CSR散货船结构审图中主要关注点研究

张志刚，章漪云

（中国船级社上海审图中心，上海 200135）

0 引 言

自2006年4月1日 国际船级社协会（IACS）正式实施散货船共同结构规范[1]（BC CSR）以来，在散货船的船体结构设计与审图工作中得到广泛使用。虽然规范是统一了，然而对规范条文的理解和具体运用上还存在一些差异。在应用BC CSR审查多艘散货船船体结构中，发现散货船船体结构设计方面存在一些问题，特别是容易疏忽的，或者对规范条文的理解问题。本文针对散货船船体结构设计如材料钢级、净尺寸和腐蚀增量、结构布置、结构焊接、局部强度、总纵强度、强度分析等方面，进行了必要的阐述，并提出了审图工作中主要关注点。

1 CSR散货船结构审图的主要关注点

船级社对入级船舶的设计审查，是船舶详细设计的延续，是确保船体可靠，符合相应的规范与准则。散货船，特别是船长超过150m的大型散货船，必须符合BC CSR。经审查多艘散货船船体结构后，认为以下的问题值得重点关注。

1.1 材料钢级

材料钢级的应用正确与否，对船舶的安全是至关重要的。结构设计工作中往往会被忽视，但在审图中恰是基本的关注点。

1) 应注意高强度钢的使用范围。为了满足船体梁总纵强度，提高载重量，大型散货船的主甲板和底部采用高强度钢是非常普遍的。因此，应尽量避免出现甲板板和甲板纵骨的钢级不一致，以及甲板板与舷顶列板的钢级不一致的情况。对于总纵强度高强度钢范围不满足的，如甲板为高强度钢，而舷顶列板为普通钢的，则总强度计算时甲板模数按普通钢来计算，不能按高强度钢来折减。此时仅局部强度可考虑甲板高强度钢的材料特性。

2) 应关注一些特殊部位的钢级要求，诸如：舱口角隅、舱口围板及其纵向端肘板、甲板边板、舷顶列板、单舷侧舷侧肋骨下肘板腹板、与底边舱斜板相交处的舷侧外板、舭列板、尾柱、舵、挂舵臂及主机直接安装在内底上内底板（注：实际上应视作主机座的面板）等等。

1.2 净尺寸和腐蚀增量

BC CSR与以往的散货船规范最明显的区别在于，在设计图纸上必须明确标注船体结构的实际建造尺寸、需要换新时的厚度和腐蚀增量，如图1 所示。

另外，主船体结构各类强度校核都是用净尺寸的概念，如：总体应力（总纵强度和直接强度分析）：

图1 设计图纸上的尺寸标注

1.3 结构布置

结构布置构件的连续性是非常重要的。

1) 注意纵、横骨架形式改变处的结构连续性。如货舱底部、舷侧的纵骨架结构到机舱、艏部等横骨架结构的过渡处容易产生结构的屈曲问题。为了避免结构突然中断，在结构形式突变处，应充分考虑交错过渡，尽量减少应力集中。

2) 注意结构的应力集中。构件间断处极易发生应力集中，应作足够的补偿和加强。开口应尽量避开高应力区域，甲板开口不应距舷边过近。如需布置开口，则应有良好的形状且边缘光滑，见图 2，开口一般应设在图中所示的阴影部分外。定义为：圆形舷顶列板，如设有，或舷侧外板的弯曲区域。 e = 0 .25(B - b )，距货舱开口边缘。 c = 0 .071 + 0 .1b或0.25b，取大者。式中：b——所考虑的舱口宽度，m，纵向量取。I——两个连续舱口间的横向甲板条在所考虑的角隅宽度，m，纵向量取。在上述范围和开孔间的横向距离： g2= 2 a2，对圆形开口； g1= a1，对椭圆形开口。如开口不符合这些要求，在总纵强度评估时应考虑减去这些开口的面积。

图2 开口布置

对于有检验通道要求的散货船，其出入通道上的水平及垂直开口净空尺寸应特别关注。垂向开口的净尺寸应≥600mm×800mm，角隅半径 300mm，水平开口的净尺寸≥600mm×600mm，最大角隅半径100mm。底部纵桁和肋板上的开孔在设计之初就应考虑检验通道要求。

船长150m及以上的双舷侧结构：内壳板或外壳板为横骨架形式，则肋骨内表面之间的净空≥600mm；而纵骨架形式，要求净空≥800mm。

1.4 结构焊接

焊接中宜重点关注全焊透焊缝和填角焊缝。全焊透焊缝：使用全焊透的部位主要是海水阀箱周界，受拉的支柱与板的连接处，垂直槽形舱壁与横向底凳顶板连接处等。填角焊缝： 填角焊的焊脚高度不仅要考虑最小板厚，而且还考虑腐蚀的影响。凡是要求腐蚀增量加高的地方，焊脚高度也应增加。填角焊的焊脚高度应按照腐蚀增量进行微调。填角焊中经常遇到对构件端部及端部处（15%跨距）焊缝的理解问题。构件端部是指构件端部的横截面，而端部处（15%跨距）是指靠近端部沿跨长方向15%范围。

