集装箱船结构的共性技术简介集装箱船结构的共性技术简介江克进提要本文就集装箱船结构设计的一些共性技术作了简要探讨,并对结构设计中的合理性问题提出了一些看法,希望这些意见能有助于该类船舶的设计优化,提高其有效载箱量.关键词集装箱船结构设计共性技术1前言集装箱运输是一种比较新型但又发展迅速的货物运输方式,在较短的时间内集装箱船也从最初的几百TEU发展到现在的10000TEU左右.然而在集装箱船的结构设计过程中存在一些共性的特征问题.研究这些共性技术,使结构设计更加合理,也是提高载箱量有效途径之一.2船体构架骨架型式的选择2.1集装箱的比重(表1,集装箱尺寸采用ISO6346.2的要求):表1各类集装箱比重一览名称长度宽度最小高度满箱重比重(ft)(m)(m)(m)(tons)(t/m3)206.0582.4382.43824.00.674012.1292.4382.43830.480.4240UR12.1292.5002.59130.480.394513.7162.4382.74332.500-354814,6312.5912.90830.480-285316.1542,5912.90830.480-25由上表可知,所有集装箱的比重均小于1.除20ft外.其余均为水的比重一半不到.而集装箱船通常是均匀装载,因此集装箱船在其整个使用寿命期内的装载状态中,基本上处于中拱弯矩受力状态. 这也是在集装箱船的设计当中,为什么往往中拱弯矩很大,而中垂状态基本上不用考虑.这是决定结构设计的很重要的基础条件之一.22.2构架型式的选取众所周知,构架型式选择合理与否,将直接影响空船重量.集装箱船为了增加载箱量,尽量增大货舱开口,以便最大限度地利用舱内空间来载运集装箱, 造成甲板板的宽度较小(一般在2米左右).为承受总纵强度(中拱),甲板必然要采用纵骨架式(当然, 对一般大中型运输船,为承受以总纵强度为主的船体结构,同样需要选用纵骨架式).基于同样的理由, 底部构架一般也用纵骨架式.至于舷侧构架,则需根据其型深,吃水,边舱宽度,局部强度和特殊加强的需要来选用构架型式.对于大中型集装箱船,一般也选用纵骨架式(如果边舱宽度允许纵向通道有足够宽度的前提下).集装箱船特殊的载荷工况,决定着其船体主要构架的型式.图1是某型集装箱船的典型舯剖面图,可见其主要结构基本上都采用纵向结构.3船体构架间尺度的选择集装箱船是布置地位型船,即其布置受集装箱尺度所制约,总布置是如此,结构的构件布置也是如此.3.1二甲板高度的选择二甲板与上甲板以及舷侧和纵隔壁形成的纵向抗扭箱,它是船舶承受总纵强度和扭转强度的关键部件,也具有船舶纵向内部通道的功能(还需视破舱稳性是否满足而定),选择是否合理,将是设计的关键.另外,舱内集装箱高度一般取2.591米(8.5ft),在箱高范国内通常加两道纵骨(对纵骨架式而言)进行加强.所以在选取二甲板高度时应考虑:a)便于布置电缆,管子的纵向通过,特别是一些粗大的管子,如集中透气管,排水总管等,并需考虑船员能安全行走于其下;图1集装箱船的典型舯剖面图b)如不能恰好为集装箱的高度,则其高度应选取在集装箱的顶朋芪部或上下1/3之处,以尽量减少构架数量.具体视采用的构架尺度而定.c)保证通道宽度至少为600ram.图2是二甲板高度的示例,可见二甲板的高度与一层箱脚的位置对应,比较有利于力的传递,且应考虑到在首尾部因线型变化而形成台架时,增设垫板后的高度,因而应稍降低些,以期与箱底顺对齐, 以用来承受船舶摇摆时传来的侧向压力,并将其传至舷侧构架.3.2双层底纵桁位置的选择双层底纵桁的位置一般选择在内底上两个相邻箱脚的同一侧,即在纵骨架制的内底板架上,只需增加一道横向加强材,而不必在两侧均设置.以减轻空船重量和节省安装工时.图3是典型的双层底纵桁的位置,这样的布置能够保证只要对箱脚位置单面加强即可l置IIppr0nrr.21誊,(\,且/)1鲫(二)99-C]/③2NDDECK——/_—\ 卵5pR7s,～●'.一44=:——143=…一一——图2二甲板高度示例3里l1.●|.一\.,Ln叫ll/Cnt{J!R50'.I咀.一,f200I!●l1—'f}_一/l,,HI一X/64321[Jl己3965l5j399己j1470I图3典型的双层底纵桁的位置3_3水平桁位置的选择水平桁位置应与集装箱堆放时的箱高处相对应,同样应考虑到在首尾部因线型变化而形成台架时,增设垫板后的高度,因而应稍降低些.