楊俊華

（天海融合防務裝備技術股份有限公司 上海201612）

浮船塢的縱向強度試驗

楊俊華

（天海融合防務裝備技術股份有限公司 上海201612）

縱向強度試驗是浮船塢設計建成后進行的一項重要試驗。在試驗中，通過調整浮船塢壓載艙的水量，使浮船塢中部形成一個與設計彎矩值相同的彎矩，以檢驗浮船塢在設計彎矩下的總縱向強度和建造質量；同時測量浮船塢的撓度，建立塢中撓度和塢中彎矩的關系，求得設計彎矩下浮船塢產生的撓度，作為撓度監(jiān)測系統報警值的取值依據。文章以48 000 t舉力浮船塢為例，全面闡述浮船塢縱向強度試驗，為今后浮船塢的設計和建造提供參考。

浮船塢；縱向強度；試驗；撓度

引 言

自2010年以來，本公司設計、改裝了多型浮船塢，包括30 000 t舉力浮船塢，38 500 t舉力浮船塢（改裝）、7 000 t舉力浮船塢、48 000 t舉力浮船塢和22 000 t舉力浮船塢。這些浮船塢的結構設計主要根據各船級社的相關規(guī)范并輔以有限元計算分析。關于浮船塢的結構試驗，各船級社對結構的密性試驗進行了較詳細的描述；同時要求配備撓度監(jiān)測系統，以避免浮船塢作業(yè)時超過最大塢中彎矩對應的撓度值。部分船級社提及進行縱向強度試驗以求得撓度值，但缺乏對試驗的具體指導意見［1］。本文以48 000 t舉力浮船塢為例，對縱向強度試驗的相關方面進行探討。

1 浮船塢主要尺度和壓載艙布置

該塢主尺度見表1。

表1 浮船塢主尺度

該塢浮箱和塢墻為鋼制結構，兩者連續(xù)不可分。浮箱結構由3道水密縱艙壁和7道水密橫艙壁，加上首尾水密封板分隔成縱向6個水密區(qū)和2個橫向通道；每個水密區(qū)橫向被分成4個艙，合計24個壓載艙。左右舷共設置4個干式泵艙，通過橫向通道連接。除浮箱甲板采用橫骨架式結構外，其余的塢底、縱艙壁、內外塢墻、安全甲板和頂甲板結構均采用縱骨架式以確保足夠的縱向強度。

圖1 48 000 t舉力浮船塢浮箱甲板下布置示意圖

2 縱向強度試驗

2.1 試驗目的

縱向強度試驗的主要目的如下：

（1）觀察浮船塢承受設計最大彎矩時，結構有無異常、焊縫有無拉裂等情況，以檢驗浮船塢總縱強度和建造質量。

（2）建立塢中撓度和塢中彎矩的關系，求得塢中設計最大彎矩對應的塢中撓度。

（3）校核撓度儀的正確性，提供報警點的設置依據。

2.2 試驗方法

試驗的方法是將浮船塢浮箱中的壓載艙分成首、中、尾共3組。首先將3組壓載艙均勻進水并使浮船塢平浮下沉到不大于設計工作吃水，作為初始狀態(tài)。此時彎矩較小，一般在設計靜水彎矩的5%左右。然后，通過保持中部壓載艙水量不變，對首、尾部壓載艙均勻排水，形成中垂（若保持首、尾部壓載艙水量不變，對中部壓載艙均勻排水，則形成中拱）；同時，測量其中垂或中拱狀態(tài)的變形情況，并檢查浮船塢的結構有無異常［2］。

圖2 空塢縱向強度試驗壓載水變化示意圖

因浮船塢在生命周期內抬船作業(yè)工況大部分為中垂狀態(tài)，中拱狀態(tài)極少出現（即使出現，實際承受的中拱彎矩也較?。士蓛H進行中垂狀態(tài)的試驗，因此縱向強度試驗有時也稱為中垂強度試驗。

某些浮船塢的結構形式可能會導致許用的最大塢中中拱彎矩小于許用的最大塢中中垂彎矩。如要進行中拱強度試驗，必須注意這一點。

2.3 撓度儀設置要求及工作原理

對浮船塢抬船彎矩的監(jiān)測主要通過撓度儀來實現。根據單跨梁理論，承受均布載荷單跨梁中某點的撓度值與該點承受的彎矩值呈線性關系［3］；而抬船作業(yè)時，浮船塢承受的載荷可簡化為均布載荷，故塢中處承受的靜水彎矩與其撓度也呈線性關系，基于此浮船塢可通過撓度儀實現對承受最大抬船彎矩的監(jiān)測。

