李海洲，李會(huì)華

（江南造船（集團(tuán)）有限公司，上海 201913）

0 概 述

5100TEU集裝箱船是江南長(zhǎng)興重工有限公司的首制船和主打產(chǎn)品，該船為無(wú)限航區(qū)，具有連續(xù)的上甲板，球艏方艉，單舵單槳，有艏側(cè)推，可裝載冷藏箱，干舷甲板為17332平臺(tái)，兩側(cè)為服務(wù)通道的巴拿馬極限型集裝箱船。設(shè)計(jì)和建造的技術(shù)含量都相當(dāng)高。

本文從船體結(jié)構(gòu)專業(yè)的角度，闡述了該船在送審設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)到生產(chǎn)設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場(chǎng)施工幾個(gè)階段中出現(xiàn)的5個(gè)技術(shù)問(wèn)題的處理方法及結(jié)果。

該船主要要素見(jiàn)表1。

表1 5100TEU集裝箱船要素表

1 技術(shù)問(wèn)題的提出和處理

1.1 結(jié)構(gòu)修改引起箱位數(shù)變化

第一貨艙前部艙口（FR133-FR137）原設(shè)計(jì)為T(mén)形，即 FR133-FR135箱位的橫向邊界到 11580 OFF CL.，F(xiàn)R135-FR137箱位的橫向邊界到 9062 OFF CL.（如圖 1(a)所示）。

在送審前的預(yù)審階段，發(fā)現(xiàn)船體梁在設(shè)計(jì)方案一中位置1處結(jié)構(gòu)過(guò)于薄弱，在FR134剖面上結(jié)構(gòu)最窄處最小寬度≤d1400mm，與其他位置相比變化過(guò)大，而且主甲板以上，11580 OFF CL.向舯為貨艙，所以無(wú)法采取加強(qiáng)措施。集裝箱船因大開(kāi)口而導(dǎo)致船體梁在距中和軸最遠(yuǎn)的甲板處的應(yīng)力集中尤為突出，雖然縱向位置已經(jīng)靠近艏部，但從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上考慮，如果要改善這種情況，只能封掉一個(gè)箱位以補(bǔ)償強(qiáng)度（如方案二云狀線所示），見(jiàn)圖2。經(jīng)過(guò)再進(jìn)一步的應(yīng)力計(jì)算和分析后，驗(yàn)證了原先的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在最危險(xiǎn)狀態(tài)下的應(yīng)力與許用應(yīng)力相比已經(jīng)沒(méi)有裕度了。

封掉箱位的結(jié)果是裝箱數(shù)將比規(guī)格書(shū)中要求的5086TEU少掉2個(gè)，為5084TEU。船東不予接受。

經(jīng)過(guò)多方考慮和權(quán)衡，強(qiáng)度的風(fēng)險(xiǎn)必須要規(guī)避，最終將一艙前部的艙口形狀改為矩形，封掉1個(gè)箱位。這樣艙口蓋就可以做成規(guī)則的矩形；至于少掉的2個(gè)箱位，考慮到機(jī)艙的空間相對(duì)比較寬裕，決定作如圖3所示的修改，這樣可以加出5個(gè)箱位，使裝箱達(dá)到了5089TEU，滿足了規(guī)格書(shū)的要求。

圖1 艏樓甲板2種方案對(duì)比

圖2 設(shè)計(jì)方案一和二對(duì)比

1.2 艏部線型過(guò)尖做成鑄件

集裝箱船的一大特點(diǎn)就是航速高，所以它的線型都比較尖瘦。5100TEU集裝箱船是極限巴拿馬型的主尺度，為了保證25.2kn的高航速，采用非常尖削的艏部線型，尤其是艏部球鼻艏上部。

鑒于5100TEU集裝箱船艏部如此尖瘦的線型，在拿到第一版基本結(jié)構(gòu)圖后，針對(duì)艏部球鼻艏上部位置的結(jié)構(gòu)形式和建造方法初步探討了各種方案的可能性。方案一：傳統(tǒng)的板結(jié)構(gòu)，但需要在得到進(jìn)一步的線型資料后，判斷是否可以通過(guò)線型光順的余量給施工空間和外板加工帶來(lái)根本的改善；方案二：借鑒尾部尾軸處結(jié)構(gòu)形式的解決方案，考慮采用鑄件形式的可行性。

