船舶結(jié)構(gòu)缺陷及其修理的一般原則

馮欣 姜奎富 武爽

摘 要：結(jié)合船舶結(jié)構(gòu)的缺陷情況，本文舉了一些關(guān)于結(jié)構(gòu)缺陷形成之后產(chǎn)生的危害的典型案例，借以闡述船舶結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)的重要性，提出防止出現(xiàn)船舶結(jié)構(gòu)缺陷以及修理原則的相關(guān)理論。

關(guān)鍵詞：船舶結(jié)構(gòu)；缺陷分析；修理原則

船舶在營運(yùn)的過程中，隨著環(huán)境荷載和操作荷載的不斷作用，服務(wù)能力會逐漸出現(xiàn)衰減的趨勢，在復(fù)雜的環(huán)境下，結(jié)構(gòu)功能的喪失意味著船舶遭到了破壞，影響船齡的增長以及船舶的使用。一旦超過期望壽命，船舶運(yùn)輸部門就要面對結(jié)構(gòu)損失帶來的危害，不僅是人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全，還有環(huán)境污染等問題。

1、船舶結(jié)構(gòu)缺陷概述

以單殼油輪為例，該船舶在運(yùn)載燃料油的途中，遭遇到了低氣壓過境后出現(xiàn)的惡劣天氣，致使船殼出現(xiàn)了裂縫，長達(dá)6043毫米，導(dǎo)致了燃油泄漏的事故，沿途的海岸、海灘遭到了重度污染，給海洋生態(tài)環(huán)境帶來了巨大的災(zāi)難。因此，對于船舶結(jié)構(gòu)的問題必須要加以重視，做好維護(hù)工作，延長船舶使用壽命，這是交通運(yùn)輸部門的重要職責(zé)。

1.1船舶結(jié)構(gòu)缺陷的種類包括：結(jié)構(gòu)嚴(yán)重腐蝕，甚至銹穿；板材裂紋，型材裂紋，焊縫裂紋；結(jié)構(gòu)的彎曲，扭曲以及褶皺。造成缺陷的原因一般包括：1、船舶建造過程中產(chǎn)生的缺陷，指船體結(jié)構(gòu)在制作過程中由于采用各種冷熱加工工藝， 因此在板格中會引起初始變形和焊接殘余應(yīng)力， 通常把初始變形和焊接殘余應(yīng)力稱之為初始缺陷， 初始缺陷的存在會降低板格的極限承載能力。2、船舶使用過程中產(chǎn)生的缺陷，來自于外部因素和內(nèi)部因素對結(jié)構(gòu)的損耗。其外部因素：人為的操作失誤和意外的環(huán)境條件影響， 很可能因此而遭遇到各種力學(xué)損傷，如偶然荷載、局部撞擊等等。這將導(dǎo)致板元的機(jī)械損傷，結(jié)構(gòu)損傷也能使承載能力降低。又如酸性貨物、海水帶來的腐蝕，潮濕、溫度等帶來的材料屬性的變化。其內(nèi)部因素：如電化學(xué)腐蝕，包括應(yīng)力腐蝕、疲勞腐蝕、海洋生物腐蝕等等（1）。

另外，由于意外事故導(dǎo)致船舶結(jié)構(gòu)出現(xiàn)超負(fù)荷，例如擱淺、觸礁以及裝卸貨物時的碰撞等，也是導(dǎo)致船舶結(jié)構(gòu)超出正常性能的原因。再例如由于船舶的某個構(gòu)件出現(xiàn)了不同形式的損壞，也是缺陷產(chǎn)生的原因。

1.2船舶一旦出現(xiàn)結(jié)構(gòu)缺陷，例如電化學(xué)腐蝕，就會造成結(jié)構(gòu)上的嚴(yán)重破壞，影響結(jié)構(gòu)的完整性，同時也會導(dǎo)致局部強(qiáng)度不足，局部構(gòu)件的破壞，內(nèi)部應(yīng)力超過材料允許負(fù)荷，以及船舶的水密性失衡等情況，從而帶來了裂紋的擴(kuò)散，局部強(qiáng)度不足引起的變形，還會影響船舶構(gòu)件的承載能力，最終造成船舶的毀滅。

