船體結(jié)構(gòu)設(shè)計及細(xì)節(jié)分析

林海棠

【摘 要】目前，考慮到船體生產(chǎn)設(shè)計與制造的復(fù)雜性，其包含的作業(yè)內(nèi)容相對較多，再加上本身的工作量較大，周期較長，種類較多，所以，如何才能夠安全高效的進(jìn)行船體的設(shè)計生產(chǎn)與制造就成為重中之重。本文針對船體結(jié)構(gòu)設(shè)計以及相應(yīng)的建造細(xì)節(jié)進(jìn)行分析，希望可以對今后的船體結(jié)構(gòu)設(shè)計有一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】船體；結(jié)構(gòu)；設(shè)計；建造

中圖分類號： U662；U671 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）32-0233-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.32.108

【Abstract】At present， considering the complexity of hull production design and manufacturing， the content of hull production is relatively large， coupled with its large workload， longer cycle and more types， so how to design， produce and manufacture hull safely and efficiently becomes the top priority. In this paper， the hull structure design and the corresponding construction details are analyzed， hoping to provide some reference for future hull structure design.

【Key words】Hull； Structure； Design； Construction

在我國，造船行業(yè)屬于極為重要的生產(chǎn)行業(yè)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計會直接影響船體以及船舶的使用，因此，做好對應(yīng)的設(shè)計，才能更好的提升船體質(zhì)量，同時也能夠提升船舶的使用效能。所以，合理的分析船體的結(jié)構(gòu)設(shè)計方式，能夠?yàn)楹罄m(xù)的優(yōu)化設(shè)計提供一定的借鑒。

1 船體結(jié)構(gòu)設(shè)計條件

基于實(shí)用性作為船體結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，在安全性能得以滿足之下再考慮外表。只有實(shí)現(xiàn)了安全航行，才能體現(xiàn)其利益。船體的穩(wěn)定性偏向于基礎(chǔ)設(shè)計理念，結(jié)構(gòu)設(shè)計還需要考慮力學(xué)條件?；诤胶Ｒ?guī)律，最大限度的分析水文因素和天氣因素帶來的實(shí)際影響，以此來應(yīng)對出航的惡劣天氣，同時，當(dāng)本身的承重性得到保障，其外部的形態(tài)設(shè)計可以滿足航行動力需求，在實(shí)際設(shè)計中，就需要對其計算與構(gòu)思加以分析，進(jìn)而達(dá)到設(shè)計要求[1]。

結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定要求，實(shí)際上就是需要建造技術(shù)水平能夠達(dá)到設(shè)計條件，并且在具體的過程中還應(yīng)該對材料的實(shí)際性能加以分析。實(shí)用性本身就是需要從設(shè)計的角度來分析體系的問題，對于船體、甲板等設(shè)計，也需要有對應(yīng)的裝載條件，并且要滿足設(shè)計的合理性要求，其不僅僅需要囊括對應(yīng)的貨物與人員，同時還需要確保本身的安全性。

2 船體結(jié)構(gòu)型式及細(xì)節(jié)設(shè)計分析

2.1 船體結(jié)構(gòu)型式

船體結(jié)構(gòu)本身的基礎(chǔ)模式是板與型材的結(jié)合，屬于板架結(jié)構(gòu)。考慮到結(jié)構(gòu)的地方與功能的差異，也會將其劃分為不同的干板架。在實(shí)際分析中，甲板屬于船體梁的上翼板，而船底板屬于船體梁的下翼板，其舷側(cè)板則是腹板。不同的功能，所需要的骨架排列模式也會出現(xiàn)一定差異，針對翼板的實(shí)際情況，主要是橫縱兩種骨架[2]。

對于大規(guī)模船體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，還應(yīng)該對其承重的條件進(jìn)行分析，并且改變其架構(gòu)模式。船體的底部和甲板設(shè)計可以選擇縱向的承重骨架，利用支撐力就可以滿足船體安全性的需求，并且板材需要達(dá)到基礎(chǔ)受力條件，并且在惡劣環(huán)境下，還應(yīng)該對其最大承受力加以分析，讓船舷實(shí)現(xiàn)橫向的結(jié)構(gòu)設(shè)計，滿足平衡受力的要求，這樣才能讓其載重性能得以體系那。

