大型散货船通航巴拿马运河和澳大利亚港口的船体系泊改装设计.docx

1、大型散货船通航巴拿马运河和澳大利亚港口的船体系泊改装设计王武，刘健龙，彭善辉，桂秋璐(舟山万达船舶设计有限公司，舟山316101)摘要：本文以180000DWT散货船为例，对于通航巴拿马运河新闸及澳大利亚港口的散货船，依据巳拿马运河新闸规范和中国船级社(CCS)规范要求，对超过120000DWT的大型散货船系泊设备及其船体支撑结构进行改装设计，并利用商用软件MSC.Patran/MSC.Nastran对改装区域的结构进行强度分析，可供有关船舶设计人员价值。关键词：巴拿马运河新闸；澳大利亚；系泊改装；船体支撑结构；有限元分析；强度校核中图分类号：U662.2文献标识码：AModification

2、DesignofMooringforLargeBulkCarrierinPanamaCanalandAustralianPortsWANGWul,LIUJianlongl,PENGShanhuil,GUIQiulul(I.ZhoushanWonderfulMarineDesignCo.,Ltd.Zhoushan316101)Abstract:MajorshippingcompaniesdemandstheirbulkcarrierstonavigatethenewlockinthePanamaCanalandanAustralianport.Bytakingthe180000DWTbulkca

3、rrierasanexample,inaccordancewiththerequirementsofthenewlocksofthePanamaCanalandtheChinaClassificationSociety(CCS),themooringequipmentanditssupportingstructureforbulkcarriersofmorethan120000DWTarcmodifiedandoptimized,andthestrengthanalysisofthestructuresinthepartialmodifiedareaiscarriedoutbyusingthe

4、commercialsoftwareMSC.Patran/MSC.Nastran.Keywords:NewlockofPanamaCanal;Australianport;Mooringmodification;Supportinghullstructure;FEM;Strengthcheck1 前言巴拿马运河自1914年通航以来，巳成为全球重要航道。由于通过巴拿马运河的船舶，需借助外力的牵引，因此巴拿马当局制定了通航巴拿马运河新闸的规范要求（包括带缆桩、导缆孔、拖带负载等）。此外，澳大利亚是煤炭、铁矿石等散货出口大国，澳大利亚港口亦有相应的规范要求。因此，通航澳大利亚港口并经巴拿马运河的散货

5、船须同时满足两地的系泊拖带要求。2 系泊设备的改装要求2.1对系泊布置的要求2.1.1通航巴拿马运河新闸的要求依据巴拿马运河新闸对通航船舶的规范，分别按船舶的尺寸特征归为七类。设计者只需根据船舶的尺寸特征，按照对应的类别进行选型与配置，从而满足船舶通航巴拿马运河新闸的要求，具体分类见表1所列，运河新闸对通航船舶系泊设备的具体布置要求见图lo2.1.2通航澳大利亚某港口的要求（1）黑德兰港口的要求依据CCS楙通告（2018年）第19号总第345号''关于澳大利亚黑德兰港系泊设备新要求的通告”；该港口仅针对120000DWT的好望角型船舶，要求其在船尾中心或中线附近处设有用于拖带的

6、带缆桩及导缆孔，作者简介：王武（1987-），男，工程师。主要从事船舶总舸设计工作。刘健龙（1992-）,另，助理工程师。主要从事船舶总胭设计工作。收稿日期：2021-01-14表1巴拿马运河新闸燃范对通航船仙的分类及系泊设备的选型类别船急尺寸()-系泊设备位置及安全I：作负荷SW1.<t)备注AorBCDEFGH1(1)38.1-60.96或船宽U5.2464"45.36(2)船长38.1121.92,或船宽15.2422.8664d45.36'45.36'45.36(3部长121.92-173.74,或照宽22.866妒45.36*6445.36445.36

7、*船长174.74-274.74.或船宽22.866464'64"45.3645.36*45.3&d：双柱式(5)船长274.32-291.13,或船宽32.3164"64，6464°45.36'45.3645.36，s；单柱式274.32294.13,成船宽27.7332.3145.36'(7)船K船长294.13,或船宽32.31,或结构吃水12.04-15.26妒64，646490，90*90'90'注II点特殊般型增加船首船尾距舶解3n世犯时、叫仙.如；很孔|_5|*3£|HiBiJt平个&

