船舶主體結構設計相關問題及對策

丁秀梅

摘要：船舶結構設計是一項非常復雜的工作，不僅要考慮可靠性、可用性等因素，還要考慮制造技術和經濟性的要求。近年來，隨著船舶規模和高速發展，對船舶結構設計的要求越來越高。尤其是船舶主體結構的設計已成為影響船舶速度和耐久性的關鍵。在此基礎上，分析了船舶主體結構設計的要求，闡述了船舶主體結構設計應考慮的因素，提出了船舶主體結構設計的對策，以期為相關設計人員提供參考。

關鍵詞：船舶；結構設計；考慮因素

船舶在航行過程中，容易受到惡劣的工作環境的影響，船體經常受到多種載荷的影響，對船舶結構設計提出了更高的要求。在船舶主體結構設計過程中，應重點對縱、橫向構件、底側船艙結構、箱中桁架、構件連接等進行設計研究，以提高設計的可靠性，保證船舶航行安全。

1船舶主體結構設計的要求

在船舶主體結構設計過程中，應綜合考慮船舶可靠性、船舶可用性、生產工藝和維修方便等諸多因素，其中可靠性是最重要的因素。船舶主體結構設計時，必須根據有關設計規范科學選擇設計依據，這是保證船舶結構穩定的前提。船舶設計最終服務于造船業，因此設計的結構必須易于制造和進行質量控制活動。一般來說，船舶主體結構應盡量采用標準化外形或軋制外形，各種集料之間應保持合理的間距。一方面有利于提高船舶制造工藝水平，另一方面也便于實施成本控制，提高船舶制造經濟性。在船舶主體結構設計中，可用性也是一個重要的考慮因素。例如，在設計貨船時，應事先規劃艙門的大小，以避免艙門太小給貨物裝卸帶來不便；在設計客船時，應減少船體的總變形，防止因艙門太大而引起乘客的不適或恐慌。

2船舶主體結構設計的考慮因素

2.1工作環境

船舶在作業過程中長期暴露在海水等腐蝕性介質中，容易發生結構腐蝕。如果維修不能跟上，腐蝕將不斷加劇，最終部件可能生銹，導致船體強度顯著降低。同時，由于惡劣天氣、波浪拍打、貨物裝卸等因素，船體容易發生疲勞損傷。在腐蝕和疲勞損傷的雙重作用下，很可能發生船體和進水口損壞等嚴重事故。同時，船舶在航行過程中不可避免地會受到波浪的沖擊。較輕的沖擊會引起船體板的腐蝕變形，較重的沖擊會引起船體垂直彎曲等問題，從而引起船體應力的較大變化。此外，當船舶遇到較大的波浪沖擊時，波浪的反復交變作用將進一步惡化船體變形和垂度的負面狀態，嚴重地不平衡載荷分布，影響整個船舶的航行安全。

2.2船體載荷

船舶在運輸過程中會受到多種載荷的影響，如船體重量、海洋浮力、風力、慣性力、物料壓力等，此外，在某些情況下可能會發生爆炸和沖擊等突然載荷。在船舶主體結構設計過程中，應充分考慮上述荷載的影響，通過一定的結構設計，抵消和分散不良荷載的影響，以保持船舶的整體荷載平衡。

3船舶主體結構設計相關問題及對策

3.1縱橫向構件

在船體主要部件的設計中，應保證結構的良好連續性，盡可能避免結構缺陷或高度和截面的突變。通常情況下，主要部件可以設計成一個完整的閉環框架，框架上的接縫可以設計成具有一定半徑的圓角，以形成一個平滑、連續的船體支撐結構。如果是縱向構件，設計時應保證強度的連續性。單獨的縱向構件直接關系到船體梁的整體縱向強度，布置時應向端部延伸足夠的距離。特別是在貨艙的設計中，需要將貨艙縱艙壁上的幾個關鍵支撐構件延伸到貨艙外，加強雙層殼體的處理。通常的方法是增加加勁肋和側向縱向桁架。

為保證船舶的整體縱向強度，建議散貨船頂、底艙采用高強度三角形箱形結構，高強度雙層底結構。單體散貨船在設計雙底貨艙高度時，不僅要考慮總布置要求，而且要滿足規范中對普通貨船的設計要求。散貨船的雙層底一般為縱向框架結構。在客艙部分，建議設置主筋板，主筋板可設置在其他各筋位。如果肋骨位置在主機座和鍋爐座的底部以下，必須設置主筋板。距船首線0.2L范圍內，每隔一個肋位可設置一根主肋，其它部位每隔三個或四個肋位可設置一根主肋。根據中國船級社的有關規定，主肋間距不應超過3.6米，船體縱面需要設置龍骨，但目前大型散貨船大多由箱形龍骨代替。龍骨兩端應設側龍骨。根據新版《船舶結構通用規范》，相鄰兩龍骨間距應大于4.6米，或大于船底一般加勁肋間距的5倍。在實際設計中，可選用較小的一種。

