CSR散貨船結(jié)構(gòu)審圖中主要關(guān)注點(diǎn)研究

張志剛，章漪云

（中國(guó)船級(jí)社上海審圖中心，上海 200135）

0 引 言

自2006年4月1日 國(guó)際船級(jí)社協(xié)會(huì)（IACS）正式實(shí)施散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范[1]（BC CSR）以來，在散貨船的船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與審圖工作中得到廣泛使用。雖然規(guī)范是統(tǒng)一了，然而對(duì)規(guī)范條文的理解和具體運(yùn)用上還存在一些差異。在應(yīng)用BC CSR審查多艘散貨船船體結(jié)構(gòu)中，發(fā)現(xiàn)散貨船船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面存在一些問題，特別是容易疏忽的，或者對(duì)規(guī)范條文的理解問題。本文針對(duì)散貨船船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如材料鋼級(jí)、凈尺寸和腐蝕增量、結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)焊接、局部強(qiáng)度、總縱強(qiáng)度、強(qiáng)度分析等方面，進(jìn)行了必要的闡述，并提出了審圖工作中主要關(guān)注點(diǎn)。

1 CSR散貨船結(jié)構(gòu)審圖的主要關(guān)注點(diǎn)

船級(jí)社對(duì)入級(jí)船舶的設(shè)計(jì)審查，是船舶詳細(xì)設(shè)計(jì)的延續(xù)，是確保船體可靠，符合相應(yīng)的規(guī)范與準(zhǔn)則。散貨船，特別是船長(zhǎng)超過150m的大型散貨船，必須符合BC CSR。經(jīng)審查多艘散貨船船體結(jié)構(gòu)后，認(rèn)為以下的問題值得重點(diǎn)關(guān)注。

1.1 材料鋼級(jí)

材料鋼級(jí)的應(yīng)用正確與否，對(duì)船舶的安全是至關(guān)重要的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中往往會(huì)被忽視，但在審圖中恰是基本的關(guān)注點(diǎn)。

1) 應(yīng)注意高強(qiáng)度鋼的使用范圍。為了滿足船體梁總縱強(qiáng)度，提高載重量，大型散貨船的主甲板和底部采用高強(qiáng)度鋼是非常普遍的。因此，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)甲板板和甲板縱骨的鋼級(jí)不一致，以及甲板板與舷頂列板的鋼級(jí)不一致的情況。對(duì)于總縱強(qiáng)度高強(qiáng)度鋼范圍不滿足的，如甲板為高強(qiáng)度鋼，而舷頂列板為普通鋼的，則總強(qiáng)度計(jì)算時(shí)甲板模數(shù)按普通鋼來計(jì)算，不能按高強(qiáng)度鋼來折減。此時(shí)僅局部強(qiáng)度可考慮甲板高強(qiáng)度鋼的材料特性。

2) 應(yīng)關(guān)注一些特殊部位的鋼級(jí)要求，諸如：艙口角隅、艙口圍板及其縱向端肘板、甲板邊板、舷頂列板、單舷側(cè)舷側(cè)肋骨下肘板腹板、與底邊艙斜板相交處的舷側(cè)外板、舭列板、尾柱、舵、掛舵臂及主機(jī)直接安裝在內(nèi)底上內(nèi)底板（注：實(shí)際上應(yīng)視作主機(jī)座的面板）等等。

1.2 凈尺寸和腐蝕增量

BC CSR與以往的散貨船規(guī)范最明顯的區(qū)別在于，在設(shè)計(jì)圖紙上必須明確標(biāo)注船體結(jié)構(gòu)的實(shí)際建造尺寸、需要換新時(shí)的厚度和腐蝕增量，如圖1 所示。

另外，主船體結(jié)構(gòu)各類強(qiáng)度校核都是用凈尺寸的概念，如：總體應(yīng)力（總縱強(qiáng)度和直接強(qiáng)度分析）：

圖1 設(shè)計(jì)圖紙上的尺寸標(biāo)注

1.3 結(jié)構(gòu)布置

結(jié)構(gòu)布置構(gòu)件的連續(xù)性是非常重要的。

1) 注意縱、橫骨架形式改變處的結(jié)構(gòu)連續(xù)性。如貨艙底部、舷側(cè)的縱骨架結(jié)構(gòu)到機(jī)艙、艏部等橫骨架結(jié)構(gòu)的過渡處容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的屈曲問題。為了避免結(jié)構(gòu)突然中斷，在結(jié)構(gòu)形式突變處，應(yīng)充分考慮交錯(cuò)過渡，盡量減少應(yīng)力集中。

