德國(guó)某大型集裝箱箱船hansaflensberg號(hào)船體布置

德國(guó)某大型集裝箱箱船hansaflensberg號(hào)船體布置

1德國(guó):聚4.3m的集裝箱船圖31118噸箱“漢薩拉特”號(hào)是由德國(guó)leonhardt.buveriegei-shp管理集團(tuán)在德國(guó)建造的四艘箱式箱式船舶的第一艘。這是一艘單槳、單舵、方艉、球鼻首、球尾、可調(diào)槳式首側(cè)推、高度自動(dòng)化、高技術(shù)尾機(jī)型集裝箱船。該船總長(zhǎng)175.00m,垂線間長(zhǎng)165.00m,船寬27.40m,型深14.30m,設(shè)計(jì)吃水/結(jié)構(gòu)吃水9.50/10.905m,載重量15500/23993t,18037GT,10239NT,航速18.50kn,續(xù)航力13500nmile,定員29人。入德國(guó)勞氏船級(jí)社,船級(jí)符號(hào):100A5E1WcontainershipNAV.OSOLASⅡ-2Rg54MCEAUT。該船船體采用雙殼,雙層底結(jié)構(gòu)。由箱型結(jié)構(gòu)水密橫隔艙壁分成5個(gè)貨艙。甲板上設(shè)置12.2m(40ft)集裝箱8個(gè)單排貨位艙口。貨艙內(nèi)設(shè)立固定導(dǎo)軌架,貨艙間設(shè)置40tSWL甲板克令吊兩臺(tái)。2種雙管網(wǎng)法的水下行為測(cè)量該船在濱江船廠長(zhǎng)280m×寬33m,坡度為1∶20的NO.1船臺(tái)上建造。船臺(tái)滑道末端的零點(diǎn)水位為黃海零點(diǎn)標(biāo)高的-0.80m,最高水位可達(dá)4.40m,相當(dāng)于該船臺(tái)滑道末端絕對(duì)水位4.40m-(-0.8m)=5.20m,此時(shí)1∶20坡度的滑道將有104m的浸水區(qū)域。為了保證船體尾部建造及其軸系、舵系鏜孔安裝工作區(qū)域不受浸水影響,將船體盡量布置在船臺(tái)上端。此時(shí)船首離滑道上端僅為4.35m,見(jiàn)圖1。船舶縱向下水,船臺(tái)滑道一般采用布置兩根縱向滑道,而滑道中心間距,從有關(guān)資料介紹為25～40%船寬,或1/3船寬。該廠的NO.1、NO.2船臺(tái)滑道中心距分別為7.0m和8.0m,目前建造船寬27.4m的1718TEU集裝箱船,此中心距與船寬之比分別為λ1=7/27.4=25.5%和λ2=8/27.4=29.2%,屬于通常比率的下限。但是,由于該集裝箱船因快速性要求特別瘦削,船底平直部分與滑道處接觸吻合長(zhǎng)度僅占船長(zhǎng)的56%左右,大部分船底不能與滑道上墊木接觸吻合,因此,船舶下水布置不得不將首尾瘦削船底擱在鋼結(jié)構(gòu)的下水橫梁上。按照我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的無(wú)首支架先進(jìn)縱向下水工藝,往往不設(shè)首部下水橫梁,滑板亦盡量向尾端移,使船底線型與滑板上墊木接觸吻合。若滑道首端船底局部線型上翹較大,則首墊木就用300×300mm木方做成簡(jiǎn)易的木支撐,見(jiàn)圖2。若首部設(shè)置下水橫梁,一方面下水時(shí)船未滑動(dòng)前瞬間的靜止?fàn)顟B(tài)下水橫梁承受著船首懸臂部分集中質(zhì)量載荷引起的彎曲應(yīng)力。另一方面當(dāng)船舶一旦尾浮,其反力逐漸分布在滑板首端10～20%區(qū)域內(nèi),還承受尾浮時(shí)前支點(diǎn)反力引起的壓力。