張宇瀟

【摘??要】集裝箱船屬于布置型船舶，因箱位數(shù)大而取得明顯的經(jīng)濟效益。目前10000?TEU以上的超大型集裝箱船也已在國外開發(fā)成功。這種發(fā)展趨勢完全是適應世界航運界的迫切需求。通過近幾年的技術改造和技術進步，過去認為集裝箱船大型化的障礙———裝卸吊橋的跨距及主機功率已基本解決。船舶結構設計技術、制造工藝和材料選用問題已具備必要的技術儲備。這樣，為大型集裝箱船的發(fā)展提供了廣闊的前景。

【關鍵詞】大型集裝箱船船體結構;設計制造;

當下，大型集裝箱船船體結構設計制造不完善的問題依然沒有得到完全解除，以致船體在長期運行中出現(xiàn)結構變形等質量問題，影響船運效率的同時，威脅船員生命財產安全性，故此，給予大型集裝箱船船體結構設計制造一定重視，并加強對新技術、新材料與新工藝的應用力度是極為必要的。

一、大型集裝箱船設計特點分析

1.貨艙開口相對較大。為不斷提升貨艙中集裝箱安裝數(shù)目，甲板開口/船寬電壓通常>80%，部分甚至達到了93.2%。但是船舷的縱向甲板條狹窄化的問題依然沒有得到有效解除，以導致船體總強度問題偏低的現(xiàn)實問題長期沒有得到處理。

2.航速相對較高。相關資料記載，大型集裝箱船的航速通常>24?海里，采用相對較大的航速實現(xiàn)增強水動力對船體作用效果的目標。尤其是首部結構，應對局部強度仔細校對與核實。與此同時，大功率主機可誘導激振力的生成，此時大型集裝箱船在設計與制造環(huán)節(jié)中對防振設計提出更加苛刻的規(guī)定。

3.對穩(wěn)定系數(shù)提出更高的要求。大型集裝箱船和普通貨船存在顯著差異性，其在滿載航行過程中，為符合船只航行穩(wěn)定性相關規(guī)范，通常需要裝大量壓載水。

4.艙口變形量相對較大。寬度與狹窄的甲板為縱向條，以致船體剛性明顯被弱化，以致艙口變形量相應增加，進而影響船只航行的安穩(wěn)性，故此，后續(xù)在對結構在船體結構、艙口蓋及綁扎橋的設計與制造過程中，需充分分析艙口大變形量對航速與安穩(wěn)性產生的影響。但是因為大型集裝箱船甲板開口直徑相對較大，以致艙口蓋的跨距遠遠大于常規(guī)船。又因為艙口蓋在船只運行過程中，會承載相對較長的集裝箱載荷與船舶運動載荷，以致艙口蓋設計難度同步增加。

二、大型集裝箱船船體結構設計研究

1.結構布置。為確保大型集裝箱船的總縱強度，在設計制造過程中通常應用處于舷側的抗扭箱、連貫性優(yōu)良的艙口縱向圍板以及雙殼舷側結構。采用縱骨架將雙殼的上、下端有效銜接。機艙和上層建筑物通常被布設在船中偏后的方位。在對機艙結構設計與制造期間，通常會應用數(shù)目相對較多的骨架，由此可見艙口圍板和縱艙壁等縱向光順發(fā)展過程，在提升整體設計制造質量方面體現(xiàn)出巨大價值。大型集裝箱船的橫艙壁多被細化為水密艙壁與結構艙壁兩種類型，前者具備增強船體強度的功能，通常被作為導軌的支撐物。當下，國內航運領域應用的大型集裝箱船在制造期間多安設了擋浪板，其具備維護甲板上集裝箱運行安穩(wěn)性的作用。因為方形系數(shù)相對較小，兩側船型呈現(xiàn)出尖瘦表象。為使艙中能夠布設更多數(shù)目的集裝箱，需搭建一定數(shù)目的平臺，同時也要確保各平臺與周邊結構銜接的緊固性。

