关于船舶主船体结构设计问题的分析

1黄信豪，2刘爱红

摘要：本文主要从船体整体结构设计的基本设计条件、主要设计内容、设计过程、设计形式这四个方面，对船体整体结构的设计方式开展了详细的论述及分析。从而能够更好地把握住船体整体结构设计要点，善于运用科学的船体整体结构设计优化方式，来进行船体整体结构的合理化设计，以充分满足于船只实际的使用及各项功能要求，为我国船体生产及制造业的持续性发展奠定基础。

关键词：船舶；主船体；结构设计；问题

引言：船体的结构设计是一项繁琐而复杂的工程，结构的设计要依据客户的具体需求，只有基于客户的实际需求，船舶的设计人员才可以对船体设计和建造工作形成明确的构思，有了明确的设计框架之后便为后续制造工程奠定了基础，有助于处理设计阶段和建造阶段的各种细节工作。而在船体结构设计这个过程中总能面对各种各样大大小小的问题，对该问题的处理往往决定的船体工程的总体质量，甚至，直接决定了船体的使用寿命。

一、船舶主体结构设计问题

1、纵、横向主要构件。船舶主要构件布置时要确保结构的连续性，剖面及高度要避免出现突然变化，主要构件要构成连续性的支撑，并尽量构成一个完整的环形框架，而且环形框架的接合处要做成具有足够半径的圆角。对于纵向构件在布置时要保证强度的连续性，部分纵向构件需要承受船体梁总纵强度，在设计时需要其要能够向船舶端中连续延伸足够的距离。特别是对于货舱来讲，其区域内的纵舱壁中的主要支撑构件要充分延伸到货舱区域以外。同时在双层壳体范围内设置强肋骨及舷侧纵桁来全面加强双舷侧结构。而内舷侧结构在保持连续性的同时，要使其延伸到货舱区域外。为有效提高船体的总纵强度，散货船的顶边舱和底边舱都是很强的三角形箱形结构，并且还有一个很强的双层底结构及一个很强的甲板结构。单壳体散货船货舱区域双层底高度除要满足总布置的要求外，还应满足规范对一般干货船的要求。散货船双层底结构多为纵骨架式，在机舱区域，至少每隔1个肋位上应设置实肋板，但在主机座、锅炉座、推力轴承座下的每个肋位上及横舱壁下、支柱下都应设置实肋板。船体中线面处应设有中桁材，现代大型散货船已广泛应用箱形中桁材。在中桁材的两侧要设置旁桁材，在中桁材和旁桁材以及管隧的侧板上可设置纵向加强筋，以满足稳定性的需要。

2、底边舱结构。双层底的内底板与底边舱的斜顶板之间的连接有直接焊接形式和圆弧形式两种。当为直接焊接时，旁桁材应与斜顶板对齐，双层底的内底板伸出旁桁材不超过50mm，以便焊接。内底板伸出的端部应加工成圆形状。构件之间的连接必须焊透。当采用圆弧形式时，旁桁材与内底板和斜顶板的交点的距离应符合相关规定的要求。货舱区域内底边舱的斜顶板应为纵骨架式，其底部和舷侧一般也为纵骨架式，其舭部区域多数设计成横骨架式。底边舱的斜顶板与内底板之间的倾斜角一般在45～50°之间。底边舱内在肋板处应设有支持纵骨的横向强框架，横向强框架上开有较大的通道孔，开孔边缘应用扁钢进行加强。横向强框架边缘的加强扁钢与纵骨之间一般均应设置加强筋，以提高横向框架腹板的稳定性。

3、箱型中桁材。箱型中桁材主要代表桁材设置在船双层底中线面处，主要包括两道平行的水密侧板、内底板、外底板及骨材等。箱型中的桁材主要用来进行管系的布置，这样管子即使穿过货舱时也会影响装货。在机舱前端壁还要开空调具有水密装置的入孔，这样会对人员进行箱体中进行检查带来更多的便利。而且在箱形中桁材还要开设能够通向露天甲板的应急出口，在箱形中桁材可不设置在机舱及后面的舱内。箱型中桁材的侧板的厚度设计时要大于水密肋板的厚度，而且两侧板之间的距离也要保持在2m以上，这样船舶进坞时底纵桁能够搁置在墩木上。由于横向强度受到削弱，可以适当地增厚箱形中桁材区域船底板和内底板，实现对横向强度的有效补偿。在箱形桁材中设置横向骨架，横向骨架一般以环形框架形式、船底横骨和外底横骨形式为主。横骨架式结构箱型中桁材的每个肋位上应设环形框架或船底横骨和内底横骨。横骨的跨度中央设间断的纵向骨材。同时侧板外侧无助板的肋位上，应设置与实肋板等厚的肘板，并与船底和内底纵骨连接。箱型中桁材端部与中桁材的衔接处应有不小于3个肋距的相互交叉过渡区，以保证结构纵向的连续性。

