CSR散貨船結構審圖中主要關注點研究

張志剛，章漪云

（中國船級社上海審圖中心，上海 200135）

0 引 言

自2006年4月1日 國際船級社協會（IACS）正式實施散貨船共同結構規范[1]（BC CSR）以來，在散貨船的船體結構設計與審圖工作中得到廣泛使用。雖然規范是統一了，然而對規范條文的理解和具體運用上還存在一些差異。在應用BC CSR審查多艘散貨船船體結構中，發現散貨船船體結構設計方面存在一些問題，特別是容易疏忽的，或者對規范條文的理解問題。本文針對散貨船船體結構設計如材料鋼級、凈尺寸和腐蝕增量、結構布置、結構焊接、局部強度、總縱強度、強度分析等方面，進行了必要的闡述，并提出了審圖工作中主要關注點。

1 CSR散貨船結構審圖的主要關注點

船級社對入級船舶的設計審查，是船舶詳細設計的延續，是確保船體可靠，符合相應的規范與準則。散貨船，特別是船長超過150m的大型散貨船，必須符合BC CSR。經審查多艘散貨船船體結構后，認為以下的問題值得重點關注。

1.1 材料鋼級

材料鋼級的應用正確與否，對船舶的安全是至關重要的。結構設計工作中往往會被忽視，但在審圖中恰是基本的關注點。

1) 應注意高強度鋼的使用范圍。為了滿足船體梁總縱強度，提高載重量，大型散貨船的主甲板和底部采用高強度鋼是非常普遍的。因此，應盡量避免出現甲板板和甲板縱骨的鋼級不一致，以及甲板板與舷頂列板的鋼級不一致的情況。對于總縱強度高強度鋼范圍不滿足的，如甲板為高強度鋼，而舷頂列板為普通鋼的，則總強度計算時甲板模數按普通鋼來計算，不能按高強度鋼來折減。此時僅局部強度可考慮甲板高強度鋼的材料特性。

2) 應關注一些特殊部位的鋼級要求，諸如：艙口角隅、艙口圍板及其縱向端肘板、甲板邊板、舷頂列板、單舷側舷側肋骨下肘板腹板、與底邊艙斜板相交處的舷側外板、舭列板、尾柱、舵、掛舵臂及主機直接安裝在內底上內底板（注：實際上應視作主機座的面板）等等。

1.2 凈尺寸和腐蝕增量

BC CSR與以往的散貨船規范最明顯的區別在于，在設計圖紙上必須明確標注船體結構的實際建造尺寸、需要換新時的厚度和腐蝕增量，如圖1 所示。

另外，主船體結構各類強度校核都是用凈尺寸的概念，如：總體應力（總縱強度和直接強度分析）：

圖1 設計圖紙上的尺寸標注

1.3 結構布置

結構布置構件的連續性是非常重要的。

1) 注意縱、橫骨架形式改變處的結構連續性。如貨艙底部、舷側的縱骨架結構到機艙、艏部等橫骨架結構的過渡處容易產生結構的屈曲問題。為了避免結構突然中斷，在結構形式突變處，應充分考慮交錯過渡，盡量減少應力集中。

2) 注意結構的應力集中。構件間斷處極易發生應力集中，應作足夠的補償和加強。開口應盡量避開高應力區域，甲板開口不應距舷邊過近。如需布置開口，則應有良好的形狀且邊緣光滑，見圖 2，開口一般應設在圖中所示的陰影部分外。定義為：圓形舷頂列板，如設有，或舷側外板的彎曲區域。 e = 0 .25(B - b )，距貨艙開口邊緣。 c = 0 .071 + 0 .1b或0.25b，取大者。式中：b——所考慮的艙口寬度，m，縱向量取。I——兩個連續艙口間的橫向甲板條在所考慮的角隅寬度，m，縱向量取。在上述范圍和開孔間的橫向距離： g2= 2 a2，對圓形開口； g1= a1，對橢圓形開口。如開口不符合這些要求，在總縱強度評估時應考慮減去這些開口的面積。

圖2 開口布置

對于有檢驗通道要求的散貨船，其出入通道上的水平及垂直開口凈空尺寸應特別關注。垂向開口的凈尺寸應≥600mm×800mm，角隅半徑 300mm，水平開口的凈尺寸≥600mm×600mm，最大角隅半徑100mm。底部縱桁和肋板上的開孔在設計之初就應考慮檢驗通道要求。

