超大型集裝箱船的總體設(shè)計難點

于柏楓

摘 要：根據(jù)近些年的的統(tǒng)計，集裝箱的海運量逐年增長，尤其是在近五年，增長趨勢尤為明顯，集裝箱海運量的迅速增長刺激了超大型集裝箱船的開發(fā)與研究，以適應(yīng)實際運輸?shù)男枰Ｒ?08研究所開發(fā)的超大型集裝箱船為例，系統(tǒng)的介紹超大型集裝箱船的總體設(shè)計難點，其中，結(jié)構(gòu)設(shè)計是重點也是難點，文章著重介紹結(jié)構(gòu)設(shè)計對其他設(shè)計進(jìn)行簡要的說明，以求對讀者有所幫助，起到拋磚引玉之功效。

關(guān)鍵詞：超大型集裝箱船；設(shè)計難點；優(yōu)化設(shè)計

引言

集裝箱還運量呈逐年上升的趨勢，亞太經(jīng)合組織曾預(yù)測，在未來十年間，集裝箱海運量將有更大幅度的上升，只有提升集裝箱船的裝載負(fù)荷才能滿足運輸?shù)男枰＜b箱運輸船的發(fā)展經(jīng)歷六代，超大型集裝箱船屬于第六代運輸船，其船寬大于32.2米，轉(zhuǎn)載能力達(dá)到萬箱級，運輸能力很大。相對于以往的運輸船而言，超大型集裝箱運輸船方形系數(shù)控制在0.6左右；航速較高；甲班的開口較大；船體尺度很大。就集裝箱船的發(fā)展而言，超大型集裝箱運輸船是發(fā)展的主流，文章就超大型集裝箱船進(jìn)行分析討論，深入分析其總體設(shè)計的難點。

1 安全通道的設(shè)計

一般來說，超大型集裝箱船的貨艙都是被設(shè)計成大開口雙殼箱這種形狀的，再加上在集裝箱船邊艙的二甲板上設(shè)計一條縱通的走道，同時在這一走道里，安裝上能夠使得船員更加方便更加容易進(jìn)入任何一個貨艙的水密門。對于超大型集裝箱船上的船員來說，在實際的航行過程中，這種安全通道的設(shè)計更加確保了船員進(jìn)貨艙進(jìn)行檢查工作的方便和安全。

2 壓載水的設(shè)計優(yōu)化

超大型集裝箱船屬于第六代運輸船，其船寬大于32.2米，可見其屬于寬體類的集裝箱船，它有良好的穩(wěn)定性，并且在實際的運營過程中，它所需要的壓載水是比較少的。因此，根據(jù)這種情況在設(shè)計壓載艙時，位于超大型集裝箱船首尾的兩個尖艙都必須設(shè)計成空艙，而不能被設(shè)置成普遍類型的壓載艙。這樣設(shè)計的空艙，它不僅使得船舶總縱彎矩降低，而且也能夠使得集裝箱船廠的管系放樣工作和涂抹壓載水艙保護(hù)層工作的工作量大大降低，進(jìn)而有利于建造成本的減少。

3 靜水彎矩的設(shè)計

在超大型集裝箱船的設(shè)計中合理的選取靜水彎矩值是整個船體設(shè)計的重中之重，合理選取此數(shù)值還能對船體的中剖面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。在進(jìn)行靜水彎矩的選取時，首先依據(jù)裝載手冊繪制超大型集裝箱船在各種裝載條件下的靜水彎矩的最值和剪力包絡(luò)線，對以上中的最值進(jìn)行比較選取其中的最大值，并設(shè)計出一定的裕量，不得不考慮的是，在不同工況下，船體的狀態(tài)不同，如若超大型集裝箱船出現(xiàn)一個貨倉卸載以后，整個倉無貨，此時船體的彎矩激增，彎矩的增量因素包括集裝箱的單位重量以及彎矩的增量。合理的設(shè)計靜水彎矩的裕量也是總體設(shè)計的難點，要解決此類問題，必須計算集裝箱的平均重量，各個貨倉單獨出現(xiàn)空倉的工況下的整個超大型集裝箱船船體的穩(wěn)定性以及強度，通過計算，選取其中的最大的彎矩值，再根據(jù)運載的具體要求，合理設(shè)計靜水彎矩的值，其裕量的選擇也不是越大越好，要根據(jù)需要設(shè)置合理的裕量值。