2) 注意結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中。構(gòu)件間斷處極易發(fā)生應(yīng)力集中，應(yīng)作足夠的補(bǔ)償和加強(qiáng)。開口應(yīng)盡量避開高應(yīng)力區(qū)域，甲板開口不應(yīng)距舷邊過近。如需布置開口，則應(yīng)有良好的形狀且邊緣光滑，見圖 2，開口一般應(yīng)設(shè)在圖中所示的陰影部分外。定義為：圓形舷頂列板，如設(shè)有，或舷側(cè)外板的彎曲區(qū)域。 e = 0 .25(B - b )，距貨艙開口邊緣。 c = 0 .071 + 0 .1b或0.25b，取大者。式中：b——所考慮的艙口寬度，m，縱向量取。I——兩個(gè)連續(xù)艙口間的橫向甲板條在所考慮的角隅寬度，m，縱向量取。在上述范圍和開孔間的橫向距離： g2= 2 a2，對(duì)圓形開口； g1= a1，對(duì)橢圓形開口。如開口不符合這些要求，在總縱強(qiáng)度評(píng)估時(shí)應(yīng)考慮減去這些開口的面積。

圖2 開口布置

對(duì)于有檢驗(yàn)通道要求的散貨船，其出入通道上的水平及垂直開口凈空尺寸應(yīng)特別關(guān)注。垂向開口的凈尺寸應(yīng)≥600mm×800mm，角隅半徑 300mm，水平開口的凈尺寸≥600mm×600mm，最大角隅半徑100mm。底部縱桁和肋板上的開孔在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)考慮檢驗(yàn)通道要求。

船長(zhǎng)150m及以上的雙舷側(cè)結(jié)構(gòu)：內(nèi)殼板或外殼板為橫骨架形式，則肋骨內(nèi)表面之間的凈空≥600mm；而縱骨架形式，要求凈空≥800mm。

1.4 結(jié)構(gòu)焊接

焊接中宜重點(diǎn)關(guān)注全焊透焊縫和填角焊縫。全焊透焊縫：使用全焊透的部位主要是海水閥箱周界，受拉的支柱與板的連接處，垂直槽形艙壁與橫向底凳頂板連接處等。填角焊縫： 填角焊的焊腳高度不僅要考慮最小板厚，而且還考慮腐蝕的影響。凡是要求腐蝕增量加高的地方，焊腳高度也應(yīng)增加。填角焊的焊腳高度應(yīng)按照腐蝕增量進(jìn)行微調(diào)。填角焊中經(jīng)常遇到對(duì)構(gòu)件端部及端部處（15%跨距）焊縫的理解問題。構(gòu)件端部是指構(gòu)件端部的橫截面，而端部處（15%跨距）是指靠近端部沿跨長(zhǎng)方向15%范圍。

1.5 局部強(qiáng)度

局部強(qiáng)度方面，以下幾點(diǎn)是值得關(guān)注的。

1) 船長(zhǎng)150m及以上船舶載貨量曲線：

(1) 載貨量曲線，是反映貨艙最大允許載貨量和最小要求載貨量與貨艙中部吃水的函數(shù)關(guān)系。單艙和相鄰兩貨艙的載貨量曲線均應(yīng)在裝載手冊(cè)中反映。該曲線是基于局部強(qiáng)度校核工況應(yīng)為不同的協(xié)調(diào)標(biāo)志下如BC-A，BC-B，BC-C，NO MP等規(guī)定的直接強(qiáng)度分析的標(biāo)準(zhǔn)裝載工況。在審圖過程中，亦發(fā)現(xiàn)了BC CSR規(guī)范的部分計(jì)算公式與局部強(qiáng)度校核工況有不一致之處。

(2) 最大載貨量，是指船舶最大吃水時(shí)的載貨量，再加50%備品的相應(yīng)工況。因?yàn)榻ㄔ旌髢A斜試驗(yàn)獲得的空船重量往往與設(shè)計(jì)值有出入，如果傾斜試驗(yàn)得出的空船重量比原先預(yù)估的輕，則為達(dá)到最大吃水往往會(huì)增加貨艙的貨物重量，這樣可能會(huì)超過載貨量曲線的數(shù)值，因此在設(shè)計(jì)之初應(yīng)對(duì)載貨量給予一定的裕度。另外，應(yīng)注意貨艙載貨量中包含貨艙內(nèi)的貨物總重量和貨艙區(qū)雙層底內(nèi)壓載水重量。而貨艙內(nèi)有貨物且同時(shí)該貨艙下的雙層底內(nèi)有壓載水的情況往往在裝卸貨順序中會(huì)出現(xiàn)，所以在編制裝卸貨順序的時(shí)候應(yīng)特別注意。

