浮船坞的纵向强度试验

杨俊华

（天海融合防务装备技术股份有限公司 上海201612）

浮船坞的纵向强度试验

杨俊华

（天海融合防务装备技术股份有限公司 上海201612）

纵向强度试验是浮船坞设计建成后进行的一项重要试验。在试验中，通过调整浮船坞压载舱的水量，使浮船坞中部形成一个与设计弯矩值相同的弯矩，以检验浮船坞在设计弯矩下的总纵向强度和建造质量；同时测量浮船坞的挠度，建立坞中挠度和坞中弯矩的关系，求得设计弯矩下浮船坞产生的挠度，作为挠度监测系统报警值的取值依据。文章以48 000 t举力浮船坞为例，全面阐述浮船坞纵向强度试验，为今后浮船坞的设计和建造提供参考。

浮船坞；纵向强度；试验；挠度

引 言

自2010年以来，本公司设计、改装了多型浮船坞，包括30 000 t举力浮船坞，38 500 t举力浮船坞（改装）、7 000 t举力浮船坞、48 000 t举力浮船坞和22 000 t举力浮船坞。这些浮船坞的结构设计主要根据各船级社的相关规范并辅以有限元计算分析。关于浮船坞的结构试验，各船级社对结构的密性试验进行了较详细的描述；同时要求配备挠度监测系统，以避免浮船坞作业时超过最大坞中弯矩对应的挠度值。部分船级社提及进行纵向强度试验以求得挠度值，但缺乏对试验的具体指导意见［1］。本文以48 000 t举力浮船坞为例，对纵向强度试验的相关方面进行探讨。

1 浮船坞主要尺度和压载舱布置

该坞主尺度见表1。

表1 浮船坞主尺度

该坞浮箱和坞墙为钢制结构，两者连续不可分。浮箱结构由3道水密纵舱壁和7道水密横舱壁，加上首尾水密封板分隔成纵向6个水密区和2个横向通道；每个水密区横向被分成4个舱，合计24个压载舱。左右舷共设置4个干式泵舱，通过横向通道连接。除浮箱甲板采用横骨架式结构外，其余的坞底、纵舱壁、内外坞墙、安全甲板和顶甲板结构均采用纵骨架式以确保足够的纵向强度。

图1 48 000 t举力浮船坞浮箱甲板下布置示意图

2 纵向强度试验

2.1 试验目的

纵向强度试验的主要目的如下：

（1）观察浮船坞承受设计最大弯矩时，结构有无异常、焊缝有无拉裂等情况，以检验浮船坞总纵强度和建造质量。

（2）建立坞中挠度和坞中弯矩的关系，求得坞中设计最大弯矩对应的坞中挠度。

（3）校核挠度仪的正确性，提供报警点的设置依据。

2.2 试验方法

试验的方法是将浮船坞浮箱中的压载舱分成首、中、尾共3组。首先将3组压载舱均匀进水并使浮船坞平浮下沉到不大于设计工作吃水，作为初始状态。此时弯矩较小，一般在设计静水弯矩的5%左右。然后，通过保持中部压载舱水量不变，对首、尾部压载舱均匀排水，形成中垂（若保持首、尾部压载舱水量不变，对中部压载舱均匀排水，则形成中拱）；同时，测量其中垂或中拱状态的变形情况，并检查浮船坞的结构有无异常［2］。

图2 空坞纵向强度试验压载水变化示意图

因浮船坞在生命周期内抬船作业工况大部分为中垂状态，中拱状态极少出现（即使出现，实际承受的中拱弯矩也较小），故可仅进行中垂状态的试验，因此纵向强度试验有时也称为中垂强度试验。

某些浮船坞的结构形式可能会导致许用的最大坞中中拱弯矩小于许用的最大坞中中垂弯矩。如要进行中拱强度试验，必须注意这一点。

2.3 挠度仪设置要求及工作原理

对浮船坞抬船弯矩的监测主要通过挠度仪来实现。根据单跨梁理论，承受均布载荷单跨梁中某点的挠度值与该点承受的弯矩值呈线性关系［3］；而抬船作业时，浮船坞承受的载荷可简化为均布载荷，故坞中处承受的静水弯矩与其挠度也呈线性关系，基于此浮船坞可通过挠度仪实现对承受最大抬船弯矩的监测。

