海上高速船沖擊載荷分析

陳榮

摘要：本文針對設計人員對海上高速船沖擊載荷計算的疑惑，從沖擊載荷的性質著手，對載荷計算方法進行分析，為設計人員對規范的理解提供參考。

關鍵詞：高速船；沖擊載荷

隨著近幾年高速船的迅速發展，對高速船的設計要求越來越高，為了達到高速、節能環保的目的，減輕結構重量是主要手段之一。目前，國內海上高速船結構設計的主要依據是中國船級社出版的《海上高速船入級與建造規范》（以下簡稱“規范），在追求結構尺寸最小化的同時，必須保證結構強度滿足規范要求，這樣就要對結構進行優化，做到既節省材料、減輕結構重量，又不違背規范要求，要做到這點的前提是對規范條款和計算方法有清晰的理解和恰當運用。最近，在理解和運用規范時，我們發現船底沖擊載荷的計算不合理，甚至是有矛盾的。

規范對于船底的沖擊壓力計算公式如下：

Psl1=1.16Kl1(△/nA)0.3acgdw（50-βx)/(50-β)

式中：Kl1—縱向壓力分布系數。舯前取1，尾端取0.5，尾端與船中之間用線性內插法取值；

A—受力點計算面積，m2，對板格，A應不大于2.5S2；對加強筋或桁材A=承載寬度×跨距，且不必小于0.002△/d；

n—片體數，對單體船取1，對各類雙體船（包括

dw—波浪中航行時沖擊吃水，dw=cd，m，其中，d為滿載靜浮狀態吃水。對于單體、常規雙體船、穿浪以體船取c=1.0，對于水面效應船取c=0.75。

我們以板格的計算為例，沖擊載荷的大小與板格的計算面積有關，板格的面積越小，沖擊載荷越大，可能導致計算板的厚度就越大。如圖1 所示，這是一艘總長為27.6 m的鋁合金高速雙體客船的船底局部結構圖，該船滿載排水量為100.08 t，重心處垂向加速度的設計值為9.81 m/s2，設計吃水為1.45 m，船體重心處橫剖面的船底斜升角和核算橫剖面處的船底升角均為24o，縱骨間距為280 mm，實肋板間距為750 mm，按規范計算得板厚為5.84 mm。

規范對板厚的計算公式如下：

t=KC1C2s(P/σsw)0.5

式中：K—查表所得；

C1—有曲率板的折減系數；

C2—板格短邊與長邊比的修正系數；

β—船體重心處橫剖面的船底升角；

由此看出，當通過加密骨材的形式對艇底局部加強時，在加強之前滿足規范要求的船底板反而在加強之后不滿足規范要求，要滿足規范要求則要同時增加板厚，這顯然與我們通常理解的加強原理是不相符的。為什么會這樣，是規范本身有誤，還是我們的理解有誤呢？要解決這個問題，我們從高速船的載荷性質中尋找答案。

當高速船在水面上航行時，船體所承受的力，猶如普通排水型船那樣。由于重力和浮力在長度方向上分布的不均勻性，船體將要受到總的縱向彎曲力的作用和局部彎曲力的作用。顯然，高速船體應當完全滿足對排水型船體強度的一般要求。值得指出的是，對一艘高速船來說，當它在水面上高速滑行時，船體上受到的力要比排水航行時大得多，因此按高速船體強度標準設計的船體，滿足排水航行時強度的要求應當是不成問題的。

高速船在高速航行時，船底首部區域露在水面之上，由于不斷地遭遇波浪，船體的這部份區域就受到巨大沖擊力的周期作用。高速船強度計算是基于動載

規范對船底沖擊載荷計算所采用的加速度為重心處垂向加速度的百分之一最大值的平均值，板格計算面積對壓力的折減統一到了單一的計算公式中。

所以在設計船底結構時，通過加密骨材的形式并不能減小板厚，板格計算面積也不能一味增加，因為規范考慮到太低的設計壓力會導致板太薄，使得有可能由于峰壓而局部屈服變形，從而限制了板格計算面積不能大于2.5倍板格短邊長的平方。