對船體梁極限強度進行校核。顫振對大型集裝箱船的極限強度具有重要影響。

新規(guī)范UR-S11A充分考慮集裝箱船的船型特點等因素，對雙層底系數(shù)和材料系數(shù)進行了修改。并且針對集裝箱船結(jié)構(gòu)形式上的特點，對計算公式中的一些規(guī)定進行了補充和修改，例如各構(gòu)件所采用的單元類型等，

3.新規(guī)則下舊船的應對措施

通過以上對新舊規(guī)則的對比分析對于舊規(guī)范下建造的集裝箱船，在航運層面可以采取一下應對措施，以保障船舶安全運營。

（1）通過控制航行速度，可以減緩波浪對船體的砰擊作用。當航行在大風浪環(huán)境中，適當降低航速可以極大減輕砰擊對船舶艏部及船體帶來的沖擊。另外還可以通過適當增加吃水的方法降低砰擊的烈度。還可以采用轉(zhuǎn)向的方法可以避開砰擊作用區(qū)，從而達到消除砰擊的危害。

（2）對于新規(guī)范出臺而導致的舊規(guī)范下的集裝箱船波浪載荷增加問題，貨物的均勻配載與合理壓載可以降低中拱彎矩，并平衡全船載荷，可以以此來減小這方面的影響。

（3）在船舶運營中，船舶的日常維護保養(yǎng)也是保障船舶強度的主要手段，通過船體及構(gòu)件的維護保養(yǎng)，可以減緩腐蝕，增強船體強度，從而保障船舶安全運營。

4.結(jié)語

本文通過對UR S11A規(guī)范與UR S11規(guī)范進行了簡單的對比與分析，總結(jié)出在集裝箱船體強度校核上新舊規(guī)范下的異同。通過分析發(fā)現(xiàn)，按UR S11A規(guī)范計算得到的波浪載荷比按UR S11規(guī)范計算得到的波浪載荷高出了很多。

針對那些UR S11舊規(guī)范下建造的集裝箱船，其在結(jié)構(gòu)強度上存在的安全問題，本文給出了一些建議措施，包括均勻配載、合理壓載、減輕砰存作用等，結(jié)合船舶日常維護與保養(yǎng)，為集裝箱船的安全營運提供保障。

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