25000t半潛駁的開發設計

尋正來，盛慶武，熊平安

（上海佳豪船舶工程設計股份有限公司，上海 200233）

0 引 言

目前，國內現有的大型半潛駁型寬一般在30～40m之間。對于型寬為62m的350自升式鉆井平臺、60～75m 型寬的 CJ300～CJ400型自升式鉆井平臺等超寬海上結構物下水，要求半潛駁的型寬至少為 56m。招商局重工（深圳）有限公司在預測了未來五年海洋裝備市場的巨大需求量后，于2007年委托上海佳豪船舶工程設計股份有限公司進行了25000t半潛駁的方案設計、詳細設計和施工設計。

1 25000t半潛駁的主尺度

1.1 船型特點

該船為鋼質、箱型船體、主甲板上四角設塔樓、無脊弧、無梁拱、方甲板、雪橇型首、圓舭、艉船底斜切并設3只分水踵，可在遮蔽海域和港池內進行半潛作業以及在無限航區進行拖帶，為非自航無人甲板駁。

1.2 主尺度

圖1為該船的外形圖。表1為主要參數。

圖1 25000t半潛駁外形

該船船寬設計為56m，如果過寬，其橫向結構強度要求會很高，同時也會大大增加結構的重量，造成總體造價大幅增加。船長的選擇需要通過估算壓載水的容量，以確保該船能下潛到指定的深度16.8m。經過初步計算，最終確定船長為140m。艏艉塔樓尺寸和甲板高度的選擇需要考慮到穩性和儲備浮力是否達到規范要求[1]：最大沉深水線以上第 1層甲板以下部分的儲備浮力比率應不小于3.5%；最大沉深水線以上第2層甲板以下部分的儲備浮力比率應不小于5%。應用NAPA軟件建立線型（艏艉部的船體線型根據本船要求的船型特點建立)，結合艏、艉塔樓的結構形式，最后確定儲備浮力滿足設計要求的艏、艉樓第一層甲板高度為22.4m，第二層甲板高度為25.2m。

表1 25000t半潛駁的主要參數

2 船體總布置

該船主船體設置了32個壓載水艙、1個燃油艙、1個淡水艙和艏艉泵艙各1個，并在艏部艙底設置了污油艙、艙底水艙和測深儀艙。主船體為方駁型，四角設安全塔樓，艏艉左右塔樓通過泵艙艏艉橫向管弄、縱向管弄可相互連通。有2個艏錨、2個艉錨，型號均為AC14的大抓力錨。艏部左右塔樓承載甲板上各設有組合錨絞車各1臺，艉部左右塔樓承載甲板上各設有單卷筒移船絞車1臺。在艏塔樓頂甲板上設1臺電動液壓物料起重機。信號設備、救生設備和消防員裝備等均按規范要求配置。在艏塔樓頂甲板上設二氧化碳室1間，用于對機艙的消防保護。

該船在遮蔽海域和港池內進行半潛作業操作時具有15000t舉力，拖帶時最大可承載25000t甲板貨。有時為了裝卸寬度超過船寬的大型構件，在水深不大于18m的前提下，也可拆除艉塔樓，將艉塔樓下的壓載水艙進水口及泵艙通道密封，然后下潛，裝完構件后，起浮至拖航吃水，再將艉塔樓安裝回原處。

3 船體結構、總縱強度和橫向強度校核

3.1 船體結構

承載甲板以下設置了3道縱向水密艙壁和9道橫向水密艙壁，將主船體分隔成：32個壓載水艙、2個泵艙、1個燃油艙和1個淡水艙；承載甲板和船底為縱骨架式，舷側和縱艙壁也為縱骨架式。

3.2 總縱強度校核

3.2.1 波浪彎矩和切力直接計算[2]

依據《鋼質船入級規范》2006第2分冊第2篇第2章第2節[1]的規定，采用三維勢流繞射/輻射軟件 HydroStar和波浪運動響應和載荷的長短期預報軟件 FATA對該船進行波浪彎矩和切力的長期預報。波浪彎矩和切力采用直接計算是按中國船級社(CCS)有關“散貨船結構強度直接計算分析指南”的規定進行的。

圖2為波浪彎矩直接計算值與規范值比較，圖3為波浪切力直接計算值與規范值比較。

從圖中可以看出，波浪彎矩和切力直接計算值(概率水平 10-8)均比規范值要大，特別是波浪切力直接計算值其峰值在接近1/6船長和5/6船長位置，與規范值1/4船長和3/4船長的位置有較大的差別，其峰值也比規范值要大些，這是由于船型及總體布置特點所致。通過波浪彎矩和切力的直接計算，有利于結構形式的改進和優化，這在駁船超規范規定的開發設計中有著重要意義。

