船舶载重线设计问题研究.pdf

谢立荣，等：船舶载重线设计问题研究 船舶载重线设计问题研究 谢立荣，谢国军 ( 上海外高桥造船有限公司，上海2 0 0 1 3 7 ) 摘要从理论和实践两个方面对国际载重线在设计过程中容易出现的设计差错及其相应的对策进行了 详细的阐述，希望能对广大船舶设计人员和管理人员有一定的参考价值。 关键词船舶载重线I C L L 干舷 中图分类号U 6 7 2文献标志码A R e s e a r cho nD e s ig nI s s u eo fS h ipL o a dL in e X I EL i r o n g ，X I E G u o - ju n ( S h a n g h a iW a ig a o q ia oS h ip b u ild in gC o ，L t d ，S h a n g h a i2 0 0 1 3 7 ，C h in a ) A b s t r a ctT h isa r t iclee la b o r a t e st h ep o s s ib led e s ig nis s u e sa n dt h eco u n t e r m e a s u r e so f s h iplo a dlin eind e s ig np r o ce s sf r o mt w oa s p e ct s ，w h icha r et h et h e o r ya n dt h ep r a ct ice T h e r e s u lt sp r o v id e sar e f e r e n cef o rs h ipd e s ig n e r sa n dm a n a g e r s K e y w o r d sS h ip L o a dlin eI C L LF r e e b o a r d 1 前言2 核定载重线采用的船长 载重线是船舶最大的允许吃水线，是船舶安全 的保险线，轰动全球的韩国“岁月号”事件再次敲响 了船舶安全的警钟，遵守载重线的相关规定显得更 加重要。 船舶载重线的确定是一项系统化工作，它对强 度、线型、稳性、上层建筑及机舱棚出人口的门槛高 度、通风筒及空气管的高度，以及它们的关闭设施是 否符合要求，甲板排水口的面积，以及舷墙、栏杆、安 全通道等是否合理合规都有具体的要求。如果从船 舶设计的各个专业角度分析，更是每个专业都牵涉 其中。本文针对设计过程中笔者遇到的有关载重线 的设计问题进行总结和讨论，对极易引起混淆的概 念也将一并进行澄清。 作者简介：谢立荣( 1 9 7 3 一) ，男，高级工程师。 根据I C L L 第5 条规定，载重线标志圆圈的中 心应该位于船长( L ) 的中心处，简洁，易理解。然而 一艘船，它的长度有多长，看起来是个很简单的问 题，然而在各种技术资料里，定义得却异常复杂，有 垂线间船长、分舱船长、规范船长、登记船长、干舷船 长等，虽然复杂，但各有用处。 核定载重线时采用的船长( L ) 按如下定义，但 在实际使用中极易与站线上垂线间长混淆。 根据I C L L 第3 条规定，船舶长度( L ) 是量自 龙骨板上边的最小型深( D ) 8 5 处水线总长的 9 6 ，或沿该水线从首柱前边至舵杆中心的长度，取 大者。然而，首柱轮廓线在最小型深8 5 处水线上 方有凹入的，则总长的最前端应选在该水线上方轮 廓线最后一点在此水线上的垂直投影点，如图1 所示。 4 8 造船技术2 0 1 5 年第6 期( 总第3 2 8 期) 图1 船舶长度L 前端点示意图 3 艏部舷墙问题 通常新船型设计初期，会综合考虑船舶性能、主 船体线型和结构以及动力配置等，不会考虑到次要 结构，诸如舷墙。如忽视这个次要原因同样会增加 设计上的麻烦。笔者遇到过几起典型的实船案例， 考虑了艏部最小高度、储备浮力以及完成了基本结 构，但次要结构舷墙没有考虑，艏部结构最前端已做 到了船舶总长L m 的限制，往往与球艏最前端处于 同一垂直面上。 按照I C L L2 5 的相关规定，从船员保护角度要 求，如果设置舷墙，则舷墙高度至少离开甲板1m 。 如果按照艏部外飘线型顺势外延，假设外飘角度7 0 。 左右，舷墙高度11 0 0m m ，则船舶总长L O A 超长 4 0 0m m 。解决方案如下。 方案一：采用竖直舷墙，舷墙与甲板边线或艏楼 甲板边线采用折角线焊接形式。 方案二：重新设计和评估艏部线型的外飘角度， 包含舷墙，同时符合船舶总长。 方案一的优点是保持原有设计，已经完成的设 计工作不返工；缺点是，不美观，不易于观锚，同样也 不是国际海船的主流趋势。方案二，优缺点与方案 一相反。对于最终方案的选择，一是要看该问题发 现的时机是早还是晚，二是要分析修改艏部线型后 对相关尺寸及计算结果的影响。 4 甲板线的划定 I C L L 第4 条规定，甲板线上边缘一般应经过干 舷甲板上表面向外延伸与船壳外表面的交点。