船長150m及以上的雙舷側結構：內殼板或外殼板為橫骨架形式，則肋骨內表面之間的凈空≥600mm；而縱骨架形式，要求凈空≥800mm。

1.4 結構焊接

焊接中宜重點關注全焊透焊縫和填角焊縫。全焊透焊縫：使用全焊透的部位主要是海水閥箱周界，受拉的支柱與板的連接處，垂直槽形艙壁與橫向底凳頂板連接處等。填角焊縫： 填角焊的焊腳高度不僅要考慮最小板厚，而且還考慮腐蝕的影響。凡是要求腐蝕增量加高的地方，焊腳高度也應增加。填角焊的焊腳高度應按照腐蝕增量進行微調。填角焊中經常遇到對構件端部及端部處（15%跨距）焊縫的理解問題。構件端部是指構件端部的橫截面，而端部處（15%跨距）是指靠近端部沿跨長方向15%范圍。

1.5 局部強度

局部強度方面，以下幾點是值得關注的。

1) 船長150m及以上船舶載貨量曲線：

(1) 載貨量曲線，是反映貨艙最大允許載貨量和最小要求載貨量與貨艙中部吃水的函數關系。單艙和相鄰兩貨艙的載貨量曲線均應在裝載手冊中反映。該曲線是基于局部強度校核工況應為不同的協調標志下如BC-A，BC-B，BC-C，NO MP等規定的直接強度分析的標準裝載工況。在審圖過程中，亦發現了BC CSR規范的部分計算公式與局部強度校核工況有不一致之處。

(2) 最大載貨量，是指船舶最大吃水時的載貨量，再加50%備品的相應工況。因為建造后傾斜試驗獲得的空船重量往往與設計值有出入，如果傾斜試驗得出的空船重量比原先預估的輕，則為達到最大吃水往往會增加貨艙的貨物重量，這樣可能會超過載貨量曲線的數值，因此在設計之初應對載貨量給予一定的裕度。另外，應注意貨艙載貨量中包含貨艙內的貨物總重量和貨艙區雙層底內壓載水重量。而貨艙內有貨物且同時該貨艙下的雙層底內有壓載水的情況往往在裝卸貨順序中會出現，所以在編制裝卸貨順序的時候應特別注意。

(3) 對具有BC-A和BC-B標志的船舶，其貨艙最大許用載貨量應不超過進水工況下雙層底能力和貨艙許用裝載評估中的貨艙許用載貨量。

2) 進水工況下雙層底能力和貨艙許用裝載評估：從計算公式來看，BC CSR規范規定與IACS UR S20[2,3]要求是一致的。但底肋板和縱桁的腐蝕扣除不一樣。BC CSR規范是嚴格按照其腐蝕增量的選取來扣除，雙層底為壓載艙時，通常為3mm腐蝕量，而UR S20中只扣除2.5mm腐蝕量。

3) 內底板的卷筒鋼板要求：由于考慮了船舶運動加速度的影響，前后貨艙的內底厚度可能會比中間艙的要求高。BC CSR規范對卷筒鋼板要求進行了修訂，以前散貨船規范規定墊料數量大于5時，內底可視為承載均布載荷，而最新BC CSR規范已取消該項規定。

4) 授予抓斗標志的板材要求：內底板、底邊艙斜板、橫艙壁板和內殼，不包括污水井，距內底最低點向上3m范圍均應滿足。應注意是垂直方向上，且對于位于貨艙內的通道或通風圍阱側壁應等同考慮。

5) 應注意在雙舷側艙室作為空艙時，艙室邊界的構件按壓載艙進行結構設計，而對于腐蝕增量，仍作為空艙考慮。

6) 對于2010年1月1日及以后新建的散貨船，應配備應急拖帶程序手冊。一般該手冊是在船舶完工時編制，因此在設計過程中，系泊拖帶設備布置圖及其加強結構中對手冊中拖帶設備的甲板結構局部加強應予以考慮。

