船體總縱極限強(qiáng)度與可靠性分析

劉兆啟

山東海事職業(yè)學(xué)院航海學(xué)院 山東 濰坊 261000

前言

船舶是由板材和骨架構(gòu)成的浮動(dòng)建筑物，船體在重力、浮力、船體搖蕩運(yùn)動(dòng)中的慣性力、風(fēng)浪力等外力作用下，將不可避免地發(fā)生變形。為保證船舶安全，船體結(jié)構(gòu)必須具有抵抗發(fā)生過大變形和破壞的能力，這種能力稱為船舶強(qiáng)度。

固體散貨船在海上貨物運(yùn)輸中所占的地位十分重要。但近來頻頻發(fā)生事故給其造成了嚴(yán)重威脅，為了提高船舶航行的安全性，本文將闡述船體總縱極限強(qiáng)度與可靠性問題相結(jié)合，基于總縱極限強(qiáng)度的可靠性分析考慮了腐蝕、保養(yǎng)和維修等主要因素的影響。

一、船舶強(qiáng)度控制

1.1 船舶強(qiáng)度控制的幾個(gè)問題：

(1)對(duì)裝載手冊(cè)認(rèn)識(shí)不足；

(2)裝卸速度過快，造成短時(shí)間內(nèi)各艙貨物不勻，同一艙內(nèi)貨物不平穩(wěn)；

(3)所裝貨物不對(duì)稱，很多港口單純靠輸送帶灌裝方法裝貨，不能平艙將導(dǎo)致局部受力過大；

(4)為了調(diào)水尺和調(diào)橫傾不適當(dāng)?shù)呐抛狠d水，會(huì)造成船體強(qiáng)度受損。

1.2 采取的措施

針對(duì)以上存在的幾個(gè)問題，在實(shí)際操作中應(yīng)采取相應(yīng)的方法和具備基本的核算技能。

(1)在裝貨前，利用計(jì)算機(jī)軟件要求計(jì)算出海上的剪力、彎矩，剪力、彎矩不能超出許用值。

(2)應(yīng)參考手冊(cè)中提供的標(biāo)準(zhǔn)裝卸狀態(tài)，裝貨前與岸上協(xié)商，同時(shí)考慮到裝貨平均速度、作業(yè)時(shí)間、本船排水速度，預(yù)先編制好貨物裝載和壓載水排放順序表，通過隨時(shí)觀測(cè)本船前后吃水變化來掌握各艙貨物的重量，及時(shí)要求岸上換艙作業(yè)。

(3)編制好貨物裝載和壓載水排放順序表。裝貨與排水順序原則上是對(duì)應(yīng)的。即裝哪個(gè)艙，則排出其對(duì)應(yīng)壓載水柜的水。確定好裝、排順序后，應(yīng)算出每一步的水尺，交給值班駕駛員，使其根據(jù)水尺的變化及時(shí)通知岸上換艙，這樣，就能最大限度地掌握船舶強(qiáng)度，不使個(gè)別艙超出許用值。

二、船舶總縱強(qiáng)度

2.1 闡述船體發(fā)生總縱彎曲定義和影響總縱因素的因素

船舶漂浮在靜水中受到的外力有整個(gè)船舶的重力和水對(duì)船的浮力。整個(gè)船舶的總重力與總浮力總是平衡的。但在船體長度的每一段上其重力與浮力是不平衡的，這是因?yàn)榇暗闹亓ρ卮L分布的規(guī)律與浮力沿船長分布的規(guī)律不一致的緣故。其結(jié)果造成船體沿船長方向上彎曲變形，這種彎曲稱為縱向彎曲，船舶抵抗縱向彎曲的能力稱為船體縱向強(qiáng)度。

