淺談滿足共同規(guī)范的散貨船結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

任淑霞 徐旭敏

（上海船舶研究設(shè)計院,上海 200032）

0 JBP背景

2005年，在倫敦召開的國際船級社協(xié)會（IACS）第52次理事會上，經(jīng)全體成員一致表決同意，最終通過了油船和散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范（CSR）。散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范 （IACS Common Structural Rules For Bulk Carriers）于2006年1月1日作為IACS的統(tǒng)一規(guī)范生效。散貨船共同規(guī)范（JBP）是在中國船級社、韓國船級社和日本海事協(xié)會組成的“A3”合作研究項目基礎(chǔ)上，結(jié)合法國、德國和意大利等歐洲船級社組織的研究成果，聯(lián)合制定的。

JBP船舶結(jié)構(gòu)規(guī)則適用于2006年4月1日之日起，由船廠和船東簽訂造船合同承建的長度大于90 m小于350 m的單舷側(cè)或雙舷側(cè)散貨船。

制定共同規(guī)范的目的：

a）提高安全水平，建造出更安全更牢固的船舶。降低維修保養(yǎng)成本，延長船舶結(jié)構(gòu)和船體鋼板有效工作壽命。

b）在結(jié)構(gòu)要求和標(biāo)準(zhǔn)方面，建立統(tǒng)一規(guī)范，可消除船級社之間的競爭。

c）集中IACS全體成員的經(jīng)驗和資源。

1 JBP對散貨船結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響

1.1 概述

按共同結(jié)構(gòu)規(guī)范建造散貨船，與已滿足UR S25的單舷側(cè)或雙舷側(cè)散貨船相比較，其用鋼量要增加3%～5%左右；與未滿足UR S25的單舷側(cè)或雙舷側(cè)散貨船相比較，其用鋼量要增加5%～7%。

規(guī)范中，船舶設(shè)計載荷從北大西洋20年延長到北大西洋25年，最低疲勞設(shè)計壽命從20年延長到北大西洋25年，并采用等效設(shè)計波方法（EDW）來確定設(shè)計載荷，考慮了H、F、R和P四種波，即迎浪、隨浪、橫搖運動（幅值）達到最大、水線處水動壓力達到最大時環(huán)境因素。而且，服務(wù)、極限、疲勞、破損四種理論被考慮到設(shè)計中來。

船舶凈尺寸設(shè)計理念和計算方法均有較大的變化。其主要表現(xiàn)在：

a）與以前相比，腐蝕余量中增加了0.5 mm的腐蝕儲備（即2.5年的腐蝕余量）；

b）在計算總的腐蝕余量時，以0.5向上圓整，而計算總厚度時以0.25分界就近圓整。例如：計算得到的總腐蝕余量為1.1，圓整為1.5；若計算得到的總腐蝕余量為1.6，則圓整為2.0。若計算得到的總厚度為 8.2，圓整為 8.0；若計算得到的總厚度為 8.3，則圓整為 8.5。

c）規(guī)范計算中的凈尺寸（tnet）+腐蝕余量（tc）=總厚度 （tgross）；直接強度計算中，分析屈服強度tnet=tgross－0.5 tc、 分析屈曲強度 tnet=tgross－tc 、校核疲勞 tnet=tgross－0.5 tc。

另外，從2006年4月1日起執(zhí)行的CSR更加先進的船舶工程技術(shù)規(guī)范不僅代替原來的有關(guān)船級社規(guī)范，而且延伸到船舶設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，船舶防腐蝕規(guī)范，船舶結(jié)構(gòu)環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn)，船殼鋼板質(zhì)地、性能和厚度以及船舶各種結(jié)構(gòu)材料標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 JBP規(guī)范主要的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

1.2.1 材料選取

a）外板

對單舷側(cè)結(jié)構(gòu)的BC－A和BC－B船舶，舷側(cè)列板與底邊艙斜板相交點上下0.125舷側(cè)肋骨跨距范圍的全部或部分舷側(cè)列板應(yīng)不低于D／DH。