(3) 對(duì)具有BC-A和BC-B標(biāo)志的船舶，其貨艙最大許用載貨量應(yīng)不超過進(jìn)水工況下雙層底能力和貨艙許用裝載評(píng)估中的貨艙許用載貨量。

2) 進(jìn)水工況下雙層底能力和貨艙許用裝載評(píng)估：從計(jì)算公式來看，BC CSR規(guī)范規(guī)定與IACS UR S20[2,3]要求是一致的。但底肋板和縱桁的腐蝕扣除不一樣。BC CSR規(guī)范是嚴(yán)格按照其腐蝕增量的選取來扣除，雙層底為壓載艙時(shí)，通常為3mm腐蝕量，而UR S20中只扣除2.5mm腐蝕量。

3) 內(nèi)底板的卷筒鋼板要求：由于考慮了船舶運(yùn)動(dòng)加速度的影響，前后貨艙的內(nèi)底厚度可能會(huì)比中間艙的要求高。BC CSR規(guī)范對(duì)卷筒鋼板要求進(jìn)行了修訂，以前散貨船規(guī)范規(guī)定墊料數(shù)量大于5時(shí)，內(nèi)底可視為承載均布載荷，而最新BC CSR規(guī)范已取消該項(xiàng)規(guī)定。

4) 授予抓斗標(biāo)志的板材要求：內(nèi)底板、底邊艙斜板、橫艙壁板和內(nèi)殼，不包括污水井，距內(nèi)底最低點(diǎn)向上3m范圍均應(yīng)滿足。應(yīng)注意是垂直方向上，且對(duì)于位于貨艙內(nèi)的通道或通風(fēng)圍阱側(cè)壁應(yīng)等同考慮。

5) 應(yīng)注意在雙舷側(cè)艙室作為空艙時(shí)，艙室邊界的構(gòu)件按壓載艙進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而對(duì)于腐蝕增量，仍作為空艙考慮。

6) 對(duì)于2010年1月1日及以后新建的散貨船，應(yīng)配備應(yīng)急拖帶程序手冊(cè)。一般該手冊(cè)是在船舶完工時(shí)編制，因此在設(shè)計(jì)過程中，系泊拖帶設(shè)備布置圖及其加強(qiáng)結(jié)構(gòu)中對(duì)手冊(cè)中拖帶設(shè)備的甲板結(jié)構(gòu)局部加強(qiáng)應(yīng)予以考慮。

此外還應(yīng)關(guān)注船首底部砰擊，船首外飄拍擊，垂直槽形水密橫艙壁進(jìn)水強(qiáng)度等等。

1.6 總縱強(qiáng)度

船體梁總縱強(qiáng)度，主要包含彎曲、剪切及極限強(qiáng)度[4]。其中以下幾點(diǎn)應(yīng)予以關(guān)注：

1) 計(jì)算船體梁剖面模數(shù)時(shí)，對(duì)縱向連續(xù)構(gòu)件變化處應(yīng)取較小的尺寸計(jì)入總強(qiáng)度。還應(yīng)將橫剖面位置的開口扣除。

2) 非均勻裝載工況，如隔艙裝載工況和貨艙有壓載水的重壓載工況以及BC-A或BC-B船舶進(jìn)水工況都可以進(jìn)行剪力修正。而最前端貨艙的前端和最后端貨艙的后端剪力不作修正。

3) 彎矩、剪力的設(shè)計(jì)許用值應(yīng)根據(jù)裝載手冊(cè)予以確定，并留有一定的裕度。計(jì)算剖面一般應(yīng)包含貨艙艙壁附近處及貨艙中點(diǎn)位置。

4) 散貨船的最大彎矩、剪力往往出現(xiàn)在正常壓載、重壓載和隔艙裝載工況這幾個(gè)工況中。

5) 裝載工況的設(shè)計(jì)應(yīng)同時(shí)滿足穩(wěn)性、強(qiáng)度及法定要求，而各方要求是相互關(guān)聯(lián)的，所以在設(shè)計(jì)時(shí)一定要全面考慮。

