滿足CSR的57000 DWT單殼散貨船的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

任淑霞 朱傳華 吳小康

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院,上海 200032）

0 前言

2006年1月1日，散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范(IACS Common Structural Rules For Bulk Carriers，以下簡稱“CSR”)作為IACS的統(tǒng)一規(guī)范生效，它適用于2006年4月1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。同年底，57000 DWT單殼散貨船應(yīng)運(yùn)而生，它是我院第一艘滿足CSR的船舶，也是同行業(yè)中最受船東青睞的滿足新規(guī)范的散貨船。由于新規(guī)范還處于不斷完善與修訂之中，整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程是在不斷學(xué)習(xí)新規(guī)范與各家船級(jí)社討論中完成的。

1 57000 DWT單殼散貨船的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1 概述

57000 DWT單殼散貨船為Handymax船型，滿足BC-A船舶的要求，主尺度及參數(shù)如下：

本船為全焊接結(jié)構(gòu)，考慮20 t抓斗要求，間隔裝時(shí)第二和第四貨艙空，第三貨艙為重壓載艙。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有如下特點(diǎn)：

（1）單殼，貨艙區(qū)每檔肋位上都設(shè)有舷側(cè)肋骨；

（2）設(shè)有頂邊壓載水艙和底邊壓載水艙，且它們是獨(dú)立的，為滿足燃油艙保護(hù)要求，貨艙區(qū)燃油艙設(shè)在第四貨艙和第五貨艙范圍內(nèi)的頂邊艙內(nèi)；

（3）內(nèi)底板和底邊艙斜板為焊接形式；

圖1 舯橫剖面圖

圖2 第四和第五貨艙典型橫剖面圖

（4）頂邊艙和底邊艙采用縱骨架式，機(jī)艙上甲板結(jié)構(gòu)采用橫骨架式和縱骨架式混合結(jié)構(gòu)，機(jī)艙其它部分及首尾采用橫骨架式；

（5）在設(shè)有系泊設(shè)備、舵機(jī)設(shè)備、艇架以及主機(jī)、輔機(jī)等機(jī)械設(shè)備處的船體結(jié)構(gòu)處做相應(yīng)的結(jié)構(gòu)處理和加強(qiáng)；

（6）入級(jí)法國船級(jí)社（BV），滿足散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范中的所有規(guī)定，共同結(jié)構(gòu)規(guī)范中未提及的部分要滿足BV船級(jí)社舊的散貨船規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定；

（7）無冰區(qū)要求。

1.2 區(qū)別于滿足原BV散貨船規(guī)范的船的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1)腐蝕余量比以前的滿足原BV散貨船規(guī)范的船明顯增加，對(duì)于各構(gòu)件的腐蝕余量規(guī)定的更細(xì)致，尤其對(duì)單殼散貨船舷側(cè)肋骨的腐蝕余量的規(guī)定非常詳細(xì)。干散貨艙中各構(gòu)件的腐蝕余量具有從1.25 mm至3.45 mm不同程度的增加，這也是所有構(gòu)件中腐蝕余量增加較多的部分，其它艙室內(nèi)的構(gòu)件一般增加了0.5 mm左右。除了以上部分的增加，新規(guī)范還增加了0.5 mm的儲(chǔ)備腐蝕余量。

另外，對(duì)于壓載艙內(nèi)的構(gòu)件，原BV散貨船規(guī)定距艙頂1.5 m以內(nèi)的構(gòu)件比其它部分的構(gòu)件的腐蝕余量增加0.25 mm，而散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范規(guī)定距艙頂3.0 m以內(nèi)的構(gòu)件比其它部分的構(gòu)件的腐蝕余量增加0.5 mm。

2)板材材料的要求基本維持原BV散貨船規(guī)范中的規(guī)定，只增加兩處要求：一是對(duì)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(diǎn)上下0.125舷側(cè)肋骨跨距范圍的全部或部分舷側(cè)列板的鋼級(jí)應(yīng)不低于D/DH；二是對(duì)于具有BC-A或BC-B附加標(biāo)志特征的單舷側(cè)散貨船，舷側(cè)肋骨下肘板的鋼級(jí)不低于D/DH。

