CSR散貨船艏艉結(jié)構(gòu)改進(jìn)

陳偉，謝琪，朱加剛

(1.安徽省江淮船舶檢驗(yàn)局，合肥 230011;2.中國(guó)船級(jí)社福州分社，福州 350028; 3.中國(guó)船級(jí)社武漢規(guī)范研究所，武漢 430022)

CSR散貨船艏艉結(jié)構(gòu)改進(jìn)

陳偉1，謝琪2，朱加剛3

(1.安徽省江淮船舶檢驗(yàn)局，合肥 230011;2.中國(guó)船級(jí)社福州分社，福州 350028; 3.中國(guó)船級(jí)社武漢規(guī)范研究所，武漢 430022)

對(duì)某CSR散貨船艏艉結(jié)構(gòu)原有設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，比較不同骨架形式以及平臺(tái)布置形式，在滿足規(guī)范的前提下提出改進(jìn)方案，改進(jìn)后達(dá)到了降低船體結(jié)構(gòu)鋼料重量，進(jìn)而降低造船成本，增加船舶載重量的目的。

CSR散貨船;艏艉結(jié)構(gòu);骨架形式;結(jié)構(gòu)優(yōu)化

對(duì)大型運(yùn)輸船舶，其船體結(jié)構(gòu)鋼料重量占其空船重量的80%～85%。因此，在船舶設(shè)計(jì)過(guò)程中如果能夠根據(jù)線型特點(diǎn)合理配置船舶的骨架形式，在滿足規(guī)范要求的前提下，通過(guò)采用減少平臺(tái)數(shù)量、增加減輕孔等多種措施［1］，降低船體結(jié)構(gòu)的鋼料重量，不僅可以降低船廠的建造成本，而且還可以增加船舶的載重量［2］。

以某CSR散貨船為研究對(duì)象，對(duì)其原有艏艉結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，以達(dá)到降低結(jié)構(gòu)鋼料重量的目的。

1 艏部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1．1 該船線型特點(diǎn)

根據(jù)常規(guī)設(shè)計(jì)，該船型的艏部為橫骨架式結(jié)構(gòu)，針對(duì)該船型艏部的型線比較肥大的特點(diǎn)［3］，嘗試將艏部改為縱骨架式結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)計(jì)算，預(yù)計(jì)可降低鋼料重量約15%。

1．2 舷側(cè)橫骨架式改為縱骨架式

在橫骨架式結(jié)構(gòu)中，根據(jù)CSR規(guī)范要求［4］，計(jì)算舷側(cè)肋骨時(shí)需要考慮肋骨與外板間水平夾角，見(jiàn)圖1。

根據(jù)CSR規(guī)范規(guī)定，當(dāng)扶強(qiáng)材不垂直于帶板時(shí)，則實(shí)際凈剖面模數(shù)為

圖1 橫骨架式平臺(tái)

式中:W0——假設(shè)垂直于帶板的扶強(qiáng)材的實(shí)際凈剖面模數(shù)，cm3;

α——扶強(qiáng)材腹板和帶板間的夾角。

但如為縱骨架式結(jié)構(gòu)，考慮該船型艏部的型線比較肥大的特點(diǎn)，橫剖面布置見(jiàn)圖2。

如圖3中所示，舷側(cè)縱骨與外板間的夾角基本接近于90°，無(wú)需考慮折減系數(shù)，單型材的尺寸就可減小約18%。

1．3 減少平臺(tái)數(shù)量

因舷側(cè)改為縱骨架式結(jié)構(gòu)，艏部空艙內(nèi)原用來(lái)支撐舷側(cè)肋骨的平臺(tái)數(shù)量可相應(yīng)地減少，由原來(lái)的4層平臺(tái)減少到只有2層，優(yōu)化前后的對(duì)比圖2、3。

1．4 船底橫骨架式改為縱骨架式

根據(jù)常規(guī)設(shè)計(jì)，散貨船的艏部船底結(jié)構(gòu)均為橫骨架式結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖4。

原船的艏部每檔設(shè)置了實(shí)肋板結(jié)構(gòu)，但針對(duì)該船艏部線型比較肥大的特點(diǎn)，將艏部布置成縱骨架式。

圖2 橫骨架式典型橫剖面

圖3 縱骨架式典型橫剖面

對(duì)比圖4、5可以看出，縱骨架式比橫骨架式的船底結(jié)構(gòu)節(jié)省了8個(gè)肋位的肋板結(jié)構(gòu)，但縱桁的數(shù)量無(wú)需增加，因此，在控制結(jié)構(gòu)重量方面，采用縱骨架式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)非常明顯。

1．5 艏部其他結(jié)構(gòu)改進(jìn)

從減輕結(jié)構(gòu)重量的角度出發(fā)，艏部還可以采取如下一些改進(jìn)措施［5］。

1)減小錨鏈艙的深度，以減少錨鏈艙圍壁板的面積。

圖4 橫骨架式船底結(jié)構(gòu)

圖5 縱骨架式船底結(jié)構(gòu)

