船體結構設計方法及注意要點分析

何正云，袁江波

（連云港蘇茂船舶技術服務有限公司，江蘇 連云港 222000）

隨著我國經濟的快速發(fā)展，對水上交通、海洋開發(fā)的需求越來越大。船舶作為水上交通和海洋開發(fā)的重要技術裝備，需要具有穩(wěn)定的性能和多樣化的功能。而科技水平的提升，使得船舶制造技術得到了大幅度提升，為水上交通和海洋開發(fā)提供了巨大的便利。因為船舶應用的領域較多，航行和作業(yè)環(huán)境較為惡劣，對船體產生的損壞較大，船舶需要承受的荷載越來越大。在這種情況下，需要不斷優(yōu)化船體結構設計，不僅要具有對抗內部及外部帶來的各種沖擊和腐蝕，還要在性能和功能上不斷擴展。船體作為船舶的主要組成結構，船體結構的穩(wěn)定性直接關系到整個船舶的安全性和穩(wěn)定性，所以要不斷優(yōu)化船體結構設計，提高船體結構的穩(wěn)定性，為船舶的安全高效作業(yè)創(chuàng)造良好的條件。

1 船體結構設計方法

1.1 船體結構設計的前期規(guī)劃

在船體結構設計前，要對船舶的用途、功能、作業(yè)條件等各項要素進行詳細的調查了解，只有明確這些要素，才能夠對船體結構設計中的各項參數(shù)進行合理的規(guī)劃。在船體結構設計時，還應該充分考慮船舶制造廠家的施工現(xiàn)場條件，現(xiàn)場條件是否能夠滿足設計方案的實施。如果施工現(xiàn)場條件與設計方案要求不符，不僅會影響船體結構的穩(wěn)定性要去，還會影響施工的進度，以及是否能夠繼續(xù)施工。在明確施工現(xiàn)場條件后，在結構設計中應該考慮安全性、穩(wěn)定性和經濟性。只有確保船體結構的安全性和穩(wěn)定性，才能夠考慮外觀的美觀性和其他功能設計。船體的結構設計需要滿足一定的力學條件，因為船舶經常需要在水上作業(yè)，所以要充分考慮天氣、水文等條件對船舶航行產生的影響，對船體結構的承重性以及航行動力進行科學的計算，確保設計方案和各項設計參數(shù)的合理性。在保證船體結構安全性和穩(wěn)定性的基礎上，還要考慮成本預算問題，盡量避免材料的浪費，以穩(wěn)定性為基礎考慮材料的環(huán)保性能，最好能夠找到安全和經濟的結合點，確保設計方案的最優(yōu)化。

1.2 船體結構的型式設計

船體結構的基礎型式一般為板架結構，可以根據(jù)功能和位置的位置的不同，將其分為幾個干板架。比如，甲板和船底板架可稱為船體梁的上翼板和下翼板，舷側板架為腹板，功能不同，骨架的排列模式不同，一般情況下，為橫縱骨架式結構。針對規(guī)模較大的船體結構設計，應該對船體的承重條件進行計算，然后有針對性地調整架構模式。在甲板和船底設計中，一般會使用縱向承重骨架，可以利用縱向的支撐力來提升整個船體的穩(wěn)定性。在選擇板材時，也要根據(jù)受力條件來確定，以確保船體能夠在最惡劣的條件可以最大限度地承受荷載。船舷一般會采用橫向結構設計，既不占用空間，又具有較好的平衡力，可增加倉容量，從而提升船體的載重能力。因為船舶規(guī)模較大，所以一會都會采用分段設計，這樣骨架在橫縱向設計過程中，就需要充分考慮到分段合攏過程中的接口問題，確保骨架結構之間能夠完美對接，確保船體結構的穩(wěn)定性和安全性。

1.3 船體結構的分段設計

分段設計是船體結構設計中經常會用到的方法，因為船體的規(guī)模較大，組成的構件較多，要想完成一體化設計和建造具有很大的難度，而且還會在部分環(huán)節(jié)出現(xiàn)設計問題。雖然采用分段設計還需要考慮后期的組合問題，但是卻在設計和建造的過程中節(jié)省很多精力，降低一定的難度，在設計、生產、建造以及檢測等環(huán)節(jié)都具有一定的便利性。在分段過程中，主要是要考慮船體整體結構的受力，功能等因素，可以首尾結構拆開，也可以上下結構拆開，具體可根據(jù)船體實際情況而定。在分段時，要充分考慮組合時的需求，設計要具有前瞻性和統(tǒng)籌性，為后續(xù)組裝工作奠定良好的條件。

