25000t半潜驳的开发设计

寻正来，盛庆武，熊平安

（上海佳豪船舶工程设计股份有限公司，上海 200233）

0 引 言

目前，国内现有的大型半潜驳型宽一般在30～40m之间。对于型宽为62m的350自升式钻井平台、60～75m 型宽的 CJ300～CJ400型自升式钻井平台等超宽海上结构物下水，要求半潜驳的型宽至少为 56m。招商局重工（深圳）有限公司在预测了未来五年海洋装备市场的巨大需求量后，于2007年委托上海佳豪船舶工程设计股份有限公司进行了25000t半潜驳的方案设计、详细设计和施工设计。

1 25000t半潜驳的主尺度

1.1 船型特点

该船为钢质、箱型船体、主甲板上四角设塔楼、无脊弧、无梁拱、方甲板、雪橇型首、圆舭、艉船底斜切并设3只分水踵，可在遮蔽海域和港池内进行半潜作业以及在无限航区进行拖带，为非自航无人甲板驳。

1.2 主尺度

图1为该船的外形图。表1为主要参数。

图1 25000t半潜驳外形

该船船宽设计为56m，如果过宽，其横向结构强度要求会很高，同时也会大大增加结构的重量，造成总体造价大幅增加。船长的选择需要通过估算压载水的容量，以确保该船能下潜到指定的深度16.8m。经过初步计算，最终确定船长为140m。艏艉塔楼尺寸和甲板高度的选择需要考虑到稳性和储备浮力是否达到规范要求[1]：最大沉深水线以上第 1层甲板以下部分的储备浮力比率应不小于3.5%；最大沉深水线以上第2层甲板以下部分的储备浮力比率应不小于5%。应用NAPA软件建立线型（艏艉部的船体线型根据本船要求的船型特点建立)，结合艏、艉塔楼的结构形式，最后确定储备浮力满足设计要求的艏、艉楼第一层甲板高度为22.4m，第二层甲板高度为25.2m。

表1 25000t半潜驳的主要参数

2 船体总布置

该船主船体设置了32个压载水舱、1个燃油舱、1个淡水舱和艏艉泵舱各1个，并在艏部舱底设置了污油舱、舱底水舱和测深仪舱。主船体为方驳型，四角设安全塔楼，艏艉左右塔楼通过泵舱艏艉横向管弄、纵向管弄可相互连通。有2个艏锚、2个艉锚，型号均为AC14的大抓力锚。艏部左右塔楼承载甲板上各设有组合锚绞车各1台，艉部左右塔楼承载甲板上各设有单卷筒移船绞车1台。在艏塔楼顶甲板上设1台电动液压物料起重机。信号设备、救生设备和消防员装备等均按规范要求配置。在艏塔楼顶甲板上设二氧化碳室1间，用于对机舱的消防保护。

该船在遮蔽海域和港池内进行半潜作业操作时具有15000t举力，拖带时最大可承载25000t甲板货。有时为了装卸宽度超过船宽的大型构件，在水深不大于18m的前提下，也可拆除艉塔楼，将艉塔楼下的压载水舱进水口及泵舱通道密封，然后下潜，装完构件后，起浮至拖航吃水，再将艉塔楼安装回原处。

3 船体结构、总纵强度和横向强度校核

3.1 船体结构

承载甲板以下设置了3道纵向水密舱壁和9道横向水密舱壁，将主船体分隔成：32个压载水舱、2个泵舱、1个燃油舱和1个淡水舱；承载甲板和船底为纵骨架式，舷侧和纵舱壁也为纵骨架式。

3.2 总纵强度校核

3.2.1 波浪弯矩和切力直接计算[2]

依据《钢质船入级规范》2006第2分册第2篇第2章第2节[1]的规定，采用三维势流绕射/辐射软件 HydroStar和波浪运动响应和载荷的长短期预报软件 FATA对该船进行波浪弯矩和切力的长期预报。波浪弯矩和切力采用直接计算是按中国船级社(CCS)有关“散货船结构强度直接计算分析指南”的规定进行的。

图2为波浪弯矩直接计算值与规范值比较，图3为波浪切力直接计算值与规范值比较。

从图中可以看出，波浪弯矩和切力直接计算值(概率水平 10-8)均比规范值要大，特别是波浪切力直接计算值其峰值在接近1/6船长和5/6船长位置，与规范值1/4船长和3/4船长的位置有较大的差别，其峰值也比规范值要大些，这是由于船型及总体布置特点所致。通过波浪弯矩和切力的直接计算，有利于结构形式的改进和优化，这在驳船超规范规定的开发设计中有着重要意义。

