38 800 DWT散货船结构设计

王新宇　张云风

（上海船舶研究设计院，上海201203）

船舶结构

38 800 DWT散货船结构设计

王新宇张云风

（上海船舶研究设计院，上海201203）

38 800 DWT绿色海豚系列散货船是上海船舶研究设计院根据市场需求，结合最新的海事规范要求开发的最新一代节能环保型散货船。主要介绍了38 800 DWT散货船的总体性能及结构特点，该散货船油耗低，货舱区开口较大，中间货舱不设置顶边舱及底边舱，货舱区无重压载货舱。

CSR散货船；大开口；双壳；无顶边舱

0　前言

38 800 DWT绿色海豚系列散货船是上海船舶研究设计院自主开发和设计的优秀船型，具有低碳节能环保等方面的显著特点，在当今全球航运业不景气的大环境下，具有相当强的市场竞争力。

1　船型特点

该船为单机、单桨、单舵（襟翼舵）、尾机型散货船，主要运输煤炭、矿石、谷物等，舱盖上可装载木材及空的集装箱。该船布置具有以下特点：

1）货舱区域第二、第三、第四舱为箱型大开口货舱，有利于提高装卸货效率；第五货舱设置底边舱，为满足CSR对于散货船的定义，第一货舱设置底边舱及顶边舱，货舱中部典型横剖面图见图1；

2）货舱区域除第一货舱外，均设置纵向连续舱口围；

3）所有燃油舱均布置在机舱区域，货舱区所有边舱及底舱均为压载舱；

4）无兼做重压载舱的货舱。

2　结构重量控制

该船方案设计之初结构重量余量较小，且该系列船型为首次采用大开口布置的满足CSR要求的双壳散货船，缺少相关参考资料，结构重量评估较困难。

图1　货舱中部典型横剖面图

为满足空船重量要求，结构设计之初即把重量控制及结构优化放在了首位，在结构设计中主要采取了以下措施：

1）货舱区域纵向构件及横向实肋板采用AH36钢；

2）根据首部线型特点，首部区域外板骨架采用纵骨架形式，在满足规范要求的前提下，可以尽量减少平台甲板的数量；

3）根据散货船的特性及局部载荷与总纵强度要求，合理布置纵骨间距。例如在舷侧纵骨布置中，靠近内底3 m范围内适当减小纵骨间距以减小板厚，在中和轴处可适当加大纵骨间距，把最小板厚余量用足；

4）因该船无货舱兼做重压载舱，货舱区域所有的压载舱均布置在舷侧和双层底内，故舷侧边舱较宽。为减轻舷侧强框架重量，舷侧强框架采用了较大的减轻孔，并对其进行细网格有限元分析，以优化结构重量。

3　结构设计要点

3.1结构概述

船体骨架的设置。该船货舱区为双底双壳结构，第二、第三、第四舱无底边舱及顶边舱，第一舱设顶边舱及底边舱，第五舱设底边舱无顶边舱，双壳内为纵骨架式结构（对于取得冰区船级符号的船舶，在相应的外板区域采用横骨架式布置以减轻结构重量）。距基线12 400平台上强框为每6档设置，其余区域为每3档设置。

机舱为双层底结构，双层底内每档设置实肋板。机舱区域内强框不大于4档间距设置。机舱区域主甲板及机舱上平台以上部分舷侧外板采用纵骨架式。首尾为单底结构，首部满足抨击加强要求。货舱间设置垂直槽型舱壁，设底墩及顶墩，货舱区域外均为平板舱壁。

3.2设计要点

对于大开口散货船而言，舱口角隅需考虑疲劳及扭转的影响。纵向连续舱口围板的结构强度要求较高，且因起重机布置在每个货舱甲板条中部，纵向舱口围腹板需开较多的管孔及电缆孔；根据规范要求还需对纵向舱口围加开较大的流水孔，以满足围阱内流水面积的要求。上述结构均需通过细网格有限元计算予以校核。

