論船體主船體結構設計的若干問題

李搏

摘 要：在船體結構設計過程當中，必須要考慮到現場設備、施工流程以及船體制造的相關廠家的規律進行船體結構的設計，不僅能夠有效的確保船體結構的強度，還能夠保證生產需求得到滿足，符合相應的規范要求。在設計過程當中需要根據船體的使用需求，詳細的了解情況，制定科學、合理的計劃方案。本文對船體主船體結構設計的若干問題進行探討分析。

關鍵詞：船體；結構設計；問題分析

概述

在船體結構設計的過程中，應當認真考慮其實用性能，在使船體結構安全性得到保證的前提下使船體外觀變得更加美觀。在船體的設計理念中，穩定性處于基礎地位，船只結構設計應當與相關力學條件符合。運用實際的航海定律，充分考慮水位與天氣因素所造成的影響，使船體結構的承重性能得到充分保障，在設計船體外部形態的過程中，應當滿足航行動力的相關要求。為了保證設計工作的科學性與合理性，應當做好相關經驗的積累與總結工作，運用科學的方式方法進行構思與計算。關于船體結構穩定性能的要求方面，指的是建造技術水平應當與設計條件相適應，在建造的過程中，應當對設計參考材料的具體功能進行認真考慮。在設計船體時，預估因素與使用因素占據非常重要的位置。從安全性這一角度出發，船體設計的根本要求就是其實用性。從所投入使用結算成本的角度出發，作為設計師應當根據實際的預算情況，開展相關使用技術的改進工作，確保實現安全與利益的最優結合，認真貫徹并落實經濟設計的原則，最大限度地減少材料浪費狀況的發生，在選擇所運用的材料時，應當優先考慮并最大程度地運用環保安全科學的材料。

一、縱、橫向主要構件

《鋼質海船入級規范》規定：“主要構件的布置，應確保結構的有效連續性，避免剖面或高度的突然變化?！号搩鹊闹饕獦嫾獦嫵梢粋€連續性的支撐，并盡可能構成一個完整的環形框架。環形框架的接合處應做成具有足夠半徑的圓角”。CSR則進一步明確規定：“縱向構件的布置應確保強度的連續性。承受船體梁總縱強度的縱向構件應向船舶的端部連續延至足夠的距離。特別是，應確保貨艙區域內的縱艙壁包括垂直和水平主要支撐構件連續延伸至貨艙區域以外”?！半p舷側結構應通過在雙層殼體范圍內設置強肋骨和舷側縱桁進行全面加強。內舷側結構，包括縱桁，在貨艙區域內應保持連續，并延伸至貨艙區域外”。

為有效提高船體的總縱強度，散貨船的頂邊艙和底邊艙都是很強的三角形箱形結構，并且還有一個很強的雙層底結構及一個很強的甲板結構。單殼體散貨船貨艙區域雙層底高度除要滿足總布置的要求外，還應滿足規范對一般干貨船的要求。散貨船雙層底結構多為縱骨架式，在機艙區域，至少每隔1個肋位上應設置實肋板，但在主機座、鍋爐座、推力軸承座下的每個肋位上均應設置實肋板。橫艙壁下和支柱下應設置實肋板。距首垂線0.2L以前區域應在每隔1個肋位上設置實肋板，其余區域每隔3個或4個肋位設置1實肋板。CCS規定，實肋板的最大間距為3.60m。船體中線面處應設有中桁材，但現代大型散貨船已廣泛應用箱型中桁材代替中桁材。在中桁材的兩側要設置旁桁材，CSR規范規定：“相鄰桁材的間距一般應不小于4.6m或船底或內底普通扶強材的間距的5倍，取較小者”。當有隔艙裝載時，一般每隔3～4個縱骨間距設置一旁桁材。另外，在中桁材和旁桁材以及管隧的側板上可設置縱向加強筋，以滿足穩定性的需要。

二、底邊艙結構

雙層底的內底板與底邊艙的斜頂板之間的連接有直接焊接形式和圓弧形式兩種。當為直接焊接時，旁桁材應與斜頂板對齊，雙層底的內底板伸出旁桁材不超過50mm，以便焊接。如果伸出太多將會影響底邊艙橫向框架的扇形補板在該處的安裝與焊接，對該處的節點連接不利。內底板伸出的端部應加工成圓形狀。構件之間的連接必須焊透。當采用圓弧形式時，旁桁材與內底板和斜頂板的交點的距離約為50～70㎜。

貨艙區域內底邊艙的斜頂板應為縱骨架式，其底部和舷側一般也為縱骨架式，其舭部區域可為縱骨架式，也可為橫骨架式，但多數設計成橫骨架式。

底邊艙的斜頂板與內底板之間的傾斜角一般在45°～50°之間。底邊艙內在肋板處應設有支持縱骨的橫向強框架，橫向強框架上開有較大的通道孔，開孔邊緣應用扁鋼進行加強。橫向強框架邊緣的加強扁鋼與縱骨之間一般均應設置加強筋，以提高橫向框架腹板的穩定性?？v骨穿過橫向框架的開孔處應設置補板，補板尺寸應按規范要求。補板須與內外底板、外板連接。