8、JI寻tft孔时.叫用8点.9晚孔*3£|HiBiJt平个&JI寻tft孔时.叫用8点.9晚孔履)：§>勤理骚昆12-IG距船尽316m|tti岫用T*ifi何廊JP足24-28距般甩16-60n注，F点用5'®龄晅船由24_28n跑的珀67(|.注，EAfflTlli寺船首2.570i>ife：C点用于慕泊.距恂柯-汩岫.用JW带%：图1巴拿马运河新闸对通航船舶系泊设备的具体布健位置要求安全工作负荷为不小于120to考虑此点与通航巴拿马运河新闸规范要求中的A点位置重合，故采用同一带缆桩及导缆孔，满足系泊64t.拖带120t的要求。(2

9、) PPA港口的要求以达尔林普尔湾煤炭运输港为例，其通告要求用于绑拖的带缆桩及导缆孔安全工作负荷为65to考虑通航巳拿马运河新闸要求中的E、F、H点可以满足以上要求，而C、D点及首尾A点位置适当微调也可满足以上要求，故将C、D点及首尾A点的系泊安全工作负荷由64t提高到65to2.2系泊设备的选择与定位180000DWT散货船的主尺度：总长295.00m垂线间长285.00m型宽46.00m型深24.80m设计吃水16.50m结构吃水18.10m根据以上主要参数，本船符合巴拿马运河新闸规范类别中的第七类(见表1)。故考虑优先顺序为：(1) 优先使用原船上的带缆桩及导缆孔，满足巴拿马运河新闸规范

10、的系泊配置要求：<2)尽量避免在底下有大油舱的甲板面上改装或新增系泊件；(3) 改装时避开甲板上透气管、液压油管、舷梯等设备；(4) 图1中H点带缆桩及导缆孔，需设计在本船锚台与船中的扇形范围内：(5) 图1中的C点(SET1)及D点(SET4)的位置需设计为绞乍主卷筒能够通过导向为其提供动力。为此，分别对船首、船尾两个部分进行了详细说明，如图2和图3所示(图示为左舷，右舷与左舷对称)。船首部分：(1) 巴拿马运河新闸规范A点：带缆桩和导缆孔搭配应用于系泊，安全工作负荷为65t：首楼甲板FR327处，原船导缆孔为BC500；首楼甲板FR320处，原船带缆桩为DN560。两者位置及载荷，均

11、满足巴拿马运河新闸规范要求；(2) 巴拿马运河新闸规范H点：带缆桩和导缆孔搭配应用于拖带，安全工作负荷为90t：首楼甲板FR320处，左右舷新增带缆桩A500A；首楼甲板FR324处，左右舷新增(舷墙式)导缆孔13450x250x428,两者位置及载荷，均满足巴拿马运河新闸规范要求，亦满足澳大利亚PPA港口要求：（3）巴拿马运河新闸规范C点：带缆桩和导缆孔措配应用于系泊，安全工作负荷为65t；首楼甲板FR3O9*3430处，原船带缆桩为DN630：首楼甲板FR311处，左右舷新增（甲板式）导缆孔A400x250x38L两者位置及载荷，均满足巴拿马运河新闸规范要求；（4）巴拿马运河新闸规范E点：

12、带缆桩和导缆孔搭配应用于拖带，安全工作负荷为90t；主甲板FR268'硕处，原船带缆桩DN630；主甲板FR271处,原船导缆孔DSA2-425x280。两者位置及载荷，均满足巴拿马运河新闸规范要求，亦满足澳大利亚PPA港要求。主甲板FR-2*处，原船带缆桩DN630o两者位置及载荷，满足巴拿马运河新闸规范要求，亦满足澳大利亚PPA港要求；（4）巴拿马运河新闸规范A点：带缆桩和导缆孔搭配应用于系泊，安全工作负荷为65I；当应用于拖带时，安全工作负荷为120t；主甲板尾部FR-2处，原带缆桩DN630：主甲板尾部，原船导缆孔DSA2-600x320,原设计安全工作负荷148t,可以满足要