3.2.2 船体剪切应力流直接计算

根据《钢质船入级规范》2006第2分册第2篇第2章第2节2.2.6.3节[1]有关静水切应力的规定，该船有3道纵舱壁，所以舷侧外板和纵舱壁板上的剪切应力需由直接计算确定，并选取纵舱壁和舷侧外板的板厚。

使用挪威船级社（DNV）的规范校核软件NAUTICUS对船体剪切应力进行直接计算，根据纵向结构的特点，将其划分为艉～#15、#15～#19、#19～#42、#42～#147、 #147～#153、#153～#163 和#163～艏等7块，计算模型如图4所示。

从计算结果中可以看出，剪切应力均小于许用剪应力，满足结构要求。限于篇幅，这里只列出#42～#147之间（#46剖面代替）剪切应力直接计算结果（见表2）。

图2 波浪弯矩直接计算值与规范值比较

图3 波浪切力直接计算值与规范值比较

图4 船舯剖面处所建的模型

表2 NAUTICUS对船体剪切应力直接计算结果

3.3 船体横向强度计算

由于该船B（型宽）/D（型深）=56/8.8=6.36＞3，依据中国船级社钢质海船入级规范2008修改通报[3]第二篇第十二章 附录“箱形驳船横向强度校核方法”，需要对船体横向强度做有限元分析，图5为船体结构有限元模型图。

表3、4分别为有限元计算结果，工况LC1和LC2分别是：

1)对称工况LC1：甲板最大许用载荷+舷外静水压力+由外向内作用的两舷对称受压的波浪动压力；

2)非对称工况LC2：甲板最大许用载荷+舷外静水压力+一舷由外向内、另一舷由内向外作用的反对称波浪动压力。

图5 船体结构有限元模型

表3 板最大应力计算结果汇总 N/mm2

表4 梁最大应力计算结果汇总 N/mm2

表中σe是弯曲应力，τe为剪切应力。

上述计算结果可见，计算应力均小于许用应力。由此得出：横向结构强度满足新规范的要求。

4 下潜、上浮压载系统

为确保半潜驳能安全上浮和下潜，以及装载大件上船时能及时压载调倾，船上设压载泵4台，每台泵流量为1700m3/h，压载泵总量为6800m3/h。4台压载泵可以同时工作，即同时注入或同时排出。压载管路采用前、后、左、右各2路（分区控制，但又相互备用）集中注入或排出总管方式。在注入或排出总管，各舱支管接至各压载舱。在塔楼处的压载舱有直接与海水箱相连的连通管，可作为重力排放和灌注用。压载泵系统中的液动遥控蝶阀，由艏部右舷塔楼集中控制室遥控。

5 作业和拖航工况稳性计算

在首部#0～#15及尾部#159～#175处设置了艉楼和艏楼，依据中国海事局颁布的《船舶与海上设施法定检验规则——国内航行海船法定检验技术规则》2006 修改通报[4]中对半潜船稳性的有关要求对作业工况稳性进行计算。拖航时最大可承载25000t甲板货，其稳性满足国际海事组织IMO A.749(18)决议对方驳的完整稳性要求。

该船下潜时最大可承载15000t甲板货，由于淹没甲板后其横稳心高度大幅降低，所以装载手册中对下潜工况的步骤划分比较详细（分别做了承载12000t和15000t甲板货），以指导船舶下潜和上浮的操作。

经过对下潜工况详细的分析和计算，该船在下潜工况时稳性完全达到了预期的指标，说明船舶主尺度、船体线型及总体布置均满足设计要求。

6 结 语

依据新规范对波浪弯矩和切力的直接计算、船体剪切应力流的直接计算和船体横向强度有限元的计算，结论是该船总纵强度和横向强度完全满足规范的要求。目前该船已经建造成功，通过了下潜上浮试验，并且正式投入运营，达到预期的开发设计指标。

[1] 中国船级社.钢质海船入级规范2006第2分册[S].人民交通出版社，2006.8.

[2] 中国船级社.散货船结构强度直接计算分析指南[S].人民交通出版社，2003.5.

[3] 中国船级社.中国船级社钢质海船入级规范2008修改通报[S].人民交通出版社，2008.8.

[4] 中国船级社.船舶与海上设施法定检验规则——国内航行海船法定检验技术规则2006修改通报[S].