超大型集裝箱船的總體設計難點

于柏楓

摘 要：根據近些年的的統計，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與研究，以適應實際運輸的需要。以708研究所開發的超大型集裝箱船為例，系統的介紹超大型集裝箱船的總體設計難點，其中，結構設計是重點也是難點，文章著重介紹結構設計對其他設計進行簡要的說明，以求對讀者有所幫助，起到拋磚引玉之功效。

關鍵詞：超大型集裝箱船；設計難點；優化設計

引言

集裝箱還運量呈逐年上升的趨勢，亞太經合組織曾預測，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荷才能滿足運輸的需要。集裝箱運輸船的發展經歷六代，超大型集裝箱船屬于第六代運輸船，其船寬大于32.2米，轉載能力達到萬箱級，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。就集裝箱船的發展而言，超大型集裝箱運輸船是發展的主流，文章就超大型集裝箱船進行分析討論，深入分析其總體設計的難點。

1 安全通道的設計

一般來說，超大型集裝箱船的貨艙都是被設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，這種安全通道的設計更加確保了船員進貨艙進行檢查工作的方便和安全。

2 壓載水的設計優化

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，根據這種情況在設計壓載艙時，位于超大型集裝箱船首尾的兩個尖艙都必須設計成空艙，而不能被設置成普遍類型的壓載艙。這樣設計的空艙，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層工作的工作量大大降低，進而有利于建造成本的減少。

3 靜水彎矩的設計

在超大型集裝箱船的設計中合理的選取靜水彎矩值是整個船體設計的重中之重，合理選取此數值還能對船體的中剖面進行優化設計。在進行靜水彎矩的選取時，首先依據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線，對以上中的最值進行比較選取其中的最大值，并設計出一定的裕量，不得不考慮的是，在不同工況下，船體的狀態不同，如若超大型集裝箱船出現一個貨倉卸載以后，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。合理的設計靜水彎矩的裕量也是總體設計的難點，要解決此類問題，必須計算集裝箱的平均重量，各個貨倉單獨出現空倉的工況下的整個超大型集裝箱船船體的穩定性以及強度，通過計算，選取其中的最大的彎矩值，再根據運載的具體要求，合理設計靜水彎矩的值，其裕量的選擇也不是越大越好，要根據需要設置合理的裕量值。

4 船體骨架的設計

超大型集裝箱船的船體的骨架設置應該盡量的選取縱骨架的設計形式，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、抗扭轉的能力。在進行超大型集裝箱船的船骨設計時，除了首、尾部分結構以及底部機艙部分區域以外，其他部分的設計均為縱骨架形式。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目一定，縱骨架間距的設置應該依據導軌的設置，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，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該綜合考慮整個船只的總縱強度，扭轉強度以及船體的重量要求，超大型集裝箱船的中的貨倉應該選用AH32高強度鋼材，HD36鋼材應該在甲板的抗妞箱區使用，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容易導致船體疲勞，因此，在鋼材的選用上應該經過反復的計算，平衡船體重量和船體的使用年限。（2）高強度鋼的節點設計應該進行嚴格的管理，重要的節點應該采用數值分析的方法進行優化處理。注重高強度鋼材的焊接，尤其是EH40鋼材的焊接，在進行焊接之前應該進行焊接試驗，保證焊接的質量。

6 超大型集裝箱船的總體設計優化

全船的設計應該保證船體的總體強度又要使整個船體的質量最輕，還要綜合考慮整艘船建造的經濟性，為此全船設計的優化應該包含以下幾點：（1）對縱骨穿過強框架的節點進行合理的設計，最大程度較少小肘板以及補板的數量，在保證全船強度的前提下減少補板的數目，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格，減少組合型鋼材的規格，盡量使用較為簡單的鋼材，節約成本。

7 結束語

超大型集裝箱船的總體的設計難點在于其靜水彎矩的確定以及船體骨架的設計，安全通道的設計以及壓載水的設計，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，優化超大型集裝箱船的總體設計能夠節約建造成本，提升船體使用壽命。

參考文獻

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