夏齊強(qiáng)，朱 韜，徐 憶

（海軍研究院，上海 200235）

0 引言

對(duì)于艦船結(jié)構(gòu)而言，多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，削弱結(jié)構(gòu)能力的最突出的因素主要是板梁結(jié)構(gòu)的腐蝕，腐蝕會(huì)導(dǎo)致板結(jié)構(gòu)的有效厚度減小，承載能力隨之減弱。一旦發(fā)生腐蝕破壞，會(huì)威脅到艦船整體結(jié)構(gòu)的安全。對(duì)于民用船舶，各船級(jí)社、船東以及國(guó)際海事組織已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了腐蝕的重要性，明確了各類船舶腐蝕余量選取要求及校核計(jì)算扣除原則，提出了船體不同部位的最小允許尺寸，許多機(jī)構(gòu)正在制定保持老齡化船舶完整性的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于軍用船舶，各國(guó)海軍也開(kāi)始研究制定艦船的腐蝕選取要求及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的維護(hù)策略。本文主要對(duì)國(guó)內(nèi)外腐蝕余量標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行系統(tǒng)分析，旨在為我國(guó)艦船腐蝕余量選取要求研究制定提供參考。

1 艦船結(jié)構(gòu)腐蝕余量要求標(biāo)準(zhǔn)

1.1 總體情況

船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是按照船舶有關(guān)規(guī)范嚴(yán)格進(jìn)行的，提供的總縱強(qiáng)度計(jì)算書(shū)是以新建造的船舶為對(duì) 象，對(duì)新造船舶船體結(jié)構(gòu)抵御總縱彎曲、總縱剪力和總縱扭轉(zhuǎn)能力的全面校核。隨著船舶服役期的增加，船體由于腐蝕、疲勞損傷等作用，其抵抗外力所致破壞性變形的能力也隨之下降。鑒于老齡船舶的頻頻失事，腐蝕是導(dǎo)致老齡船舶結(jié)構(gòu)失效的主要原因之一，在船體的壽命期內(nèi)，不考慮腐蝕等原因引起的結(jié)構(gòu)承載能力的變化將是非常危險(xiǎn)的。為此，國(guó)內(nèi)外船級(jí)社均制定了各自的腐蝕余量選取要求，對(duì)船體不同部位的腐蝕余量的選取及扣除原則都有明確的規(guī)定。

散貨船和油船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范（CSR 規(guī)范）[1]按船舶類型、船舶長(zhǎng)度、艙室類型、結(jié)構(gòu)構(gòu)件部位對(duì)腐蝕增量進(jìn)行了規(guī)定，提出了腐蝕增量最小值，并規(guī)定了腐蝕增量扣除原則，指出結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)估應(yīng)在總提供尺寸上扣除適當(dāng)?shù)母g增量后進(jìn)行評(píng)估，標(biāo)準(zhǔn)要求較為細(xì)致。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基于一個(gè)凈尺寸，從理論和實(shí)用的角度出發(fā)，將船舶運(yùn)營(yíng)期間可能發(fā)生的腐蝕余量從船體構(gòu)件的建造厚度中剝離出去，采用凈尺寸的概念對(duì)船體構(gòu)件的最低要求進(jìn)行規(guī)定，對(duì)于確保船舶結(jié)構(gòu)在全生命周期內(nèi)的安全是合理和必要的。我國(guó)原有CCS 規(guī)范[2]主要是基于構(gòu)件的建造厚度以及相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律、統(tǒng)計(jì)結(jié)果和研究手段等建立的，與凈尺寸的要求有一定的距離。從2006年開(kāi)始，我國(guó)的鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范中，也將CSRT規(guī)范（雙殼油船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范）、CSRB 規(guī)范（散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范）全盤引用，作為散貨船及雙殼油船的結(jié)構(gòu)規(guī)范。與CCS 原有規(guī)范指南比較，CSR共同規(guī)范在規(guī)范體系、適用范圍、載荷、規(guī)范計(jì)算等方面存在一定的區(qū)別。就結(jié)構(gòu)腐蝕余量相關(guān)規(guī)定而言，二者主要區(qū)別在于：1）設(shè)計(jì)壽命，共同規(guī)范要求船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命為25 年，而不是CCS 原有規(guī)范的20 年；（2）規(guī)范計(jì)算尺寸基礎(chǔ)，在進(jìn)行船體梁的屈服校核、總應(yīng)力計(jì)算、屈曲校核、極限強(qiáng)度校核以及強(qiáng)度直接計(jì)算、疲勞校核時(shí)，共同規(guī)范采用“凈尺寸方法”，即計(jì)算所取的結(jié)構(gòu)尺寸為凈尺寸，是在總提供厚度的基礎(chǔ)上折減一定比例的腐蝕余量；而CCS 原有規(guī)范采用的是構(gòu)件建造厚度。

