散货船CSR与HCSR设计对比

高占峰，廖耀辉，贺德阳，赵志坚

（中远船务技术中心，大连 116600）

0 引言

国际船级社协会（IACS）的共同结构规范（CSR）在2006年4月推出后，是我国船舶工业设计建造水平迅速提升，实现了跨越式发展，仅仅五年时间，一跃成为世界第一造船大国。现如今，IACS在CSR基础上开发的协调后的共同结构规范（HCSR）已有初稿问世，介于过去发展趋势，这很可能是我国船舶工业由第一大国到强国发展的最佳时机。

1 概述

IACS近来年倾情打造的协调共同规范(HCSR),是将油船和散货船结构共同规范（CSR）合成为一本结构规范协调共同规范（HCSR），HCSR的要求不低于目前油船和散货船CSR的要求。其增加了IMO GBS对规范的要求内容，如剩余强度、结构冗余度等，形成一本具有共同规范要求部分加基于船型特点要求部分的综合规范。2012年7月1日对外发布第一版HCSR草稿。2012至2013年，IACS和工业界将对HCSR草稿进行讨论。2013年6月30日，IACS理事会将正式批准最终的HCSR，2014年，HCSR将正式生效（图1）。HCSR对业界产生的影响是:规范应用将更复杂，新船型开发和设计难度将加大，增加人为因素、结构冗余、剩余强度等新要求，这必将会提高船舶营运和建造的成本。

协调共同规范（HCSR）主要针对油船和散货船共同结构规范在波浪载荷、屈曲计算方法、有限元计算方法、腐蚀余量、焊接要求、疲劳强度计算方法、营运要求、规定性要求等方面的不协调问题或业界有较大争议问题，通过项目组“长期”的协调工作，建立起新框架结构下的协调后共同结构规范（HCSR）（图2）。

图1 HCSR规范执行时间表

图2 CSR和HCSR规范组织结构

图3 Fr127剖面及FR111横舱壁规范计算模型

2 规范计算研究内容

中远船务技术中心根据现行规范及即将生效的规范规则已经做了大量的研究。本文是介绍运用日本船级社今年7月发布的HCSR规范计算软件PrimeShip-HULL HCSR，对目前交付及在建的35k DWT散货船进行符合HCSR的规范计算。本文主要从船体梁弯曲强度剪切强度规范校核、船体梁极限强度规范校核、局部强度及最小厚度要求规范校核、船体梁屈曲规范校核等四个方面进行计算并比较。

2.1 船体梁弯曲强度剪切强度规范校核

船体梁总强度校核是船体结构设计中必不可少的一项重要内容，包括船体梁的弯曲强度、剪切强度和屈曲强度的校核。各家船级社的总强度校核要求都是基于国际船级社协会（IACS）的UR S11要求。

35k DWT散货船是广东中远船务在建的实船项目，是中远船务技术中心及广东中远船务技术部自主设计、具有独立知识产权的新型设计。目前已交付1条船，已经得到船东的一致认可，并且多条船正在建造。本文根据实际设计建造情况，选择具有代表性的FR127剖面及Fr111横舱壁进行研究（图3）。

通过日本船级社规范计算软件计算比较（图4），可以看出在35k DWT散货船校核中，HCSR规范比现行的CSR规范总强度要求略大，但变化不大。中远船务设计的35k DWT散货船满足HCSR规范的船体梁弯曲强度要求。

HCSR规范对船体梁剪切强度的要求反映在剪力设计值的具体要求上。通过计算比较，HCSR规范在剪切强度相对于CSR规范，要求值变化不大，但35k DWT散货船在HCSR中具有的剪切强度减小约4.5%。由此我们可以得出结论:HCSR规范对船体结构的腐蚀余量的要求高于CSR规范，这就造成船体结构的净厚度变小，行之有效办法是增加建造厚度，必然造成船体结构增加，造船成本增加。35k DWT散货船在FR127剖面的剪切强度满足HCSR规范的要求（图5）。

表4 船体梁弯曲强度规范校核

表5 船体梁剪切强度规范校核

表6 CSR与HCSR航行工况下的极限强度

2.2 船体梁极限强度规范校核

船体结构极限强度评估对于船舶结构初步设计、使用、维护和维修都非常重要 ,因此船体梁极限强度研究成为近几十年来船舶工程界的热点研究课题之一。通过计算比较（图6，图7），极限强度的计算要求变化很大，而且在35k DWT散货船极限强度上，HCSR要求更加严格，提高要求约为14.5%。35k DWT散货船新的设计满足HCSR规范的要求。

2.3 局部强度及最小厚度规范校核

船体局部强度是不涉及船体总纵强度的局部结构抵抗外力的能力，局部强度对应的外力是局部力。

保证船体局部强度的结构几乎包括船体的每一局部结构和构件，如板架强度、舱壁强度结构强度等。船舶的总体强度虽然重要,个别构件的局部强度也不能忽视。比较图8的计算结果，可知HCSR规范的要求并不是一律增加，也有优化减小部分，但绝大部分是板厚构件尺寸增加。

计算过程中注意到HCSR最小厚度要求t_net=3.5+ 0.015L（t_net为规范要求的净厚度），比CSR规范要求增加0.5mm，这将导致散货船空船重量增加。

2.4 船体梁屈曲强度规范校核

装屈曲破坏是结构失效的主要形式之一，随着高强钢的大型船舶结构中的广泛应用，使船体梁屈曲强度问题在大型船舶中尤为突出。通过下面板材和加强筋的屈曲强度校核，可知:HCSR在板材双层底部分要求更加严格，但水线附近的要求不如CSR要求高（图9（a），（b））；加强筋的要求变化不大，但在甲板处，HCSR的要求比CSR要求更高（图9（c），（d））。

表7 CSR与HCSR港内工况下的极限强度

表8 CSR（a）（c）与HCSR（b）（d）最小厚度要求及局部强度计算结果

表9 CSR（a）（c）与HCSR（b）（d）船体梁屈曲强度规范计算结果

3 规范计算结论

从目前HCSR进展情况来看，结合工业界对CSR的具体意见，可以预计未来HCSR对船舶总体结构来说不会产生很大影响，比如，空船重量的变化应该可以基本控制在1%以内，更多的变化体现在因规范局部要求的变化而导致船舶结构局部的改变。众所周知，船舶工程是一个系统工程，往往是“牵一发而动全身”，产品局部的改变通常会影响整个生产流程，所以，HCSR的影响重在应用方面。

[1]IACS. Common Structure RuleBulk Carrier.Presentation to Chinese Shipbuilders[S]. 2012.

[2]IACS. Harmonized Common Structure Rule[S]. 2012.