此外還應關注船首底部砰擊，船首外飄拍擊，垂直槽形水密橫艙壁進水強度等等。

1.6 總縱強度

船體梁總縱強度，主要包含彎曲、剪切及極限強度[4]。其中以下幾點應予以關注：

1) 計算船體梁剖面模數時，對縱向連續構件變化處應取較小的尺寸計入總強度。還應將橫剖面位置的開口扣除。

2) 非均勻裝載工況，如隔艙裝載工況和貨艙有壓載水的重壓載工況以及BC-A或BC-B船舶進水工況都可以進行剪力修正。而最前端貨艙的前端和最后端貨艙的后端剪力不作修正。

3) 彎矩、剪力的設計許用值應根據裝載手冊予以確定，并留有一定的裕度。計算剖面一般應包含貨艙艙壁附近處及貨艙中點位置。

4) 散貨船的最大彎矩、剪力往往出現在正常壓載、重壓載和隔艙裝載工況這幾個工況中。

5) 裝載工況的設計應同時滿足穩性、強度及法定要求，而各方要求是相互關聯的，所以在設計時一定要全面考慮。

如船長在150m以上船舶的適用壓載工況要求：

(1) 正常壓載工況——螺旋槳應全浸沒，艉傾應不超過0.015BPL ；對于所有壓載艙100%滿艙的工況，必須滿足總縱強度要求；

(2) 重壓載工況——螺旋槳浸深 /ID（I為螺旋槳中線至水線距離，D為螺旋槳直徑）應至少為60%，艉傾不超過0.015BPL ；船首吃水應不小于0.03BPL 或8m兩者中之小者；對于所有壓載艙100%滿艙的工況，必須滿足總縱強度要求。

(3) 凡擬在航行中進行壓載/排壓載操作的船舶，對于壓載艙在壓載/排壓載的前后工況也應納入裝載手冊；

(4) 壓載工況中，出港、到港和中途工況中，艏艉尖艙/或其他壓載艙的部分壓載不得作為設計工況，除非滿足下述要求：① 上述壓載艙在空艙與滿艙之間的所有壓載高度下，滿足設計應力限制；② 對具有BC-A和BC-B標志的散貨船，上述壓載艙在空艙與滿艙之間的所有壓載高度下，滿足進水工況下船體梁總縱強度要求；③ 當有多個液艙擬作部分壓載時，這些液艙的所有空艙、滿艙和給定水平的部分壓載的所有組合都應考慮。載貨工況下，上述要求僅適用于艏艉尖艙。

(5) 如設有洗艙水艙，則典型工況中該艙應為空艙。

1.7 直接強度分析

直接強度分析是對構件設計尺寸的進一步驗證，借助于有限元計算軟件，分析主要支撐構件的屈服、屈曲、疲勞和細化強度。標準計算工況應根據其附加標志（BC-A或BC-B）及是否多港裝卸（No MP標志）來確定。對具有BC-A或BC-B標志的散貨船不論是否有重貨加強標志，在無規定最大貨物密度的情況下，貨物密度必須以3.0t/m3考核。對于屈服應力達到許用應力95%而小于100%，應進行細化強度評估。一般應關注頂/底凳端部，底邊艙斜板與內底、實肋板相交處, 底凳下縱桁端部等位置。

易發生屈曲的部位是船底板、橫骨架式舷側外板和艙口間甲板。易發生疲勞位置為艙口角隅、貨艙肋骨與底邊艙斜板相連處，底凳與內底連接，內底與底邊艙斜板連接處。部分關鍵部位見圖3～6。

圖3 貨艙段模型

圖4 內底與底邊艙斜板連接處

圖5 艙口角隅

圖6 貨艙肋骨與底邊艙斜板相連處

2 結 語

由于BC CSR對原先的散貨船規范作了大量的補充和修改，再加上彼此關注的側重點不一，存在理解上的差異。根據審圖工作中所遇到的問題作了闡述，希望本文能對BC CSR規范進一步理解和正確運用，起到一定的借鑒作用。

[1] 散貨船共同結構規范[S]. 北京：人民交通出版社，2006.

[2] IACS. Common Structural Rules for Bulk Carriers. International Association of Classification Society[S]. 2010.

[3] IACS URS[S].

[4] 陳國建，韓天宇. 基于共同規范的散貨船疲勞分析[J]. 上海造船，2011, (3)： 8-13.