滿足CSR的57000 DWT單殼散貨船的結構設計

任淑霞 朱傳華 吳小康

（上海船舶研究設計院,上海 200032）

0 前言

2006年1月1日，散貨船共同結構規范(IACS Common Structural Rules For Bulk Carriers，以下簡稱“CSR”)作為IACS的統一規范生效，它適用于2006年4月1日起，由船廠和船東簽訂造船合同承建的長度大于90 m、小于350 m的單舷側或雙舷側散貨船。同年底，57000 DWT單殼散貨船應運而生，它是我院第一艘滿足CSR的船舶，也是同行業中最受船東青睞的滿足新規范的散貨船。由于新規范還處于不斷完善與修訂之中，整個結構設計過程是在不斷學習新規范與各家船級社討論中完成的。

1 57000 DWT單殼散貨船的結構設計特點

1.1 概述

57000 DWT單殼散貨船為Handymax船型，滿足BC-A船舶的要求，主尺度及參數如下：

本船為全焊接結構，考慮20 t抓斗要求，間隔裝時第二和第四貨艙空，第三貨艙為重壓載艙。結構設計上有如下特點：

（1）單殼，貨艙區每檔肋位上都設有舷側肋骨；

（2）設有頂邊壓載水艙和底邊壓載水艙，且它們是獨立的，為滿足燃油艙保護要求，貨艙區燃油艙設在第四貨艙和第五貨艙范圍內的頂邊艙內；

（3）內底板和底邊艙斜板為焊接形式；

圖1 舯橫剖面圖

圖2 第四和第五貨艙典型橫剖面圖

（4）頂邊艙和底邊艙采用縱骨架式，機艙上甲板結構采用橫骨架式和縱骨架式混合結構，機艙其它部分及首尾采用橫骨架式；

（5）在設有系泊設備、舵機設備、艇架以及主機、輔機等機械設備處的船體結構處做相應的結構處理和加強；

（6）入級法國船級社（BV），滿足散貨船共同結構規范中的所有規定，共同結構規范中未提及的部分要滿足BV船級社舊的散貨船規范中的相關規定；

（7）無冰區要求。

1.2 區別于滿足原BV散貨船規范的船的結構設計特點

1)腐蝕余量比以前的滿足原BV散貨船規范的船明顯增加，對于各構件的腐蝕余量規定的更細致，尤其對單殼散貨船舷側肋骨的腐蝕余量的規定非常詳細。干散貨艙中各構件的腐蝕余量具有從1.25 mm至3.45 mm不同程度的增加，這也是所有構件中腐蝕余量增加較多的部分，其它艙室內的構件一般增加了0.5 mm左右。除了以上部分的增加，新規范還增加了0.5 mm的儲備腐蝕余量。

另外，對于壓載艙內的構件，原BV散貨船規定距艙頂1.5 m以內的構件比其它部分的構件的腐蝕余量增加0.25 mm，而散貨船共同結構規范規定距艙頂3.0 m以內的構件比其它部分的構件的腐蝕余量增加0.5 mm。

2)板材材料的要求基本維持原BV散貨船規范中的規定，只增加兩處要求：一是對單舷側結構的BC-A和BC-B船舶，舷側列板與底邊艙斜板相交點上下0.125舷側肋骨跨距范圍的全部或部分舷側列板的鋼級應不低于D/DH；二是對于具有BC-A或BC-B附加標志特征的單舷側散貨船，舷側肋骨下肘板的鋼級不低于D/DH。

3)提高了對縱骨穿越肋板處的疲勞要求，為滿足要求，本船采用了下面的連接形式，如圖3。

圖3 典型節點

4）由于共同規范中動載荷比以前有了很大程度的提高，故對貨艙橫艙壁和首尾機艙部分的液貨艙的周界的板厚都提高了要求。

2 貨艙段有限元直接計算與結果分析

2.1 有限元模型與裝載工況

圖4有限元模型模型范圍與滿足原BV散貨船規范的船舶的計算基本相同，有較大區別的是貨物的裝載工況比以前考慮得更詳細，除要考慮裝載手冊中的典型工況，還要按照輕貨艙和重貨艙分別考慮散貨船共同結構規范中指定的相應工況；除要考慮彎矩平衡法還要考慮剪力平衡法下的某些工況。

計算工況如下：

圖4

1）重貨艙

Table 1:Bending moment analysis applicable to loaded hold in alternate condition of BC-A(mid-hold is loaded hold)

其中：11和12工況要在只有裝載手冊中包含時才需要考慮。

Table 2:Shear force analysis applicable to loaded hold of BC-A(mid-hold is loaded hold)

2）輕貨艙

Table 3:Bending moment analysis applicable to empty hold in alternate condition of BC-A(mid-hold is loaded hold)

Table 4:Shear force analysis applicable to empty hold of BC-A(mid-hold is loaded hold)

2.2 有限元結果分析

根據有限元計算結果，貨艙區的結構主要做了以下加強：

1）與原散貨船有限元計算不同，CSR規定有限元計算中要考慮橫浪的影響，再加上邊界條件的影響，以致引起艙口間甲板上屈曲強度問題，帶來了約4 mm左右的甲板板厚增加量。

2）根據細模分析，每個貨艙縱向艙口圍兩端的板厚都提高了很多，原13AH36的板厚端部需要增加到24DH36，如圖5所示。引起這么大的增加量的原因主要是因為橫浪情況和邊界條件的影響下艙口發生了扭曲現象。

圖5 縱向艙口圍端部

3）根據有限元屈服強度校核結果，除風暴壓載艙的橫艙壁之外，其它橫艙壁靠舷側的二到三個槽條的板厚在規范計算的基礎上，增加了2 mm左右。

4）船底框架的有限元結果和以前相差不大。

5）根據有限元屈服強度的要求，hopper tank和第三貨艙（即重壓載艙）的wing tank的肋板開孔邊緣處屈服應力較大，最終采用了開孔邊緣貼面板的形式才能滿足要求，加強前后的結構形式如下：

3 結語

圖6 hopper tank的肋板加強前后比較

圖7 第三貨艙wing tank的肋板加強前后比較

本文全面敘述了57000 DWT單殼散貨船的結構設計的主要特點，展示了根據有限元計算結果對貨艙區結構做的相應的加強，在描述散貨船共同結構規范對結構設計的影響的同時與滿足原BV散貨船規范的相似船型的結構設計進行了比較。由于散貨船共同結構規范還在不斷完善修訂中，對于設計較早的57000 DWT單殼散貨船來說，其結構設計還有許多需要優化的地方。他山之石，可以攻玉。希望文中敘述的57000 DWT單殼散貨船的一些典型的結構設計能在同行業者將來設計其它滿足散貨船共同規范的船舶時起到借鑒和鋪墊作用。

［1］Common Structural Rules For Bulk Carriers January 2006.

［2］BV Class:Rules for the Classification of Steel Ships April 2005.