3)提高了對(duì)縱骨穿越肋板處的疲勞要求，為滿足要求，本船采用了下面的連接形式，如圖3。

圖3 典型節(jié)點(diǎn)

4）由于共同規(guī)范中動(dòng)載荷比以前有了很大程度的提高，故對(duì)貨艙橫艙壁和首尾機(jī)艙部分的液貨艙的周界的板厚都提高了要求。

2 貨艙段有限元直接計(jì)算與結(jié)果分析

2.1 有限元模型與裝載工況

圖4有限元模型模型范圍與滿足原BV散貨船規(guī)范的船舶的計(jì)算基本相同，有較大區(qū)別的是貨物的裝載工況比以前考慮得更詳細(xì)，除要考慮裝載手冊(cè)中的典型工況，還要按照輕貨艙和重貨艙分別考慮散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范中指定的相應(yīng)工況；除要考慮彎矩平衡法還要考慮剪力平衡法下的某些工況。

計(jì)算工況如下：

圖4

1）重貨艙

Table 1:Bending moment analysis applicable to loaded hold in alternate condition of BC-A(mid-hold is loaded hold)

其中：11和12工況要在只有裝載手冊(cè)中包含時(shí)才需要考慮。

Table 2:Shear force analysis applicable to loaded hold of BC-A(mid-hold is loaded hold)

2）輕貨艙

Table 3:Bending moment analysis applicable to empty hold in alternate condition of BC-A(mid-hold is loaded hold)

Table 4:Shear force analysis applicable to empty hold of BC-A(mid-hold is loaded hold)

2.2 有限元結(jié)果分析

根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，貨艙區(qū)的結(jié)構(gòu)主要做了以下加強(qiáng)：

1）與原散貨船有限元計(jì)算不同，CSR規(guī)定有限元計(jì)算中要考慮橫浪的影響，再加上邊界條件的影響，以致引起艙口間甲板上屈曲強(qiáng)度問題，帶來了約4 mm左右的甲板板厚增加量。

2）根據(jù)細(xì)模分析，每個(gè)貨艙縱向艙口圍兩端的板厚都提高了很多，原13AH36的板厚端部需要增加到24DH36，如圖5所示。引起這么大的增加量的原因主要是因?yàn)闄M浪情況和邊界條件的影響下艙口發(fā)生了扭曲現(xiàn)象。

圖5 縱向艙口圍端部

3）根據(jù)有限元屈服強(qiáng)度校核結(jié)果，除風(fēng)暴壓載艙的橫艙壁之外，其它橫艙壁靠舷側(cè)的二到三個(gè)槽條的板厚在規(guī)范計(jì)算的基礎(chǔ)上，增加了2 mm左右。

4）船底框架的有限元結(jié)果和以前相差不大。

5）根據(jù)有限元屈服強(qiáng)度的要求，hopper tank和第三貨艙（即重壓載艙）的wing tank的肋板開孔邊緣處屈服應(yīng)力較大，最終采用了開孔邊緣貼面板的形式才能滿足要求，加強(qiáng)前后的結(jié)構(gòu)形式如下：

3 結(jié)語

圖6 hopper tank的肋板加強(qiáng)前后比較

圖7 第三貨艙wing tank的肋板加強(qiáng)前后比較

本文全面敘述了57000 DWT單殼散貨船的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)，展示了根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果對(duì)貨艙區(qū)結(jié)構(gòu)做的相應(yīng)的加強(qiáng)，在描述散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響的同時(shí)與滿足原BV散貨船規(guī)范的相似船型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較。由于散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范還在不斷完善修訂中，對(duì)于設(shè)計(jì)較早的57000 DWT單殼散貨船來說，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還有許多需要優(yōu)化的地方。他山之石，可以攻玉。希望文中敘述的57000 DWT單殼散貨船的一些典型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能在同行業(yè)者將來設(shè)計(jì)其它滿足散貨船共同規(guī)范的船舶時(shí)起到借鑒和鋪墊作用。

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

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