通常下水橫梁中部設(shè)計(jì)成高700mm的抗彎、抗壓箱體結(jié)構(gòu)。船舶下水時(shí),只有將下水橫梁必經(jīng)之路的滑程內(nèi),兩根滑道中間所有的活絡(luò)楞木及時(shí)拆離搬走,才能無(wú)阻礙地讓下水橫梁順利、安全通過(guò)。萬(wàn)一下水橫梁遭到尚未撤離現(xiàn)場(chǎng)的楞木阻礙,則會(huì)發(fā)生不可避免的重大事故。因而,不設(shè)置首部下水橫梁就可避免上述繁重而有事故風(fēng)險(xiǎn)的這類船臺(tái)作業(yè)。但特別瘦削的首尾部線型,如軍艦,高速船等,首尾部滑板上的墊木根本無(wú)法接觸船體底部線型,那只得將首尾瘦削的船體擱在少量的下水橫梁上。根據(jù)某廠歷年來(lái)采用既無(wú)首支架,又無(wú)首下水橫梁縱向下水各種類型船舶懸伸系數(shù),滑板系數(shù)資料匯總見(jiàn)表1。懸伸系數(shù)ε1、前支點(diǎn)到船首的距離S與船長(zhǎng)Lpp之比,一般小于25%。ε1=S/Lpp<25%滑板系數(shù)ε2,滑板長(zhǎng)度L1與船長(zhǎng)Lpp之比,一般約在70%左右。ε2=L1/Lpp～70%參照表1,為了確保船舶安全可靠如期下水,必須進(jìn)行詳細(xì)、周密的理論計(jì)算,其中前支點(diǎn)位置的確立是計(jì)算中重要步驟之一。3管系區(qū)域質(zhì)量信息該船機(jī)艙內(nèi)大型機(jī)電設(shè)備、主輔機(jī)、軸系、螺旋槳、柴油發(fā)電機(jī)組、應(yīng)急發(fā)電機(jī)、熱油鍋爐、空壓機(jī)、油水分離機(jī)等均進(jìn)艙預(yù)裝、預(yù)埋。機(jī)艙底層管系泵閥預(yù)裝率達(dá)30～40%,分段管系預(yù)裝率達(dá)70～80%。舾裝設(shè)備、錨泊、系泊、舵系、人孔蓋、小艙口蓋、扶梯、欄桿、前桅、雷達(dá)桅、甲板克令吊等預(yù)裝。由于要求得比較精確的下水前空船質(zhì)量,了解其真實(shí)的浮態(tài),并需將船舶調(diào)整到良好的下水縱傾狀態(tài),因此必須進(jìn)行質(zhì)量匯總,數(shù)理統(tǒng)計(jì)。求出該船下水狀態(tài)的質(zhì)量及其重心位置。見(jiàn)表2和表3。下水質(zhì)量Δ2=7451.79t,重心縱向位置xg2=-11.01m,按靜水力曲線求得此時(shí)浮態(tài)首吃水,TF=1.07m,舯吃水Tm=3.35m,尾吃水TA=5.67m,縱傾值t=-4.6m。4前支點(diǎn)的支撐自從我國(guó)獨(dú)創(chuàng)無(wú)首支架下水工藝問(wèn)世之后,淘汰了笨重、絞鏈?zhǔn)綇?qiáng)結(jié)構(gòu)首支架。但在傳統(tǒng)的縱向下水計(jì)算中,仍將船體視為剛性體,以求得滑道反力。船舶一旦尾浮,假設(shè)船首底部有一支點(diǎn)支撐已尾浮的船體,直至全浮,這一支點(diǎn)稱為前支點(diǎn)。前支點(diǎn)位置泛指首端滑板上第1塊墊木或者第1根下水橫梁。前支點(diǎn)位置往往要落在船底強(qiáng)結(jié)構(gòu)處,如橫隔艙壁,半橫隔艙壁,實(shí)肋板上。由于貨船首防撞艙壁通常布置在首前端,前支點(diǎn)不可能布置在首防撞艙壁處,因此,前支點(diǎn)位置都往往落在實(shí)肋板強(qiáng)結(jié)構(gòu)處。