ABS 鋼質(zhì)船規(guī)范[3]根據(jù)不同船型（油船、散貨船、集裝箱船等），根據(jù)各自結(jié)構(gòu)特點(diǎn)給出了腐蝕余量具體數(shù)值；同時(shí)，ABS 軍船規(guī)范[4]采用與鋼質(zhì)船（民船）規(guī)范完全相同的條款規(guī)定。ABS 的2006鋼規(guī)中按照不同部位對(duì)油輪設(shè)計(jì)名義腐蝕值進(jìn)行了明確規(guī)定，分別為船底板1.5 mm，貨艙甲板1.0 mm，邊艙（壓載艙）甲板2.0 mm 等；而FPSO 的腐蝕環(huán)境較運(yùn)營(yíng)油輪惡劣的現(xiàn)實(shí)，規(guī)定FPSO 設(shè)計(jì)過(guò)程中需要增大腐蝕余量以保證結(jié)構(gòu)安全，在ABS 2006鋼規(guī)提供的數(shù)值基礎(chǔ)上各自增加0.5 mm。ABS 規(guī)范在“凈尺度”原則的框架下建立，規(guī)定在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、強(qiáng)度校核以及有限元建模過(guò)程中均采用結(jié)構(gòu)構(gòu)件凈尺寸，需在總結(jié)構(gòu)構(gòu)件總厚度中扣除相應(yīng)的腐蝕余量。

DNV 民船規(guī)范[5]按艙室類型、結(jié)構(gòu)構(gòu)件劃分，規(guī)定了單側(cè)腐蝕余量從0 mm～2.5 mm，在結(jié)構(gòu)評(píng)估過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)評(píng)估要求和分析類型從總要求厚度中扣除從0%～100%不等的腐蝕余量；而在DNV軍船規(guī)范[6]中，主要?jiǎng)澐譃橐话銟?gòu)件，潤(rùn)滑油、汽油或相當(dāng)油艙，壓載水艙、污水艙、通海閥箱，錨鏈艙等類型，范圍為0.5 mm～2.0 mm，結(jié)構(gòu)評(píng)估則采用建造厚度扣除腐蝕余量的結(jié)構(gòu)凈尺寸進(jìn)行計(jì)算校核。

LR 民船入級(jí)規(guī)范[7]給出了不同位置結(jié)構(gòu)以建造板厚為基準(zhǔn)的腐蝕余量值以及腐蝕余量范圍。另外，針對(duì)個(gè)別位置，如艙口蓋、艙口圍板，規(guī)范中給出了專門的腐蝕余量扣除值。針對(duì)個(gè)別具體船型，如集裝箱船，規(guī)范也給出了單獨(dú)的腐蝕余量扣除方式，具體規(guī)定與CCS 規(guī)范類似。LR 軍船規(guī)范[8]也是按結(jié)構(gòu)部位給出了腐蝕余量要求值，從0.5 mm～2.0 mm。在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和結(jié)構(gòu)分析時(shí)，LR 民船規(guī)范和軍船規(guī)范均采用結(jié)構(gòu)的凈厚度，即在建造厚度的基礎(chǔ)上扣除相應(yīng)腐蝕余量。

