满足CSR的57000 DWT单壳散货船的结构设计

任淑霞 朱传华 吴小康

（上海船舶研究设计院,上海 200032）

0 前言

2006年1月1日，散货船共同结构规范(IACS Common Structural Rules For Bulk Carriers，以下简称“CSR”)作为IACS的统一规范生效，它适用于2006年4月1日起，由船厂和船东签订造船合同承建的长度大于90 m、小于350 m的单舷侧或双舷侧散货船。同年底，57000 DWT单壳散货船应运而生，它是我院第一艘满足CSR的船舶，也是同行业中最受船东青睐的满足新规范的散货船。由于新规范还处于不断完善与修订之中，整个结构设计过程是在不断学习新规范与各家船级社讨论中完成的。

1 57000 DWT单壳散货船的结构设计特点

1.1 概述

57000 DWT单壳散货船为Handymax船型，满足BC-A船舶的要求，主尺度及参数如下：

本船为全焊接结构，考虑20 t抓斗要求，间隔装时第二和第四货舱空，第三货舱为重压载舱。结构设计上有如下特点：

（1）单壳，货舱区每档肋位上都设有舷侧肋骨；

（2）设有顶边压载水舱和底边压载水舱，且它们是独立的，为满足燃油舱保护要求，货舱区燃油舱设在第四货舱和第五货舱范围内的顶边舱内；

（3）内底板和底边舱斜板为焊接形式；

图1 舯横剖面图

图2 第四和第五货舱典型横剖面图

（4）顶边舱和底边舱采用纵骨架式，机舱上甲板结构采用横骨架式和纵骨架式混合结构，机舱其它部分及首尾采用横骨架式；

（5）在设有系泊设备、舵机设备、艇架以及主机、辅机等机械设备处的船体结构处做相应的结构处理和加强；

（6）入级法国船级社（BV），满足散货船共同结构规范中的所有规定，共同结构规范中未提及的部分要满足BV船级社旧的散货船规范中的相关规定；

（7）无冰区要求。

1.2 区别于满足原BV散货船规范的船的结构设计特点

1)腐蚀余量比以前的满足原BV散货船规范的船明显增加，对于各构件的腐蚀余量规定的更细致，尤其对单壳散货船舷侧肋骨的腐蚀余量的规定非常详细。干散货舱中各构件的腐蚀余量具有从1.25 mm至3.45 mm不同程度的增加，这也是所有构件中腐蚀余量增加较多的部分，其它舱室内的构件一般增加了0.5 mm左右。除了以上部分的增加，新规范还增加了0.5 mm的储备腐蚀余量。

另外，对于压载舱内的构件，原BV散货船规定距舱顶1.5 m以内的构件比其它部分的构件的腐蚀余量增加0.25 mm，而散货船共同结构规范规定距舱顶3.0 m以内的构件比其它部分的构件的腐蚀余量增加0.5 mm。

2)板材材料的要求基本维持原BV散货船规范中的规定，只增加两处要求：一是对单舷侧结构的BC-A和BC-B船舶，舷侧列板与底边舱斜板相交点上下0.125舷侧肋骨跨距范围的全部或部分舷侧列板的钢级应不低于D/DH；二是对于具有BC-A或BC-B附加标志特征的单舷侧散货船，舷侧肋骨下肘板的钢级不低于D/DH。

3)提高了对纵骨穿越肋板处的疲劳要求，为满足要求，本船采用了下面的连接形式，如图3。

图3 典型节点

4）由于共同规范中动载荷比以前有了很大程度的提高，故对货舱横舱壁和首尾机舱部分的液货舱的周界的板厚都提高了要求。

2 货舱段有限元直接计算与结果分析

2.1 有限元模型与装载工况

图4有限元模型模型范围与满足原BV散货船规范的船舶的计算基本相同，有较大区别的是货物的装载工况比以前考虑得更详细，除要考虑装载手册中的典型工况，还要按照轻货舱和重货舱分别考虑散货船共同结构规范中指定的相应工况；除要考虑弯矩平衡法还要考虑剪力平衡法下的某些工况。

计算工况如下：

图4

1）重货舱

Table 1:Bending moment analysis applicable to loaded hold in alternate condition of BC-A(mid-hold is loaded hold)

其中：11和12工况要在只有装载手册中包含时才需要考虑。

Table 2:Shear force analysis applicable to loaded hold of BC-A(mid-hold is loaded hold)

2）轻货舱

Table 3:Bending moment analysis applicable to empty hold in alternate condition of BC-A(mid-hold is loaded hold)

Table 4:Shear force analysis applicable to empty hold of BC-A(mid-hold is loaded hold)

2.2 有限元结果分析

根据有限元计算结果，货舱区的结构主要做了以下加强：

1）与原散货船有限元计算不同，CSR规定有限元计算中要考虑横浪的影响，再加上边界条件的影响，以致引起舱口间甲板上屈曲强度问题，带来了约4 mm左右的甲板板厚增加量。

2）根据细模分析，每个货舱纵向舱口围两端的板厚都提高了很多，原13AH36的板厚端部需要增加到24DH36，如图5所示。引起这么大的增加量的原因主要是因为横浪情况和边界条件的影响下舱口发生了扭曲现象。

图5 纵向舱口围端部

3）根据有限元屈服强度校核结果，除风暴压载舱的横舱壁之外，其它横舱壁靠舷侧的二到三个槽条的板厚在规范计算的基础上，增加了2 mm左右。

4）船底框架的有限元结果和以前相差不大。

5）根据有限元屈服强度的要求，hopper tank和第三货舱（即重压载舱）的wing tank的肋板开孔边缘处屈服应力较大，最终采用了开孔边缘贴面板的形式才能满足要求，加强前后的结构形式如下：

3 结语

图6 hopper tank的肋板加强前后比较

图7 第三货舱wing tank的肋板加强前后比较

本文全面叙述了57000 DWT单壳散货船的结构设计的主要特点，展示了根据有限元计算结果对货舱区结构做的相应的加强，在描述散货船共同结构规范对结构设计的影响的同时与满足原BV散货船规范的相似船型的结构设计进行了比较。由于散货船共同结构规范还在不断完善修订中，对于设计较早的57000 DWT单壳散货船来说，其结构设计还有许多需要优化的地方。他山之石，可以攻玉。希望文中叙述的57000 DWT单壳散货船的一些典型的结构设计能在同行业者将来设计其它满足散货船共同规范的船舶时起到借鉴和铺垫作用。

［1］Common Structural Rules For Bulk Carriers January 2006.

［2］BV Class:Rules for the Classification of Steel Ships April 2005.