在第一版線型圖上（線型未光順前），見(jiàn)圖4。14740A.BL 前端直接就形成了尖角，而且距離較長(zhǎng)；線型光順后，在14740A.BL開(kāi)口寬度為350mm的位置距最前端約2100mm（已經(jīng)考慮了外板的板厚）處，并在高度2m的范圍外空間逐漸開(kāi)敞，如此狹小的空間施工人員根本無(wú)法進(jìn)入施工，況且外板的加工也無(wú)法進(jìn)行。

圖3 FR30處增加5箱位

圖4 線型光順前后艏部空間對(duì)比

經(jīng)過(guò)進(jìn)一步考慮和論證后，船廠定下最終解決方案：把球鼻艏上部做成鑄件，從而從根本上解決這個(gè)難題。

1.3 集裝箱船三向通斷問(wèn)題

為了裝卸集裝箱方便，集裝箱船都具有大開(kāi)口的特征。5100TEU貨艙開(kāi)口約為 28.1m，型寬為32.2m，開(kāi)口達(dá)到了型寬的 87%，這樣對(duì)集裝箱船總縱強(qiáng)度就尤為重要，GL船級(jí)社針對(duì)縱向構(gòu)件的連續(xù)性也有比較明確的原則要求：所有縱向的平臺(tái)和縱壁在縱向應(yīng)盡量地連續(xù)[1]。

在集裝箱船中相當(dāng)普遍的是手槍形的平臺(tái)或縱壁，使這個(gè)原則給三向通斷帶來(lái)了很大的問(wèn)題。在第一版預(yù)審圖中，三向通斷未作具體地考慮，從圖紙上理解，在縱壁上出現(xiàn)了非常多的平臺(tái)，必須要開(kāi)槽才可以裝配，給現(xiàn)場(chǎng)的施工帶來(lái)不可想象的難度和工作量。

在對(duì)通斷方案進(jìn)行分析比較后，認(rèn)為增加板縫是最佳方案，應(yīng)用到實(shí)船后取得了很好的效果?，F(xiàn)以內(nèi)殼板（14100 OFF CL.），9556平臺(tái)，F(xiàn)R105三向相交處的通斷為例來(lái)說(shuō)明這個(gè)設(shè)計(jì)方案，參見(jiàn)圖 5～7。

根據(jù)縱向連續(xù)的原則，F(xiàn)R105在9556平臺(tái)和內(nèi)殼板設(shè)計(jì)成間斷。

在14100 OFF CL.處，9556平臺(tái)上，角隅嵌補(bǔ)板連續(xù)是最優(yōu)方案，如圖5所示（如果9556平臺(tái)在14100 OFF CL.處設(shè)計(jì)成間斷，那么角隅嵌補(bǔ)板必須要在內(nèi)殼板上開(kāi)槽才可以裝配，對(duì)施工裝配難度太大，不予采用）。

圖5 9556平臺(tái)結(jié)構(gòu)

圖6 FR105剖面結(jié)構(gòu)

圖7 縱艙壁結(jié)構(gòu)

圖7所示云狀線中9556平臺(tái)上方板縫為大合攏縫，F(xiàn)R105-500處板縫之后內(nèi)殼板連續(xù)，F(xiàn)R105-500處板縫之前平臺(tái)板（9556 PLATFORM）連續(xù)。增加FR105-500處板縫的好處是可以將內(nèi)殼板分為2個(gè)部件，從根本上解決了裝配難的問(wèn)題。

1.4 高應(yīng)力區(qū)的典型節(jié)點(diǎn)

H2390在塢內(nèi)搭載接近完成的時(shí)候，GL的現(xiàn)場(chǎng)巡檢提出5100TEU艙口圍的縱向掛落板大合攏處存在R50的過(guò)焊孔，而在高應(yīng)力區(qū)的過(guò)焊孔是不允許存在的。

集裝箱船的大開(kāi)口導(dǎo)致抗扭箱區(qū)域應(yīng)力集中非常大，在最初送審時(shí)要求把5100TEU集裝箱船抗扭箱區(qū)域內(nèi)縱骨型材等的過(guò)焊孔設(shè)計(jì)為Ω形，適用范圍是抗扭箱區(qū)域高度高于300的縱骨型材，并且在送審圖中就已用詳圖標(biāo)出，見(jiàn)圖8。

圖8 縱向艙口圍掛落板大合攏處節(jié)點(diǎn)

