船舶主船体结构设计的若干问题分析

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摘要：在设计的初期就需要结合现场的设备和施工程序，以及船厂本身的施工习惯进行结构设计，这样既能满足结构本身的强度又能兼顾到生产的需要，达到一种相对完美的设计。本文主要探讨船舶主船体结构设计的若干问题。

关键词：船舶；主船体；结构设计

船体通过众多构件合理组合和连接来实现力的有效传递。因此，船体结构设计首先考虑的是结构本身的强度，但也必须兼顾生产成本与现场的施工方式及安全性。因为只有降低建造成本和缩短建造周期，船厂在国际市场上才具有竞争力[1]。

1 船体结构设计中应处理的三个问题

拖船是海上作业船舶，船体的结构强度是以一定质量与型式的建造材料为基础。它保证船体的结构具有足够的强度、刚度及稳定性，是设计者应首先考虑的问题。否则就有可能出现船体结构的变形、破坏，影响其使用寿命，甚至发生危及船舶及人命、财产安全的事故。但是，若构件尺寸过大，强度过剩，又会造成材料浪费、成本加大，造成船舶自重增加。有时甚至对局部强度产生不利影响。可见，这又是矛盾的。拖船长宽比小，稳性要求高，总纵

强度要求小。我们在设计时，在满足船级社要求的前提下，尽量减少纵向构件尺寸，局部作加强。我们考虑到拖船每航次作业时间较长，又是多用途拖船，必须有足够的舱容积。拖船一般舱室多，舱小，施工工艺难度大，必须充分地考虑结构工艺性要求，最大限度地扩大分段建造范围。同时考虑减少立体分段，合理布置焊缝，尽量选择自动焊与二氧化碳气体保护焊，以减少焊接变形及焊缝总量，改善施工条件，避免在封闭狭小的环境下施工。尽量简化结构，使船舶结构型式与构件连接方式能兼顾建造施工及船舶的维修和保养。

结构的布置与尺寸应与轮机、电气等紧密配合。舱室结构要有适当合理的净高，机舱的结构则要求不应妨碍机器设备的安装及日后船员操作、维修、使用及便利。

2 船舶主船体结构设计的若干问题

2.1船底骨架

（1）肋板腹板高度与厚度之比。规范规定实肋板腹板高度与厚度之比，对单底船应不大于75，对双底船应不大于100。这是从保证实肋板腹板局部稳定性而规定的，不能忽视。如此值超过规定，会因实肋板腹板局部失稳而引起结构破坏。解决办法一是加大腹板厚度，二是在实肋板腹板上设置垂直加强筋。

（2）内龙骨修正系数K。实肋板剖面模数规范计算式中内龙骨修正系数K值大小，与船体结构型式、舷侧肋骨制型式及舱底平面长度以及内龙骨根数有关。因此，取K值前应先弄清船体结构是横骨架式还是纵骨架式；舷侧结构是主肋骨制还是交替肋骨制；舱内龙骨数量及舱长，以便正确计算K值[2]。

（3）实肋板跨距l。对单壳舱口船：一般可取船宽B，这样取值安全又方便；如有型线图，比较正确的取值方法是取实肋板所在舱内肋板高度的水线宽，但因实肋板高度未确定，此值较难量取。对甲板船（含半舱船）：取纵桁架（纵舱壁）之间或纵桁架（纵舱壁）与舷侧之间的距离中的大值。但要注意，当纵桁架（含纵舱壁）为3道时，l应不小于B/3；当为4道及以上时，l应不小于B/4。

（4）机舱内船底骨架。机舱内船底骨架有特殊要求：1）船底骨架应采用“T”型组合型材，不应采用折边材。2）实肋板腹板厚度应比货舱实肋板腹板增厚1mm，面板的剖面积应增加1倍。3）机舱内内龙骨的面板和腹板应不小于机舱内实肋板的尺寸。4）横骨架式单底机舱应在每个肋位设置实肋板，纵骨架式实肋板间距应不大于1.25m。机舱内船底骨架应单独计算：先按货舱外实肋板剖面模数计算式计算出所需剖面模数，再在此基础上，将腹板厚度增加1mm，面板剖面积增加1倍，最后决定机舱实肋板尺寸和内龙骨剖面尺寸。

（5）双壳船双层底实肋板。当双壳船双层底高度较小而必须采用塞焊工艺时，实肋板上缘应设面板，即应采用“T”型材，不能采用折边材，且面板厚度应不小于实肋板腹板厚度的1.25倍，宽度应不小于80mm。且应注意实肋板腹板厚度应不小于船底板厚度。