2.總縱強度因為貨艙開口直徑極大，故此大型集裝箱船結構在設計與制造迫切需解除的難題之一就是總縱強度。大型集裝箱船抗扭箱上端板厚度相對較大，一般是50～60mm，鋼級應用屈服限達到了355N/mm2，局部上升至390N/mm，成為高強度鋼。在對甲板、縱艙壁上列板、艙口圍板及舷頂抗扭箱內的縱骨（扁鋼）設計過程中，聽高暢采用統(tǒng)一厚度的甲板。計算橫剖面時，通常應用的中剖面模數(shù)要略高于規(guī)范要求值，進而確保船體在垂向彎矩、水平彎矩及扭矩整體施加下的強度。結合相關資料，通常要給出5%的余量，但是上述數(shù)據(jù)在實踐中并不是一成不變的，需結合應力計算結果對其適用性進行考量。在中部0.55L（L?是甲板開口長度）開口范疇中，剖面模數(shù)值和相關規(guī)范做出的要求可有5%的增加幅度，于開口前后端增加8～10%。在船頭外飄現(xiàn)象顯著、船舶的波浪彎矩有一定增加幅度情況下，就需要求適度增加船體剖面模數(shù)值。對于巴拿馬型集裝箱船而言，船體在設計制造過程中，寬度受到一定管束，為迎合運行安全性的最低標準，規(guī)定其處于裝載狀態(tài)下注入一定量的壓載水。集裝箱船方形系數(shù)相對較小，拱靜水彎矩數(shù)值高得卻讓人驚嘆不已。在船體內雙層底中儲有附加壓載水的情況下，設計的靜水彎矩顯著減小。而對于超巴拿馬型集裝箱船而言，因為在對寬度設計過程中，沒有硬性標準的約束，故此其在裝載狀態(tài)下附加壓載水無需過多，靜水彎矩數(shù)值相應增加，總縱強度問題更加明顯。

3.箱形梁設計。上部橫向箱形梁的作用對象以艙內及甲板上集裝箱為主，其能促使以上兩大結果在船只航行過程中對甲板產生的應力處于特定范疇中，進而實現(xiàn)降低口變形量的目標。與此同時，橫向箱形梁的剛度還能夠對艙壁垂向扶強材上端做出支撐，對橫艙壁形體的改變做出有效管控。上述形體的改變伴隨著船只體積的增加，矛盾性不斷呈現(xiàn)出來，尤其是對于9000?TEU?以上的船只，導軌和綁扎過程中遇到的難度是極大的。下端的縱向箱形梁具備提升雙層底和雙殼結構銜接剛性的功能，并發(fā)揮提升船體抗扭剛度的作用，進而達到對扭轉應力大小以及艙口變形量的有效控制。對于大型集裝箱船而言，縱向箱形梁通常采用集裝箱高度，其端部和橫艙壁下凳緊湊銜接。

三、大型集裝箱船結構制造探討

在船廠設施固定的情況下，要想提高單船利潤，必須加快造船周期，提高設施利用率。對于大型集裝箱船，因其尖瘦的線型和復雜的結構給制造提出了新要求?？s短塢期是制造的首要問題。為此應對船體結構制造進行充分策劃，利用計算機模擬技術，對分段劃分和制造進行分析。隨著時間的推移，內底板和雙層底結構內均會產生結構裂紋，此時需及時刨除裂紋，若裂紋處于關鍵結構或支撐性結構中，此時需對板材實施換新措施。對全船的大量分段進行焊接設計。對塢內總段吊裝進行優(yōu)化，減少吊裝時間。大力推行分段階段的預舾裝和預涂裝。大型集裝箱船的壓載艙空間狹小，首尾過渡區(qū)域很多部位僅有1m寬，分段翻身后將很難進入施工，而且危險性極大。為此需要花大力氣對殼舾涂一體化進行設計。大型集裝箱船對船塢快速搭載也提出了挑戰(zhàn)。由于槽形艙壁是一個獨立區(qū)域，且不受線型影響，所以可將雙層底和艙壁作為兩個獨立的總段先行制造，最后將舷側分段靠上后總組。對關鍵對準連接節(jié)點進行監(jiān)控。大型集裝箱船與油船和散貨船相比，高應力區(qū)多而復雜橫剖面和艙壁需要重點監(jiān)控的區(qū)域。大型集裝箱船另一個突出問題就是關鍵疲勞節(jié)點的施工質量問題。典型的如艙口圍板的前端終止點、縱向艙口圍板開孔等。在對大型集裝箱船集裝箱箱腳加強設計中，可選用復板來作為的加強板認為復板的應用，促使集裝箱箱腳作用在平臺板上的最大垂向應力分布情況便得到有效改善。

在社會經(jīng)濟不斷發(fā)展以及科學技術日新月異的時代中，大型集裝箱船組間成為熱門船型，其在我國海運經(jīng)濟發(fā)展中做出的貢獻是不可忽視的。本文對大型集裝箱船船體結構設計制造進行分析，希望與同行一起分享實踐經(jīng)驗，共同優(yōu)化大型集裝箱船船體結構設計制造質量，助力于我國船舶行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展進程。

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（作者單位：揚州中遠海運重工有限公司）