4、有关构件的连接、连续。在船体结构中，部分高应力区域内其部件连接部位应力较为集中，这些地方是造成船体结构疲劳损坏的主要原因。这就需要在设计时要对构件连接部位的设计进行重视，提高船体结构中相关部件的疲劳寿命。1）在船舶货舱舷侧主要采用横骨加工，而且在每个肋位都要设置主肋骨，上下两端应用肘板需要与底边舱和顶边舱进行连接，可以将肘板端部设计成软趾，有效地降低结构节点处应力集中情况，可以采用对接或是搭接的形式来连接肋条骨与肘板。2）当纵向强构件间断后，要进行过渡处理，并在设计时充分对底边舱、顶边舱首尾末端结构的连续性进行有效考虑，有效的保证主要纵向构件具有较好的连续性，避免应力集中现象发生。构件在舱壁或是其他主要构件的两侧进行对接时，在保证位置处于同一直线上，确保连接的两个构件之间保持足够的连续性。

二、船舶主体结构设计注意事项

1、突出设计船舶的特点。由于船舶的类型、用途及其他某些方面特点的不同，其设计时的中心问题也各有区别。例如客船和油船的结构比一般干货船要求要高，在规范中单独设章，特别作出补充规定，这主要是出于从保障旅客生命安全和保护生态环境角度考虑，规范规定如此，设计时就应突出船舶的特点，并将其他问题服从于这一主题。

2、荷重的有效传递性。构件的布置应按一定的空间顺序进行排列，以保证任一承载构件向相邻构件（结构）的有效传递，有利于某处构件受到外力作用时，整个结构具有连锁反应、相互补偿的作用。

3、构件的连续性。一种结构型式或某一种构件，在其布置方向上不能突然中断或尺寸有明显的突变，以免破坏内力的有效传递或引起应力集中。如船底的纵向构件应尽可能连续贯通至首尾，若无法连续而中断，则应各自向舱壁的另一面延伸，相互交错两个肋距以上；中部纵骨架式向首、尾横骨架式过渡处，纵骨不能同时中断在同一肋位，而应逐渐延伸后消失；连接实肋板与强横梁的肋骨应为强肋骨，而非普通肋骨，以遵循等强度理论。

4、构件间的等距性。支撑构件应尽可能按等间距规律布置，以便依照等强度条件决定尺寸，充分利用材料，降低自重。如按等肋距布置的实肋板；按等间距布置的普通肋骨和横梁、强肋骨和强横梁；以及按等间距要求在甲板枞桁设立支柱而缩短跨距等，均出于此目的。

5、肘板连接的重要性。船体框架一般是各构件通过节点处肘板连接而成为一个整体的。因此，船体构件在舭部、舷侧及舱壁等处一般要转向过渡，出现众多节点。在节点处构件之间采用肘板连接，既可以保证构件的刚性连接，传递载荷，减少应力集中；又可以把庞大的船体结构框架分解成不同方位的构件，方便构件预制、加工和上船装配焊接，从而大大减轻工人的劳动强度，并降低对工厂起吊设备的要求。

6、规范的适用性。不同的船型、船质，不同的主尺度及比值的民用船舶，应根据具体情况选用对应的现行规范设计和计算，科学选择构件尺寸，保证船体的强度。

结束语：由于我们在设计中严格遵守以上所述的结构设计原则及结构处理工艺，目前没有发现整体或局部振动以及结构安全缺陷。并具有布置合理，舱容利用率高。因此只要我们这几步予以重视，建造质量上加强监督，工艺上认真处理，在结构上会得到一个满意的效果。

参考文献：

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