b）舷側(cè)肋骨

具有BC－A或BC－B附加標(biāo)志特征的單舷側(cè)散貨船舷側(cè)肋骨下肘板不低于D／DH。

1.2.2 腐蝕余量選取

腐蝕余量的一些細(xì)節(jié)規(guī)定：

a）壓載水艙與重燃油艙之間板材的腐蝕余量應(yīng)增加 0.7 mm；

b）管隧處的外板的腐蝕余量應(yīng)視為壓載水艙的構(gòu)件考慮；

c）正常壓載吃水和滿載吃水間的舷側(cè)外板應(yīng)增加 0.5 mm；

d）液艙頂部以下3 m范圍（不適用于內(nèi)底及內(nèi)底以下的構(gòu)件）的構(gòu)件腐蝕余量，比其它地方增加0.5 mm。

1.3 主要構(gòu)件尺寸設(shè)計

1.3.1 板

a）內(nèi)底板

影響其板厚的因素除了貨物壓力還有抓斗重量的影響。JBP規(guī)范中，對于BC－A船舶，所考慮的空抓斗重量至少為20 t；

在所考慮的貨物中，對內(nèi)底板板厚影響較大的是鋼卷筒裝載，按規(guī)范中公式算出的內(nèi)底板板厚大大超過以前的散貨船規(guī)范。雖然JBP規(guī)范中提到若每一基本板格的載荷點數(shù)量大于10以及／或墊料數(shù)量大于5，內(nèi)底可視為承載均布載荷，但不同船級社對均布載荷究竟以線載荷均布還是以面載荷均布，理解不同。

b）底邊艙斜板

同內(nèi)底板，主要影響其板厚的是抓斗重量和鋼卷筒裝載。對于抓斗重量的影響，規(guī)范中論述的其下部3 m范圍以內(nèi)指的是垂向3 m還是沿斜板方向3 m，不同的船級社亦有不同的理解；裝鋼卷筒時底邊艙斜板的板厚計算公式也是一個很有爭議的公式，相同縱骨間距，根據(jù)其板厚計算公式得到的板厚它比內(nèi)底板板厚要厚2 mm～4 mm。

c）肋板

如有底墩，底墩側(cè)板下的支撐肋板和管隧橫梁的凈厚度和材料特性應(yīng)不小于底墩側(cè)板的要求。這里底墩側(cè)板的凈厚度和材料特性，不考慮抓斗和破艙情況的影響。

d）艙口圍

規(guī)范規(guī)定，艙口圍板的凈厚度不得小于按下列公式求得的值的大者，mm：

根據(jù)規(guī)范此處腐蝕總量為3.5 mm，故只要滿足JBP規(guī)范的船舶其艙口圍的板厚至少為13 mm。

1.3.2 單舷側(cè)船舶的舷側(cè)肋骨

a）最小板厚要求

規(guī)范中規(guī)定：

貨物區(qū)域內(nèi)肋骨腹板的凈厚度應(yīng)不小于從下列公式中獲得的值，mm：

式中：

α：系數(shù)，根據(jù)位置選?。?/p>

α=1.15，對應(yīng)在最前面貨艙處的肋骨腹板；

α=1.00，對應(yīng)在其他貨艙處的肋骨腹板。

由上面可以看到，最前面貨艙的肋骨腹板凈厚度要求比其它艙的肋板腹板凈厚度高。

b）模數(shù)和剪切面積的要求

對于風(fēng)暴壓載艙中的舷側(cè)肋骨，除了要滿足上述公式還要滿足下面的公式：

由上述公式計算出風(fēng)暴壓載艙舷側(cè)肋骨的模數(shù)接近其它艙舷側(cè)肋骨的模數(shù)的兩倍。這里的計算公式與以前散貨船規(guī)范的公式不同，計算出的結(jié)果顯示，除風(fēng)暴壓載艙舷側(cè)肋骨的總模數(shù)比以前增加25%左右，其它艙舷側(cè)肋骨的總模數(shù)相差不大。

c）舷側(cè)肋骨上下肘板的尺寸計算

上下肘板的凈模數(shù)都應(yīng)不小于肋骨跨距中間區(qū)域所要求的凈剖面模數(shù)的2倍；肋骨下肘板的凈厚度應(yīng)不小于肋骨腹板的凈厚度加上1.5 mm，肋骨上肘板的凈厚度應(yīng)不小于肋骨腹板的凈厚度。

d）單舷側(cè)散貨船的肋骨的上下連接

應(yīng)使每個下部和上部連接肘板各自滿足下列等式關(guān)系

前一個公式?jīng)Q定了肘板的大小即需要連接的縱骨的多少；根據(jù)剪切面積的公式，決定肘板的板厚以及連接處的高度。

1.3.3 加強筋

新規(guī)范中對腹板的加強筋尺寸也增加了關(guān)注度，第六章第三節(jié) 4.1.1 和 4.1.2 分別給出了其凈剖面面積和凈模數(shù)要求：

a）4.1.1如果主要支撐構(gòu)件的腹板加強筋與普通扶強材面板焊接，腹板加強筋一半高度處的凈剖面面積應(yīng)不小于從下列公式中獲得的值，cm2：

b）4.1.2非水密主要支撐構(gòu)件的腹板加強筋的凈剖面模數(shù)應(yīng)不小于從下列公式中獲得的值，cm3：

除上述要求要滿足之外，還有兩個細(xì)節(jié)要求，即加強筋的寬度應(yīng)不大于1／12的加強筋長度以及腹板加強筋的凈厚度不得小于其所設(shè)置處的主要構(gòu)件的最小凈厚度。根據(jù)IACS的解釋，前一要求主要針對于扁鋼而言；另一個要求已經(jīng)被取消，只要滿足骨材的最小板厚要求即可，最小板厚要求如下：