在安排貨物重量沿船舶縱向分布時(shí)，還應(yīng)考慮的因素：(1)貨物裝卸過程中；(2)中途港裝卸貨物后；(3)油水分布及使用。

三、腐蝕對(duì)總縱強(qiáng)度的影響

根據(jù)我國《鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范》的規(guī)定，校核船舶的總縱強(qiáng)度時(shí)，可以用實(shí)測(cè)船體板材的厚度，利用推薦公式計(jì)算船舶的許用剪力、彎矩，可以利用彎曲應(yīng)力公式，求取測(cè)定時(shí)船體的剖面模數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出船舶的許用彎矩。

四、保證船體強(qiáng)度的措施

4.1 滿足法規(guī)要求 本規(guī)定適用于國際航行和500總噸及以上的國內(nèi)沿海航行的船舶，對(duì)國內(nèi)航行的其它“船舶”的檢驗(yàn)，仍按本局相應(yīng)的營運(yùn)船舶檢驗(yàn)規(guī)程或由各地驗(yàn)船部門參照本規(guī)定制定適用的實(shí)施細(xì)則。

4.2 加強(qiáng)船體保養(yǎng)和檢修 船體表面的腐蝕有兩種：一種是全面腐蝕，除銹比較困難；第二種是局部腐蝕，危害性更大，一旦局部爛穿將嚴(yán)重影響船舶的安全。為了船舶安全，必須做好船舶保養(yǎng)計(jì)劃，通常是先制定年度計(jì)劃，并以此為基礎(chǔ)制定航次保養(yǎng)計(jì)劃。同時(shí)應(yīng)經(jīng)常、定期地 檢查船體的技術(shù)狀態(tài)，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問題并加以修理，消除船舶潛在的缺陷和隱患，延長船舶的營運(yùn)期。同時(shí)在裝載時(shí)應(yīng)注意針對(duì)具體的采取相應(yīng)的措施。

4.3 完善配載計(jì)劃，改善船舶受力 無論是新造船舶，還是已營運(yùn)多年的船舶，都要正確地使用船舶，通過合理的配置載荷來改善船舶受力情況，保證船舶強(qiáng)度條件始終處于良好的狀態(tài)。為此，應(yīng)注意如下事項(xiàng)。

(1)在配載中應(yīng)按各艙艙容大小分配各貨艙貨物重量。在實(shí)際裝載中，為了操作方便，允許對(duì)所確定的分配量做適量浮動(dòng)，其上下浮動(dòng)量一般可取分配貨量的10%。

(2)裝卸貨物順序及打排壓載水對(duì)縱向強(qiáng)度的影響貨物在裝卸過程中，應(yīng)盡量使船長各段上的重力和浮力保持一致，這就要求各艙貨物均衡裝載或卸出。在實(shí)際工作中，應(yīng)爭(zhēng)取多頭裝卸作業(yè)，及時(shí)更換作業(yè)艙室，即使艙室交替進(jìn)行裝卸，因此要做好貨物裝卸計(jì)劃，確定各艙裝卸順序和壓載水打排順序，防止出現(xiàn)過大的剪力和彎矩。

(3)當(dāng)船舶在中途港卸下或裝上的貨物數(shù)量較大時(shí)，該港貨物不得過于集中配裝在一個(gè)貨艙內(nèi)，以免卸貨或裝貨后產(chǎn)生過大剪力或彎矩而損傷船體強(qiáng)度；也不應(yīng)過于分散，否則會(huì)過多地移動(dòng)或更換裝卸工具。應(yīng)視其貨物裝上或卸下的重量情況，分裝于2～3個(gè)貨艙內(nèi)。

結(jié)論

本文運(yùn)用船舶總縱強(qiáng)度的概念，結(jié)合船體腐蝕狀況和完善配載計(jì)劃，分析了船體總縱極限強(qiáng)度與可靠性，并提出了一些保證船舶強(qiáng)度的措施，以望引起船上工作人員的重視，加強(qiáng)船舶的日常保養(yǎng)工作和檢修工作，減少船舶事故的發(fā)生。