CSR散貨船艏艉結構改進

陳偉，謝琪，朱加剛

(1.安徽省江淮船舶檢驗局，合肥 230011;2.中國船級社福州分社，福州 350028; 3.中國船級社武漢規范研究所，武漢 430022)

CSR散貨船艏艉結構改進

陳偉1，謝琪2，朱加剛3

(1.安徽省江淮船舶檢驗局，合肥 230011;2.中國船級社福州分社，福州 350028; 3.中國船級社武漢規范研究所，武漢 430022)

對某CSR散貨船艏艉結構原有設計方案進行分析，比較不同骨架形式以及平臺布置形式，在滿足規范的前提下提出改進方案，改進后達到了降低船體結構鋼料重量，進而降低造船成本，增加船舶載重量的目的。

CSR散貨船;艏艉結構;骨架形式;結構優化

對大型運輸船舶，其船體結構鋼料重量占其空船重量的80%～85%。因此，在船舶設計過程中如果能夠根據線型特點合理配置船舶的骨架形式，在滿足規范要求的前提下，通過采用減少平臺數量、增加減輕孔等多種措施［1］，降低船體結構的鋼料重量，不僅可以降低船廠的建造成本，而且還可以增加船舶的載重量［2］。

以某CSR散貨船為研究對象，對其原有艏艉結構進行改進設計，以達到降低結構鋼料重量的目的。

1 艏部結構優化設計

1．1 該船線型特點

根據常規設計，該船型的艏部為橫骨架式結構，針對該船型艏部的型線比較肥大的特點［3］，嘗試將艏部改為縱骨架式結構，經過計算，預計可降低鋼料重量約15%。

1．2 舷側橫骨架式改為縱骨架式

在橫骨架式結構中，根據CSR規范要求［4］，計算舷側肋骨時需要考慮肋骨與外板間水平夾角，見圖1。

根據CSR規范規定，當扶強材不垂直于帶板時，則實際凈剖面模數為

圖1 橫骨架式平臺

式中:W0——假設垂直于帶板的扶強材的實際凈剖面模數，cm3;

α——扶強材腹板和帶板間的夾角。

但如為縱骨架式結構，考慮該船型艏部的型線比較肥大的特點，橫剖面布置見圖2。

如圖3中所示，舷側縱骨與外板間的夾角基本接近于90°，無需考慮折減系數，單型材的尺寸就可減小約18%。

1．3 減少平臺數量

因舷側改為縱骨架式結構，艏部空艙內原用來支撐舷側肋骨的平臺數量可相應地減少，由原來的4層平臺減少到只有2層，優化前后的對比圖2、3。

1．4 船底橫骨架式改為縱骨架式

根據常規設計，散貨船的艏部船底結構均為橫骨架式結構，見圖4。

原船的艏部每檔設置了實肋板結構，但針對該船艏部線型比較肥大的特點，將艏部布置成縱骨架式。

圖2 橫骨架式典型橫剖面

圖3 縱骨架式典型橫剖面

對比圖4、5可以看出，縱骨架式比橫骨架式的船底結構節省了8個肋位的肋板結構，但縱桁的數量無需增加，因此，在控制結構重量方面，采用縱骨架式結構的優勢非常明顯。

1．5 艏部其他結構改進

從減輕結構重量的角度出發，艏部還可以采取如下一些改進措施［5］。

1)減小錨鏈艙的深度，以減少錨鏈艙圍壁板的面積。

圖4 橫骨架式船底結構

圖5 縱骨架式船底結構

2)外板的材質由普通鋼改為高強度鋼，可適當減小鋼板的厚度。

3)重新調整位于壓載艙的艙頂上的平臺強橫梁和縱桁的布置，以減小普通平臺縱骨的跨距、降低規格。

采用上述改進措施，可降低艏部鋼料重量比例見表1。

2 艉部結構改進設計

2．1 艉尖艙內船底肋板設置

CSR規范規定，艉尖艙內每檔肋位處，應設置實肋板，而肋板是設在船底結構上的構件，因該船型艉部的型線肥大，尤其是在船底與舷側銜接處，屬船底或是舷側的概念很模糊［6］。

