浅谈船体主船体结构设计的若干问题

浅谈船体主船体结构设计的若干问题

杨硕1 ,刘晓艳2 ,朱文博3

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2身份证：210282199403157228

3身份证：210202199212144238

摘要：船舶设计、建造是一项工艺复杂、技术性较高的工程，涉及的知识面十分广泛。造船期间，船舶设计部门、船检部门、船舶所有人及建造厂家围绕建造材料、施工工艺、结构焊接、装配质量、试验方法等质量方面问题经常发生争论，而优良的船体结构设计则明确规定了船舶建造各种行为，可大大地减少或避免不必要的纷争。

关键词：结构设计；船舶；问题对策

1前言

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行程明确的的构思，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。基于此，本文针对船体结构设计中出现的一些问题进行了论述，并针对其中的一些问题提出了相应的解决措施，希望以此提高船舶制造的效率和质量。

2船体主船体结构设计

船体结构是很复杂的，它由许多构件组成，他们相互连接，相互影响，理想的方式是统一设计整个结构，但这是十分困难的，至少目前难以作到，为使设计能够进行，根据各部分结构的作用，以及它们之间连接特点，可把船体分成许多子结构进行设计，如船中纵向结构和横向结构，首和尾部结构，上层建筑等。实际上船检在建造结束时也是分段进行检验的。这些子结构之间互相影响，他们之间的组合决定了船体梁的特征，这些在设计之前虽然是未知的，但都与设计有关。

另外，船体受到载荷也是很复杂的，这不仅是因为海洋波浪的随机性以及对船的动力作用，而且载荷中相当一部分是由结构自身重量产生的，这部分载荷在事先难以准确计算，由于船体结构设计具有这样的特点，它决定了船体结构设计任务是艰巨的，不可能一次完成，整个设计是循环、迭代、由粗到精的过程。

3船体主船体结构设计的若干问题及对策

3.1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，船体中纵刨面需要设置龙骨，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，两个相靠龙骨的间距应保持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。

3.2结构钢材的选择

船体结构材料的选择是结构设计的一项任务，在设计构件尺寸前就应选择好材料。目前象钢、木材、合金铝、玻璃增强塑料，钢筋混凝土等都可以用于船体结构，其中以钢为主。选材时要兼顾结构重量和建造成本，不仅要广泛选材，而且要考虑不同材料组合。材料来源，机诫性能，工艺性能，价格等都是选材时要考虑的因素。一般用钢料的屈服极限代表他的强度特性，但是确定结构尺寸的因素不仅仅是材料的屈服极限.还有结构的稳定性，腐蚀余量。小船腐蚀余童较大，对横骨架式结构的船为提商板的稳定性，必须增加板厚。当船的尺度比较大，总弯曲比较严重的情况下，采用商强度钢材可以降低船体重盆。提高设计水平不仅要依靠船舶理论，更要善于向经验学习，充分利用计算机，因为成功的设计是经验和现代化设计方法的综合体现，如此方可使结构设计更加合理。

3.3构件连接

1）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。

2）构件间的等距性。支承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。

3）肘板连结的重要性

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。

3.4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。

结语

在船体设计中，每一个细节都能直接影响着船舶制造的工作效率、船体的结构乃至船舶的质量。细致而全面的考量船体结构设计与制造当中出现的若干问题，并重视船体设计中的若干问题处理，不断完善这些问题的处理方式，是船体结构设计与建造从业者顺利展开工作的基础，只有确保这些问题得到科学合理的处理，才能为船体整体结构的构建预组装奠定良好的基础，从而保证船只的质量和使用寿命，真正提升船体结构设计与建造的水平。

参考文献：

[1]钱静.极地冰级对船体结构设计的影响研究[D].大连理工大学，2015.

[2]罗晓明.FPSO船体结构设计要点[J].船海工程，2015，44（05）