某半潛駁甲板載荷結構分析

汪 崢，崔曉敏

（1.上海交通大學，上海 200240；2.中交第三航務工程局有限公司，上海 200032）

0 引 言

半潛駁是一種特殊的工程船舶，具有較大的開敞露天載貨甲板，艏部和艉部有較高的上層建筑及浮箱，在裝卸貨物過程中呈半潛狀態。半潛駁的工作原理為：通過調整自身壓載水，將載貨甲板潛入水中，以便將所要承運的貨物從指定的位置浮至載貨甲板上，并運送到指定的位置。

主甲板作為半潛駁承載貨物的工作區域，設定其承載載荷條件對其結構設計而言至關重要[1-2]。半潛駁在設計之初的要求主要是可裝運并沉浮與水工建筑工程相關的大型混凝土沉箱或大型鋼結構設備等；在設計過程中增加了在特殊情況下還可裝載特種裝備的需求。本文主要針對裝載特種裝備這一新要求，對某半潛駁的甲板載荷情況進行分析，并將其與原有甲板的設計載荷相對比，對甲板載荷結構進行計算和優化分析[3-5]。

1 半潛駁概況

該半潛駁為6000噸級半潛駁，箱型船體，四角塔樓，圓弧舭部，單底單甲板鋼質焊接結構。該半潛駁建成之后主要用于裝運和沉浮與水工建筑工程相關的大型混凝土沉箱或大型鋼結構設備及安裝作業等。根據工作的性質和特征，該半潛駁的設計滿足遠海滿載拖航、沿海下潛作業的要求。該半潛駁主要技術參數見表1。

2 甲板載荷計算分析

2.1 裝載沉箱條件下甲板載荷

該半潛駁主要裝載的沉箱規格尺寸見表2。

表2 半潛駁主要裝載的沉箱規格尺寸

按照提供的沉箱重量及外形尺寸，半潛駁沉箱行走區的設計甲板載荷為30t/m2，非行走區的設計甲板載荷為10t/m2。

2.2 在裝載特種裝備條件下甲板載荷計算

2.2.1 特種裝備主要參數

所裝載特種裝備的尺寸為27120mm×3200mm×3900mm，重75t，6軸12輪，最大軸重16.75t，輪印面積為0.1m2，輪距2.2m。特種裝備外形圖見圖1。

圖1 特種裝備外形圖

2.2.2 甲板載荷計算

由于特種裝備是靠輪印作用在半潛駁甲板上的，因此可將特種裝備對半潛駁甲板的壓力簡化為輪印對甲板的作用力。特種設備有3對車軸軸距為1.7m，既有可能存在2個車輪同時作用在1個板格內的情況，也有可能存在1個輪子作用在1個板格內的情況，因此甲板縱骨受力模型可簡化為以下2個。

1) 當2個輪印作用在1個板格內時，甲板縱骨受力模型見圖2。

2) 當2個輪印不同時作用在1個板格內時，甲板縱骨受力模型見圖3。

圖2 甲板縱骨受力模型1

圖3 甲板縱骨受力模型2

甲板縱骨許用應力甲板縱骨的最小剖面模數

(1) 當2個輪印作用在1個板格內時，P為車輪對甲板的集中負荷，特種裝備的最大軸重為16.75t，車輪最大集中負荷為8.375t，但1根縱骨上會同時作用2個集中負荷。

彎矩M滿足

經計算，甲板縱骨的最小剖面模數為

(2) 當 2個輪印不同時作用在 1個板格內時，P為車輪對甲板的集中負荷，特種裝備的最大軸重為16.75t，車輪最大集中負荷為8.375t。

彎矩M滿足

經計算，甲板縱骨的最小剖面模數為

假設甲板載荷為PD，由計算得到甲板載荷為

式(5)中：P=98100N；s=0.6m；l=1.8m；[σ]=104N/mm2；g=9.81m/s2，h為甲板計算壓頭。

承載輪式裝備的甲板最小厚度為

式(6)中：P為輪印上荷重。

特種裝備為6軸，其中有3對軸距為1.7m，2個輪子可能同時處于1個板格內，故需將2個輪印視為1個輪印，則輪印的長寬比，故在實際計算中取輪印長0.447 m，輪印長寬比輪印上荷重實際為2個輪子承載的重量，故

若輪印長寬比

根據所需甲板厚度換算出甲板載荷。假設甲板載荷為PD，甲板最小厚度的計算式為

式(7)中：g=9.81m/s2；s=0.6m。

由式(7)計算得到甲板載荷為

對比式(6)和式(8)可得半潛駁主甲板在承載特種裝備時，甲板載荷≥21.64t/m2。另外，在設計甲板載荷時將該半潛駁甲板載荷安全系數取為1.15，故實際甲板載荷≥21.66t/m2×1.15=24.886 t/m2，為方便實際操作和計算，取值25t/m2。

2.3 甲板載荷分析

綜合半潛駁在裝載沉箱等大型構件和裝載特種裝備2種設計條件下其甲板載荷的情況可知，甲板沉箱行走區的甲板載荷設計為30t/m2滿足2種裝載情況，而非行走區的10t/m2甲板載荷需提高為25t/m2。最終的甲板設計載荷分布圖見圖4。

圖4 甲板設計載荷分布圖

3 甲板基本結構圖

該半潛駁主甲板設計為縱骨架式結構，縱骨間距為0.6m，每隔4檔或5檔縱骨間距設縱桁。沉箱行走區設計甲板厚度為22mm，非行走區設計甲板厚度為18mm。主甲板基本結構圖見圖5。

圖5 主甲板基本結構圖

甲板縱骨規格分布為：HP260×10(DL01～DL11，DL03P, DL04S, DL06，DL08 除外)，⊥12×300/14×150(DL13～DL18)，HP260×10（DL19～DL20），HP240×10（DL21～DL30，DL21，DL26 除外）。甲板縱桁規格分布為：⊥12×600/14×200(DL03S, DL04P, DL06, DL08, DL12)，⊥12×600/14×200(DL21, DL26)。

4 結 語

本文通過對某半潛駁在沉箱裝載和特種裝備裝載2種工況下的載荷進行計算分析，對半潛駁甲板承載載荷和結構進行優化設計，不僅可保證該半潛駁的使用性能，而且能減輕其整體結構重量，降低建造成本，提高經濟效益。

【 參 考 文 獻 】

[1] 陳華尹.淺談18000t半潛船結構設計特點和解決的問題[J].廣船科技，2003 (2): 17-19.

[2] 溫衛軍.半潛駁出運沉箱工藝介紹[J].水運工程，2004 (11): 52-55.

[3] 中國船級社.鋼質海船入級與建造規范[M].北京：人民交通出版社，2011.

[4] 顧敏童.船舶設計原理[M].上海：上海交通大學出版社，2001.

[5] 中國船舶工業總公司.船舶設計實用手冊[M].北京：國防工業出版社，2013.