表1 艏部鋼料重量降低比例統計

原船方案中，根據入級船級社的要求，肋板延伸至舷側。借鑒同類型船的設計經驗［7-8］，對于概念模糊的情況，在滿足規范要求的前提下，將原方案中部分肋板改成肋骨。作為掛舵臂的端部支撐，在下平臺下面增加支撐掛舵臂的平臺。

由圖6可見，減少肋板及其附帶的扶強材，考慮增加的舷側縱桁及平臺，改進后的橫剖面結構重量比原方案減輕了約12%。

圖6 船艉尖艙典型橫剖面

2．2 降低艉尖艙內的船底肋板高度

圖7為原船與優化后的艉尖艙典型剖面。

為滿足掛舵臂強度要求，在掛舵臂上設置開孔平臺，同時將該區域的實肋板直接頂到新增加的平臺上，可降低肋板高度近一半。同時，肋板上的扶強材由于長度降低，其尺寸規格亦隨之減小，見圖7 a)。

2．3 艉部鋼料重量降低比例

經過上述優化措施，艉部鋼料重量可降低比例統計見表2。

圖7 艉尖艙典型縱剖面

表2 艉部鋼料重量降低比例統計

3 結論

1)船舶采用何種骨架形式，應考慮船舶的自身特點，如線型、適用的規范等條件。

2)在設計過程中，要充分讀懂規范，在滿足規范的前提下，不需要額外增加余量。

3)結構優化的意義不僅體現在節省鋼料重量，更重要的是可以增加相應的載貨量。一艘船的使用周期一般為25年，其整個生命周期內給船東帶來的價值相當可觀。

［1］何昌偉.IACS散貨船和油船共同結構規范及其影響分析［J］.青島遠洋船員學院學報，2005，(3):39-41.

［2］趙留平，詹大為.船舶結構優化設計技術研究進展［J］.中國艦船研究.2014，9(4):1-10.

［3］羅展賢.船舶艏部結構優化設計［J］.廣船科技，2000，(4):1-6.

［4］中國船級社.鋼質海船入級規范(2012)［S］.北京:人民交通出版社，2012.

［5］紀卓尚，李樹范，郭昌捷.船舶優化設計中的一個實用混合整數規劃方法［J］.大連工學院學報，1982，(1):78-80.

［6］王國水.21 000 DWT多用途貨船結構優化設計［J］.船舶與海洋工程，2014，90(2):12-15.

［7］邵雄飛，俞銘華.基于直接計算法的超大型油船整體艙段結構優化［J］.中國造船，2008，49(2):41-51.

［8］趙黨，夏利娟.大型浮吊船體的結構設計和強度評估［J］.中國造船，2009，31(11):114-119.

Optimal Design Method of the Bow
and Stern Structures for a CSR Bulk Carrier

CHEN Wei1，XIE Qi2，ZHU Jia-gang1
(1.Jianghuai Ship Inspection Bureau in Anhui，Hefei 230011，China; 2.Fuzhou Branch of China Classification Society，Fuzhou 350028，China; 3.Wuhan Rules and Research Institute，China Classification Society，Wuhan 430022，China)

The original design scheme of the bow and stern structures for a CSR bulk carrier is analyzed.By comparing the different framing system and platform layout，a improved design scheme is proposed which can meet the requirements of the rules. The improved design can lower the structural weight and construction cost，as well as to increase the deadweight of the bulk carrier.

CSR bulk carrier;bow and stern structure;framing system;structure optimization

U674.13

A

1671-7953(2015)02-0028-04

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.02.007

2014-06-12

修回日期:2014-08-08

陳偉(1980-)，男，學士，工程師

研究方向:船舶檢驗

E-mail:hfjhhs@126.com