我國(guó)軍船規(guī)范GJB 4000—2000《艦船通用規(guī)范》[9]中水面艦船的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核中沒(méi)有考慮腐蝕的影響；GJB/z 119—1999《水面艦艇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法》[10]中總縱強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度以及局部強(qiáng)度校核時(shí)均沒(méi)有考慮腐蝕的影響，僅在直升機(jī)平臺(tái)甲板板的最大彎曲應(yīng)力計(jì)算時(shí)考慮了腐蝕，但腐蝕余量取值在標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有明確給出?？偟膩?lái)說(shuō)，我國(guó)現(xiàn)有軍船設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)于腐蝕余量的選取要求尚不清晰，在構(gòu)件尺寸計(jì)算、強(qiáng)度校核中沒(méi)有明確給出腐蝕余量扣除方法等。

1.2 主要特點(diǎn)

分析上述現(xiàn)行各規(guī)范腐蝕余量要求標(biāo)準(zhǔn)，可以發(fā)現(xiàn)目前腐蝕余量規(guī)定大致可以分為4 類：

1）CSR 規(guī)范、DNV 規(guī)范類似，腐蝕余量是根據(jù)構(gòu)件的不同（如甲板板，舷側(cè)外殼板等）及構(gòu)件所處位置的不同（如貨油艙，壓載艙等）給出的；

2）ABS 規(guī)范腐蝕余量根據(jù)不同船型以及構(gòu)件所處的位置、類型給出；

3）CCS 規(guī)范和LR 規(guī)范類似，腐蝕余量基于結(jié)構(gòu)厚度給出；CCS 規(guī)范的腐蝕余量主要是基于結(jié)構(gòu)的建造厚度，以10 mm 為界限分別規(guī)定；LR 民船規(guī)范的腐蝕余量按照結(jié)構(gòu)類型及所處位置基于結(jié)構(gòu)厚度給出，并規(guī)定了腐蝕余量的最大最小值范圍。

4）DNV 軍船規(guī)范與LR 軍船規(guī)范類似，均規(guī)定了不同結(jié)構(gòu)部位腐蝕余量選取值，但結(jié)構(gòu)劃分方式有所不同。另外，LR 軍船規(guī)范對(duì)飛行甲板要求較DNV 規(guī)范高。

國(guó)外船級(jí)社如ABS、LR、DNV 在進(jìn)行軍船強(qiáng)度評(píng)估時(shí)，都考慮了腐蝕余量。目前國(guó)內(nèi)軍船設(shè)計(jì)規(guī)范中，沒(méi)有明確給出腐蝕余量扣除等問(wèn)題。從應(yīng)力計(jì)算的角度分析，CSR、ABS 和DNV 規(guī)范均采用“凈尺度”原則，在進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)估時(shí)應(yīng)扣除相應(yīng)的腐蝕余量，并給出了不同分析類型所應(yīng)扣除腐蝕余量具體量值；而CCS 規(guī)范（除集裝箱船另外規(guī)定），在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)估過(guò)程中并未明確要求扣除腐蝕余量，并且在疲勞校核指南中，要求使用構(gòu)件的建造尺寸，并通過(guò)腐蝕修正系數(shù)對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正。