船級社規(guī)范中均要求配備撓度監(jiān)測系統，對于塢長LD在180 m及以上的浮船塢，中國船級社要求配兩套完全獨立的撓度監(jiān)測系統，其中一套為液壓型［1］。根據英國勞氏船級社規(guī)范，如浮船塢僅配一套且浮船塢均勻壓載則可采用光學系統監(jiān)控［4］。

本塢在兩舷塢墻安全甲板和頂甲板之間各設了一套液壓型撓度測量管系。當浮船塢發(fā)生縱向彎曲變形時，根據連通器原理，各測點管內液面始終處于同一水平面，而液柱高度會發(fā)生變化，通過底部的傳感器測得液柱的高度信息并傳遞到中控臺，再由中控臺計算機算出各測點撓度［5］。

圖3 液壓型撓度測量管系圖

此外，在縱向強度試驗中，通過光學測量儀器實測浮船塢承受最大抬船彎矩時的塢中最大撓度值，既可校核中控臺撓度儀的準確性，也作為撓度儀報警點的設置依據。

2.4 試驗前準備

試驗前，設計方應編寫縱向強度試驗大綱，按設計最大許用塢中抬船彎矩的0%、25%、50%、75%、100%共5個工況，計算出5個試驗狀態(tài)各艙的水位。打開浮箱甲板各壓載艙的人孔蓋，試驗時應從人孔處人工直接測量各壓載艙水位［2］。

此外，試驗應選擇在氣溫變化不大時進行，一般在夜間進行。

2.5 試驗步驟及注意事項

試驗按以下步驟進行：

（1）打開所有壓載艙進水閥，使各艙均勻進水，將浮船塢調平，作為初始狀態(tài)。

為便于后續(xù)操作，讓所有壓載艙水位一致，壓載艙布置和浮船塢建造后重心一般不會位于塢中心，浮船塢會有一定的縱橫傾，可保持首尾區(qū)域16個壓載艙的水位不變，通過少量調節(jié)中部區(qū)域8個壓載艙的水量，將浮船塢調平。

（2）從打開的人孔處對各壓載艙的水位進行人工測量并記錄；記錄塢墻頂甲板上用激光水平儀的激光束掃描到測量標桿上的高度值，通過各標桿測量值可求出塢墻頂甲板的撓度；記錄中控室撓度儀的讀數，作為比對。

（3）保持本塢中部8個壓載艙水位不變，對首尾各8個壓載艙均勻排水（指降低相同的水位），分4個不同階段排出壓載水并調平浮船塢，使浮塢相對于初始狀態(tài)增加不同的縱向中垂彎矩，最終使浮塢承受設計的最大彎矩值。

（4）保持中部8個壓載艙水位不變，對首尾各8個壓載艙均勻進水（指升高相同的水位），分4個不同階段進壓載水并調平浮船塢，使浮船塢逐漸恢復到初始狀態(tài)，并同時按第（2）步驟的要求記錄各壓載艙的水位和撓度測量值。

試驗分階段進行是為求得塢中彎矩和塢中撓度的關系。每個階段還應檢查浮塢結構有無異常，焊縫有無拉裂，以確保試驗過程結構的安全。

2.6 試驗結果

浮船塢僅進行中垂強度試驗。在初始狀態(tài)（即0%）和25%~100%中垂狀態(tài)下，人工實測的壓載艙水位如表2所示；試驗測得浮船塢各試驗狀態(tài)的標桿測量值如表3所示。

表2 48 000 t舉力浮船塢各狀態(tài)壓載艙水位

表3 標桿測量值

表2為試驗過程中各壓載艙的實際水位，應依此水位計算實際的彎矩。同時，應注意本試驗以初始狀態(tài)為參照，進行數據處理以建立相對于初始狀態(tài)各步驟塢中的撓度值與塢中的中垂彎矩變化值的關系曲線。其中，中垂彎矩的變化值為各步驟實際彎矩與初始狀態(tài)彎矩的差值。