橫向設(shè)計的另外一個優(yōu)勢在于空間占據(jù)較小，可以提供更大的艙容量。在縱向結(jié)構(gòu)配置中，有大量的縱向構(gòu)件要直接穿越橫向構(gòu)件。在分段合攏過程中，會有大量結(jié)構(gòu)的存在，這樣就會配置更多的縱骨架結(jié)構(gòu)，所以，對于甲板與船底板，一般都會考慮到橫骨架結(jié)構(gòu)[3]。

如，針對干貨船，其上部的甲板所使用的橫骨架式結(jié)構(gòu)，具體的設(shè)計情況如下：

第一，船只本身的長度不超過10m的時候，其船只長度在10m到120m，L/D不超出11。整個彎矩偏小，中刨面模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值較小，個別的強(qiáng)度要求就成為重點(diǎn)。

第二，上方甲板經(jīng)常會擺放貨物，這樣會導(dǎo)致橫向荷載較大，如果選擇縱骨架結(jié)構(gòu)，會對艙容帶來更大的影響，因此，就需要利用橫骨架機(jī)構(gòu)。

其中，1代表甲板；2代表船舷頂列板；3代表船舷側(cè)板；4代表船舷列板；5代表船底板；6代表中內(nèi)龍骨；7代表平板龍骨；8代表旁內(nèi)龍骨；9代表兩肘板；10代表甲板縱桁；11代表肋骨；12代表強(qiáng)肋骨；13代表舷側(cè)縱桁；14代表肋板；15代表橫梁；16代表橫艙壁板。

針對船體，利用骨架式結(jié)構(gòu)，其實(shí)際情況為：

第一，船只的長度不超過10m，L/D不會超過12的時候，其船底外板的實(shí)際厚度不是按照強(qiáng)度情況來確定的，其主要是根據(jù)磨損以及銹蝕的實(shí)際情況來確定。

第二，船只本身的中垂彎矩已經(jīng)超出中拱彎矩一定限度時。

第三，船底容易出現(xiàn)擱淺，或者是在利用抓斗起貨時，再加上船艙底沒有護(hù)板的支持，其厚度則直接取決于實(shí)際磨損度。船舷側(cè)結(jié)構(gòu)的確定是通過橫艙壁之間的距離以及甲板同艙底距離來確定的。一般情況下，垂直距離不得存在橫骨架式，這對于航行在結(jié)冰區(qū)式非常重要的。如果所處的區(qū)域?yàn)槎欤衅”诺拇嬖?，針對船舷?cè)結(jié)構(gòu)骨架，就需要認(rèn)真的分析這一個問題。

2.2 船體結(jié)構(gòu)設(shè)計中的細(xì)節(jié)處理

在整體性的船體結(jié)構(gòu)型式分析之后，現(xiàn)針對其細(xì)節(jié)處理進(jìn)行闡述。

2.2.1 前期設(shè)計

在船體結(jié)構(gòu)設(shè)計細(xì)節(jié)處理之前，還需要做好前期規(guī)劃，并且按照設(shè)計的要求與準(zhǔn)則來確定基本的任務(wù)。按照預(yù)想的稿件來進(jìn)行設(shè)計處理，并且按照設(shè)計技術(shù)要求和預(yù)計方案，制定相應(yīng)的用度預(yù)算計劃和材料與零件規(guī)格，并且做出預(yù)算總結(jié)，這樣才可以深入的開展后續(xù)的尺寸大小以及結(jié)構(gòu)方式的設(shè)計。

2.2.2 分段接口合理化

對于船體設(shè)計而言，船體分段接口設(shè)計非常重點(diǎn)，還需要考慮其優(yōu)化處理：第一，方便船體分段裝配工作的順利實(shí)施。傳統(tǒng)的分段設(shè)計是將艙體劃分為獨(dú)立的段落，P型的分段會讓船體出現(xiàn)中心不均勻的情況，導(dǎo)致在后期的裝配中需要大量的輔助支撐才可以規(guī)避這一缺點(diǎn)。在改進(jìn)分段接口時，將面板加設(shè)到船體斷開節(jié)點(diǎn)處，這樣就會直接形成R型分段，從而簡化分段裝配。這樣不但可以提高焊接效率，同時也可以提升船體安全性。第二，降低舾裝的船臺工作量。一般情況下，機(jī)艙區(qū)域劃分為機(jī)艙雙層底、下平臺、上平臺幾個分段。對于雙層底分段的外板應(yīng)高出雙層底100-150mm左右。這樣的設(shè)計，就會降低其實(shí)際裝配作業(yè)工作量，同時還可以縮短工時[4]。