三、頂邊艙結構

散貨船的頂邊艙由甲板板、斜底板、艙口縱桁和一部分舷側外板構成。頂邊艙內一般采用縱骨架式的結構，橫向設有環形的強框架以支持縱骨。橫向強框架的間距應不大于6個肋距，框架腹板的高度不小于縱骨高度的2倍，其結構形式與底邊艙基本相似。橫向框架也可用開孔的板來代替。頂邊艙四周的板上全部設置縱骨，各個角上都安裝肘板，以增加節點處的剛性。

四、箱形中桁材

散貨船在雙層底中線面處可設置箱形中桁材，代替一般的中桁材。箱形中桁材包括兩道平行的水密側板（底縱桁）和內、外底板、骨材等。

這是一道沿船長方向水密的內部通道，通常從防撞艙壁通向機艙前端壁。箱形中桁材主要用于集中布置管系，避免管子穿過貨艙而妨礙裝貨。機艙前端壁開有水密裝置的人孔便于人員進入箱形中桁材內檢查。此外，箱形中桁材應設通向露天甲板的應急出口。機艙及其后面的艙內可不設置箱形中桁材，因為管系可布置在機艙的雙層底上面和軸隧內。

箱形中桁材的側板的厚度應不小于水密肋板的厚度。為保證船舶進塢時底縱桁能擱置在墩木上，兩側板的距離不大于2m。為了補償橫向強度的削弱，箱形中桁材區域的船底板和內底板應適當增厚。箱形中桁材內不設置肋板，而設置橫向骨架。橫向骨架的結構形式一般有兩種：一種是環形框架形式，另一種是船底橫骨和外底橫骨形式。橫骨架式結構箱形中桁材的每個肋位上應設環形框架或船底橫骨和內底橫骨。橫骨的跨度中央設間斷的縱向骨材。縱骨架式結構箱形中桁材在每檔主肋板處設置環形框架或內、外底橫骨。船底橫骨和內底橫骨的兩端應逐漸放大，與箱形中桁材側板連接，其放大后的高度和長度應不小于骨材高度的1.5倍。同時側板外側無肋板的肋位上，應設置與實肋板等厚的肘板，并與船底和內底縱骨連接。箱形中桁材端部與中桁材的銜接處，至少應有不小于3個肋距的相互交叉過渡區，以保證結構縱向的連續性。

五、有關構件的連接、連續

“在船體結構的高應力區域處，構件連接部位的應力集中是產生船體結構疲勞損壞的主要因素”。因此，在船體結構設計時應充分注意構件連接部位的設計，并通過疲勞強度校核，改進結構節點的設計，以保證船體結構中受交變載荷作用的構件有足夠的疲勞壽命。

（1）單殼體散貨船貨艙舷側通常采用橫骨架式，每個肋位設主肋骨，其上下兩端應用肘板與底邊艙和頂邊艙相連接。且其理論線應與艙內有關構件的理論線對齊。肘板的端部應設計成軟趾，以減少結構節點處的應力集中及疲勞積累損傷。肘板面板的削斜長度應大于或等于2.5倍面板寬度。肋骨與肘板的連接可用對接也可用搭接的形式。用搭接形式時，搭接的長度應大于或等于肋骨高度的1.25倍。

（2）縱向強構件間斷后應進行有效的過渡，應較好的考慮底邊艙、頂邊艙首、尾末端結構的連續性，確保主要縱向構件的連續，避免剖面或高度的突然變化，使得構件不連續而產生應力集中。

當構件在艙壁或其他主要構件的兩側對接時，應保證其位置在同一條直線上。如在舷側縱桁與橫艙壁的連接處，應設置連接肘板或采取其他等效措施。在舷側縱桁與強肋骨的連接處，應使舷側縱桁的面板或折邊具有足夠的連續性，如甲板縱桁的端部與橫艙壁的連接應按規范規定。對于參加總縱強度的甲板縱桁，應特別注意其在橫艙壁處的結構縱向連續性。

六、結束語

船舶結構設計的過程實際上是一個科學的研究、論證、優化的過程。在滿足強度的前提下，優化結構設計，盡可能地減少船體自重，提高載重能力。在選用船體構件材料規格時，主要考慮經濟性；在保證船體強度和使用要求下盡量減少船體結構重量，以提高船舶的載重量。絕對不能盲目地追求超載狀態的所謂“船舶強度”，導致船體自重增加，船舶建造成本的提高，船舶航速降低，營運收入減少，實際船體結構也未達到加強的目的。

參考文獻：

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