1 500吨起重船波浪载荷直接计算

祝文倩 石科良

摘 要：由于1500吨起重船的长宽比小于《钢质海船入级规范》中L/B>5及B/D≤2.5的要求值，需采用直接计算方法确定其波浪弯矩和波浪剪力。本文以1500吨起重船项目为例，简要介绍了利用三维水动力软件HydroSTAR 计算波浪载荷的方法。

关键词：波浪弯矩；波浪剪力

Direct calculation of wave load for 1500t crane vessel

ZHU Wenqian， SHI Keliang

（ Guangzhou Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250 ）

Abstract： As the ratio of length to breadth of 1500t crane ship is smaller than the required value according to Rules for Classification of Sea-Going Steel Ships， the wave bending moment and wave shear force of the ship should be analyze by direct calculation method. This paper simply introduces the direct calculation method of the wave load by using the hydrodynamic software HydroSTAR.

Key words： Wave bending moment； Wave shear force

1 前言

随着海洋石油开发、大型沿海工程及港口建设的发展，起重船作为不可缺少的工程船舶，近几十年来有了非常快速的发展，起吊载荷不断增加。目前起重船的市场已发展到近海，主要用于海上吊装、拆卸（平台、大件、结构物等）、铺设海底油气管、大型水上工程吊装等。本文介绍起重船在起吊工况及调迁工况下波浪载荷的直接计算方法，计算结果通过CCS审查，对非常规船舶的波浪载荷计算具有一定的参考价值。

2 船舶概况

本船为自航式大型起重船，主钩起吊能力为2x750 t，副钩起吊能力为2x300 t，在近海航区调遣航行，沿海航区起吊作业，起吊作业海况不超过4级风、1.5米最大波高。

总长 89.6 m

垂线间长 87.8 m

型宽 36.0 m

型深 7.0 m

起重工况（起吊1500 t，75度）吃水 3.82 m

调迁工况（吊臂角度60度）吃水 2.60 m

3 计算方法与计算工况

3.1 计算方法

因本船主尺度不满足《海规》中L/B>5及B/D≤2.5的要求，其总纵强度计算中的波浪弯矩和波浪剪力均不能应用规范公式进行计算，需采用直接计算的方法。

本项目采用HydroSTAR水动力软件对起重船波浪载荷进行预报分析。HydroSTAR是法国船级社开发的三维水动力分析软件，该软件能够求解船舶在无限与有限水深环境下的波浪载荷。

3.2 计算工况

选取起重工况与调迁工况进行分析，对调迁工况采用长期预报分析，对起重工况采用短期预报分析，作业海况为不超过1.5m最大波高，工况参数如表1所列。

表1 工况参数

4 数值模型

建立船体湿表面模型，如图1所示；

划分船体外表面网格，如图2所示；

图1 湿表面模型

图2 船体模型

按全船质量分布建立质量模型，质量分布数据如表2、表3所列。

表2 起重工况质量分布

表3 调迁工况质量分布

5 计算结果

5.1 垂向波浪弯矩和垂向波浪剪力最大值RAO曲线

参考《集装箱船结构强度直接计算指南》，选择频率自0.1rad/s至2.0rad/s，步长0.05rad/s，共39个波频，浪向角自0o至180o，间隔30o，共7个浪向，合共273个单位波幅的规则波，计算船体的波浪诱导运动和湿表面的流体动压力。沿船长从尾垂线至船首每隔0.025LPP取一个截面，计算每一截面上波浪垂向弯矩与垂向剪力的传递函数，作为短期与长期预报的响应变量。

计算结果如图3～6所示。

图3 起重工况垂向波浪弯矩RAO

图4 起重工况垂向波浪剪力RAO

图5 调迁工况垂向波浪弯矩RAO

图6 调迁工况垂向波浪剪力RAO

5.2 沿船长垂向波浪弯矩和垂向波浪剪力预报

进行垂向波浪弯矩与垂向波浪剪力的长、短期预报分析，海浪谱采用P-M谱，分析长期预报时选取波浪散布图为IACS建议选用的波浪资料，概率水平取10-8；计算短期预报时，取有义波高取为1.5 m。可得每一截面上波浪垂向弯矩与垂向剪力的预报值，以下仅列出两种工况下的波浪弯矩、波浪剪力预报值最大的截面的预报图，如图7～10所示。

图7 起重工况垂向波浪弯矩短期预报

图8 起重工况垂向波浪剪力短期预报

图9 调迁工况垂向波浪弯矩长期预报值

图10 调迁工况垂向波浪剪力长期预报值

汇总沿船长每个截面的垂向波浪弯矩与剪力的预报值，如图11、图12所示。

图11 沿船长垂向波浪弯矩预报值

图12 沿船长垂向波浪剪力预报值

5.3 波浪垂向弯矩和垂向剪力最大值（表4）

表4 波浪垂向弯矩和垂向剪力最大值

6 设计波浪弯矩与波浪剪力

选取沿船长垂向波浪弯矩与剪力的最大值，参考《油船结构强度直接计算分析指南》计算沿船长的设计垂向波浪弯矩与剪力。

（1）沿船长的设计波浪弯矩Mv

中拱 MV （+） = M · CHB · MW kN · m （1）

中垂 MV （-） = -M · CSB · MW kN · m （2）

式中： =0.987

=1.013

M按《钢规》选取，则沿船长的设计波浪弯矩如表5及图13所示。

表5 沿船长分布的设计垂向波浪弯矩

图13 沿船长的设计波浪垂向弯矩

（2）沿船长的设计垂向波浪剪力Fv为：

中拱 FV （+） = F1CsFW kN （3）

中垂 FV （-） = -F2CsFW kN （4）

式中： Cs=1.5212

F1，F2按《钢规》选取，则沿船长的设计垂向波浪剪力如表6及图14所示。

6 结语

由于工程应用的需要，非常规船舶的设计需求越来越大，如何预报非常规船舶的波浪载荷，给船舶结构设计提出了更苛刻的要求。本文介绍的波浪载荷直接计算方法很好的预报了1 500吨起重船的波浪弯矩和波浪剪力，得到了中国船级社的认可，本方法对其它类型非常规船舶的波浪载荷的计算具有一定的参考价值。

表6 沿船长分布的设计垂向波浪剪力

图14 沿船长的设计垂向波浪剪力

参考文献

[1] 中国船级社 .钢质海船入级规范， 2009

[2] 中国船级社. 集装箱船结构强度直接计算指南， 2005

[3] 中国船级社. 油船结构强度直接计算分析指南， 2003