图4为水平桁的位置布置节点.保证水平桁高度为868X3,而集装箱高度为2591mm.可以确保箱脚位置与水平桁的对应.对于结构到首尾区域的变化(台阶的出现)也有很重要的意义.3.4纵骨间距的选择纵骨包含甲板纵骨,底部纵骨和舷侧纵骨等.显然纵骨问距必须与箱宽/箱高相配合.一般将箱高/宽三等分或四等分,约在610—860mm之间.所形成的板架尺寸较合理.另外应注意甲板纵骨与舷侧/纵壁间围成的空间不能太小,应留有足够的施工空间.3.5舱口围板纵向加强材的布置舱口围板离中和轴远,对中剖面模数的影响大.应予以充分利用.主甲板和舱口围区域的板厚通常会比较厚,对于大型集装箱船.此处的厚度有可能达到68mm以上.一般在舱口围板高度一半处加一道纵骨(对大船和高度允许条件下可设置二道).对增加剖面模数有好处.44高强度钢的选用高强度钢的选用能直接降低钢料重量.对减少空船重量十分有用.但从使用角度来讲会影响使用寿命,因为腐蚀对普通钢和高强度钢是同等的.一般在参于总纵强度部位采用高强度钢,特别是甲板,舷侧顶列板/纵舱壁顶板和舱口围板以及所设的纵骨. 可采用36kgf级,甚至40kgf级的高强度钢.因这些部位既能增大应力标准,而腐蚀的机会相对较小.对于底部要视船的大小与总纵强度具体情况而定.对于大船和超大型船,不仅底部而且舷侧/纵舱壁均要用高强度钢,只有这样才能保证足够的载重量和良好的经济性.5船体总纵强度的计算——静水弯矩裕度的选择集装箱船航速较高,船型瘦长,在海上汹涌的波涛中,船体承受弯曲(包括垂向和水平两个方向)和扭转力作用,特别是甲板上,舱MYt:M占去了大部32=r一一～—'l31!=—————130一—29lf肇]lr1日lJ一5THDECKr可一.,\～西050/27f…i一lI季,回.口S￡LL口￡1lII/三\J舀是\,/1√f√f.=.i毒,,BASELIN[2】19I81615}21400I19200166074]aO8a图4水平桁的位置布置份,边上仅有很窄的甲板板来承受这些力,应力十分巨大.另外,多港装卸时,港口部门为了缩短停泊时间和减少理货时间,往往将某港口需装卸的集装箱集中装载在一个舱内或甲板上,造成到港卸货后出现某--~(bay)整个空或少量装载的恶劣装载状态, 这对船舶的总纵强度将是严峻的考验.从而引出静水弯矩裕度的量化问题(德国劳氏船级社对此有一定的要求,具体要跟船级社沟通).应该说对定航线船可以通过统计资料来提供量的大小,对船东也可通过揽货的货品及各港口的需求量来确定.以前裕度一般在5-6%,现在建议取10%左右,甚至达到20%.视具体情况而定.6上层建筑纵问位置的选择过去集装箱船一般是艉机型船,上层建筑和驾驶室布置在尾部,甚至是极尾部(上层建筑前壁与艉尖壁对齐),机舱前部是具有大开口的货舱区.此种布置形式承受扭转能力差,特别是大型和超大型船舶.机舱前有7—8个货舱(15—16个货舱开口),长度在200米左右,在发生扭转变形时,变形量巨大,以致使舱口盖与舱口围板间的紧固装置被剪断,因此不得不采取必要的措施以增加结构强度,从而减少了装箱量.目前已有大型集装箱船将上层建筑布置在中部的设计,这不仅大大地改善了抗扭强度,而且由于上层建筑的自重也有效降低了集装箱船各种装载状态下的中拱弯矩.同时,它也改善了视线,有利于驾驶.更特出的是可以在它的下部布置燃油舱,从而顺利地解决了2007年8月1日即将生效的关于燃油舱不得与海水直接相邻的规定而引发的燃油舱布置问题.当然上层建筑前移导致舱内载箱量减少,但是由于前移后的上层建筑后面甲板上堆装层数的增加,以及视线改善使驾驶室前堆装的集装箱数增加足以抵消装箱量的减少,甚至还有一定的裕度C~,1-大型集装箱船而言).7结语本文针对集装箱船结构设计过程中出现的一些共性的问题进行了探讨,和其它类型的船舶一样,应该说集装箱船也有自己的特点,在实际设计中这些特点对于开发新型的集装箱船有一定的参考作用.集装箱船的设计,需要共性技术和个性技术的积极应用,使设计更加准确和快速.8参考文献[1】GermanJscherLloyd:RulesforClassificationandConstruc—don,I-Part1,Chapter1.5。