普通扶強材腹板的凈厚度應(yīng)不小于以下大者，mm：

b）帶板的凈提供厚度的40%且應(yīng)小于帶板凈提供厚度的2倍。

2 其它結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

2.1 橫艙壁

雖然引用了UR S18的規(guī)定，但壓力值比以前增大了很多，影響最大的是風(fēng)暴壓載艙的兩側(cè)的槽型艙壁，槽條厚度比以前增加2 mm～5 mm。

2.2 艙口間甲板

由于根據(jù)共同規(guī)范規(guī)定有限元計算中要考慮橫浪的影響，以致引起艙口間甲板上屈曲強度問題，帶來了約4 mm左右的板厚增加量。

3 對屈服校核時選取有效帶板寬度的探討

3.1 JBP 中的規(guī)定

a）普通骨材

屈服校核時計算凈剖面模數(shù)中考慮的有效帶板寬度規(guī)定如下（見規(guī)范第三章第六節(jié)4.3）：

b）主要支撐構(gòu)件

屈服校核時計算凈剖面模數(shù)中考慮的有效帶板寬度取相鄰主要支撐構(gòu)件之間的平均間距（見規(guī)范第三章第六節(jié) 5.4.1）。

c）筆者的看法

對普通骨材來說，由于其間距小、排列密，骨材間距范圍內(nèi)的帶板都應(yīng)能參與承受外部載荷，將普通骨材的有效帶板寬度取為骨材的平均間距是合理的；同時，JBP又增加了一個以骨材跨距為基準(zhǔn)的制約條件，一般0.2 l是小于s的，所以按JBP計算出的普通骨材更偏于安全。

但對主要支撐構(gòu)件來說，因為構(gòu)件間距大，間距范圍內(nèi)的帶板不可能全部參與承受外部載荷，因此不應(yīng)選取構(gòu)件的平均間距作為有效帶板寬度，設(shè)計中通常都取小于平均間距；另外，取構(gòu)件的平均間距作為有效帶板寬度后，在相同的剖面模數(shù)下，帶板寬了，計算出的構(gòu)件尺寸（腹板、面板）就小了，確實讓人擔(dān)憂。所以，筆者的看法，在屈服校核時，JBP對主要支撐構(gòu)件的有效帶板寬度的規(guī)定不合理。筆者認(rèn)為BV非JBP的散貨船規(guī)范的規(guī)定是比較合理的，而LR、ABS、GL、NK等多家船級社也都如此。

3.2 BV非JBP的散貨船規(guī)范中的規(guī)定

a）普通骨材

屈服校核時計算凈剖面模數(shù)中考慮的有效帶板寬度規(guī)定如下（見規(guī)范B部分第四章第三節(jié)3.3.1）：

b）主要支撐構(gòu)件

屈服校核時計算凈剖面模數(shù)中考慮的有效帶板寬度規(guī)定如下（見規(guī)范B部分第四章第三節(jié)4.2.1）：

3.3 疑問

由 3.1和3.2可見，在JBP規(guī)范與 BV 非 JBP的散貨船規(guī)范中，對普通骨材和主要支撐構(gòu)件帶板寬度規(guī)定的描述幾乎相同，但規(guī)定的要求正好顛倒。加上我們在實踐中的認(rèn)識（如3.1 c），使我們產(chǎn)生了一個疑問：JBP規(guī)范在此處的描述是否有誤？

4 對JBP的三點建議

a）建議增加對頂推區(qū)域（船舶進港的碼頭拖輪對船舶頂推的作業(yè)區(qū)域）的規(guī)定（GL規(guī)范對此有規(guī)定）；

b）建議增加對起居甲板甲板載荷的規(guī)定（各船級社規(guī)范均有規(guī)定）；

c）有限元計算中，校核標(biāo)準(zhǔn)中僅僅只有合成應(yīng)力的許用標(biāo)準(zhǔn)，建議增加剪切應(yīng)力的許用標(biāo)準(zhǔn)（各船級社規(guī)范均有規(guī)定）。

5 結(jié)語

JBP還在不斷完善中，相信將來新版本出來會更加全面、更加合理。新規(guī)范的出現(xiàn)對設(shè)計院所提出了更高的技術(shù)要求，我們必須按照CSR新規(guī)范設(shè)計和開發(fā)散貨船，研發(fā)新線型，在滿足現(xiàn)有規(guī)范的基礎(chǔ)上開發(fā)設(shè)計出更合理的結(jié)構(gòu)形式，從而控制船體重量、保證裝貨量。

［1］Common Structural Rules For Bulk Carriers［S］.January 2006

［2］BV Class.Rules for the Classification of Steel Ships［S］.April 2005