13、求，不必进行计算：以上两者位置及系泊载荷，满足巴拿马运河新闸规范要求，其拖带载荷亦满足澳大利亚黑德兰港口对于120000DWT以上的散货船尾部拖带的要求。27(1图2首部系泊设备布由系泊，SWU65TJ上甲板船尾部分:（1）巴拿马运河新闸规范F点：带缆桩和导缆孔搭配应用于拖带，安全工作负荷为90t：主甲板FR13处，左右舷各新增一个带缆桩A500A；主甲板FR14处，左右舷各新增一个（甲板式）导缆孔A450x250x428o两者位置及载荷，均满足巴拿马运河新闸规范要求，亦满足澳大利亚PPA港要求；（2）巴拿马运河新闸规范D点：带缆桩和导缆孔搭配应用于系泊，安全工作负荷为651；主甲板FR2处，

14、左右舷各新增一个（甲板式）导缆孔A400x250x381；主甲板FR4*处，原船带缆桩DN630。两者位置及载荷，满足巴拿马运河新闸规范要求：（3）巴拿马运河新闸规范H点：带缆桩和导缆孔搭配应用于拖带，安全工作负荷为90t；主甲板尾部，左右舷各新增一个（甲板式）导缆孔A450x250x428；3系泊改装区域有限元计算分析根据规范改装后，由系泊设备布置图分析得出：首部A点（带缆桩）、H点（带缆桩/导缆孔）、C点（导缆孔）、E点（带缆桩），以及尾部A点（带缆桩）、H点（带缆桩/导缆孔）、D点（导缆孔）、F点（带缆桩/导缆孔）需要进行船体支撑结构强度校核，因此采用商用软件MSC.Patran/Nas

15、tran对船体结构建立有限元模型及计算分析。3.1坐标系为了方便有限元模型的建立，全局坐标系均位于甲板上表面，其方向如下：X轴沿船体纵向方向，指向船首；Y轴沿船体横向方向，指向左舷：Z轴沿船体垂向方向，垂直甲板向上。3.2材料特性甲板板架结构采用CCS-A级钢构成，计算中材料的物理特性参数如下：弹性模量E=2.06X10nN/ni2；泊松比P=0.3；屈服点os=235Mpa：密度P=7.85t/n?。另外，根据中国船级社规范要求，系泊拖带il算时，各个构件净尺寸须去除2mm的腐蚀余量。3.3载荷工况根据规范，系泊所受最大外力为船用配件SWL的1.15倍，拖带所受最大外力为船用配件SWL的1.

16、25倍，载荷施加方式为缆绳实际出绳和极限出绳方向，载荷的受力点均取设备的实际高度。在有限元模型中，所有的载荷以MPC多点约束单元中REB2刚性单元施加到带缆桩与导缆孔的受力点位置。在选项卡中，IndependentNode为载荷的受力点，DependentNode为连接船体支撑结构的节点。3.4边界条件在距带缆桩、导缆孔支撑结构较远处的甲板、舱壁、纵桁、强横梁边界处，限制x、y、z三个方向的平动自由。3.5有限元模型建立了三个有限元模型，分别为首楼甲板模型、肿部主甲板模型以及尾部主甲板模型，如图46所示。随后，对带缆桩和导缆孔进行了简化建模，完成有限元计算强度分析。图4有限元模型一图5有限元模

17、型二图6有限元模型三3.6应力标准板单元的应力计算结果，包括单元各节点及参考点上的。八。八r及Oe等。本文采用Mises合成应力。吟按下式计算：j=加：F（1）许用应力取o=235许用剪切应力为0.6。=141Mpao根据CCS规范（2018年版），船体支撑结构构件的组合应力许用应力，等于100%材料的屈服应力，即235.0Mpao3.7结果分析依据上述计算分析，经局部加强后，甲板卜的支撑结构强度满足规范要求。4小结巴拿马运河新闸规范对大型散货船系泊件的布置有一定要求。本文以通航巴拿马运河相关规范为前提，以一艘180000DWT大型散货船为基础，对其系泊布置进行了改装设计，阐述了系泊设备的具体布置、选型以及船体支撑结构强度校核，并通过前期的设