2 基于通用規(guī)范的船體結(jié)構(gòu)腐蝕余量選取要求分析

2.1 船體不同結(jié)構(gòu)部位腐蝕余量要求

1）設(shè)計(jì)水線區(qū)域

在CSR 規(guī)范中，對(duì)于最小設(shè)計(jì)壓載吃水線與結(jié)構(gòu)吃水線之間的外殼板其腐蝕余量為1.5 mm，暴露于水下和水面的舷側(cè)外板的腐蝕余量為1.0 mm；CCS 集裝箱船規(guī)范中對(duì)此部分沒(méi)有明顯的差異，暴露于海水及大氣的外板其腐蝕余量都是取為1.0 mm；ABS 規(guī)范中對(duì)于油船腐蝕余量的規(guī)定整個(gè)舷側(cè)外板的名義腐蝕余量設(shè)計(jì)值為1.5 mm；ABS 規(guī)范中對(duì)于該部位散貨船腐蝕余量的規(guī)定更加細(xì)致，舭板上轉(zhuǎn)角至甲板下1.5 m 范圍內(nèi)的舷側(cè)外板腐蝕余量為1.5 mm、甲板下1.5 m 至甲板舷側(cè)外板腐蝕余量為2.0 mm；DNV 民船規(guī)范中對(duì)于船體外表面的腐蝕余量統(tǒng)一為0.5 mm；DNV 軍船規(guī)范中除規(guī)定的一些特殊艙室外的其他構(gòu)件其腐蝕余量統(tǒng)一為0.5 mm；LR 軍船規(guī)范中對(duì)于所有位于設(shè)計(jì)水線1 m線以下的船體外殼板的腐蝕余量取為0.5 mm；由上述的對(duì)比可知，DNV 軍、民船規(guī)范以及LR 軍船規(guī)范對(duì)于這部分的腐蝕余量都取為0.5 mm，較其他民船規(guī)范小。

2）露天甲板

在CSR 規(guī)范中，露天甲板板腐蝕余量為1.7 mm；CCS 集裝箱船規(guī)范規(guī)定暴露于大氣的外板其腐蝕余量取為1.0 mm；ABS 規(guī)范中對(duì)于油船甲板板腐蝕余量取為2 mm，對(duì)于散貨船甲板板腐蝕余量在開(kāi)口區(qū)域外取為2.0 mm、開(kāi)口區(qū)域內(nèi)取為1.5 mm，對(duì)于集裝箱船甲板板腐蝕余量在開(kāi)口區(qū)域外取為1.5 mm，開(kāi)口區(qū)域內(nèi)取為1.0 mm；DNV 民船規(guī)范中對(duì)于船體外表面的腐蝕余量統(tǒng)一為0.5 mm；DNV軍船規(guī)范中除規(guī)定的一些特殊艙室外的其他構(gòu)件其腐蝕余量統(tǒng)一為0.5 mm；LR 軍船規(guī)范中對(duì)于飛行甲板的腐蝕余量取為1.5 mm。

3）最小設(shè)計(jì)吃水以下外板

在CSR 規(guī)范中該部分腐蝕余量為1.0 mm；CCS集裝箱船規(guī)范規(guī)定該部分的腐蝕余量取為1.0 mm；ABS 規(guī)范中對(duì)于油船舷側(cè)板其腐蝕余量取為1.5 mm，底部外部取為1.0 mm、ABS 規(guī)范中對(duì)于散貨船底板（包含比龍骨和舭板）的腐蝕余量取為1.0 mm，舷側(cè)外板（舭板上轉(zhuǎn)角至甲板下1.5 m）的腐蝕余量取為1.5 mm；ABS 規(guī)范中對(duì)于集裝箱船底部和舭部其腐蝕余量取為1.0 mm，對(duì)于舷側(cè)外板油艙區(qū)域的腐蝕余量取為1.5 mm、干燥區(qū)域其腐蝕余量取為1.0 mm；DNV 民船規(guī)范中對(duì)于船體外表面的腐蝕余量統(tǒng)一為0.5 mm；DNV 軍船規(guī)范中除規(guī)定的一些特殊艙室外的其他構(gòu)件其腐蝕余量統(tǒng)一為0.5 mm；LR軍船規(guī)范中對(duì)于所有位于設(shè)計(jì)水線1 m 線以下的船體外殼板的腐蝕余量取為0.5 mm。