2.2甲板骨架

（1）横梁跨距l。一船应取甲板纵桁（纵舱壁）间或舷侧与甲板纵桁间距离中的大值，但不管何种情况，l值不能小于2m。

（2）甲板纵桁。1）跨距l：一般取相邻两横舱壁之间距离，但应注意甲板跨距中如有支柱等传递集中载荷时，应用计算法确定甲板纵桁剖面尺寸，不宜简单地用舱壁至支柱或支柱间距离的大值来作为l。2）支承面积平均宽度b：应取甲板纵桁间距或舷侧与甲板纵桁距离的1/2+甲板纵桁间距的1/2中的大值。

2.3舱壁

（1）平面水密舱壁板。平面水密舱壁板有防撞舱壁、干货舱壁及深舱舱壁之分。因此，应先分清各舱壁的性质，以正确选取K、c值，计算所需板厚。深舱是指双层底以外的压载舱、水舱及燃油舱等。因此，凡这些舱室的两端壁均应视为深舱舱壁。同时，还应注意，双壳船及单舷长大开口船货舱前后横舱壁板的厚度，要在相应舱壁计算值的基础上再增加0.5mm。1）舱壁板高度h一般可按下式计算：h=甲板边线高+梁拱；如为深舱：h=甲板边线高+梁拱+0.5m，但不管任何情况均应不小于2m。2）系数K、c按舱壁的性质选取。3）扶强材间距s应取整个舱壁中各扶强材间距中的最大值[3]。

（2）扶强材。舱壁扶强材一般应竖向布置，且其允许最大间距对防撞舱壁和深舱舱壁为650mm，干货舱壁为750mm。大于此规定时，舱壁板厚度、扶强材所需剖面模数应用直接计算法，不能用规范公式。现在个体户造船中常发现仅有垂直桁而无扶强材，往往间距大于上述规定，应在垂直桁间增设扶强材。1）间距s应取整个舱壁中各扶强材间距中最大者。2）计算水柱高度h：防撞舱壁、干货舱壁，取舱壁板高度的1/2，且应不小于2m。深舱舱壁取1/2舱壁板高度+0.5m，且应不小于2m。3）跨距l：无水平桁时，取舱壁高度值；有水平桁时，取扶强材端部至桁材或桁材之间距离中的大值，应注意扶强材端部至桁材的距离有两个，一个是船底至桁材，还有一个是甲板至桁材，这两个距离中亦应取大者。4）系数K：应先确定扶强材两端的固定情况及舱壁的性质，以正确选取K值[4]。

（3）垂直桁。1）系数K：系数K选取只要分清舱壁的性质即可。2）支撑宽度b：b值应取垂直桁间距中点或垂直桁间距中点与舷边（或纵舱壁）间距中点的距离中的大者。3）计算水柱高度h：取垂直桁中点至干舷甲板上方（深舱舱壁加0.5m）的垂直距离；对双壳船、单舷长大开口船货舱前后横舱壁应为垂直桁中点量至干舷甲板上方1m的距离。根据规范，分几种情况分述取值方法：a.仅有一层甲板。对防撞舱壁、干货舱壁：h=[舱壁高-底桁材（或内龙骨）高-甲板纵桁高]/2+甲板纵桁高。对深舱舱壁：h=[舱壁高-底桁材（或内龙骨）高-甲板纵桁高]/2+甲板纵桁高+0.5m；对双壳船、单舷长大开口船的货舱前后横舱壁：h=[舱壁高-底桁材（或内龙骨）高-甲板纵桁高]/2+甲板纵桁高+1.0m。b.有二层甲板。我们将上一层甲板称为主甲板（强力甲板），下一层甲板称为平台甲板。

结论

由于我们在设计中严格遵守以上所述的结构设计原则及结构处理工艺，目前没有发现整体或局部震动以及结构安全缺陷。并具有布置合理，舱容利用率高。因此只要我们设计上予以重视，建造质量上加强监督，工艺上认真处理，在结构上会得到一个满意的效果。

参考文献：

[1]宋帆. 内河船舶主船体结构设计应注意的若干问题[J]. 交通科技，2002，03：58-59.

[2]黄一，栾林昌，张崎. 自升式平台主船体结构强度分析[J]. 船海工程，2011，06：125-128.

[3]陈静，张攀，肖汉林，周心桃，柯逸思，周巍. 大型舰艇多学科设计优化船体结构子系统设计方法[J]. 中国舰船研究，2013，05：.

[4]俞嘉虎. 基于CCS规范船体结构设计中几个要点的处理[J]. 重庆交通学院学报，2005，05：151-153.