表3為各試驗狀態(tài)的標桿測量值，而不是撓度值。通過計算，可求得塢中各狀態(tài)相對于初始狀態(tài)的撓度值。試驗中通過標桿加激光水平儀求得的撓度值與中控臺撓度儀的撓度值進行比較，兩者相符，說明后者工作正常。

經過上述數據處理，計算得到塢中撓度值ΔV和塢中中垂彎矩變化比值ΔRM關系如表4所示。

表4 塢中撓度變化和塢中中垂彎矩變化

表4中ΔRM為塢中彎矩變化值與設計塢中彎矩的比值。由上述數據繪制ΔV和ΔRM曲線如圖4所示。

圖4 塢中撓度變化和中垂彎矩變化曲線

試驗中，未出現結構件異常、焊縫拉裂等情況，說明本塢總縱強度滿足要求，設計建造質量良好，令人滿意。

2.7 試驗結果的應用

由表4和圖4可見，相對于初始狀態(tài)，塢中撓度值與中垂彎矩值呈線性關系，撓度隨彎矩增加而線性增加。97.8%設計彎矩時，塢中最大撓度為214 mm；100%設計彎矩時，最大撓度按比例計算為218.8 mm。

在LR和DNV浮船塢規(guī)范中，均要求設置停泵報警以避免浮船塢超過最大許用撓度值。對此，浮船塢采取以下措施：考慮到初始狀態(tài)存在一定的初始彎矩和初始撓度，并保留適當的總縱強度余量，在浮船塢抬船時，停泵報警取為此次試驗設計彎矩對應撓度值218.8 mm 的90%，即為196.9 mm；同時，考慮為便于人員操作，提供緩沖時間，塢中撓度報警值取為最大撓度值的70%，即為153.2 mm。據此對本塢中控臺的撓度儀設置了報警點。

3 結 論

檢驗浮船塢總縱強度和建造質量，通過對撓度的監(jiān)測來實現對浮船塢承受彎矩的控制，故縱向強度試驗在船舶交付之前必須進行。

在實船進塢前，采用調整浮船塢前、中、后部壓載艙水量來形成一個與設計塢中彎矩值相同的彎矩。該方法較為簡單有效，目前普遍采用。然而，因該法的載荷分布與進塢船矩形加拋物線分布的標準形式不同，其撓度與后者所產生的撓度是否相同，尚待后續(xù)研究探討。

本文以48 000 t舉力浮船塢縱向強度試驗為例，闡述該試驗的目的、方法、過程和注意事項，希冀對浮船塢設計人員和建造工程師有所幫助。

［1］ 中國船級社. 浮船塢入級規(guī)范［M］. 北京：人民交通出版社，2009. 7-14.

［2］ 邱崚. 浮船塢的試驗［J］. 船舶設計通訊，1993（2）：117-120.

［3］ 中國船舶工業(yè)集團公司.船舶設計實用手冊：結構分冊［S］. 3版.北京：國防工業(yè)出版社，2013：728.

［4］ LR. Rules and Regulations for the Construction and Classification of Floating Docks ［S］. 2016.

［5］ 李志. 浮船塢撓度自動監(jiān)測系統設計［J］. 船舶工程，2010（s1）：58-59.

Longitudinal strength test of floating dock

YANG Jun-hua
(Bestway Marine & Energy Technology Co., Ltd., Shanghai 201612, China)

Longitudinal strength test is an important test after the design and construction of the floating dock.The water quantities in the ballast tanks of the floating dock are adjusted to form a bending moment equal to the designed bending moment at the middle of the floating dock. Thereupon, the overall longitudinal strength and construction quality of the floating dock under the designed bending moment can be assessed. And the deflection of the floating dock under the designed bending moment can be calculated according to the relation between the deflection and the moment based on the measured deflection of the floating dock, which can be used for the setting of the alarm value of the deflection monitor system. The longitudinal strength test of a 48 000 t lifting capacity floating dock is thoroughly presented in this paper to provide reference for the design and construction of the floating docks in the future.

floating dock; longitudinal strength; test; deflection

U661.72

A

1001-9855（2017）06-0033-05

10.19423 / j.cnki.31-1561 / u.2017.06.033

2017-03-02；

2017-03-14

楊俊華（1981-），男，工程師。研究方向：船舶結構設計。