船级社规范中均要求配备挠度监测系统，对于坞长LD在180 m及以上的浮船坞，中国船级社要求配两套完全独立的挠度监测系统，其中一套为液压型［1］。根据英国劳氏船级社规范，如浮船坞仅配一套且浮船坞均匀压载则可采用光学系统监控［4］。

本坞在两舷坞墙安全甲板和顶甲板之间各设了一套液压型挠度测量管系。当浮船坞发生纵向弯曲变形时，根据连通器原理，各测点管内液面始终处于同一水平面，而液柱高度会发生变化，通过底部的传感器测得液柱的高度信息并传递到中控台，再由中控台计算机算出各测点挠度［5］。

图3 液压型挠度测量管系图

此外，在纵向强度试验中，通过光学测量仪器实测浮船坞承受最大抬船弯矩时的坞中最大挠度值，既可校核中控台挠度仪的准确性，也作为挠度仪报警点的设置依据。

2.4 试验前准备

试验前，设计方应编写纵向强度试验大纲，按设计最大许用坞中抬船弯矩的0%、25%、50%、75%、100%共5个工况，计算出5个试验状态各舱的水位。打开浮箱甲板各压载舱的人孔盖，试验时应从人孔处人工直接测量各压载舱水位［2］。

此外，试验应选择在气温变化不大时进行，一般在夜间进行。

2.5 试验步骤及注意事项

试验按以下步骤进行：

（1）打开所有压载舱进水阀，使各舱均匀进水，将浮船坞调平，作为初始状态。

为便于后续操作，让所有压载舱水位一致，压载舱布置和浮船坞建造后重心一般不会位于坞中心，浮船坞会有一定的纵横倾，可保持首尾区域16个压载舱的水位不变，通过少量调节中部区域8个压载舱的水量，将浮船坞调平。

（2）从打开的人孔处对各压载舱的水位进行人工测量并记录；记录坞墙顶甲板上用激光水平仪的激光束扫描到测量标杆上的高度值，通过各标杆测量值可求出坞墙顶甲板的挠度；记录中控室挠度仪的读数，作为比对。

（3）保持本坞中部8个压载舱水位不变，对首尾各8个压载舱均匀排水（指降低相同的水位），分4个不同阶段排出压载水并调平浮船坞，使浮坞相对于初始状态增加不同的纵向中垂弯矩，最终使浮坞承受设计的最大弯矩值。

（4）保持中部8个压载舱水位不变，对首尾各8个压载舱均匀进水（指升高相同的水位），分4个不同阶段进压载水并调平浮船坞，使浮船坞逐渐恢复到初始状态，并同时按第（2）步骤的要求记录各压载舱的水位和挠度测量值。

试验分阶段进行是为求得坞中弯矩和坞中挠度的关系。每个阶段还应检查浮坞结构有无异常，焊缝有无拉裂，以确保试验过程结构的安全。

2.6 试验结果

浮船坞仅进行中垂强度试验。在初始状态（即0%）和25%~100%中垂状态下，人工实测的压载舱水位如表2所示；试验测得浮船坞各试验状态的标杆测量值如表3所示。

表2 48 000 t举力浮船坞各状态压载舱水位

表3 标杆测量值

表2为试验过程中各压载舱的实际水位，应依此水位计算实际的弯矩。同时，应注意本试验以初始状态为参照，进行数据处理以建立相对于初始状态各步骤坞中的挠度值与坞中的中垂弯矩变化值的关系曲线。其中，中垂弯矩的变化值为各步骤实际弯矩与初始状态弯矩的差值。