2.2.3 改善通焊孔

對于通焊孔的設(shè)計，也需要達(dá)到船舶的使用要求。作為船體設(shè)計人員，應(yīng)該按照實(shí)際的要求來設(shè)計通焊孔的切角與半徑。如在散貨船船體設(shè)計中，其底邊艙斜坡板與雙層底內(nèi)底板對接的屬于高應(yīng)力區(qū)，為了滿足應(yīng)力要求，一般會利用補(bǔ)板或者是增加墊板的方式。但是如果補(bǔ)板過多，會增加工作量，提升工作難度，導(dǎo)致設(shè)計出現(xiàn)不合理之處。所以，在設(shè)計的初期階段，就需要讓通焊孔的設(shè)計滿足要求與規(guī)格，可以減輕操作難度以及工作量，讓設(shè)計更加的人性化、合理化。

2.2.4 結(jié)構(gòu)過梁孔補(bǔ)板

在設(shè)計中，很容易忽視結(jié)構(gòu)過梁孔補(bǔ)板的問題，針對不同船體的不同要求，客戶就會按照自己的需求來提出對應(yīng)的要求，而設(shè)計人員一般會選擇標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則來進(jìn)行設(shè)計，但是卻很容易忽視這一內(nèi)容。此外，考慮到機(jī)艙是各種管系集中的區(qū)域，這樣就可能與船體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)沖突。一般來說，就容易出現(xiàn)在船體結(jié)構(gòu)上為了布置管系而打孔的情況，而這一問題也一直困擾著設(shè)計人員。如果將原本的過梁孔直接改變成為鑲嵌型的切口，這樣就可以讓管系布置的空間大幅度的增加，并且還可以減少結(jié)構(gòu)的過梁孔，這樣就可以將原本布置沖突加以改善，同時也可以滿足空間利用率的提升。

2.2.5 斷梁問題處理的優(yōu)化

針對船體結(jié)構(gòu)監(jiān)造細(xì)節(jié)處理，主要是針對斷梁問題。在斷梁問題優(yōu)化處理中，設(shè)計人員首先需要考慮到分段定位，將斷梁部位處理點(diǎn)接上。這一過程中，設(shè)計人員為了避免船臺裝配之中截梁接梁，從而增加工作量，設(shè)計人員就可以考慮到將扶強(qiáng)材與梁上下兩端的肘板的連接直接從原本的對接轉(zhuǎn)變成為搭接的方式，這樣就可以滿足基礎(chǔ)條件下節(jié)省船臺裝配時間。并且在斷梁問題處理的優(yōu)化中，在不影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時，也不會改變結(jié)構(gòu)的理論線，從而消除客戶對于截梁再接梁產(chǎn)生的疑慮。

2.2.6 底部沖擊板的合理設(shè)置

針對船體結(jié)構(gòu)設(shè)計的細(xì)節(jié)處理，還應(yīng)該考慮到底部沖擊板的設(shè)置。在底部沖擊板設(shè)置過程中，首先要在艙底板安裝就位后才能進(jìn)行測深墊板的安裝。在這一過程中還需要考慮到，由于艙底板屬于外底板，并且外底板擁有線型，這樣就會在測深管安裝就位之后在進(jìn)行測深墊板的安裝，這樣就會增加整體的施工難度。所以，工作人員為了調(diào)整這一情況，就會提前在測深管底提前裝上測深墊板，這樣就可以在測深管底部開設(shè)一個長孔，進(jìn)而滿足測深的需求，在滿足監(jiān)造施工強(qiáng)度降低的同時，也能滿足客戶的要求。

3 結(jié)語

總而言之，在進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)設(shè)計中，考慮到船體結(jié)構(gòu)設(shè)計工作量較大，所以，很多細(xì)節(jié)工作都需要做好對應(yīng)的設(shè)計與安排，并且還需要合理的優(yōu)化整個結(jié)構(gòu)設(shè)計。利用多樣化的轉(zhuǎn)變船體結(jié)構(gòu)設(shè)計，這樣就可以提升船舶生產(chǎn)質(zhì)量，確保其達(dá)到既定的標(biāo)準(zhǔn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]葉江波.船體結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2017（08）：7-8.

[2]張如成.生產(chǎn)導(dǎo)向的船體結(jié)構(gòu)設(shè)計研究及應(yīng)用[J].機(jī)電信息，2017（33）：109-110.

[3]王斌.試分析船體結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計[J].科技風(fēng)，2018（18）：88.

[4]楊麗榮，顧慶，王瑩.試論船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計理念形成[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（17）：244.