散货船的结构设计特点及施工优化

　　摘 要：散货船是当今世界的三大主流船型之一，且呈现出超大型化的趋势。散货船共同规范CSR于2006年4月1日作为IACS的统一规范生效，它系统、全面、详细的规定了散货船的结构设计标准。根据设计经验，文章对散货船结构设计中几个应该注意的问题进行了阐述，同时指出了详细设计中结构设计部分对造船过程中施工工艺考虑不足的现象存在，而这一现象最终造成了船厂在建造过程中存在施工难度大、工艺复杂、焊接量大、变形难以控制、精度不高等问题。最后文章提出了几种合理改变结构形式的优化方案，来简化船舶建造工艺，降低施工难度和成本，保证精度。

　　关键词：详细设计；结构特点；结构优化；精度控制

　　中图分类号：U671 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）23-0005-03

　　全世界每年约有20多亿t的干散货投入到海运市场，占全世界海运量的1/3，散货船作为三大船型之一，其安全性、经济性、环保性是业界关注的焦点。散货船的结构设计是其安全运营的重要保障，结构设计的是否合理，结构形式是否优化又影响其经济性。目前国内现状是多数船厂不具备前期的方案设计、详细设计、送审设计的能力，一般都是委托有资质的专业设计院进行前期的详细设计。而详细设计中的结构设计部分往往是从满足规范要求、满足强度要求来考虑，结构形式往往是参照母型船，对造船过程中的施工工艺考虑往往不够，这样就造成了船厂在建造过程中的施工难度大、工艺复杂、焊接量大、变形难以控制、精度不高。具备生产设计能力的船厂就需要从船厂的施工角度出发，对于详细设计中工艺性不强的部分进行结构优化，既要满足强度要求，又能大大方便现场施工，降低施工难度，保证精度，同时也降低造船成本。

　　1 散货船结构设计特点

　　目前投入世界航运市场的散货船多数为典型的单壳结构。其货舱横剖面如图1所示。

　　1.1 货舱双层底结构

　　双层底一般采用纵骨架式，设有纵桁、纵骨、横向肋板。中桁材在货舱区应保持延伸，从船首至船尾应尽可能保持延伸，其结构连续性应在船舶的全厂范围内连续。旁桁材在货舱区与的平行总体范围内应保持延续，在货舱区与的首端只尾端应尽可能保持延伸。肋板和船底桁材的间距不仅受制于肋骨间距，而且有绝对值的要求。

　　双层底中线处可设置箱形中桁材，由两道平行的水密侧板和内外底板、骨材、肋板组成，即为管弄。它是一个从防撞舱壁通向机舱前端壁的，沿船长方向布置的水密通道。在此通道内可集中布置管系，并且在通道的首尾及货舱横墩处布置水密人孔以方便人员进入检查维修，箱形中桁材的典型结构如图2所示。

　　1.2 货舱边舱结构

　　散货船的底边舱和顶边舱一般都采用很强的三角箱形结构，并且还有一个很强的双层底结构及一个很强甲板结构。底边舱一般有斜侧板、旁桁材、舭部外板及肋板构成，内部结构一般为纵骨架式，斜侧板与内底板之间的倾斜角一般控制在40？�～50？�之间。横向强框架边缘的加强扁钢与纵骨之间一般应设置加强筋，以提高横向框架腹板的稳定性。

　　连接顶边舱和底边舱的结构为主肋骨，此处为单壳散货船货舱的高应力区域，设计时应特别注意。在设计此处结构时应通过疲劳强度校核，并且适当改进结构设计节点，以保证船体结构中受交变载荷作用的构件有足够的疲劳寿命。肘板的趾端应设计成软趾，以减少应力集中和疲劳积累损伤。肘板的面板端部应削斜，削斜的长度应≥2.5倍的面板宽度，面板的端部沿板厚方向也要进行削斜，以减少此处的应力产生，细节如图3所示。

　　2 结构优化

　　从工艺的角度去适当改变结构形式，可以大大减少现场施工工作量，可以有效控制焊接变形，保证精度，降低造船成本。

　　2.1 变焊接为折角，大大简化施工工艺，减少全焊透的焊

　　接工作量及检测工作量

　　如图4所示在不改变结构的情况下将顶边舱斜板与舱口纵桁的焊接改变成折角，大大减少了全焊透的焊接工作量，减少了焊接变形。同时还减少了焊接打磨的工作量，减少了舱口纵桁端头打磨光顺的工作量，减少了全焊透的无损检测工作量，减少了焊缝的密性试验检测工作量，只需要上模版压制即可，效率高、质量有保证。

　　2.2 结构形式修改，不改变结构强度，简化装配

　　如图5所示的加强肘板构件太长，装配时有困难，焊接时容易变形。优化成如右图所示装配比较容易，提高施工效率。

　　2.3 改变结构形式，减少焊接长度

　　如图6所示月牙挺筋的加强型式完全可以优化成肘板加强，不仅大大减少了焊接、打磨工作量，而且节约了材料，同时装配简单，提高了现场生产效率。

　　2.4 扶强材端部连接形式优化

　　如图7所示舷侧肋板加强筋在设计时普遍使用端部焊接形式。然而在货舱首尾结构因为线型的变化会导致连接外底纵骨和内壳纵骨的加强筋在两端装配时角度不一致，通常一端需要扭曲，装配时需要靠火工或外力来迫使加强筋安装角度发生改变，难度大、效率低、精度不良、质量不好。在满足结构强度的情况下可以优化成如右图所示两端不与扶强材固定，端部削斜的加强方式。此方式大大简化了装配工艺，使加强筋的安装焊接变得轻松简单，提高了现场工效，保证了精度和质量。

　　2.5 内孔T型加强结构优化

　　如图8所示内孔加强若采用T型面板的方式给施工带来了很大的困难。首先面板需要曲加工，若遇到不规则内孔则加工难度更大，其次在装配时由于曲加工的面板精度难于控制，与内孔贴合时经常出现装配间隙，这时需要借助外力或火工来让间隙变小，贴合紧密，非常费时费力，效率低下。在不影响强度的情况下可以采用在内孔边缘加强的方式则大大降低了装配难度，加强筋不需要曲加工，直接装配烧焊即可，大大提高了生产效率。

　　2.6 机舱隔离舱顶板结构形式优化

　　如图9所示对机舱隔离舱顶板进行了结构优化，由以前的纵壁连续改为平台连续，则大大改善了工人的施工环境和焊接姿势，由以前的立焊、仰焊变成了俯焊，质量得到了保证，精度得到了控制。这是因为此机舱分段一般都是以甲板为底反造，将隔离舱顶板该为连续后，则连接顶板与强横梁之间的肘板可以和下面的油舱形成一个组立，在上胎架之前和油舱装配好，原来在隔离舱里面的闷舱作业变成了敞开作业，环境得到了改善，焊接姿势由仰焊变成了俯焊，装配和焊接效率都得到了提高。

　　3 结 语

　　船舶设计过程是一个复杂、科学、优化的过程。船舶设计的好坏直接影响到其安全性、经济性。船体结构在满足强度情况下的优化不仅可以减少船舶自重，提高载重量，而且也能给船舶建造带来施工便利，提高效率，降低建造成本。因此货船设计在满足规范的前提下，要尽可能考虑其经济性和环保性，给船东提高载货量以提高其营运效益，给船厂以施工便利，降低其建造成本。

　　参考文献：

　　[1] 杨永祥.散货船船体结构设计中应注意的几个问题[J].江苏船舶，2008，（5）：10-13.