圖9 FR126（船艏1/4L）通風(fēng)結(jié)構(gòu)布置

針對(duì)艙口圍掛落板大合攏過(guò)焊孔的問(wèn)題，生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)采取的是R50的過(guò)焊孔形式（滬東8530TEU集裝箱船入GL船級(jí)社也是同樣節(jié)點(diǎn)）。經(jīng)過(guò)應(yīng)力分析計(jì)算后，發(fā)現(xiàn)開(kāi)R50的過(guò)焊孔的許用應(yīng)力剛處于臨界點(diǎn)，GL在考量了現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量的因素后認(rèn)為節(jié)點(diǎn)要求須偏保守，節(jié)點(diǎn)的要求要跳高一檔。根據(jù)GL規(guī)范中的節(jié)點(diǎn)要求，扇形孔跳高一檔應(yīng)該是Ω形，跳高兩檔是無(wú)過(guò)焊孔。最后，對(duì)于已經(jīng)下料結(jié)束的分段，采取嵌補(bǔ)掛落板（無(wú)過(guò)焊孔）的措施來(lái)補(bǔ)救。

1.5 船艏1/4L貨艙通風(fēng)帽的結(jié)構(gòu)布置

5100TEU集裝箱船的艙口圍甲板在橫隔艙處是封閉的，而主甲板在此處是開(kāi)放的。根據(jù)載重線公約[2]，對(duì)于船艏1/4L向后的貨艙通風(fēng)的通風(fēng)帽從水密甲板（艙口圍甲板）算起是760mm（位置2，本船干舷甲板是二甲板），見(jiàn)圖9。綁扎橋平臺(tái)的通道高度和貨艙艙口蓋是一致的，都是700mm，這樣通風(fēng)帽的高度基本不影響通道。但船艏1/4L范圍內(nèi)的通風(fēng)帽的高度按載重線的要求是 900mm（位置1），通風(fēng)帽高出綁扎橋通道高度200mm，通道將無(wú)法滿足要求。所以將主甲板在橫隔艙處做成水密，這樣通風(fēng)帽就可以低于綁扎橋通道。同時(shí)考慮到貨艙直梯的布置，主甲板只在一側(cè)做成了水密，另一側(cè)還是艙口圍甲板水密。

這個(gè)方案綜合考慮了通風(fēng)帽，小艙口蓋（通往貨艙的直梯）和綁扎橋平臺(tái)的通道布置，而且也基本滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)則的要求。

但是GL認(rèn)為：通風(fēng)帽布置在兩艙口蓋之間，且距艙口圍甲板只有200mm，在船舶航行中，一旦上浪，在兩艙口蓋之間的空間短時(shí)間內(nèi)會(huì)聚集大量的海水，則通風(fēng)帽有被反灌海水的可能。為避免這種風(fēng)險(xiǎn)，需要在艙口圍甲板（對(duì)應(yīng)于圖9中右舷標(biāo)示對(duì)角線空間即②的上方）開(kāi)足夠大的孔保證海水可以盡快的泄到圖 9中右舷標(biāo)示對(duì)角線空間。GL同時(shí)提出要保證圖9中右舷標(biāo)示對(duì)角線空間的海水在船舶左右橫傾的情況下都可以順利排出，右舷可以開(kāi)流水孔將水排到主甲板，而左舷就只能接管子排到主甲板；考慮到11mm的管子直接跟縱向艙口圍40EH36焊接顯然無(wú)法滿足相關(guān)的要求，所以只能把管子連接到箱體圖9中左舷標(biāo)示對(duì)角線空間即①，再在艙口圍縱向板上開(kāi)流水孔。

2 結(jié) 語(yǔ)

2009年10月，5100TEU集裝箱船首制船“天寶河”號(hào)順利簽字交船，這對(duì)中船長(zhǎng)興重工有限公司具有標(biāo)志性的意義。5100TEU集裝箱船的順利交付，為公司的設(shè)計(jì)、建造和管理積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，也為以后承接更高附加值的船型提供了技術(shù)和人才儲(chǔ)備。

[1] Rules for Classification and Construction (GL 2006)-Ship Technology - Seagoing Ships-Hull Struction[S].

[2] Load Lines, 1966 - International Convention on Load Lines, 1966 - Annex I - Regulations for Determining Load Lines - Chapter II - Conditions of Assignment of Freeboard - Regulation 19 – Ventilators[S].