1.3典型船舶結(jié)構(gòu)的缺陷，如腐蝕，出現(xiàn)在頂邊艙內(nèi)、船壁板、面板等處，或者出現(xiàn)在船艙強(qiáng)框架下的面板、縱骨部分，還有肘板等位置，散貨船的扶墻材、艙內(nèi)上部肋骨、平臺板以及艙口圍板的位置等。裂紋，出現(xiàn)在高應(yīng)力的部位，截面突變的地方，艙壁和甲板相交的地方，部分設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)睦甙蹇v骨貫穿孔邊緣等。變形，出現(xiàn)在強(qiáng)框架腹板，肋骨腹板，船舷肋骨和平臺板的位置，還有主甲板以及甲板縱骨的地方（2）。還有就是偷工減料導(dǎo)致的變形，是沒有嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)圖紙就進(jìn)行施工造成的。

2、船舶結(jié)構(gòu)缺陷修理的一般原則

2.1進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)的修理，需要確定的是修理的范圍和方法，修理的工藝等。對于船舶結(jié)構(gòu)機(jī)型的修理，主要針對的是結(jié)構(gòu)的開裂、脫焊等缺陷，超過規(guī)定的腐蝕極限或者變形極限，有著具體的參考數(shù)值。例如要求船長大于等于65米的船舶，中部的0.4L的區(qū)域內(nèi)，船體最小的中剖面模數(shù)，不能小于CCS規(guī)定的模數(shù)乘以90%，總縱強(qiáng)度在檢驗(yàn)的時候，對于船齡15年以上的客船等，要進(jìn)行最小中剖面模數(shù)的計(jì)算。

對于變形極限的規(guī)定，例如橫骨架式的強(qiáng)力甲板，相關(guān)的數(shù)值要求為：最大的允許撓度不能大于2.5，縱骨架式強(qiáng)力甲板皺褶的最大允許撓度，不能大于0.07。其他構(gòu)件的變形極限，骨材自由端的偏移不能超過長度的4%，肘板不允許有皺褶和變形，骨架不能有明顯的彎曲和變形（3）。改造中的持續(xù)受力構(gòu)件由于強(qiáng)度的缺失產(chǎn)生了變形，發(fā)生變形的情況包括：舊船體在縱向或者橫向強(qiáng)度作用力下，發(fā)生了橫斷口，需要加大尺寸，視斷面平整度的變化而定。這其中臨時性的密性和扶強(qiáng)是非常有必要的。

2.2進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)缺陷的修理，通常采用的方法包括紅火校正、結(jié)構(gòu)改進(jìn)、添加貼覆板、補(bǔ)焊和換新。

對于腐蝕超過允許值的外板和肋骨，進(jìn)行割換修理，對于產(chǎn)生在甲板、內(nèi)底板的裂紋，使用低氫焊條進(jìn)行焊接，如果裂紋擴(kuò)大到板材上，進(jìn)行局部的割換是必要的。臨時的措施針對的是普通厚度的復(fù)板，可以進(jìn)行封蓋，然后全部更換。如果發(fā)生了船舷側(cè)板附近的橫艙壁板的屈曲，則采用低氫焊條進(jìn)行焊接，然后局部換新。

對頂邊艙中的構(gòu)件，如面板等部位，如果超過了允許量，要進(jìn)行割換和局部的加強(qiáng)，適當(dāng)增加肘板的數(shù)量，對縱骨加以更換，防止由于應(yīng)力過大引起的斷裂和變形。對于甲板結(jié)構(gòu)缺陷的處理，針對的是變形、裂紋和腐蝕，采取全部焊透的方式，適當(dāng)加強(qiáng)嵌入板的厚度和鋼材的等級，對于艙口蓋板的腐蝕，采用全焊透的方法進(jìn)行焊接。如果裂紋出現(xiàn)在底邊艙的部位，則批掉裂紋，使用低氫焊條進(jìn)行補(bǔ)焊，或者將板材進(jìn)行局部割換，增加肘板，如果出現(xiàn)了雙層底內(nèi)的構(gòu)件腐蝕，則進(jìn)行全部更換。