纵向舱口围处（见图2）围阱开孔采用椭圆形，从而减小开孔边缘处的应力集中。开孔区域板厚局部加厚，满足总纵强度计算要求，所有开孔经有限元验证满足相关规范其他要求。

1）因该船空船重量要求较高，高强度钢使用比例较高。

图2　货舱区纵向舱口围典型开孔

2）为提高货舱舱容，底墩侧板均采用垂直布置。因船型主尺度较小，此布置不会带来结构构件尺寸的增加。

3）货舱双层底内不设管弄，仅设置阀箱，故实肋板管系开孔较多，见图3。

图3　货舱区典型肋板管系开孔

在实肋板管系开孔附近，球扁钢穿越孔采用水密形式补板。在底墩下纵桁开孔采用套管及结构腹板形式进行补强。局部应力较大处实肋板PMA的通道开孔采用扁铁环形式予以补强。

第一、第五舱顶边舱及底边舱与相邻货舱之间要有合理的过渡，过渡结构应充分考虑总纵强度的合理延续；且第一货舱与第二货舱之间过渡区域需有限元校核，避免因剖面形式突变造成局部强度不满足规范要求。

3.3有限元分析细节介绍

因该船无兼做重压载舱的货舱，故在进行重压载及正常压载工况的有限元校核时，应根据装载手册中的实际工况对各压载舱室的内载荷进行定义。

根据有限元结果，中纵桁及BL.4&8纵桁在靠近底墩处应力较高，根据计算结果，在底墩下需增加加厚板，板厚由端部向舱中心处逐渐过渡；底墩侧板与纵桁交点处采用嵌入板的方式予以补强，满足疲劳要求，纵桁屈服结果见图4。

图4　纵桁屈服结果

根据有限元计算结果，槽型舱壁在靠近纵舱壁处屈曲强度不满足要求，采用加厚板方式补强，顶墩侧板靠近内壳处应力较高，且局部屈曲也不满足要求，采用加厚板及增加水平筋的方式补强，横舱壁屈曲校核见图5。

图5　横舱壁屈曲校核

根据有限元结果，对高应力区采取增加板厚的方式进行加强；在屈曲校核中，对不满足要求的板格增加屈曲筋。根据粗网格计算结果，选取典型强框架对开孔处的结构强度进行细网格的有限元分析（见图6），根据计算后的屈服因子，对结构形式进行优化。

根据细网格分析，在边舱及双层底内均需要嵌入厚板进行加强，而舭部边舱内肋板应力较小，不需要额外加强。嵌入板处细网格屈服结果见图7。

初步设计方案中，开孔四周采用加强筋的方式予以补强，根据有限元计算结果，开孔边缘处应力仍不满足要求，故结构加强改为面板形式，避免了局部板厚增加。人孔下方流水孔大小根据有限元结果适当减小，避免局部板厚增加。边舱内强框架细网格屈服结果见图8。

图6　强框架粗网格屈服结果

图7　嵌入板处细网格屈服结果

在第二及第四货舱端部，因线型收窄，边舱内强框架底部线型变化处应力提高较明显，故对第二、第四舱线型收窄处应额外给予加强。线型变化处边舱内强框架细网格屈服结果见图9。

4　结语

图8　边舱内强框架细网格屈服结果

图9　第四舱线型变化处边舱内强框架细网格屈服结果

作为船院最新研发的绿色海豚系列船型之一，38 800 DWT散货船凭借出色的技术指标为船院赢得了大量的订单，同时其创新的货舱大开口布置也更加丰富了船东的货品种类，减少了码头作业时间，提高了船东的经济效益。

Introduction of Structure Design for 38 800 DWT Bulk Carrier

Wang Xin-yuZhang Yun-feng

（Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute，Shanghai 201203，China）

In order to meet the market demand and to fulfill the requirement of newest maritime rules，SDARI developed a 38 800 DWT bulk carrier，one of the Green Dolphin series.This article mainly introduced the general performances and structure characteristics of the design，which was featured with low fuel oil consumption，large opening in cargo area，no wing tank and hopper tank in the middle cargo holds and no heavy ballast water in cargo hold.

CSR bulk carrier；large opening；double sides；no wing tank

U674.13+4

A

1001-4624（2015）01-0049-04

2014-09-09；

2014-12-25

王新宇（1982—），男，工程师，从事船舶结构设计及计算工作。张云风（1981—），女，高级工程师，长期从事船舶结构设计及计算工作。