2)外板的材質(zhì)由普通鋼改為高強(qiáng)度鋼，可適當(dāng)減小鋼板的厚度。

3)重新調(diào)整位于壓載艙的艙頂上的平臺(tái)強(qiáng)橫梁和縱桁的布置，以減小普通平臺(tái)縱骨的跨距、降低規(guī)格。

采用上述改進(jìn)措施，可降低艏部鋼料重量比例見(jiàn)表1。

2 艉部結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

2．1 艉尖艙內(nèi)船底肋板設(shè)置

CSR規(guī)范規(guī)定，艉尖艙內(nèi)每檔肋位處，應(yīng)設(shè)置實(shí)肋板，而肋板是設(shè)在船底結(jié)構(gòu)上的構(gòu)件，因該船型艉部的型線肥大，尤其是在船底與舷側(cè)銜接處，屬船底或是舷側(cè)的概念很模糊［6］。

表1 艏部鋼料重量降低比例統(tǒng)計(jì)

原船方案中，根據(jù)入級(jí)船級(jí)社的要求，肋板延伸至舷側(cè)。借鑒同類型船的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)［7-8］，對(duì)于概念模糊的情況，在滿足規(guī)范要求的前提下，將原方案中部分肋板改成肋骨。作為掛舵臂的端部支撐，在下平臺(tái)下面增加支撐掛舵臂的平臺(tái)。

由圖6可見(jiàn)，減少肋板及其附帶的扶強(qiáng)材，考慮增加的舷側(cè)縱桁及平臺(tái)，改進(jìn)后的橫剖面結(jié)構(gòu)重量比原方案減輕了約12%。

圖6 船艉尖艙典型橫剖面

2．2 降低艉尖艙內(nèi)的船底肋板高度

圖7為原船與優(yōu)化后的艉尖艙典型剖面。

為滿足掛舵臂強(qiáng)度要求，在掛舵臂上設(shè)置開(kāi)孔平臺(tái)，同時(shí)將該區(qū)域的實(shí)肋板直接頂?shù)叫略黾拥钠脚_(tái)上，可降低肋板高度近一半。同時(shí)，肋板上的扶強(qiáng)材由于長(zhǎng)度降低，其尺寸規(guī)格亦隨之減小，見(jiàn)圖7 a)。

2．3 艉部鋼料重量降低比例

經(jīng)過(guò)上述優(yōu)化措施，艉部鋼料重量可降低比例統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

圖7 艉尖艙典型縱剖面

表2 艉部鋼料重量降低比例統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論

1)船舶采用何種骨架形式，應(yīng)考慮船舶的自身特點(diǎn)，如線型、適用的規(guī)范等條件。

2)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分讀懂規(guī)范，在滿足規(guī)范的前提下，不需要額外增加余量。

3)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的意義不僅體現(xiàn)在節(jié)省鋼料重量，更重要的是可以增加相應(yīng)的載貨量。一艘船的使用周期一般為25年，其整個(gè)生命周期內(nèi)給船東帶來(lái)的價(jià)值相當(dāng)可觀。

［1］何昌偉.IACS散貨船和油船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范及其影響分析［J］.青島遠(yuǎn)洋船員學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，(3):39-41.

［2］趙留平，詹大為.船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究進(jìn)展［J］.中國(guó)艦船研究.2014，9(4):1-10.

［3］羅展賢.船舶艏部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.廣船科技，2000，(4):1-6.

［4］中國(guó)船級(jí)社.鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范(2012)［S］.北京:人民交通出版社，2012.

［5］紀(jì)卓尚，李樹(shù)范，郭昌捷.船舶優(yōu)化設(shè)計(jì)中的一個(gè)實(shí)用混合整數(shù)規(guī)劃方法［J］.大連工學(xué)院學(xué)報(bào)，1982，(1):78-80.

［6］王國(guó)水.21 000 DWT多用途貨船結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.船舶與海洋工程，2014，90(2):12-15.

［7］邵雄飛，俞銘華.基于直接計(jì)算法的超大型油船整體艙段結(jié)構(gòu)優(yōu)化［J］.中國(guó)造船，2008，49(2):41-51.

［8］趙黨，夏利娟.大型浮吊船體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度評(píng)估［J］.中國(guó)造船，2009，31(11):114-119.

Optimal Design Method of the Bow
and Stern Structures for a CSR Bulk Carrier

CHEN Wei1，XIE Qi2，ZHU Jia-gang1
(1.Jianghuai Ship Inspection Bureau in Anhui，Hefei 230011，China; 2.Fuzhou Branch of China Classification Society，F(xiàn)uzhou 350028，China; 3.Wuhan Rules and Research Institute，China Classification Society，Wuhan 430022，China)

The original design scheme of the bow and stern structures for a CSR bulk carrier is analyzed.By comparing the different framing system and platform layout，a improved design scheme is proposed which can meet the requirements of the rules. The improved design can lower the structural weight and construction cost，as well as to increase the deadweight of the bulk carrier.

CSR bulk carrier;bow and stern structure;framing system;structure optimization

U674.13

A

1671-7953(2015)02-0028-04

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.02.007

2014-06-12

修回日期:2014-08-08

陳偉(1980-)，男，學(xué)士，工程師

研究方向:船舶檢驗(yàn)

E-mail:hfjhhs@126.com