3.2底邊艙結構

船底側艙斜頂與雙層底內地板的連接處可采用焊接接頭或弧形接頭。采用焊接方法時，側龍骨必須與傾斜屋面板對齊，從內底板側龍骨伸出的部分不得大于5cm。如果加長件太長，在橫向框架上的扇形補片的后續焊接中會出現一些問題。同時，內底板突出部分的端部應設計成圓形，構件必須焊穿。

船舶貨艙底側艙斜頂采用縱向骨架結構，船側與底艙連接處的彎曲部分無特殊要求。橫骨架和縱骨架結構都可以使用，但一般以橫骨架和縱骨架結構為主。

船底側艙的斜頂和內底應保持45至50度角。在肋板處應設置一個堅固的橫向框架，以支撐縱向骨。同時在框架上設置足夠大的通孔。通孔邊緣用扁鋼加固，扁鋼和縱骨用鋼筋加固。穿通孔的縱骨需要安裝一塊接地板，接地板和外側板。補丁的大小可以參考相關規范來確定。

3.3箱形中桁材

箱形中桁，俗稱箱形龍骨，可設置在散貨船雙底中線處代替普通龍骨。箱形龍骨由兩塊平行的水密側板、骨架材料、內外底板等組成，通常采用箱形龍骨對管道系統進行集中，防止管道直接通過貨艙，影響裝卸作業。通向箱龍骨的檢修孔應安裝在機艙前端壁上，并安裝防水裝置，以便工作人員進入箱龍骨進行檢查活動。同時在箱龍骨與開敞甲板之間設置應急通道。箱型龍骨的側板厚度不應小于水密肋板的側板厚度。為保證入塢后底縱桁能順利鋪設在橋墩上，兩側板間距應控制在2米以下，同時考慮到橫向強度減弱，箱龍骨底、內底應稍加增加，以提高整體穩定性。強壯。橫框可以代替箱龍骨上的肋板，而船底部的環框或橫框可以作為骨架。肋與筋板可采用搭接，搭接長度至少為肋高的5/4倍，以保證力的均勻傳遞。

3.4構件連接

“在船體結構的高應力區域處，構件連接部位的應力集中是產生船體結構疲勞損壞的主要因素”。因此，在船體結構設計時應充分注意構件連接部位的設計，并通過疲勞強度校核，改進結構節點的設計，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。

3.4.1單體散貨船的貨艙通常為橫向框架式，每個肋骨位置都有主肋。每根肋的上下兩端用肘與底艙和頂艙連接。其理論線應與艙內相關部件的理論線對齊。肘板端部應設計為軟趾，以減少結構節點處的應力集中和疲勞累積損傷。肘板的傾斜長度應大于或等于面板寬度的2.5倍。肋骨與肘部的連接可以對接或搭接。研磨時，研磨長度應大于或等于肋骨高度的1.25倍。

3.4.2縱向強構件不連續后應進行有效過渡。為了保證主要縱向構件的連續性，避免截面或高度的突變，避免構件不連續引起應力集中，應更好地考慮底側艙、頂側艙頭和尾部結構的連續性。

3.4.3構件停靠在艙壁兩側或其他主要構件上時，應位于同一直線上。如果縱向桁架與橫向艙壁連接，則應連接彎管或采取其他等效措施。側縱桁與強肋連接處，側縱桁板或翼緣應具有足夠的連續性，如甲板縱桁端部與橫艙壁的連接應符合規范要求。在參與總縱向強度時，應特別注意橫向艙壁處甲板桁架的縱向連續性。

結語

船舶主體結構設計是一項高度科學的工作，也是一個動態優化和不斷改進的過程。在堅持相關設計原則的基礎上，設計人員應不斷優化和調整結構設計，以保證船體結構的強度，同時盡量減輕船體重量，提高航運經濟性，充分發揮船舶的性能。

參考文獻

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[2]劉曉波.正確應用規范提高船體結構設計水平[J].中國水運.2006（07）

（作者單位：大連中遠海運重工有限公司）