浅谈URS11A规范对大型集装箱船强度的影响

李文杰 高启新

摘 要：通过对比新旧规则UR-S11A和UR-S11，分析其对大型集装箱船结构强度校核上的差异；然后从航运层面出发，提出一些对应措施，为那些在UR S11旧规范下建造，并且未经结构强化改造的集装箱船保驾护航。

关键词：大型集装箱船 UR-S11A UR-S11 强度

1.引言

当代海运的蓬勃发展，使得集装箱船成为海运的主力。集装箱船大型化也成为了航运发展的趋势。随着集装箱船大型化发展，船体强度安全方面的问题也开始显现出来。2007年的MSC Napoli号事故及2013年的MOL Comfort号事故的发生，使得国际船级社协会（IACS）针对集装箱船结构强度制定了新的的规范UR-S11A和UR-S34。

然而，对于那些新规范生效前建造的集装箱船来说，其结构强度的各项指标遵循旧规范（UR S11），显然已无法满足要求。由于国际船级社协会并未强制要求旧规范下建造的船舶进行结构强化改造，因此对于这些集装箱船来说，其结构强度安全存在许多安全隐患。本文简要分析了UR S11规范和UR S11A规范在集装箱船结构强度校核上的差异，从航运层面出发，针对“老船”关键位置强度不足的问题，提出了减小船舶波浪载荷等应对措施，并在船舶维护与保养方面进行指导，初步实现了集装箱船结构安全保障的目标，保障了那些UR S11旧规范下建造且未经结构强化改造的集装箱船的航行安全。

2.UR-S11A规范和UR-S11规范的对比分析

2.1净厚度与建造厚度方面上的差异

S11A的强度校核采用与共同结构规范（CSR）类似的净厚度方法。新标准有效厚度的计算公式为：

tnet = tas_bulit -- tvol_add -- αtc （1）

式中，tnet 为船体结构的有效厚度；tas_bulit为建造厚度；tvol_add为结构厚度的体积余量；α是结构腐蚀余量因子；tc为结构厚度的腐蚀余量，根据结构所在位置和功能的不同，UR-S11A规定了不同的数值。

S11规范在总纵强度上的校核是以建造厚度为基础，也就是船体梁的承载能力。在UR-S11A下，用于各结构强度校核计算的净厚度值均小于原UR S11中所采用的建造厚度值。因此，UR-S11A在考虑船体结构自身尺寸方面已经较为严格。这将对后续强度校核中构件剖面模数的大小产生影响。

2.2波浪载荷方面上的差异

新旧规则下，波浪载荷计算公式上的差异主要表现在以下方面。S11A新规范在载荷的线性成分和非线性成分上给出了明确的指导。新的波浪载荷计算公式考虑了船体性质等因素，增加了能够反映船舶艏部外飘的系数。并且，新规范下的计算方法，提供了浪弯矩分布和波浪剪力的分布，这在船长方向上的分布对校核船舶强度有指导意义。

总体而言，新计算方法给出的波浪剪力更大。对于按照UR S11规范建造的船舶，在按照新规范进行波浪载荷计算时，由于波浪载荷的增加，将会影响到总纵强度校核。

2.3屈服强度方面上的差异

UR S11A新规范下，虽然屈服强度的校核公式在形式上不同，考虑了净厚度，许用应力与原规范有差异。但在其本质上来说，新旧规范下校核内容上是一致的，包括弯曲强度检核和剪切强度校核。不同的是，新规范UR S11A在附录中给出了计算剪切力的具体算法，并且明确要求应采用剪流方法。

针对旧规范UR S11中的最小惯性矩方面的要求，新规范UR S11A也进行了一些相关修订，不仅考虑了船体梁合成弯矩的最大值问题，也把计算公式中净厚度的取值对惯性矩的影响也考虑在内。

2.4屈曲强度方面上的差异

UR S11首先基于总尺度计算船体梁应力，基于净尺度计算板格的临界屈曲应力，然后分别校核板格在船体梁剪切应力和船体梁纵向压应力作用下的屈曲能力。对结构在总纵应力下的屈曲强度校核仍采用许用应力衡准，以板為例，UR-S11仍然是分别校核其所受压应力或剪应力是否满足要求，并没有充分考虑结构复杂受力时的稳定性特征。但在S11A中没有对局部动载荷给出统一要求，新规范S11A规定计算中仅考虑静压力的影响。这和旧规范相比，在屈曲强度方面上的差异比较大。

UR S11A中的屈曲强度校核借鉴了CSR的屈曲强度校核方法，对船体梁在总纵应力下的结构屈曲强度采用屈曲利用因子进行校核，同时也规定了运用板或骨材等在复杂受力时的稳定性理论进行计算。此方法与UR-S11要求具有较大差别。

2.5极限强度方面上的差异

为保障集装箱船运营中的结构强度，以及船体结构过于优化可能带来突发情况时承载能力的不足，URS11A特别规定了船长不小于150m的集装箱船都需校核其极限强度。极限强度校核的方法与CSR一致。新标准给出了船体梁极限弯矩、极限承载能力的计算方法及校核衡准。并且，对于船宽大于32.26m的集装箱船，UR-S11A 明确要求还需根据各船级社的规范在考虑颤振的影响下对船体梁极限强度进行校核。颤振对大型集装箱船的极限强度具有重要影响。

新规范UR-S11A充分考虑集装箱船的船型特点等因素，对双层底系数和材料系数进行了修改。并且针对集装箱船结构形式上的特点，对计算公式中的一些规定进行了补充和修改，例如各构件所采用的单元类型等，

3.新规则下旧船的应对措施

通过以上对新旧规则的对比分析对于旧规范下建造的集装箱船，在航运层面可以采取一下应对措施，以保障船舶安全运营。

（1）通过控制航行速度，可以减缓波浪对船体的砰击作用。当航行在大风浪环境中，适当降低航速可以极大减轻砰击对船舶艏部及船体带来的冲击。另外还可以通过适当增加吃水的方法降低砰击的烈度。还可以采用转向的方法可以避开砰击作用区，从而达到消除砰击的危害。

（2）对于新规范出台而导致的旧规范下的集装箱船波浪载荷增加问题，货物的均匀配载与合理压载可以降低中拱弯矩，并平衡全船载荷，可以以此来减小这方面的影响。

（3）在船舶运营中，船舶的日常维护保养也是保障船舶强度的主要手段，通过船体及构件的维护保养，可以减缓腐蚀，增强船体强度，从而保障船舶安全运营。

4.结语

本文通过对UR S11A规范与UR S11规范进行了简单的对比与分析，总结出在集装箱船体强度校核上新旧规范下的异同。通过分析发现，按UR S11A规范计算得到的波浪载荷比按UR S11规范计算得到的波浪载荷高出了很多。

针对那些UR S11旧规范下建造的集装箱船，其在结构强度上存在的安全问题，本文给出了一些建议措施，包括均匀配载、合理压载、减轻砰存作用等，结合船舶日常维护与保养，为集装箱船的安全营运提供保障。

参考文献：

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