船舶结构缺陷及其修理的一般原则

冯欣 姜奎富 武爽

摘 要：结合船舶结构的缺陷情况，本文举了一些关于结构缺陷形成之后产生的危害的典型案例，借以阐述船舶结构检验的重要性，提出防止出现船舶结构缺陷以及修理原则的相关理论。

关键词：船舶结构；缺陷分析；修理原则

船舶在营运的过程中，随着环境荷载和操作荷载的不断作用，服务能力会逐渐出现衰减的趋势，在复杂的环境下，结构功能的丧失意味着船舶遭到了破坏，影响船龄的增长以及船舶的使用。一旦超过期望寿命，船舶运输部门就要面对结构损失带来的危害，不仅是人员的生命和财产安全，还有环境污染等问题。

1、船舶结构缺陷概述

以单壳油轮为例，该船舶在运载燃料油的途中，遭遇到了低气压过境后出现的恶劣天气，致使船壳出现了裂缝，长达6043毫米，导致了燃油泄漏的事故，沿途的海岸、海滩遭到了重度污染，给海洋生态环境带来了巨大的灾难。因此，对于船舶结构的问题必须要加以重视，做好维护工作，延长船舶使用寿命，这是交通运输部门的重要职责。

1.1船舶结构缺陷的种类包括：结构严重腐蚀，甚至锈穿；板材裂纹，型材裂纹，焊缝裂纹；结构的弯曲，扭曲以及褶皱。造成缺陷的原因一般包括：1、船舶建造过程中产生的缺陷，指船体结构在制作过程中由于采用各种冷热加工工艺， 因此在板格中会引起初始变形和焊接残余应力， 通常把初始变形和焊接残余应力称之为初始缺陷， 初始缺陷的存在会降低板格的极限承载能力。2、船舶使用过程中产生的缺陷，来自于外部因素和内部因素对结构的损耗。其外部因素：人为的操作失误和意外的环境条件影响， 很可能因此而遭遇到各种力学损伤，如偶然荷载、局部撞击等等。这将导致板元的机械损伤，结构损伤也能使承载能力降低。又如酸性货物、海水带来的腐蚀，潮湿、温度等带来的材料属性的变化。其内部因素：如电化学腐蚀，包括应力腐蚀、疲劳腐蚀、海洋生物腐蚀等等（1）。

另外，由于意外事故导致船舶结构出现超负荷，例如搁浅、触礁以及装卸货物时的碰撞等，也是导致船舶结构超出正常性能的原因。再例如由于船舶的某个构件出现了不同形式的损坏，也是缺陷产生的原因。

1.2船舶一旦出现结构缺陷，例如电化学腐蚀，就会造成结构上的严重破坏，影响结构的完整性，同时也会导致局部强度不足，局部构件的破坏，内部应力超过材料允许负荷，以及船舶的水密性失衡等情况，从而带来了裂纹的扩散，局部强度不足引起的变形，还会影响船舶构件的承载能力，最终造成船舶的毁灭。

1.3典型船舶结构的缺陷，如腐蚀，出现在顶边舱内、船壁板、面板等处，或者出现在船舱强框架下的面板、纵骨部分，还有肘板等位置，散货船的扶墙材、舱内上部肋骨、平台板以及舱口围板的位置等。裂纹，出现在高应力的部位，截面突变的地方，舱壁和甲板相交的地方，部分设计不当的肋板纵骨贯穿孔边缘等。变形，出现在强框架腹板，肋骨腹板，船舷肋骨和平台板的位置，还有主甲板以及甲板纵骨的地方（2）。还有就是偷工减料导致的变形，是没有严格遵守设计图纸就进行施工造成的。

2、船舶结构缺陷修理的一般原则

2.1进行船舶结构的修理，需要确定的是修理的范围和方法，修理的工艺等。对于船舶结构机型的修理，主要针对的是结构的开裂、脱焊等缺陷，超过规定的腐蚀极限或者变形极限，有着具体的参考数值。例如要求船长大于等于65米的船舶，中部的0.4L的区域内，船体最小的中剖面模数，不能小于CCS规定的模数乘以90%，总纵强度在检验的时候，对于船龄15年以上的客船等，要进行最小中剖面模數的计算。