根據(jù)該船的下水狀態(tài)、船體首部結(jié)構(gòu),前支點(diǎn)選擇在F180、F186、F194三點(diǎn)實(shí)肋板強(qiáng)結(jié)構(gòu)處,然后進(jìn)行舍取。此時(shí)相應(yīng)的懸伸系數(shù)ε1及滑板系數(shù)ε2,見(jiàn)表4。5浮心距前支點(diǎn)距離同步滑程分析如上所述,當(dāng)船舶下水狀態(tài)已確定,則該船的下水質(zhì)量和重心位置均為常數(shù),按上述F180、F186、F194肋位前支點(diǎn)位置,重心相對(duì)前支點(diǎn)的距離隨之不同,該船下水質(zhì)量載荷對(duì)前支點(diǎn)的重力矩值見(jiàn)表5。其中:下水質(zhì)量Δ2=7451.79t,Δ2g=73.03·103KN重心距船舯距離xg2=-11.01m首滑落機(jī)中心線F115+260距舯F113+510距離n=1.35m首滑落機(jī)中心線F115+260距滑道末端E距離c=-186.4m一旦打開滑落機(jī),船舶失去約束就沿著1∶20坡度的滑道向水下的滑道末端滑去。當(dāng)船尾接觸水面,隨著滑程不斷增加,水阻力增大,下滑速度減緩。但浮力卻不斷增加,同時(shí)浮力對(duì)前支點(diǎn)浮力矩亦不斷增大。在傳統(tǒng)的縱向下水計(jì)算中,當(dāng)浮力矩與重力矩相等時(shí),船舶就產(chǎn)生尾浮。此時(shí),船舶下水質(zhì)量載荷與浮力的差值就是前支點(diǎn)受到的最大滑道反力。假設(shè)滑道末端潮位Tn=3.4m為計(jì)算基點(diǎn),船舶在不同的尾吃水下可得出相應(yīng)的滑程xi。雖然同一艘船前支點(diǎn)設(shè)置位置有所不同,但是在下水過(guò)程中,當(dāng)尾部浸水,相同的尾吃水,則對(duì)應(yīng)著相同的滑程,得到相同的浮力。但浮心距前支點(diǎn)卻對(duì)應(yīng)著不同距離而引起不同的浮力距,參見(jiàn)表6和圖3。其中XW浮心距尾垂線A.P距離。由圖3可知,下水曲線圖得出尾浮時(shí),尾吃水TA=7.23m,滑程x=197.m,滑道反力R=7.03103KN,浮力?g=66.0103KN,全浮時(shí),滑程x2=228.6m。綜上所述,當(dāng)重心G距前支點(diǎn)距離增大或減小時(shí),浮心距前支點(diǎn)距離亦產(chǎn)生了同步變化。從上述計(jì)算和下水曲線得出如下結(jié)論:同一艘船前支點(diǎn)設(shè)置位置不同,船舶下滑滑程相同,對(duì)尾浮發(fā)生遲早,尾吃水和前支點(diǎn)滑道反力影響不大。6fps的校核由于選用線型瘦削的F194肋位,其剖面承受載荷的能力遠(yuǎn)比F180、F186肋位小得多,因此F194肋位視為最危險(xiǎn)的剖面,需校核其強(qiáng)度。如上所述,前支點(diǎn)設(shè)置在F194肋位處,其首部懸伸長(zhǎng)度達(dá)S=26.09m,懸伸系數(shù)ε1=S/Lpp=15.8%?，F(xiàn)采用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)校核該處強(qiáng)度。6.1負(fù)荷分布和確定6.1.1分段懸臂質(zhì)量載荷下水時(shí),支承船體的所有楞木已全部拆離,船舶完全落在滑板上,見(jiàn)圖4,其分段質(zhì)量見(jiàn)表7、8。假設(shè)局部懸臂分段質(zhì)量在F180-150～F198-150分段長(zhǎng)度l1=14.04m內(nèi)均布。