2.3對于船舶結(jié)構(gòu)進(jìn)行修理的程序，要求要先向船級社審圖部門提交相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙供審核批準(zhǔn)后方可施工，重要的工藝需要驗(yàn)船師審查并認(rèn)可，未經(jīng)認(rèn)可，不能進(jìn)行強(qiáng)力構(gòu)件的移動，不能在甲板、水密艙壁進(jìn)行開口。修理施工要有資質(zhì)的施工隊(duì)負(fù)責(zé)。必要的施工設(shè)備要配齊。

確定好結(jié)構(gòu)修理方案之后，相關(guān)人員要進(jìn)行項(xiàng)目的探傷工作，電焊工作由焊工負(fù)責(zé)，焊接方法、焊接工藝均要符合施工要求。驗(yàn)船師負(fù)責(zé)抽查和檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有不合格的地方要求立即整改，重要的對接焊縫施工要求驗(yàn)船師進(jìn)行無損探傷檢查。修理后，驗(yàn)船師要提交材料合格證明，完工圖紙、探傷報(bào)告等（4）。

3、船舶結(jié)構(gòu)缺陷修理案例分析

某大型油船加班板屈曲強(qiáng)度發(fā)生了結(jié)構(gòu)缺陷，采用了CCS對于船用鋼材的指標(biāo)，如強(qiáng)度、屈服極限等進(jìn)行了嚴(yán)格的校核，對于影響船舶結(jié)構(gòu)修理質(zhì)量的因素，如人員的施工技術(shù)、焊接材料、施工環(huán)境等要加以預(yù)估和評定，保證材料的韌性等技術(shù)指標(biāo)滿足施工要求，施工人員的技術(shù)水平和責(zé)任心要到位。

在進(jìn)行傳播直接計(jì)算的屈曲分析中，使用了CCS評估方法，結(jié)合ABS、NK計(jì)算進(jìn)行了數(shù)據(jù)圖表額比較。經(jīng)過計(jì)算，多種計(jì)算方法得到的結(jié)果十分接近，驗(yàn)證結(jié)果是，經(jīng)過缺陷修復(fù)之后的甲板屈曲強(qiáng)度能夠滿足船舶運(yùn)行需要。

按照船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，扶強(qiáng)材的抗屈曲能力應(yīng)大于板格，常見在筋條之間的板格屈曲。綜合考慮復(fù)合盈利作用、彈塑性修正應(yīng)力、屈曲安全因子，制定了關(guān)于船體結(jié)構(gòu)屈曲強(qiáng)度的直接計(jì)算估衡準(zhǔn)方法。

依據(jù)CCS的相應(yīng)指南計(jì)算屈曲的求解方法

采用CCS船級社在船體結(jié)構(gòu)屈曲強(qiáng)度方面的計(jì)算，進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)屈曲等問題的解決，經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證擁有很好的應(yīng)用效果。

結(jié)語：

影響船舶的航行安全的重要因素之一就是船舶的結(jié)構(gòu)缺陷，為了消除安全隱患，加強(qiáng)檢驗(yàn)和必要的修理工作是必不可少的，相信未來，隨著維護(hù)保養(yǎng)工作的加強(qiáng)，船舶的安全事故將明顯地得到控制。同時，為了減少船舶結(jié)構(gòu)缺陷的出現(xiàn)，各級監(jiān)管部門也要強(qiáng)化對船廠的監(jiān)管力度，防止在結(jié)構(gòu)缺陷維修的過程中偷工減料、不按圖紙進(jìn)行施工的情況發(fā)生，保證船舶安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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