对于变形极限的规定，例如横骨架式的强力甲板，相关的数值要求为：最大的允许挠度不能大于2.5，纵骨架式强力甲板皱褶的最大允许挠度，不能大于0.07。其他构件的变形极限，骨材自由端的偏移不能超过长度的4%，肘板不允许有皱褶和变形，骨架不能有明显的弯曲和变形（3）。改造中的持续受力构件由于强度的缺失产生了变形，发生变形的情况包括：旧船体在纵向或者横向强度作用力下，发生了横断口，需要加大尺寸，视断面平整度的变化而定。这其中临时性的密性和扶强是非常有必要的。

2.2进行船舶结构缺陷的修理，通常采用的方法包括红火校正、结构改进、添加贴覆板、补焊和换新。

对于腐蚀超过允许值的外板和肋骨，进行割换修理，对于产生在甲板、内底板的裂纹，使用低氢焊条进行焊接，如果裂纹扩大到板材上，进行局部的割换是必要的。临时的措施针对的是普通厚度的复板，可以进行封盖，然后全部更换。如果发生了船舷侧板附近的横舱壁板的屈曲，则采用低氢焊条进行焊接，然后局部换新。

对顶边舱中的构件，如面板等部位，如果超过了允许量，要进行割换和局部的加强，适当增加肘板的数量，对纵骨加以更换，防止由于应力过大引起的断裂和变形。对于甲板结构缺陷的处理，针对的是变形、裂纹和腐蚀，采取全部焊透的方式，适当加强嵌入板的厚度和钢材的等级，对于舱口盖板的腐蚀，采用全焊透的方法进行焊接。如果裂纹出现在底边舱的部位，则批掉裂纹，使用低氢焊条进行补焊，或者将板材进行局部割换，增加肘板，如果出现了双层底内的构件腐蚀，则进行全部更换。

2.3对于船舶结构进行修理的程序，要求要先向船级社审图部门提交相关设计图纸供审核批准后方可施工，重要的工艺需要验船师审查并认可，未经认可，不能进行强力构件的移动，不能在甲板、水密舱壁进行开口。修理施工要有资质的施工队负责。必要的施工设备要配齐。

确定好结构修理方案之后，相关人员要进行项目的探伤工作，电焊工作由焊工负责，焊接方法、焊接工艺均要符合施工要求。验船师负责抽查和检验，发现有不合格的地方要求立即整改，重要的对接焊缝施工要求验船师进行无损探伤检查。修理后，验船师要提交材料合格证明，完工图纸、探伤报告等（4）。

3、船舶结构缺陷修理案例分析

某大型油船加班板屈曲强度发生了结构缺陷，采用了CCS对于船用钢材的指标，如强度、屈服极限等进行了严格的校核，对于影响船舶结构修理质量的因素，如人员的施工技术、焊接材料、施工环境等要加以预估和评定，保证材料的韧性等技术指标满足施工要求，施工人员的技术水平和责任心要到位。

在进行传播直接计算的屈曲分析中，使用了CCS评估方法，结合ABS、NK计算进行了数据图表额比较。经过计算，多种计算方法得到的结果十分接近，验证结果是，经过缺陷修复之后的甲板屈曲强度能够满足船舶运行需要。

按照船舶结构设计理念，扶强材的抗屈曲能力应大于板格，常见在筋条之间的板格屈曲。综合考虑复合盈利作用、弹塑性修正应力、屈曲安全因子，制定了关于船体结构屈曲强度的直接计算估衡准方法。

依据CCS的相应指南计算屈曲的求解方法

采用CCS船级社在船体结构屈曲强度方面的计算，进行船舶结构屈曲等问题的解决，经过实践验证拥有很好的应用效果。

结语：

影响船舶的航行安全的重要因素之一就是船舶的结构缺陷，为了消除安全隐患，加强检验和必要的修理工作是必不可少的，相信未来，随着维护保养工作的加强，船舶的安全事故将明显地得到控制。同时，为了减少船舶结构缺陷的出现，各级监管部门也要强化对船厂的监管力度，防止在结构缺陷维修的过程中偷工减料、不按图纸进行施工的情况发生，保证船舶安全运行。

参考文献：

[1] 王然，温俊平.船舶结构常见设计方法略谈[J].科技与企业，2014，（7）：346-346.

[2] 吴九强.沥青船整体液货舱内胆结构缺陷[J].中国船检，2012，（5）：84-85

[3] 孙玉君.浅谈船舶检验和安全检查对船舶安全的影响[J].科技尚品，2017，（4）：114，119.

[4] 张日曦.深水钢质立管弯曲抑制装置的关键技术研究[D].大连理工大学，2013.