4 船體骨架的設(shè)計

超大型集裝箱船的船體的骨架設(shè)置應(yīng)該盡量的選取縱骨架的設(shè)計形式，采用此種骨架形式能夠有效使縱骨架參與超大型集裝箱船的縱梁的彎曲，這種形式可以有效的提升船體梁的總縱的強度，提升整個船體的抗彎曲、抗扭轉(zhuǎn)的能力。在進(jìn)行超大型集裝箱船的船骨設(shè)計時，除了首、尾部分結(jié)構(gòu)以及底部機艙部分區(qū)域以外，其他部分的設(shè)計均為縱骨架形式。超大型集裝箱船屬于布置型的船舶，如果整個船舶的集裝箱裝載數(shù)目一定，縱骨架間距的設(shè)置應(yīng)該依據(jù)導(dǎo)軌的設(shè)置，集裝箱的重量、布置以及板材所能承受的最大強度等，并不是沒有規(guī)律可循的。

5 骨架的選取以及船體的選材

超大型集裝箱船的選材大多數(shù)為型鋼或者、如球扁鋼或者角鋼，采用這三種鋼材可以在一定程度上減少鋼材的焊接量，在這三種鋼材中，超大型集裝箱船縱骨架的設(shè)計中最常用的就是角鋼，使用這種鋼材可以最大程度提升剖面模數(shù)，材料的利用率也較高，船體的重量也輕了許多，但是使用此種鋼材的造價較高。

超大型集裝箱船船體的選材應(yīng)該綜合考慮整個船只的總縱強度，扭轉(zhuǎn)強度以及船體的重量要求，超大型集裝箱船的中的貨倉應(yīng)該選用AH32高強度鋼材，HD36鋼材應(yīng)該在甲板的抗妞箱區(qū)使用，縱向艙口一般采用EH40剛強度鋼材，船體鋼材的選用一定要符合強度要求，高強度鋼材的使用比例須占整個鋼材使用量的60%以上。在鋼材的選擇上應(yīng)該注意以下幾點：（1）超大型集裝箱船船體的疲勞問題并非全部決定于使用鋼材的強度，但是不同強度鋼材選用不當(dāng)容易導(dǎo)致船體疲勞，因此，在鋼材的選用上應(yīng)該經(jīng)過反復(fù)的計算，平衡船體重量和船體的使用年限。（2）高強度鋼的節(jié)點設(shè)計應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格的管理，重要的節(jié)點應(yīng)該采用數(shù)值分析的方法進(jìn)行優(yōu)化處理。注重高強度鋼材的焊接，尤其是EH40鋼材的焊接，在進(jìn)行焊接之前應(yīng)該進(jìn)行焊接試驗，保證焊接的質(zhì)量。

6 超大型集裝箱船的總體設(shè)計優(yōu)化

全船的設(shè)計應(yīng)該保證船體的總體強度又要使整個船體的質(zhì)量最輕，還要綜合考慮整艘船建造的經(jīng)濟(jì)性，為此全船設(shè)計的優(yōu)化應(yīng)該包含以下幾點：（1）對縱骨穿過強框架的節(jié)點進(jìn)行合理的設(shè)計，最大程度較少小肘板以及補板的數(shù)量，在保證全船強度的前提下減少補板的數(shù)目，補板的形式越簡單越好。（2）在保證船體重量的前提下盡量減少板縫的數(shù)目；控制縱骨的高度，使其不影響正常的施工。（3）在保證船體重量的前提下減少板的規(guī)格，減少組合型鋼材的規(guī)格，盡量使用較為簡單的鋼材，節(jié)約成本。

7 結(jié)束語

超大型集裝箱船的總體的設(shè)計難點在于其靜水彎矩的確定以及船體骨架的設(shè)計，安全通道的設(shè)計以及壓載水的設(shè)計，另外，骨架的選材以及船體的用料也是影響船體使用性能的主要方面，優(yōu)化超大型集裝箱船的總體設(shè)計能夠節(jié)約建造成本，提升船體使用壽命。

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