船塢內(nèi)尾底部半船起浮計(jì)算

金攀峰

（揚(yáng)州大洋造船有限公司，揚(yáng)州 225107）

1 引言

船塢是船廠重要且有限的資源，為了充分利用船塢，船廠會(huì)采取各種措施來(lái)盡量縮短塢期，半船起浮就是其中一種主要手段。半船起浮是指船體在塢內(nèi)搭載到僅形成尾半船或首半船后，為配合其它船下水出塢而進(jìn)行起浮原地落墩或移位落墩的一種工藝措施。半船起浮在浮力和強(qiáng)度方面與整船有很大區(qū)別，起浮過(guò)程中存在著縱傾過(guò)大、穩(wěn)性不足和強(qiáng)度不足的風(fēng)險(xiǎn)，因此在起浮方案制定時(shí)就需要對(duì)半船起浮進(jìn)行計(jì)算，以確保安全起浮。本文結(jié)合我司建造的CROWN63系列散貨船采用的一種尾底部半船起浮形式，介紹利用總體性能計(jì)算軟件NAPA及BV Mars Rule進(jìn)行半船起浮浮態(tài)計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算。

2 船尾底半船船體起浮概況

半船船體為沿船長(zhǎng)方向從船尾至FR180+200，總長(zhǎng)143.17 m。與常規(guī)半船不同，本半船高度方向在機(jī)艙區(qū)僅至B平臺(tái)(距基線～8.75 m)，貨艙區(qū)僅至底邊艙斜板上口，如圖1所示。

圖1 尾底半船船體

3 半船重量估算

半船重量重心估算的準(zhǔn)確性直接影響到半船起浮浮態(tài)計(jì)算的準(zhǔn)確性，尤其是在半船較短的情況下，半船重量重心在船長(zhǎng)方向上的細(xì)微偏差都會(huì)對(duì)半船浮態(tài)造成較大影響。因此半船重量重心應(yīng)按專業(yè)、種類直接從Tribon模型中抽取，以保證結(jié)果的可靠。需要說(shuō)明的是，為了在后續(xù)計(jì)算中準(zhǔn)確獲取半船在起浮時(shí)的剪力和彎矩結(jié)果，每一項(xiàng)的重量都應(yīng)按照實(shí)際半船的重量分布來(lái)統(tǒng)計(jì)，不應(yīng)把所有的結(jié)構(gòu)重量放在一起統(tǒng)計(jì)，如會(huì)引起重量分布變化的艙壁重量應(yīng)該單獨(dú)列出統(tǒng)計(jì)。

4 船尾底半船起浮浮態(tài)計(jì)算

為了得到準(zhǔn)確的尾底半船起浮浮態(tài)，確保半船安全起浮，采用NAPA軟件對(duì)半船浮態(tài)進(jìn)行三維仿真計(jì)算。

（1）浮力體HALFHULL定義：浮力體HALFHULL應(yīng)根據(jù)實(shí)際船體產(chǎn)生浮力的情況在NAPA的DEF子系統(tǒng)中進(jìn)行定義，可由整船通過(guò)邊界限制及加、減其它艙室或邊界限制獲得。半船前端在FR180+200，2號(hào)底壓載艙在此處敞開(kāi)向后至#153水密艙壁處。位于雙層底船中處的管弄一直通向機(jī)艙，并且管弄中預(yù)裝了部分控制閥和電氣設(shè)備，因此需要將管弄在半船前端用封板封閉，以確保安全。據(jù)此，HALFHULL在NAPA中的定義如下：

（2）半船總布置表定義：在Table Editor中新建總布置表ARR*HHF，并將半船內(nèi)的各個(gè)艙室添加到ARR*HHF；

（3）空船重量定義：在Table Editor中新建空船重量要素表ELE*HHF，并按照半船重量重心統(tǒng)計(jì)表輸入各項(xiàng)重量，然后用by elements的方式定義空船重量HHF；

（4）創(chuàng)建起浮工況并輸出結(jié)果：半船起浮浮態(tài)的計(jì)算方式與整船的裝載工況配置相似。在LD子系統(tǒng)下，先對(duì)裝載的參數(shù)在ARGS下進(jìn)行配置，關(guān)鍵參數(shù)HULL設(shè)置為HALFHULL、ARRV設(shè)置為HHF、LIGV設(shè)置為HHF、RHO根據(jù)起浮水域的實(shí)際密度確定，這里設(shè)定為1 t/m3、STLIM參數(shù)不指定（原因見(jiàn)后述）、其余參數(shù)按常規(guī)設(shè)置。然后新建起浮工況HHF并設(shè)定不加任何壓載重量并輸出結(jié)果，輸出結(jié)果應(yīng)包含空船重量、浮態(tài)、相關(guān)穩(wěn)性衡準(zhǔn)、實(shí)際剪力彎矩等輸出量。