1.4 分段接口的合理化設計

在船體結構分段設計時，要做好分段接口的合理化設計，以確保后期裝配時，兩個部分能夠順利組合，并且保證整體結構的穩(wěn)定性。在以往的分段設計中，一般都會將船體劃分為獨立的段落。P型的分段方式在組裝時往往會出現(xiàn)重心不穩(wěn)的現(xiàn)象，而且還需要大量的輔助支撐裝置才能夠完成裝配，直接影響整體結構的穩(wěn)定性和安全性，所以應該對這種分段方式進行優(yōu)化處理。通過優(yōu)化后的分段接口形式可以采用R型分段，在船體斷開的節(jié)點處加設面板。這種方式可以簡化分段裝配的難度，還可以提高焊接效率，確保船體整體結構的穩(wěn)定性。在分段接口處理中，還可以通過降低舾裝船臺工作量的方式改進設計方案。一般機艙都會劃分為雙層底、上下平臺幾個分段，在雙層底分段時，外板部分可以略高于雙層底100～150mm，可有效降低裝配作業(yè)時的工作量，縮短施工時間，提高裝配效率。在實際分段設計處理時，還應該根據(jù)船體的具體情況而定，采用最合適船體結構的接口方式，既能夠保證結構的穩(wěn)定性，又能夠為裝配工作提供便利條件。

2 船體結構設計中的注意要點

在船舶建造規(guī)模越來越大，負荷越來越重的情況下，船舶的結構也變得更加復雜。在船體結構設計中，任何一個細節(jié)的疏忽，都可能影響整個船體結構的穩(wěn)定性。所以在船體結構設計中，除了主體部分的設計，還應該加強對細節(jié)的設計處理。

2.1 輔助支撐裝置設計

因為船舶規(guī)模較大，所以在船體結構設計過程中，為了保證結構的穩(wěn)定性和生產進度，一般都會采用分段設計的方式。有些分段設計在裝配時會出現(xiàn)重心不穩(wěn)的情況，為了保證裝配作業(yè)的安全性和結構的穩(wěn)定性，就需要利用輔助支撐裝置，以便對主體部分能夠起到良好的支撐作用。雖然輔助支撐裝置并不是船體的組成部分，但是在分段裝配作業(yè)需要時，應該高度重視輔助支撐裝置的重要性，并且做好明確而詳細的規(guī)劃，可在設計圖紙中予以說明。為了確保輔助支撐裝裝置在實際應用中能夠發(fā)揮最大作用，設計人員可以與其他部門進行溝通，對輔助支撐裝置的類型、安裝的位置、安裝步驟等進行協(xié)商，既能夠保證生產制造作業(yè)的高效進行，又能夠最大限度地發(fā)揮輔助支撐裝置的作用。

2.2 船體結構設計中其他應該注意的細節(jié)

在船體結構時，還有很多細節(jié)需要注意，有些細節(jié)處理不好，不僅會對后期其他部分的安裝設計帶來難度，還會因為改變原有結構而降低船體結構的穩(wěn)定性。所以在船體設計之前，應該對整體結構進行統(tǒng)籌規(guī)劃，充分考慮后期可能遇到的問題，同時還要借鑒其他設計案例或者以往的經驗，提前做好各項準備工作。比如，對于過梁孔補板問題的處理，在后期安裝施工作業(yè)中，機艙是各種管線較為集中的區(qū)域，如果前期設計不合理，那么在安裝管線時，就會在船體結構上打孔，不僅破壞美觀性，同時也會對船體結構的穩(wěn)定性產生一定的影響。為了改善這一問題，可以將原來的過梁孔直接改成鑲嵌型的切口，這樣就會為管線布置留出大量的空間，盡量減少或者避免過梁孔。在分段設計時，還會遇到斷梁問題。在裝配作業(yè)中的截梁接梁，不僅會增加工作量，而且還影響結構的穩(wěn)定性。為了改善這一問題，可以將扶強材與梁上下兩端的肘板進行連接，將對接轉變?yōu)榇罱拥姆绞?，即可縮短裝配工作量和時間，又能夠保證結構的穩(wěn)定性。在實際設計工作中，還有很多細節(jié)需要處理，這就需要船舶設計人員要不斷提升自身的專業(yè)水平，積累大量的經驗，能夠不斷優(yōu)化船體結構設計方案，切實保證船體結構設計的穩(wěn)定性和安全性。

3 結語

船舶作為我國經濟發(fā)展中的重要技術裝備，在促進水上交通、海洋開發(fā)和國防建設中貢獻了巨大的力量。為了進一步促進船舶制造業(yè)的發(fā)展，我國的船舶逐漸向大規(guī)模、大重量、智能化的方向發(fā)展，在功能上不斷增強，在性能上不斷完善。船體作為船舶的重要組成部分，船體結構的穩(wěn)定性直接關系到整個船舶的穩(wěn)定性。所以在船體結構設計過程中，應該根據(jù)船舶的用途、功能、航速、荷載、運行環(huán)境等各項要素來制定設計方案。在船體結構設計中應該不斷優(yōu)化設計方法，加強對各個細節(jié)的處理，切實提升船體結構設計技術水平，為推動我國經濟的發(fā)展創(chuàng)造良好的條件。