船舶主体结构设计相关问题及对策

丁秀梅

摘要：船舶结构设计是一项非常复杂的工作，不仅要考虑可靠性、可用性等因素，还要考虑制造技术和经济性的要求。近年来，随着船舶规模和高速发展，对船舶结构设计的要求越来越高。尤其是船舶主体结构的设计已成为影响船舶速度和耐久性的关键。在此基础上，分析了船舶主体结构设计的要求，阐述了船舶主体结构设计应考虑的因素，提出了船舶主体结构设计的对策，以期为相关设计人员提供参考。

关键词：船舶；结构设计；考虑因素

船舶在航行过程中，容易受到恶劣的工作环境的影响，船体经常受到多种载荷的影响，对船舶结构设计提出了更高的要求。在船舶主体结构设计过程中，应重点对纵、横向构件、底侧船舱结构、箱中桁架、构件连接等进行设计研究，以提高设计的可靠性，保证船舶航行安全。

1船舶主体结构设计的要求

在船舶主体结构设计过程中，应综合考虑船舶可靠性、船舶可用性、生产工艺和维修方便等诸多因素，其中可靠性是最重要的因素。船舶主体结构设计时，必须根据有关设计规范科学选择设计依据，这是保证船舶结构稳定的前提。船舶设计最终服务于造船业，因此设计的结构必须易于制造和进行质量控制活动。一般来说，船舶主体结构应尽量采用标准化外形或轧制外形，各种集料之间应保持合理的间距。一方面有利于提高船舶制造工艺水平，另一方面也便于实施成本控制，提高船舶制造经济性。在船舶主体结构设计中，可用性也是一个重要的考虑因素。例如，在设计货船时，应事先规划舱门的大小，以避免舱门太小给货物装卸带来不便；在设计客船时，应减少船体的总变形，防止因舱门太大而引起乘客的不适或恐慌。

2船舶主体结构设计的考虑因素

2.1工作环境

船舶在作业过程中长期暴露在海水等腐蚀性介质中，容易发生结构腐蚀。如果维修不能跟上，腐蝕将不断加剧，最终部件可能生锈，导致船体强度显著降低。同时，由于恶劣天气、波浪拍打、货物装卸等因素，船体容易发生疲劳损伤。在腐蚀和疲劳损伤的双重作用下，很可能发生船体和进水口损坏等严重事故。同时，船舶在航行过程中不可避免地会受到波浪的冲击。较轻的冲击会引起船体板的腐蚀变形，较重的冲击会引起船体垂直弯曲等问题，从而引起船体应力的较大变化。此外，当船舶遇到较大的波浪冲击时，波浪的反复交变作用将进一步恶化船体变形和垂度的负面状态，严重地不平衡载荷分布，影响整个船舶的航行安全。

2.2船体载荷

船舶在运输过程中会受到多种载荷的影响，如船体重量、海洋浮力、风力、惯性力、物料压力等，此外，在某些情况下可能会发生爆炸和冲击等突然载荷。在船舶主体结构设计过程中，应充分考虑上述荷载的影响，通过一定的结构设计，抵消和分散不良荷载的影响，以保持船舶的整体荷载平衡。

3船舶主体结构设计相关问题及对策

3.1纵横向构件

在船体主要部件的设计中，应保证结构的良好连续性，尽可能避免结构缺陷或高度和截面的突变。通常情况下，主要部件可以设计成一个完整的闭环框架，框架上的接缝可以设计成具有一定半径的圆角，以形成一个平滑、连续的船体支撑结构。如果是纵向构件，设计时应保证强度的连续性。单独的纵向构件直接关系到船体梁的整体纵向强度，布置时应向端部延伸足够的距离。特别是在货舱的设计中，需要将货舱纵舱壁上的几个关键支撑构件延伸到货舱外，加强双层壳体的处理。通常的方法是增加加劲肋和侧向纵向桁架。

为保证船舶的整体纵向强度，建议散货船顶、底舱采用高强度三角形箱形结构，高强度双层底结构。单体散货船在设计双底货舱高度时，不仅要考虑总布置要求，而且要满足规范中对普通货船的设计要求。散货船的双层底一般为纵向框架结构。在客舱部分，建议设置主筋板，主筋板可设置在其他各筋位。如果肋骨位置在主机座和锅炉座的底部以下，必须设置主筋板。距船首线0.2L范围内，每隔一个肋位可设置一根主肋，其它部位每隔三个或四个肋位可设置一根主肋。根据中国船级社的有关规定，主肋间距不应超过3.6米，船体纵面需要设置龙骨，但目前大型散货船大多由箱形龙骨代替。龙骨两端应设侧龙骨。根据新版《船舶结构通用规范》，相邻两龙骨间距应大于4.6米，或大于船底一般加劲肋间距的5倍。在实际设计中，可选用较小的一种。

