高速船舶船体构件的稳定性

肖正威 王奎

摘要：保证船舶在航行中的稳定性,是船体设计人员的首要关注点。船舶设计需要采用新工艺和新设计理念来设计船体,并严格遵守设计规则,在船舶真正下水航行之前,需要对船只的密闭性和稳定性进行查验。针对船体结构模块设计,工作人员需要重点分析不同材料的功能和特点,根据材料特性将其科学的应用到对应的船只构件中。

关键词：高速船舶；船体构件；稳定性

引言

船舶航运过程中容易受到恶劣工作环境的影响，且船体时刻处于多重荷载的影响，这对船舶结构设计提出了较高要求。在船舶主体结构设计过程中，应针对纵横向构件、底边舱结构、箱形中桁材、构件连接等进行重点设计和研究，以切实提高设计可靠性，保证船舶航运安全。

　1 船体结构设计中的主要内容

　　解决船体结构的形式、构构件的尺度和连接的设计问题，使得船体结构具有良好的经济性能和十分有益的强度。船体结构的设计质量的好坏主要从船体结构设计中的安全性和整体性以及经济性等方面来分析。

　　1.1 船体结构的整体性

　　船体结构的设计是一个十分复杂的水上工程项目，各种设备和仪器以及结构的布置都和船体结构的设计紧密相关，所以船体结构的设计必须满足船体自身的性能、设备、电气和通风等功能的要求，确保船只的工作性能在各方面都能协调配合、具备良好的工作性能。

　　1.2 船体结构的安全性

　　安全问题在任何领域领域都是最重要的问题，船体结构设计应该保证船体结构不会受到各种外力的作用下，具备一定的强度和稳定，不会因为构件强度不足出现失去平衡从而导致结构损坏的情况发生，同时船体结构还必须具有十分良好的防震性能，使其在各种激荡力的作用下，都不会产生较大的振动。

　　1.3 船体结构的经济性

船体结构在设计的过程中在考虑结构强度和构件的腐蚀和使用以及维修之后，还要力求减少结构的重量和成本的投入，船体结构材料在保障安全性的前提下要适当的选择，使得船体结构本身就具有良好的经济性能。

2.影响船体构件稳定性的因素

2.1纵横向构件

在设计船体的主要构件时，应保证结构具有较好的连续性，尽量不要出现结构断层或高度、剖面上的突变。通常情况下，可将主要构件设计成完整的闭环框架，且把框架上各接合部位设计成具有一定半径的圆角状，形成平滑、连续的船体支撑结构。如果是纵向构件，在设计时应确保强度的连续性，个别纵向部件直接关系到船体梁总纵强度，在布置时应将其向端部延长足够的距离。尤其是在货舱设计中，需将位于货舱部分的纵舱壁中几个关键支撑构件延伸至货舱外部，并在双层壳体部分进行加强处理，通常做法是加设强肋骨和舷侧纵桁。为保证船舶总纵强度，建议将散货船的顶边舱与底边舱都设计为高强度的箱型三角结构，同时辅以高强度的双层底结构。对于单壳体散货船，在设计货舱部分的双层底高度时，不但要考虑总布置要求，还必须符合规范中对于普通货船的设计要求。散货船所采用的双层底一般为纵骨架式结构，在机舱部分，建议设置主肋板，一般每隔一个肋位设一个即可，如果肋位处于主机座、锅炉座等基座下方，则必须设置主肋板。距艏垂线0.2L以内可以每隔一个肋位设置一个主肋板，其他部位可以每隔3或4个肋位设一个。根据中国船级社相关规定，主肋板的间距不得超过3.6m，船体中纵剖面需要设置龙骨，但目前大型散货船大都以箱形龙骨取代之。龙骨两端应设置旁龙骨，根据新版船舶结构共同规范，两个相近龙骨的间距应保持4.6m以上，抑或船底一般扶强材间距的5倍以上，在实际设计中，可以取其中较小者。