4）船體內(nèi)部結(jié)構(gòu)干燥艙

船體內(nèi)部結(jié)構(gòu)干燥艙，包括居住艙、工作艙、儲(chǔ)藏艙、彈藥艙等。在CSR 規(guī)范中對(duì)于干艙的腐蝕余量取為0.5 mm；CCS 集裝箱船規(guī)范對(duì)于居住艙其腐蝕余量取為0 mm，其他干艙腐蝕余量取為0.5 mm；ABS 規(guī)范中對(duì)于油船、散貨船和集裝箱船對(duì)于該部分的腐蝕余量沒(méi)有給出明確規(guī)定；DNV 民船規(guī)范中對(duì)于居住艙其腐蝕余量取為0 mm，其他干艙腐蝕余量取為0.5 mm；DNV 軍船規(guī)范中對(duì)于該部分的腐蝕余量沒(méi)有給出明確規(guī)定；LR 軍船規(guī)范中對(duì)于所有構(gòu)成艙室邊界的板結(jié)構(gòu)的腐蝕余量取為0.5 mm可酌情選取。

5）船體內(nèi)部結(jié)構(gòu)潮濕艙

船體內(nèi)部結(jié)構(gòu)潮濕艙，包括淋浴艙、洗漱艙、廁所、洗衣機(jī)室、廚房、開(kāi)水間、錨鏈艙。在CSR規(guī)范中對(duì)于錨鏈艙根據(jù)構(gòu)件類型及所處位置其腐蝕余量在1.0 mm～2.0 mm 之間；CCS 集裝箱船規(guī)范對(duì)于該部分艙室腐蝕余量取為0.5 mm；ABS 規(guī)范中對(duì)于油船、散貨船和集裝箱船該部分的腐蝕余量沒(méi)有給出明確規(guī)定；DNV 民船規(guī)范中對(duì)于通海閥箱、尿素艙、污水艙、污油艙、錨鏈艙的腐蝕余量取為1.0 mm；DNV 軍船規(guī)范中對(duì)于錨鏈艙的腐蝕余量取為2.0 mm；LR 軍船規(guī)范中對(duì)于所有構(gòu)成潮濕艙室邊界的板結(jié)構(gòu)的腐蝕余量取為0.5 mm，可酌情選取。

6）船體內(nèi)部結(jié)構(gòu)液艙

船體內(nèi)部結(jié)構(gòu)液艙，主要包括油艙（燃油艙、航空油艙、滑油艙）、水艙（淡水艙、飲用水艙、水柜、鍋爐水艙、壓載水艙）、液貨艙等。在CSR 規(guī)范中，其腐蝕余量為0.7 mm；CCS 集裝箱船規(guī)范規(guī)定其腐蝕余量取為0.5 mm；ABS 規(guī)范中對(duì)于油船該部分的腐蝕余量取為1 mm、ABS 規(guī)范中對(duì)于散貨船其液艙所在位置不同其腐蝕余量略有不同，在1.5 mm～2 mm 之間，對(duì)于集裝箱船其液艙所在位置不同其腐蝕余量略有不同，在1 mm～1.5 mm 之間；DNV 民船規(guī)范中對(duì)于壓載水艙腐蝕余量取為1.0 mm，其他艙其腐蝕余量取為0；DNV 軍船規(guī)范中對(duì)于壓載水艙腐蝕余量取為1.0 mm，其他油艙取為0.7 mm；LR 軍船規(guī)范中對(duì)于液艙其腐蝕余量取為0.5 mm 可酌情選取。

2.2 各規(guī)范比較

船體結(jié)構(gòu)不同區(qū)域腐蝕余量標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)對(duì)比見(jiàn)表1。

由表1 的對(duì)比可知，上述規(guī)范對(duì)于船體不同結(jié)構(gòu)部位腐蝕余量均有明確值，其中CSR 規(guī)范、CCS集裝箱船規(guī)范和ABS 民船規(guī)范中對(duì)于設(shè)計(jì)水線區(qū)域、露天甲板以及最小設(shè)計(jì)吃水以下外板的腐蝕余量較DNV、LR 軍民船規(guī)范腐蝕余量扣除多，對(duì)于船體內(nèi)部艙室（干燥艙和潮濕艙）除ABS 民船規(guī)范沒(méi)有明確定義，其他規(guī)范一般取0.5 mm。