3.2.2 船體剪切應力流直接計算

根據《鋼質船入級規范》2006第2分冊第2篇第2章第2節2.2.6.3節[1]有關靜水切應力的規定，該船有3道縱艙壁，所以舷側外板和縱艙壁板上的剪切應力需由直接計算確定，并選取縱艙壁和舷側外板的板厚。

使用挪威船級社（DNV）的規范校核軟件NAUTICUS對船體剪切應力進行直接計算，根據縱向結構的特點，將其劃分為艉～#15、#15～#19、#19～#42、#42～#147、 #147～#153、#153～#163 和#163～艏等7塊，計算模型如圖4所示。

從計算結果中可以看出，剪切應力均小于許用剪應力，滿足結構要求。限于篇幅，這里只列出#42～#147之間（#46剖面代替）剪切應力直接計算結果（見表2）。

圖2 波浪彎矩直接計算值與規范值比較

圖3 波浪切力直接計算值與規范值比較

圖4 船舯剖面處所建的模型

表2 NAUTICUS對船體剪切應力直接計算結果

3.3 船體橫向強度計算

由于該船B（型寬）/D（型深）=56/8.8=6.36＞3，依據中國船級社鋼質海船入級規范2008修改通報[3]第二篇第十二章 附錄“箱形駁船橫向強度校核方法”，需要對船體橫向強度做有限元分析，圖5為船體結構有限元模型圖。

表3、4分別為有限元計算結果，工況LC1和LC2分別是：

1)對稱工況LC1：甲板最大許用載荷+舷外靜水壓力+由外向內作用的兩舷對稱受壓的波浪動壓力；

2)非對稱工況LC2：甲板最大許用載荷+舷外靜水壓力+一舷由外向內、另一舷由內向外作用的反對稱波浪動壓力。

圖5 船體結構有限元模型

表3 板最大應力計算結果匯總 N/mm2

表4 梁最大應力計算結果匯總 N/mm2

表中σe是彎曲應力，τe為剪切應力。

上述計算結果可見，計算應力均小于許用應力。由此得出：橫向結構強度滿足新規范的要求。

4 下潛、上浮壓載系統

為確保半潛駁能安全上浮和下潛，以及裝載大件上船時能及時壓載調傾，船上設壓載泵4臺，每臺泵流量為1700m3/h，壓載泵總量為6800m3/h。4臺壓載泵可以同時工作，即同時注入或同時排出。壓載管路采用前、后、左、右各2路（分區控制，但又相互備用）集中注入或排出總管方式。在注入或排出總管，各艙支管接至各壓載艙。在塔樓處的壓載艙有直接與海水箱相連的連通管，可作為重力排放和灌注用。壓載泵系統中的液動遙控蝶閥，由艏部右舷塔樓集中控制室遙控。

5 作業和拖航工況穩性計算

在首部#0～#15及尾部#159～#175處設置了艉樓和艏樓，依據中國海事局頒布的《船舶與海上設施法定檢驗規則——國內航行海船法定檢驗技術規則》2006 修改通報[4]中對半潛船穩性的有關要求對作業工況穩性進行計算。拖航時最大可承載25000t甲板貨，其穩性滿足國際海事組織IMO A.749(18)決議對方駁的完整穩性要求。

該船下潛時最大可承載15000t甲板貨，由于淹沒甲板后其橫穩心高度大幅降低，所以裝載手冊中對下潛工況的步驟劃分比較詳細（分別做了承載12000t和15000t甲板貨），以指導船舶下潛和上浮的操作。

經過對下潛工況詳細的分析和計算，該船在下潛工況時穩性完全達到了預期的指標，說明船舶主尺度、船體線型及總體布置均滿足設計要求。

6 結 語

依據新規范對波浪彎矩和切力的直接計算、船體剪切應力流的直接計算和船體橫向強度有限元的計算，結論是該船總縱強度和橫向強度完全滿足規范的要求。目前該船已經建造成功，通過了下潛上浮試驗，并且正式投入運營，達到預期的開發設計指標。

[1] 中國船級社.鋼質海船入級規范2006第2分冊[S].人民交通出版社，2006.8.

[2] 中國船級社.散貨船結構強度直接計算分析指南[S].人民交通出版社，2003.5.

[3] 中國船級社.中國船級社鋼質海船入級規范2008修改通報[S].人民交通出版社，2008.8.

[4] 中國船級社.船舶與海上設施法定檢驗規則——國內航行海船法定檢驗技術規則2006修改通報[S].