表3为各试验状态的标杆测量值，而不是挠度值。通过计算，可求得坞中各状态相对于初始状态的挠度值。试验中通过标杆加激光水平仪求得的挠度值与中控台挠度仪的挠度值进行比较，两者相符，说明后者工作正常。

经过上述数据处理，计算得到坞中挠度值ΔV和坞中中垂弯矩变化比值ΔRM关系如表4所示。

表4 坞中挠度变化和坞中中垂弯矩变化

表4中ΔRM为坞中弯矩变化值与设计坞中弯矩的比值。由上述数据绘制ΔV和ΔRM曲线如图4所示。

图4 坞中挠度变化和中垂弯矩变化曲线

试验中，未出现结构件异常、焊缝拉裂等情况，说明本坞总纵强度满足要求，设计建造质量良好，令人满意。

2.7 试验结果的应用

由表4和图4可见，相对于初始状态，坞中挠度值与中垂弯矩值呈线性关系，挠度随弯矩增加而线性增加。97.8%设计弯矩时，坞中最大挠度为214 mm；100%设计弯矩时，最大挠度按比例计算为218.8 mm。

在LR和DNV浮船坞规范中，均要求设置停泵报警以避免浮船坞超过最大许用挠度值。对此，浮船坞采取以下措施：考虑到初始状态存在一定的初始弯矩和初始挠度，并保留适当的总纵强度余量，在浮船坞抬船时，停泵报警取为此次试验设计弯矩对应挠度值218.8 mm 的90%，即为196.9 mm；同时，考虑为便于人员操作，提供缓冲时间，坞中挠度报警值取为最大挠度值的70%，即为153.2 mm。据此对本坞中控台的挠度仪设置了报警点。

3 结 论

检验浮船坞总纵强度和建造质量，通过对挠度的监测来实现对浮船坞承受弯矩的控制，故纵向强度试验在船舶交付之前必须进行。

在实船进坞前，采用调整浮船坞前、中、后部压载舱水量来形成一个与设计坞中弯矩值相同的弯矩。该方法较为简单有效，目前普遍采用。然而，因该法的载荷分布与进坞船矩形加抛物线分布的标准形式不同，其挠度与后者所产生的挠度是否相同，尚待后续研究探讨。

本文以48 000 t举力浮船坞纵向强度试验为例，阐述该试验的目的、方法、过程和注意事项，希冀对浮船坞设计人员和建造工程师有所帮助。

［1］ 中国船级社. 浮船坞入级规范［M］. 北京：人民交通出版社，2009. 7-14.

［2］ 邱崚. 浮船坞的试验［J］. 船舶设计通讯，1993（2）：117-120.

［3］ 中国船舶工业集团公司.船舶设计实用手册：结构分册［S］. 3版.北京：国防工业出版社，2013：728.

［4］ LR. Rules and Regulations for the Construction and Classification of Floating Docks ［S］. 2016.

［5］ 李志. 浮船坞挠度自动监测系统设计［J］. 船舶工程，2010（s1）：58-59.

Longitudinal strength test of floating dock

YANG Jun-hua
(Bestway Marine & Energy Technology Co., Ltd., Shanghai 201612, China)

Longitudinal strength test is an important test after the design and construction of the floating dock.The water quantities in the ballast tanks of the floating dock are adjusted to form a bending moment equal to the designed bending moment at the middle of the floating dock. Thereupon, the overall longitudinal strength and construction quality of the floating dock under the designed bending moment can be assessed. And the deflection of the floating dock under the designed bending moment can be calculated according to the relation between the deflection and the moment based on the measured deflection of the floating dock, which can be used for the setting of the alarm value of the deflection monitor system. The longitudinal strength test of a 48 000 t lifting capacity floating dock is thoroughly presented in this paper to provide reference for the design and construction of the floating docks in the future.

floating dock; longitudinal strength; test; deflection

U661.72

A

1001-9855（2017）06-0033-05

10.19423 / j.cnki.31-1561 / u.2017.06.033

2017-03-02；

2017-03-14

杨俊华（1981-），男，工程师。研究方向：船舶结构设计。