散貨船的結構設計特點及施工優化

閆海濤 陳龍

摘 要：散貨船是當今世界的三大主流船型之一，且呈現出超大型化的趨勢。散貨船共同規范CSR于2006年4月1日作為IACS的統一規范生效，它系統、全面、詳細的規定了散貨船的結構設計標準。根據設計經驗，文章對散貨船結構設計中幾個應該注意的問題進行了闡述，同時指出了詳細設計中結構設計部分對造船過程中施工工藝考慮不足的現象存在，而這一現象最終造成了船廠在建造過程中存在施工難度大、工藝復雜、焊接量大、變形難以控制、精度不高等問題。最后文章提出了幾種合理改變結構形式的優化方案，來簡化船舶建造工藝，降低施工難度和成本，保證精度。

關鍵詞：詳細設計；結構特點；結構優化；精度控制

中圖分類號：U671 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）23-0005-03

全世界每年約有20多億t的干散貨投入到海運市場，占全世界海運量的1/3，散貨船作為三大船型之一，其安全性、經濟性、環保性是業界關注的焦點。散貨船的結構設計是其安全運營的重要保障，結構設計的是否合理，結構形式是否優化又影響其經濟性。目前國內現狀是多數船廠不具備前期的方案設計、詳細設計、送審設計的能力，一般都是委托有資質的專業設計院進行前期的詳細設計。而詳細設計中的結構設計部分往往是從滿足規范要求、滿足強度要求來考慮，結構形式往往是參照母型船，對造船過程中的施工工藝考慮往往不夠，這樣就造成了船廠在建造過程中的施工難度大、工藝復雜、焊接量大、變形難以控制、精度不高。具備生產設計能力的船廠就需要從船廠的施工角度出發，對于詳細設計中工藝性不強的部分進行結構優化，既要滿足強度要求，又能大大方便現場施工，降低施工難度，保證精度，同時也降低造船成本。

1 散貨船結構設計特點

目前投入世界航運市場的散貨船多數為典型的單殼結構。其貨艙橫剖面如圖1所示。

1.1 貨艙雙層底結構

雙層底一般采用縱骨架式，設有縱桁、縱骨、橫向肋板。中桁材在貨艙區應保持延伸，從船首至船尾應盡可能保持延伸，其結構連續性應在船舶的全廠范圍內連續。旁桁材在貨艙區與的平行總體范圍內應保持延續，在貨艙區與的首端只尾端應盡可能保持延伸。肋板和船底桁材的間距不僅受制于肋骨間距，而且有絕對值的要求。

雙層底中線處可設置箱形中桁材，由兩道平行的水密側板和內外底板、骨材、肋板組成，即為管弄。它是一個從防撞艙壁通向機艙前端壁的，沿船長方向布置的水密通道。在此通道內可集中布置管系，并且在通道的首尾及貨艙橫墩處布置水密人孔以方便人員進入檢查維修，箱形中桁材的典型結構如圖2所示。

1.2 貨艙邊艙結構

散貨船的底邊艙和頂邊艙一般都采用很強的三角箱形結構，并且還有一個很強的雙層底結構及一個很強甲板結構。底邊艙一般有斜側板、旁桁材、舭部外板及肋板構成，內部結構一般為縱骨架式，斜側板與內底板之間的傾斜角一般控制在40？觷～50？觷之間。橫向強框架邊緣的加強扁鋼與縱骨之間一般應設置加強筋，以提高橫向框架腹板的穩定性。

連接頂邊艙和底邊艙的結構為主肋骨，此處為單殼散貨船貨艙的高應力區域，設計時應特別注意。在設計此處結構時應通過疲勞強度校核，并且適當改進結構設計節點，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。肘板的趾端應設計成軟趾，以減少應力集中和疲勞積累損傷。肘板的面板端部應削斜，削斜的長度應≥2.5倍的面板寬度，面板的端部沿板厚方向也要進行削斜，以減少此處的應力產生，細節如圖3所示。

2 結構優化

從工藝的角度去適當改變結構形式，可以大大減少現場施工工作量，可以有效控制焊接變形，保證精度，降低造船成本。

2.1 變焊接為折角，大大簡化施工工藝，減少全焊透的焊

接工作量及檢測工作量

如圖4所示在不改變結構的情況下將頂邊艙斜板與艙口縱桁的焊接改變成折角，大大減少了全焊透的焊接工作量，減少了焊接變形。同時還減少了焊接打磨的工作量，減少了艙口縱桁端頭打磨光順的工作量，減少了全焊透的無損檢測工作量，減少了焊縫的密性試驗檢測工作量，只需要上模版壓制即可，效率高、質量有保證。

2.2 結構形式修改，不改變結構強度，簡化裝配

如圖5所示的加強肘板構件太長，裝配時有困難，焊接時容易變形。優化成如右圖所示裝配比較容易，提高施工效率。

2.3 改變結構形式，減少焊接長度

如圖6所示月牙挺筋的加強型式完全可以優化成肘板加強，不僅大大減少了焊接、打磨工作量，而且節約了材料，同時裝配簡單，提高了現場生產效率。

2.4 扶強材端部連接形式優化

如圖7所示舷側肋板加強筋在設計時普遍使用端部焊接形式。然而在貨艙首尾結構因為線型的變化會導致連接外底縱骨和內殼縱骨的加強筋在兩端裝配時角度不一致，通常一端需要扭曲，裝配時需要靠火工或外力來迫使加強筋安裝角度發生改變，難度大、效率低、精度不良、質量不好。在滿足結構強度的情況下可以優化成如右圖所示兩端不與扶強材固定，端部削斜的加強方式。此方式大大簡化了裝配工藝，使加強筋的安裝焊接變得輕松簡單，提高了現場工效，保證了精度和質量。

2.5 內孔T型加強結構優化

如圖8所示內孔加強若采用T型面板的方式給施工帶來了很大的困難。首先面板需要曲加工，若遇到不規則內孔則加工難度更大，其次在裝配時由于曲加工的面板精度難于控制，與內孔貼合時經常出現裝配間隙，這時需要借助外力或火工來讓間隙變小，貼合緊密，非常費時費力，效率低下。在不影響強度的情況下可以采用在內孔邊緣加強的方式則大大降低了裝配難度，加強筋不需要曲加工，直接裝配燒焊即可，大大提高了生產效率。

2.6 機艙隔離艙頂板結構形式優化

如圖9所示對機艙隔離艙頂板進行了結構優化，由以前的縱壁連續改為平臺連續，則大大改善了工人的施工環境和焊接姿勢，由以前的立焊、仰焊變成了俯焊，質量得到了保證，精度得到了控制。這是因為此機艙分段一般都是以甲板為底反造，將隔離艙頂板該為連續后，則連接頂板與強橫梁之間的肘板可以和下面的油艙形成一個組立，在上胎架之前和油艙裝配好，原來在隔離艙里面的悶艙作業變成了敞開作業，環境得到了改善，焊接姿勢由仰焊變成了俯焊，裝配和焊接效率都得到了提高。

3 結 語

船舶設計過程是一個復雜、科學、優化的過程。船舶設計的好壞直接影響到其安全性、經濟性。船體結構在滿足強度情況下的優化不僅可以減少船舶自重，提高載重量，而且也能給船舶建造帶來施工便利，提高效率，降低建造成本。因此貨船設計在滿足規范的前提下，要盡可能考慮其經濟性和環保性，給船東提高載貨量以提高其營運效益，給船廠以施工便利，降低其建造成本。

參考文獻：

[1] 楊永祥.散貨船船體結構設計中應注意的幾個問題[J].江蘇船舶，2008，（5）：10-13.