3.2底边舱结构

船底侧舱斜顶与双层底内地板的连接处可采用焊接接头或弧形接头。采用焊接方法时，侧龙骨必须与倾斜屋面板对齐，从内底板侧龙骨伸出的部分不得大于5cm。如果加长件太长，在横向框架上的扇形补片的后续焊接中会出现一些问题。同时，内底板突出部分的端部应设计成圆形，构件必须焊穿。

船舶货舱底侧舱斜顶采用纵向骨架结构，船侧与底舱连接处的弯曲部分无特殊要求。横骨架和纵骨架结构都可以使用，但一般以横骨架和纵骨架结构为主。

船底侧舱的斜顶和内底应保持45至50度角。在肋板处应设置一个坚固的横向框架，以支撑纵向骨。同时在框架上设置足够大的通孔。通孔边缘用扁钢加固，扁钢和纵骨用钢筋加固。穿通孔的纵骨需要安装一块接地板，接地板和外侧板。补丁的大小可以参考相关规范来确定。

3.3箱形中桁材

箱形中桁，俗称箱形龙骨，可设置在散货船双底中线处代替普通龙骨。箱形龙骨由两块平行的水密侧板、骨架材料、内外底板等组成，通常采用箱形龙骨对管道系统进行集中，防止管道直接通过货舱，影响装卸作业。通向箱龙骨的检修孔应安装在机舱前端壁上，并安装防水装置，以便工作人员进入箱龙骨进行检查活动。同时在箱龙骨与开敞甲板之间设置应急通道。箱型龙骨的侧板厚度不应小于水密肋板的侧板厚度。为保证入坞后底纵桁能顺利铺设在桥墩上，两侧板间距应控制在2米以下，同时考虑到横向强度减弱，箱龙骨底、内底应稍加增加，以提高整体稳定性。强壮。横框可以代替箱龙骨上的肋板，而船底部的环框或横框可以作为骨架。肋与筋板可采用搭接，搭接长度至少为肋高的5/4倍，以保证力的均匀传递。

3.4构件连接

“在船体结构的高应力区域处，构件连接部位的应力集中是产生船体结构疲劳损坏的主要因素”。因此，在船体结构设计时应充分注意构件连接部位的设计，并通过疲劳强度校核，改进结构节点的设计，以保证船体结构中受交变载荷作用的构件有足够的疲劳寿命。

3.4.1单体散货船的货舱通常为横向框架式，每个肋骨位置都有主肋。每根肋的上下两端用肘与底舱和顶舱连接。其理论线应与舱内相关部件的理论线对齐。肘板端部应设计为软趾，以减少结构节点处的应力集中和疲劳累积损伤。肘板的倾斜长度应大于或等于面板宽度的2.5倍。肋骨与肘部的连接可以对接或搭接。研磨时，研磨长度应大于或等于肋骨高度的1.25倍。

3.4.2纵向强构件不连续后应进行有效过渡。为了保证主要纵向构件的连续性，避免截面或高度的突变，避免构件不连续引起应力集中，应更好地考虑底侧舱、顶侧舱头和尾部结构的连续性。

3.4.3构件停靠在舱壁两侧或其他主要构件上时，应位于同一直线上。如果纵向桁架与横向舱壁连接，则应连接弯管或采取其他等效措施。侧纵桁与强肋连接处，侧纵桁板或翼缘应具有足够的连续性，如甲板纵桁端部与横舱壁的连接应符合规范要求。在参与总纵向强度时，应特别注意横向舱壁处甲板桁架的纵向连续性。

结语

船舶主体结构设计是一项高度科学的工作，也是一个动态优化和不断改进的过程。在坚持相关设计原则的基础上，设计人员应不断优化和调整结构设计，以保证船体结构的强度，同时尽量减轻船体重量，提高航运经济性，充分发挥船舶的性能。

参考文献

[1]倪军，张瑞婷.关于船舶结构优化设计方法的研究[J].科技传播，2013（22）：49-51.

[2]刘晓波.正确应用规范提高船体结构设计水平[J].中国水运.2006（07）

（作者单位：大连中远海运重工有限公司）