分段懸臂長(zhǎng)度F194～F198-150l2=2.97m內(nèi)懸臂質(zhì)量W3:W3=l2/l1·W2=67.39t懸臂分段總質(zhì)量:W=W1+W3=461.81t其質(zhì)量載荷:Wg=4.53·103KN假設(shè)整個(gè)船體為擱在滑板尾首支承點(diǎn)F16、F194上的簡(jiǎn)支梁,由懸臂分段質(zhì)量載荷引起的彎曲力矩見(jiàn)圖5。其中,滑板支點(diǎn)RB、RA(F16-F194)長(zhǎng)度:l2=136.76m懸臂長(zhǎng)度:S=26.09m均布載荷:q=Wg/s=173.4KN/m前支點(diǎn)RA(F194)受到最大的彎曲力矩:Mmax=q·S2/2=59.04·103KN-m6.1.2無(wú)首支架縱向水下反力傳統(tǒng)的下水計(jì)算,通常假定船體為剛性體。一旦船舶下水,尾浮時(shí)其質(zhì)量載荷與浮力差值就是前支點(diǎn)滑道反力。根據(jù)無(wú)首支架縱向下水,反力分布約在10～20%首端滑板范圍內(nèi)。若取132m長(zhǎng)滑板的10%,相當(dāng)于首端兩塊6m長(zhǎng)滑板,共12m。這兩塊滑板承受前支點(diǎn)滑道反力R=7.03·103KN,此時(shí),視為剛性體的船體質(zhì)量載荷已包含了懸臂分段的質(zhì)量載荷,故不必再考慮靜態(tài)載荷中的彎曲力矩。6.2剖面模數(shù)、截面積見(jiàn)圖6,剖面模數(shù)計(jì)算,見(jiàn)表9。假定中和軸距離:l1=12hb=12303.6=1518cml1=12hb=12303.6=1518cm雙層底高度:hb=303.6cm實(shí)際移軸距離:l2=16.1cm實(shí)際中和軸距離:l3=l1+l2=167.9cmF194肋位剖面模數(shù):Wwin=I?F1l22l3=305.46?103cm3Wwin=Ι-F1l22l3=305.46?103cm3其中截面積F1=3273cm;慣性距I=52135.84·103cm4。6.3李氏家族6.3.1應(yīng)力1.2min22223.20.3n/mm2由瞬時(shí)質(zhì)量靜態(tài)載荷作用在船體簡(jiǎn)支梁上,形成懸臂均布載荷在前支點(diǎn)AF194肋位產(chǎn)生最大的彎曲力距Mmax。此時(shí),引起的彎曲應(yīng)力σ1=MmaxWmin=193.3N/mm2σ1=ΜmaxWmin=193.3Ν/mm2許用應(yīng)力[σ]=0.9σs=212N/mm2其中,鋼材屈服點(diǎn)σs=235N/mm2實(shí)際上,該處承受的彎曲力矩不僅僅是雙層底剖面,還須考慮包括舷側(cè)骨架至上甲板整個(gè)橫剖面的剖面模數(shù)。由于需考慮局部強(qiáng)度,故將雙層底剖面分離出來(lái)單獨(dú)校核,載荷又是全部滑道反力,因此是偏安全的。6.3.2無(wú)首支架獨(dú)立滑動(dòng)的滑動(dòng)由于傳統(tǒng)觀念,長(zhǎng)期以來(lái)習(xí)慣地將船體視為剛性體,一旦尾浮,就片面地認(rèn)為在前支點(diǎn)承受滑道反力,并全部作用在首支架,為避免船體結(jié)構(gòu)和船臺(tái)滑道、滑板遭受破壞,對(duì)前支架的要求很高。根據(jù)我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的無(wú)首支架縱向下水理論,船體擱在滑板墊木上,或者因線型瘦削采用下水橫梁。在下水過(guò)程中,船體視為彈性體,自由擱在幾個(gè)分別具有不同剛度的彈性支座上。