散貨船CSR與HCSR設計對比

高占峰，廖耀輝，賀德陽，趙志堅

（中遠船務技術中心，大連 116600）

0 引言

國際船級社協會（IACS）的共同結構規范（CSR）在2006年4月推出后，是我國船舶工業設計建造水平迅速提升，實現了跨越式發展，僅僅五年時間，一躍成為世界第一造船大國。現如今，IACS在CSR基礎上開發的協調后的共同結構規范（HCSR）已有初稿問世，介于過去發展趨勢，這很可能是我國船舶工業由第一大國到強國發展的最佳時機。

1 概述

IACS近來年傾情打造的協調共同規范(HCSR),是將油船和散貨船結構共同規范（CSR）合成為一本結構規范協調共同規范（HCSR），HCSR的要求不低于目前油船和散貨船CSR的要求。其增加了IMO GBS對規范的要求內容，如剩余強度、結構冗余度等，形成一本具有共同規范要求部分加基于船型特點要求部分的綜合規范。2012年7月1日對外發布第一版HCSR草稿。2012至2013年，IACS和工業界將對HCSR草稿進行討論。2013年6月30日，IACS理事會將正式批準最終的HCSR，2014年，HCSR將正式生效（圖1）。HCSR對業界產生的影響是:規范應用將更復雜，新船型開發和設計難度將加大，增加人為因素、結構冗余、剩余強度等新要求，這必將會提高船舶營運和建造的成本。

協調共同規范（HCSR）主要針對油船和散貨船共同結構規范在波浪載荷、屈曲計算方法、有限元計算方法、腐蝕余量、焊接要求、疲勞強度計算方法、營運要求、規定性要求等方面的不協調問題或業界有較大爭議問題，通過項目組“長期”的協調工作，建立起新框架結構下的協調后共同結構規范（HCSR）（圖2）。

圖1 HCSR規范執行時間表

圖2 CSR和HCSR規范組織結構

圖3 Fr127剖面及FR111橫艙壁規范計算模型

2 規范計算研究內容

中遠船務技術中心根據現行規范及即將生效的規范規則已經做了大量的研究。本文是介紹運用日本船級社今年7月發布的HCSR規范計算軟件PrimeShip-HULL HCSR，對目前交付及在建的35k DWT散貨船進行符合HCSR的規范計算。本文主要從船體梁彎曲強度剪切強度規范校核、船體梁極限強度規范校核、局部強度及最小厚度要求規范校核、船體梁屈曲規范校核等四個方面進行計算并比較。

2.1 船體梁彎曲強度剪切強度規范校核

船體梁總強度校核是船體結構設計中必不可少的一項重要內容，包括船體梁的彎曲強度、剪切強度和屈曲強度的校核。各家船級社的總強度校核要求都是基于國際船級社協會（IACS）的UR S11要求。

35k DWT散貨船是廣東中遠船務在建的實船項目，是中遠船務技術中心及廣東中遠船務技術部自主設計、具有獨立知識產權的新型設計。目前已交付1條船，已經得到船東的一致認可，并且多條船正在建造。本文根據實際設計建造情況，選擇具有代表性的FR127剖面及Fr111橫艙壁進行研究（圖3）。

通過日本船級社規范計算軟件計算比較（圖4），可以看出在35k DWT散貨船校核中，HCSR規范比現行的CSR規范總強度要求略大，但變化不大。中遠船務設計的35k DWT散貨船滿足HCSR規范的船體梁彎曲強度要求。

HCSR規范對船體梁剪切強度的要求反映在剪力設計值的具體要求上。通過計算比較，HCSR規范在剪切強度相對于CSR規范，要求值變化不大，但35k DWT散貨船在HCSR中具有的剪切強度減小約4.5%。由此我們可以得出結論:HCSR規范對船體結構的腐蝕余量的要求高于CSR規范，這就造成船體結構的凈厚度變小，行之有效辦法是增加建造厚度，必然造成船體結構增加，造船成本增加。35k DWT散貨船在FR127剖面的剪切強度滿足HCSR規范的要求（圖5）。

表4 船體梁彎曲強度規范校核

表5 船體梁剪切強度規范校核

表6 CSR與HCSR航行工況下的極限強度

2.2 船體梁極限強度規范校核

船體結構極限強度評估對于船舶結構初步設計、使用、維護和維修都非常重要 ,因此船體梁極限強度研究成為近幾十年來船舶工程界的熱點研究課題之一。通過計算比較（圖6，圖7），極限強度的計算要求變化很大，而且在35k DWT散貨船極限強度上，HCSR要求更加嚴格，提高要求約為14.5%。35k DWT散貨船新的設計滿足HCSR規范的要求。

2.3 局部強度及最小厚度規范校核

船體局部強度是不涉及船體總縱強度的局部結構抵抗外力的能力，局部強度對應的外力是局部力。

保證船體局部強度的結構幾乎包括船體的每一局部結構和構件，如板架強度、艙壁強度結構強度等。船舶的總體強度雖然重要,個別構件的局部強度也不能忽視。比較圖8的計算結果，可知HCSR規范的要求并不是一律增加，也有優化減小部分，但絕大部分是板厚構件尺寸增加。

計算過程中注意到HCSR最小厚度要求t_net=3.5+ 0.015L（t_net為規范要求的凈厚度），比CSR規范要求增加0.5mm，這將導致散貨船空船重量增加。

2.4 船體梁屈曲強度規范校核

裝屈曲破壞是結構失效的主要形式之一，隨著高強鋼的大型船舶結構中的廣泛應用，使船體梁屈曲強度問題在大型船舶中尤為突出。通過下面板材和加強筋的屈曲強度校核，可知:HCSR在板材雙層底部分要求更加嚴格，但水線附近的要求不如CSR要求高（圖9（a），（b））；加強筋的要求變化不大，但在甲板處，HCSR的要求比CSR要求更高（圖9（c），（d））。

表7 CSR與HCSR港內工況下的極限強度

表8 CSR（a）（c）與HCSR（b）（d）最小厚度要求及局部強度計算結果

表9 CSR（a）（c）與HCSR（b）（d）船體梁屈曲強度規范計算結果

3 規范計算結論

從目前HCSR進展情況來看，結合工業界對CSR的具體意見，可以預計未來HCSR對船舶總體結構來說不會產生很大影響，比如，空船重量的變化應該可以基本控制在1%以內，更多的變化體現在因規范局部要求的變化而導致船舶結構局部的改變。眾所周知，船舶工程是一個系統工程，往往是“牽一發而動全身”，產品局部的改變通常會影響整個生產流程，所以，HCSR的影響重在應用方面。

[1]IACS. Common Structure RuleBulk Carrier.Presentation to Chinese Shipbuilders[S]. 2012.

[2]IACS. Harmonized Common Structure Rule[S]. 2012.