笔者 遇到以下三种情形不能完全按照以上要求划定甲板 线，而只能以参考另一固定点划定( 如图2 所示) 。 情形一：甲板边板伸出舷顶列板； 情形二：舷顶列板带护舷材； 情形三：甲板边板与舷顶列板圆弧过渡( 一般半 径R 4 型深D ) 。 f ：眩1 1 1 板 图2甲板线示意图 甲板线参考点的定位将在国际载重线证书上标 写清楚。存在的问题是，以上三种情形不同于一般 情况的舷顶列板伸出甲板边板的情况，一旦出现，极 易忽视相关细节，等送审完图纸，C L A S S 顺利敲章 后，现场施工才暴露问题。此时恰巧于船舶建造大 节点出坞的当口，任何图纸引起施工延误或返工的 问题都会引起相关方面的不愉快，且相关图纸需要 再次送审，以及审图备案，重新发放干舷勘定，处理 时间会非常仓促。 5 勘划基准相关问题的讨论及设计对策 I C L L 第5 条规定，夏季干舷应该从甲板线上边 缘垂直向下量取，如图3 所示。 小 干 舷 “。| ? 霹飞 甲板线 _ 向前 2 3 02 5 ， y ，p ； 2 3 0 f，一1 矛 kl 草位：m in 载重线示意图 事实上，由于船舶建造误差的存在，主尺度完工 测量表有以下三种情形。 情形一：干舷甲板两舷型深不一； 情形二：实测型深大于理论型深； 情形三：实测型深小于理论型深。 分析：针对情形一，从保证足够储备浮力角度考 虑，应该选取较低型深的一舷从甲板线的上边缘向 递 郾 一；一 谢立荣，等：船舶载重线设计问题研究 下量取核定干舷，而实测型深较大的一舷应该量取 核定干舷再加上两舷型深的差值。不能够选取型深 大的作为基准，亦不能够取平均数作为基准。 针对情形二，如实测型深较大，则主管机关审批 发放的核定干舷在理论干舷的基础上相应加大。 针对情形三，又会出现两种情况： ( 】) 原理论干舷包含的富余量足够消化建造的 负误差； ( 2 ) 原理论干舷包含的富余量不能消化建造的 负误差。 针对情形三( 1 ) ，经过与主管机关沟通协商，核 定的干舷可以比理论干舷小，但必须大于规范要求 的最小干舷。 针对情形三( 2 ) ，载重线必须相应下移，引起的 载重量减少是不得不面临的问题。因此，理论干舷 必须包含富余量，且富余量应该大于等于建造负误 差，按照中国造船质量标准，最大负误差值等于D 1o o o 。而当今的大型造船企业采用补偿量的施工 设计和精度造船，出现D 1o o o 的负误差概率应该 为o 。因此考虑建造成本，理论干舷包含的富余量不 宜超过D 10 0 0 ，由此笔者建议，理论干舷包含的富 余量为D 1o o o 。 6 双载重线和多载重线的问题 随着航运船舶大型化趋势愈演愈烈，为了适应 航道和港口的吨位限制、吃水限制以及能够尽量节 省各项费税，大吨位船舶向主管机关申请双载重线 或多载重线越来越成为解决营运实务的必要条件。 重线可以分为以下两类： 第一类：基于吃水的载重线； 第二类：基于载重吨的载重线。 第一类比较简单，完全可以在坞内做到施工和 报验结束；第二类只能等到倾斜称重实验完成后， 方能施工。 值得讨论的一个问题是，I C L L 第6 条规定，如 对船舶所核定的干舷比最小于舷为大，其载重线是 勘划在相当于或低于根据本议定书所核定的最低季 节性最小干舷载重线位置，则仅需勘划淡水载重线。 由该条规定推算，目前主流1 8 0K 2 0 0K 的 C A P A S I Z E 如果营运在热带淡水区域，淡水载重线 F 和热带淡水载重线T F 之间相差D 4 8 ，船舶载重 吨位将会损失近50 0 0t 。对于该项规定，笔者将继 续跟踪，期望I C L L 修正的时候能对该问题有所 澄清。 7 结束语 凡事预则立，不预则废。本文讨论的相关注意 事项如果在船舶设计初期能够得到应有的重视、分 析和落实，相应的设计和施工将会更加顺利。 参考文献 1 3I M O 1 9 6 6 年国际载重线公约I s 1 9 8 8 2 国防科学技术工业委员会C B T4 0 0 0 2 0 0 5 中国造船 质量标准I s 2 0 0 5 3 C C S 中国船级社( 2 0 1 2 年) 通函第2 3 号总第1 8 5 号 S 2 0 1 2 从船舶设计和施工角度来讲，双载重线和多载 上接第4 6 页J 关于平衡梁的约束问题，有些工程师在做分析 时会把平衡梁与滑靴的接触面定义成面的全约束， 这样平衡梁中间段的应力值会略小于上述结果，但 计算应力的最大值会出现在约束面的边缘，靠近平 衡梁中心一侧，加约束后其实相当于钢性约束，不符 合实际。一般情况下，会在平衡梁与滑靴之间垫木 块，以避免钢性接触带来的应力集中，在实际的工程 设计过程中也需避免钢性约束的出现。因此本文采 用的约束符合实际情况，也偏安全。 综上所述，只要对有限元的约束和载荷考虑适 当，网格划分得当，有限元计算的结果还是非常可信 的