2.2底边舱结构

船舶底边舱斜顶板和双层底内底板交接处可以采用焊接连接或圆弧连接两种不同形式。如果采用焊接方式，旁龙骨必须和斜顶板保持对齐，且内底板伸出旁龙骨的部分不得大于5cm，若伸出部分过长，在后续焊装横向框架上的扇形补板时会遇到一些麻烦。同时，内底板伸出部分的末尾需设计为圆形，各构件之间一定要焊透。船舶货舱部分的底边舱斜顶板采用纵骨架式结构，船舷与底板交接的弯曲部分不做特别要求，采用横骨架或纵骨架式结构皆可，但一般以前者居多。船舶底边舱斜顶板和内底板面应当保持45°~50°左右的夹角，肋板处需要设置横向强框架，以对纵骨起支撑作用，同时框架上需要设置足够大的通道孔，通道孔边缘用扁钢做加强处理，且扁钢和纵骨间通过加强筋进行稳固。纵骨穿过通道孔的部分需要安装补板，补板与两层底板及船舷外板相连，具体尺寸大小可参照相关规范来决定。

2.3箱形中桁材

箱形中桁材俗称箱形龙骨，可设置于散货船双层底中线面处，用来取代普通龙骨。箱形龙骨由两道平行设置的水密性侧板与骨材、内外底板等组成。箱形龙骨通常用来对管系进行集中布设，防止管道从货舱直接穿过而影响装卸作业。在机舱前端壁上需设置通往箱形龙骨的人孔，并安装水密装置，以便工作人员进入其中开展检查活动。同时，在箱形龙骨与露天甲板之间也要设置一个应急通道。箱形龙骨的侧板厚度不得小于水密肋板，为确保船舶进坞后底纵桁可以顺利搁置到墩木上，应将两侧板间距控制在2m以下。同时，考虑到横向强度被削弱，对于箱形龙骨部分的船底板、内底板需略微增加厚度，以提高强度。箱形龙骨内可用横向骨架取代肋板，骨架可采用环形架或船底横骨等形式。肋骨和肋板之间可以采取搭接的方式，且搭接长度至少要达到肋骨高度的5/4倍，以确保受力的均匀传递。

3.船体结构的设计方法

　　船舶自身的造价高昂、使用期限长、工作环境十分恶劣。在其使用期间会遇到多种事故，这些事故本身就会对船舶的结构产生各种恶劣的影响，甚至会导致整个船体结构失去工作能力，造成很大的经济损失，降低社会效益，目前船体结构的设计方法主要分为确定性设计法和结构可靠性分析法。

　　3.1确定性设计法

　　船体结构的确定性设计法又可以分为两类，第一类是规范设计法，即根据船体主尺度和结构形式，以及各种营运和施工要求，按照船级社制定的船体建造规范的相关规定来决定构件的布置和尺度的，最后再进行总强度和局部强度的审查，同时还要对结构的稳定性和安全性进行检查，一旦发生任何不足之处，则在原设计方案上进行修改之后在进行局部的加强，指导达到相应的目标。第二类是直接计算法，直接计算法是根据船型和构件布置的不同，来通过规范不可能罗列的全部特征来进行设计的，所以要求设计师具有结构力学的知识，可以按照各种构件和受力情况，直接进行强度的计算。使得船体结构本身就具备良好的力学合理性，而且可以预先选择目标函数，进行优化设计。

　　3.2结构可靠性分析法

　　在船体结构强度的确定性设计方式中，将有关参数都设置为定值。所采用的安全系数都表现为强度的储备，使得人们对结构已经产生了固定的印象，认为结构是绝对安全不会被破坏的，然后，所有船体结构不论哪种船型或者结构形式，都是通过空间的板梁组合结构来完成的，这样的话，当船体结构中的一个构件失去效果之后，内力重新分配。整个结构还能继续工作，只有当相当数量的构建都失效之后，整个构建才会失去效果。这就促使人们去研究船体中某些构件结构被破坏的原因，和损坏后对船体的影响，这样才能形成某种采用概率法对结构进行可靠性的分析和计算。结构可靠性是指结构在规定的时间内和条件下完成预定功能的概率，即达到结构的功能极限状态就可以认定为结构实效，目前我国所采用的是基于概率论的结构可靠性全概率的分析法，还存在很大的局限性。近年来。结构系统风险的评估和决策建议在海洋工程领域以及船舶的应用中正逐步推广，世界上主要的船级都已经制定了合理规范的风险评估方法和文件。

4.结束语

船体结构设计主要是在满足船舶总体性和船舶本身的功能性的前提下，通过结构设计使得船舶在试用期间满足稳定性和刚度、强度的要求，船舶设计的内容决定了其设计任务的繁重程度。目前各国的船舶业之间的竞争十分激烈，世界各国船舶业的生产技术正朝着机械化、自动化和集成化的方向发展。提高船舶结构设计的要求已经成为船舶业十分重要的问题。

参考文献

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