應(yīng)當(dāng)注意上述NAPA輸出半船起浮工況結(jié)果中的吃水及縱傾仍然是位于整船首尾垂線處。一般來(lái)說(shuō)，為了滿足船舶后續(xù)搭載工作的要求，以及確保完整的船體基線符合公差要求，對(duì)半船起浮后落墩二次定位有著較為嚴(yán)格的要求。為了更便于精確控制半船落墩時(shí)的位置，半船縱傾越小越有利于定位，根據(jù)多次實(shí)船的驗(yàn)證，通常將半船的縱傾目標(biāo)值控制在0.5%半船船長(zhǎng)以內(nèi)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，尾吃水1.354 m、首吃水1.204 m換算到半船首端為1.239 m，因此理論的半船起浮縱傾為-0.115 m、橫傾為0°，且半船經(jīng)修正的初穩(wěn)性高GM為57.23 m ＞ 規(guī)范要求的0.15 m，因此認(rèn)為半船的浮態(tài)及穩(wěn)性在起浮時(shí)是滿足要求的，不需要加任何的壓載水或固體壓載。

5 船尾底半船起浮縱向強(qiáng)度計(jì)算

正常情況下，NAPA可以根據(jù)實(shí)際的重量分布和浮態(tài)計(jì)算得出沿船體縱向不同位置剖面的剪力和彎矩值，并根據(jù)設(shè)定的許用強(qiáng)度限制曲線給出實(shí)際剪力和彎矩值占許用強(qiáng)度限制曲線的百分比，以此判斷船體縱向強(qiáng)度是否足夠。但是，此半船由于橫剖面在垂向不完整和船長(zhǎng)不完整，船長(zhǎng)各位置實(shí)際的許用剪力和彎矩必定小于整船的剪力和彎矩，因此不能在輸出結(jié)果中直接使用完整橫剖面的HAR強(qiáng)度限制曲線，如在輸出結(jié)果時(shí)將STLIM設(shè)定為HAR會(huì)導(dǎo)致對(duì)縱向強(qiáng)度的判斷錯(cuò)誤。因此，對(duì)于船體縱向強(qiáng)度需要根據(jù)半船的實(shí)際剖面單獨(dú)進(jìn)行核算。該項(xiàng)計(jì)算在BV MARS Rule中結(jié)合CSR規(guī)范的相關(guān)要求進(jìn)行。由于是在塢內(nèi)，故不考慮波浪彎矩和剪力，最終縱向強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 尾底半船起浮縱向強(qiáng)度計(jì)算

除了核算半船縱向強(qiáng)度，同時(shí)也對(duì)半船起浮的應(yīng)力分布和變形情況利用Patran軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)化的有限元分析計(jì)算。半船模型范圍取三艙段模型，高度范圍到基線6.58 m，載荷施加結(jié)構(gòu)自重和外殼1.279 m水壓力，邊界條件取模型兩端固定。分析結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 尾底半船船體有限元簡(jiǎn)化分析結(jié)果

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，船尾底半船起浮縱向強(qiáng)度和變形均滿足要求。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)實(shí)際觀測(cè)，船尾底半船塢內(nèi)實(shí)船起浮縱傾約-0.5 m ＜ 0.5%半船船長(zhǎng)；尾吃水約1.6 m、半船首端吃水約1.1 m，起浮過(guò)程中穩(wěn)性及船體縱向強(qiáng)度正常，船體變形在彈性范圍內(nèi)，半船安全成功起浮并二次準(zhǔn)確定位，現(xiàn)場(chǎng)情況與理論計(jì)算基本吻合。由縱向強(qiáng)度結(jié)果可以看出，實(shí)際剪力相對(duì)許用剪力非常小，因此不加壓載的塢內(nèi)起浮類似情況可以不考慮剪力的影響。

塢內(nèi)船尾底半船起浮的成功應(yīng)用，為該船后續(xù)的塢內(nèi)建造工作創(chuàng)造了有利的條件，且基于塢內(nèi)船尾底半船起浮形式衍生出的各類型的半船起浮工藝在公司的生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮了較大作用，不僅高效的利用了船塢資源，而且平衡了船塢搭載的勞動(dòng)力資源，縮短了造船周期。