船塢內尾底部半船起浮計算

金攀峰

（揚州大洋造船有限公司，揚州 225107）

1 引言

船塢是船廠重要且有限的資源，為了充分利用船塢，船廠會采取各種措施來盡量縮短塢期，半船起浮就是其中一種主要手段。半船起浮是指船體在塢內搭載到僅形成尾半船或首半船后，為配合其它船下水出塢而進行起浮原地落墩或移位落墩的一種工藝措施。半船起浮在浮力和強度方面與整船有很大區別，起浮過程中存在著縱傾過大、穩性不足和強度不足的風險，因此在起浮方案制定時就需要對半船起浮進行計算，以確保安全起浮。本文結合我司建造的CROWN63系列散貨船采用的一種尾底部半船起浮形式，介紹利用總體性能計算軟件NAPA及BV Mars Rule進行半船起浮浮態計算和強度計算。

2 船尾底半船船體起浮概況

半船船體為沿船長方向從船尾至FR180+200，總長143.17 m。與常規半船不同，本半船高度方向在機艙區僅至B平臺(距基線～8.75 m)，貨艙區僅至底邊艙斜板上口，如圖1所示。

圖1 尾底半船船體

3 半船重量估算

半船重量重心估算的準確性直接影響到半船起浮浮態計算的準確性，尤其是在半船較短的情況下，半船重量重心在船長方向上的細微偏差都會對半船浮態造成較大影響。因此半船重量重心應按專業、種類直接從Tribon模型中抽取，以保證結果的可靠。需要說明的是，為了在后續計算中準確獲取半船在起浮時的剪力和彎矩結果，每一項的重量都應按照實際半船的重量分布來統計，不應把所有的結構重量放在一起統計，如會引起重量分布變化的艙壁重量應該單獨列出統計。

4 船尾底半船起浮浮態計算

為了得到準確的尾底半船起浮浮態，確保半船安全起浮，采用NAPA軟件對半船浮態進行三維仿真計算。

（1）浮力體HALFHULL定義：浮力體HALFHULL應根據實際船體產生浮力的情況在NAPA的DEF子系統中進行定義，可由整船通過邊界限制及加、減其它艙室或邊界限制獲得。半船前端在FR180+200，2號底壓載艙在此處敞開向后至#153水密艙壁處。位于雙層底船中處的管弄一直通向機艙，并且管弄中預裝了部分控制閥和電氣設備，因此需要將管弄在半船前端用封板封閉，以確保安全。據此，HALFHULL在NAPA中的定義如下：

（2）半船總布置表定義：在Table Editor中新建總布置表ARR*HHF，并將半船內的各個艙室添加到ARR*HHF；

（3）空船重量定義：在Table Editor中新建空船重量要素表ELE*HHF，并按照半船重量重心統計表輸入各項重量，然后用by elements的方式定義空船重量HHF；

（4）創建起浮工況并輸出結果：半船起浮浮態的計算方式與整船的裝載工況配置相似。在LD子系統下，先對裝載的參數在ARGS下進行配置，關鍵參數HULL設置為HALFHULL、ARRV設置為HHF、LIGV設置為HHF、RHO根據起浮水域的實際密度確定，這里設定為1 t/m3、STLIM參數不指定（原因見后述）、其余參數按常規設置。然后新建起浮工況HHF并設定不加任何壓載重量并輸出結果，輸出結果應包含空船重量、浮態、相關穩性衡準、實際剪力彎矩等輸出量。

應當注意上述NAPA輸出半船起浮工況結果中的吃水及縱傾仍然是位于整船首尾垂線處。一般來說，為了滿足船舶后續搭載工作的要求，以及確保完整的船體基線符合公差要求，對半船起浮后落墩二次定位有著較為嚴格的要求。為了更便于精確控制半船落墩時的位置，半船縱傾越小越有利于定位，根據多次實船的驗證，通常將半船的縱傾目標值控制在0.5%半船船長以內。根據計算結果，尾吃水1.354 m、首吃水1.204 m換算到半船首端為1.239 m，因此理論的半船起浮縱傾為-0.115 m、橫傾為0°，且半船經修正的初穩性高GM為57.23 m ＞ 規范要求的0.15 m，因此認為半船的浮態及穩性在起浮時是滿足要求的，不需要加任何的壓載水或固體壓載。

5 船尾底半船起浮縱向強度計算

正常情況下，NAPA可以根據實際的重量分布和浮態計算得出沿船體縱向不同位置剖面的剪力和彎矩值，并根據設定的許用強度限制曲線給出實際剪力和彎矩值占許用強度限制曲線的百分比，以此判斷船體縱向強度是否足夠。但是，此半船由于橫剖面在垂向不完整和船長不完整，船長各位置實際的許用剪力和彎矩必定小于整船的剪力和彎矩，因此不能在輸出結果中直接使用完整橫剖面的HAR強度限制曲線，如在輸出結果時將STLIM設定為HAR會導致對縱向強度的判斷錯誤。因此，對于船體縱向強度需要根據半船的實際剖面單獨進行核算。該項計算在BV MARS Rule中結合CSR規范的相關要求進行。由于是在塢內，故不考慮波浪彎矩和剪力，最終縱向強度計算結果見表1。

表1 尾底半船起浮縱向強度計算

除了核算半船縱向強度，同時也對半船起浮的應力分布和變形情況利用Patran軟件進行了簡化的有限元分析計算。半船模型范圍取三艙段模型，高度范圍到基線6.58 m，載荷施加結構自重和外殼1.279 m水壓力，邊界條件取模型兩端固定。分析結果見圖2。

圖2 尾底半船船體有限元簡化分析結果

根據上述計算結果，船尾底半船起浮縱向強度和變形均滿足要求。

6 結語

經實際觀測，船尾底半船塢內實船起浮縱傾約-0.5 m ＜ 0.5%半船船長；尾吃水約1.6 m、半船首端吃水約1.1 m，起浮過程中穩性及船體縱向強度正常，船體變形在彈性范圍內，半船安全成功起浮并二次準確定位，現場情況與理論計算基本吻合。由縱向強度結果可以看出，實際剪力相對許用剪力非常小，因此不加壓載的塢內起浮類似情況可以不考慮剪力的影響。

塢內船尾底半船起浮的成功應用，為該船后續的塢內建造工作創造了有利的條件，且基于塢內船尾底半船起浮形式衍生出的各類型的半船起浮工藝在公司的生產過程中發揮了較大作用，不僅高效的利用了船塢資源，而且平衡了船塢搭載的勞動力資源，縮短了造船周期。