一旦尾浮,除尾部一些支座可能隨著滑板滑出滑道末端外,首部船體在一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)仍有多個(gè)支座支承,不必再保守地認(rèn)為此時(shí)船臺(tái)滑道的總反力僅作用首滑板墊木或首下水橫梁上,實(shí)際上是作用在靠艏部的一些滑板墊木或下水橫梁支座上。由于下水過(guò)程中船體處于中垂撓曲變形狀態(tài),因此,首部懸臂質(zhì)量載荷引起的前支點(diǎn)彎曲應(yīng)力大有改善。如上所述,無(wú)首支架縱向下水滑道反力分布在10～20%滑板長(zhǎng)度范圍內(nèi),現(xiàn)取10%,132m滑板長(zhǎng)度。在兩塊6m長(zhǎng)滑板內(nèi),布置4根下水橫梁,按有關(guān)資料測(cè)試,其反力初步估計(jì)瞬間分布約為2∶2∶1∶1。。首下水橫梁:R1=26R=2.34?103KNR1=26R=2.34?103ΚΝ其中,滑道反力:R=7.03·103KNF194肋位雙層底截面積:F1=327.3cm2其實(shí)肋板截面積:F2=364.3cm2總截面積:F=F1+F2=3637.3cm2切應(yīng)力:τ1=R1/F=6.44N/mm2許用切應(yīng)力:[τ]=12[σ]=106N/mm2[τ]=12[σ]=106Ν/mm2[τ]>τ1每根下水橫梁可承受集中載荷:P=2.45·103KNP>R1滑板長(zhǎng)度:l1=126m(選最短滑板長(zhǎng)度)滑板靜壓強(qiáng):P1=Δ2g/2l3b1=241.5KN/m2滑板動(dòng)壓強(qiáng):P2=R1/2l3b1=244.1KN/m2其中,兩塊滑板長(zhǎng)度:l3=12m滑板寬度:b1=1.2m滑板許用靜態(tài)、動(dòng)態(tài)壓強(qiáng):[P1]=490KN/m2[P2]=784KN/m2P1<[P1]P2<[P2]綜上所述,前支點(diǎn)F194最危險(xiǎn)剖面的彎曲應(yīng)力、切應(yīng)力均小于許用應(yīng)力。下水橫梁,滑板的強(qiáng)度均在安全范圍內(nèi)。況且,船底與下水橫梁接觸面積較大,滑道反力為瞬時(shí)值,因而不會(huì)損壞船體結(jié)構(gòu)、下水橫梁、滑板和滑道。7潮位表現(xiàn)的影響在船舶縱向下水計(jì)算中,先求出最低下水潮位,以控制船舶在船臺(tái)末端區(qū)域內(nèi)順利完成從尾浮到全浮的過(guò)程。一般來(lái)說(shuō),船舶下水之所以要確定最低潮位是避免過(guò)分低的潮位下,尚未尾浮而重心早已滑出滑道末端,質(zhì)量載荷對(duì)滑道末端重力矩已超過(guò)浮力對(duì)滑道末端浮力矩,致使船舶發(fā)生以滑道末端為支點(diǎn)的仰傾事故?；蛘叽半m已尾浮,但尚未全浮,且船舶繼續(xù)下滑,前支點(diǎn)很可能滑出滑道末端而造成首跌落,不可避免地發(fā)生事故。因而,潮位高低的選取對(duì)船舶下水影響甚大。計(jì)算結(jié)果表明,從尾浮至全浮的滑程:x1=31.6m下水全滑程:x2=x+x1=228.6m同一艘船,不同位置的前支點(diǎn),相應(yīng)于各種滑道末端潮高、滑程在滑道上的位置見(jiàn)表10。尾浮時(shí),前支點(diǎn)距滑道末端Ex3=d-xm全浮時(shí),前支點(diǎn)距滑道末端Ex4=d-x2m尾浮時(shí),重心G距滑道末端Ex5=x3-lm由表10可知,全浮時(shí),要求