如船長(zhǎng)在150m以上船舶的適用壓載工況要求：

(1) 正常壓載工況——螺旋槳應(yīng)全浸沒，艉傾應(yīng)不超過0.015BPL ；對(duì)于所有壓載艙100%滿艙的工況，必須滿足總縱強(qiáng)度要求；

(2) 重壓載工況——螺旋槳浸深 /ID（I為螺旋槳中線至水線距離，D為螺旋槳直徑）應(yīng)至少為60%，艉傾不超過0.015BPL ；船首吃水應(yīng)不小于0.03BPL 或8m兩者中之小者；對(duì)于所有壓載艙100%滿艙的工況，必須滿足總縱強(qiáng)度要求。

(3) 凡擬在航行中進(jìn)行壓載/排壓載操作的船舶，對(duì)于壓載艙在壓載/排壓載的前后工況也應(yīng)納入裝載手冊(cè)；

(4) 壓載工況中，出港、到港和中途工況中，艏艉尖艙/或其他壓載艙的部分壓載不得作為設(shè)計(jì)工況，除非滿足下述要求：① 上述壓載艙在空艙與滿艙之間的所有壓載高度下，滿足設(shè)計(jì)應(yīng)力限制；② 對(duì)具有BC-A和BC-B標(biāo)志的散貨船，上述壓載艙在空艙與滿艙之間的所有壓載高度下，滿足進(jìn)水工況下船體梁總縱強(qiáng)度要求；③ 當(dāng)有多個(gè)液艙擬作部分壓載時(shí)，這些液艙的所有空艙、滿艙和給定水平的部分壓載的所有組合都應(yīng)考慮。載貨工況下，上述要求僅適用于艏艉尖艙。

(5) 如設(shè)有洗艙水艙，則典型工況中該艙應(yīng)為空艙。

1.7 直接強(qiáng)度分析

直接強(qiáng)度分析是對(duì)構(gòu)件設(shè)計(jì)尺寸的進(jìn)一步驗(yàn)證，借助于有限元計(jì)算軟件，分析主要支撐構(gòu)件的屈服、屈曲、疲勞和細(xì)化強(qiáng)度。標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算工況應(yīng)根據(jù)其附加標(biāo)志（BC-A或BC-B）及是否多港裝卸（No MP標(biāo)志）來確定。對(duì)具有BC-A或BC-B標(biāo)志的散貨船不論是否有重貨加強(qiáng)標(biāo)志，在無(wú)規(guī)定最大貨物密度的情況下，貨物密度必須以3.0t/m3考核。對(duì)于屈服應(yīng)力達(dá)到許用應(yīng)力95%而小于100%，應(yīng)進(jìn)行細(xì)化強(qiáng)度評(píng)估。一般應(yīng)關(guān)注頂/底凳端部，底邊艙斜板與內(nèi)底、實(shí)肋板相交處, 底凳下縱桁端部等位置。

易發(fā)生屈曲的部位是船底板、橫骨架式舷側(cè)外板和艙口間甲板。易發(fā)生疲勞位置為艙口角隅、貨艙肋骨與底邊艙斜板相連處，底凳與內(nèi)底連接，內(nèi)底與底邊艙斜板連接處。部分關(guān)鍵部位見圖3～6。

圖3 貨艙段模型

圖4 內(nèi)底與底邊艙斜板連接處

圖5 艙口角隅

圖6 貨艙肋骨與底邊艙斜板相連處

2 結(jié) 語(yǔ)

由于BC CSR對(duì)原先的散貨船規(guī)范作了大量的補(bǔ)充和修改，再加上彼此關(guān)注的側(cè)重點(diǎn)不一，存在理解上的差異。根據(jù)審圖工作中所遇到的問題作了闡述，希望本文能對(duì)BC CSR規(guī)范進(jìn)一步理解和正確運(yùn)用，起到一定的借鑒作用。

[1] 散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范[S]. 北京：人民交通出版社，2006.

[2] IACS. Common Structural Rules for Bulk Carriers. International Association of Classification Society[S]. 2010.

[3] IACS URS[S].

[4] 陳國(guó)建，韓天宇. 基于共同規(guī)范的散貨船疲勞分析[J]. 上海造船，2011, (3)： 8-13.