3 我國(guó)艦船結(jié)構(gòu)腐蝕余量要求標(biāo)準(zhǔn)化工作建議

3.1 吸收借鑒國(guó)外軍民船規(guī)范經(jīng)驗(yàn)成果

國(guó)外民船規(guī)范對(duì)于涉及船舶生命力安全要求一直都很重視，技術(shù)內(nèi)容反映了目前船舶設(shè)計(jì)最新理論成果和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范水平走在前列。國(guó)外船級(jí)社如ABS、LR、DNV 在進(jìn)行軍船強(qiáng)度評(píng)估時(shí)，都考慮了腐蝕余量。目前國(guó)內(nèi)軍船設(shè)計(jì)規(guī)范中，沒(méi)有明確給出腐蝕余量扣除等問(wèn)題。充分吸收借鑒國(guó)外船級(jí)社規(guī)范建設(shè)經(jīng)驗(yàn)及研究成果，對(duì)于指導(dǎo)我國(guó)艦船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范研究制定具有重要的參考借鑒意義。

3.2 加強(qiáng)腐蝕對(duì)艦船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響研究

船體結(jié)構(gòu)所處環(huán)境復(fù)雜，影響船體腐蝕的因素眾多，航海環(huán)境、船體構(gòu)件位置、裝載情況以及腐蝕防護(hù)措施等都會(huì)對(duì)腐蝕情況產(chǎn)生影響，目前尚未有系統(tǒng)的研究我國(guó)艦船不同結(jié)構(gòu)部位腐蝕規(guī)律，對(duì)不同腐蝕區(qū)域、不同腐蝕狀態(tài)、腐蝕速率、腐蝕方式對(duì)船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響尚不清晰，需要研究建立適合我國(guó)艦船結(jié)構(gòu)腐蝕模型，開(kāi)展考慮腐蝕影響的艦船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)估問(wèn)題研究，為我國(guó)艦船腐蝕余量選取要求制定提供理論依據(jù)。

3.3 加快推進(jìn)艦船材料腐蝕相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制修訂

隨著海軍艦船裝備的快速發(fā)展，艦船設(shè)計(jì)水平和綜合性能大幅提升，特別是艦船總體性能、船體結(jié)構(gòu)與材料、腐蝕防護(hù)等領(lǐng)域取得了較大進(jìn)展，各種新材料、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)不斷得以研究和應(yīng)用，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范已不能滿足現(xiàn)代艦船材料的各項(xiàng)要求，與艦船裝備技術(shù)發(fā)展、作戰(zhàn)使用需求不協(xié)調(diào)，急需加快推進(jìn)我國(guó)艦船材料腐蝕相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作，為保障艦船研制提供技術(shù)支撐。

4 結(jié)論

腐蝕作為伴隨艦船整個(gè)壽命期內(nèi)結(jié)構(gòu)安全的重要影響因素，會(huì)引起船體構(gòu)件厚度減小、承載能力減弱以及穩(wěn)性失效，直接危害艦船生命力安全，必須在設(shè)計(jì)階段予以考慮。民船設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)船體不同部位的腐蝕余量的選取及扣除原則都有明確的規(guī)定，我國(guó)水面艦船的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核中基本沒(méi)有考慮腐蝕的影響，軍船規(guī)范也未提出明確的腐蝕余量選取要求，后續(xù)可吸收借鑒國(guó)外軍民船規(guī)范經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合軍船腐蝕模型規(guī)律研究及考慮腐蝕影響的艦船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，開(kāi)展規(guī)范腐蝕余量選取要求研究，加快推進(jìn)艦船材料腐蝕相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制修訂，為水面艦船腐蝕余量選取提供支撐。