1.5 局部强度

局部强度方面，以下几点是值得关注的。

1) 船长150m及以上船舶载货量曲线：

(1) 载货量曲线，是反映货舱最大允许载货量和最小要求载货量与货舱中部吃水的函数关系。单舱和相邻两货舱的载货量曲线均应在装载手册中反映。该曲线是基于局部强度校核工况应为不同的协调标志下如BC-A，BC-B，BC-C，NO MP等规定的直接强度分析的标准装载工况。在审图过程中，亦发现了BC CSR规范的部分计算公式与局部强度校核工况有不一致之处。

(2) 最大载货量，是指船舶最大吃水时的载货量，再加50%备品的相应工况。因为建造后倾斜试验获得的空船重量往往与设计值有出入，如果倾斜试验得出的空船重量比原先预估的轻，则为达到最大吃水往往会增加货舱的货物重量，这样可能会超过载货量曲线的数值，因此在设计之初应对载货量给予一定的裕度。另外，应注意货舱载货量中包含货舱内的货物总重量和货舱区双层底内压载水重量。而货舱内有货物且同时该货舱下的双层底内有压载水的情况往往在装卸货顺序中会出现，所以在编制装卸货顺序的时候应特别注意。

(3) 对具有BC-A和BC-B标志的船舶，其货舱最大许用载货量应不超过进水工况下双层底能力和货舱许用装载评估中的货舱许用载货量。

2) 进水工况下双层底能力和货舱许用装载评估：从计算公式来看，BC CSR规范规定与IACS UR S20[2,3]要求是一致的。但底肋板和纵桁的腐蚀扣除不一样。BC CSR规范是严格按照其腐蚀增量的选取来扣除，双层底为压载舱时，通常为3mm腐蚀量，而UR S20中只扣除2.5mm腐蚀量。

3) 内底板的卷筒钢板要求：由于考虑了船舶运动加速度的影响，前后货舱的内底厚度可能会比中间舱的要求高。BC CSR规范对卷筒钢板要求进行了修订，以前散货船规范规定垫料数量大于5时，内底可视为承载均布载荷，而最新BC CSR规范已取消该项规定。

4) 授予抓斗标志的板材要求：内底板、底边舱斜板、横舱壁板和内壳，不包括污水井，距内底最低点向上3m范围均应满足。应注意是垂直方向上，且对于位于货舱内的通道或通风围阱侧壁应等同考虑。

5) 应注意在双舷侧舱室作为空舱时，舱室边界的构件按压载舱进行结构设计，而对于腐蚀增量，仍作为空舱考虑。

6) 对于2010年1月1日及以后新建的散货船，应配备应急拖带程序手册。一般该手册是在船舶完工时编制，因此在设计过程中，系泊拖带设备布置图及其加强结构中对手册中拖带设备的甲板结构局部加强应予以考虑。

此外还应关注船首底部砰击，船首外飘拍击，垂直槽形水密横舱壁进水强度等等。

1.6 总纵强度

船体梁总纵强度，主要包含弯曲、剪切及极限强度[4]。其中以下几点应予以关注：

1) 计算船体梁剖面模数时，对纵向连续构件变化处应取较小的尺寸计入总强度。还应将横剖面位置的开口扣除。

2) 非均匀装载工况，如隔舱装载工况和货舱有压载水的重压载工况以及BC-A或BC-B船舶进水工况都可以进行剪力修正。而最前端货舱的前端和最后端货舱的后端剪力不作修正。

3) 弯矩、剪力的设计许用值应根据装载手册予以确定，并留有一定的裕度。计算剖面一般应包含货舱舱壁附近处及货舱中点位置。

4) 散货船的最大弯矩、剪力往往出现在正常压载、重压载和隔舱装载工况这几个工况中。

5) 装载工况的设计应同时满足稳性、强度及法定要求，而各方要求是相互关联的，所以在设计时一定要全面考虑。

如船长在150m以上船舶的适用压载工况要求：

(1) 正常压载工况——螺旋桨应全浸没，艉倾应不超过0.015BPL ；对于所有压载舱100%满舱的工况，必须满足总纵强度要求；

(2) 重压载工况——螺旋桨浸深 /ID（I为螺旋桨中线至水线距离，D为螺旋桨直径）应至少为60%，艉倾不超过0.015BPL ；船首吃水应不小于0.03BPL 或8m两者中之小者；对于所有压载舱100%满舱的工况，必须满足总纵强度要求。

(3) 凡拟在航行中进行压载/排压载操作的船舶，对于压载舱在压载/排压载的前后工况也应纳入装载手册；

(4) 压载工况中，出港、到港和中途工况中，艏艉尖舱/或其他压载舱的部分压载不得作为设计工况，除非满足下述要求：① 上述压载舱在空舱与满舱之间的所有压载高度下，满足设计应力限制；② 对具有BC-A和BC-B标志的散货船，上述压载舱在空舱与满舱之间的所有压载高度下，满足进水工况下船体梁总纵强度要求；③ 当有多个液舱拟作部分压载时，这些液舱的所有空舱、满舱和给定水平的部分压载的所有组合都应考虑。载货工况下，上述要求仅适用于艏艉尖舱。

(5) 如设有洗舱水舱，则典型工况中该舱应为空舱。

1.7 直接强度分析

直接强度分析是对构件设计尺寸的进一步验证，借助于有限元计算软件，分析主要支撑构件的屈服、屈曲、疲劳和细化强度。标准计算工况应根据其附加标志（BC-A或BC-B）及是否多港装卸（No MP标志）来确定。对具有BC-A或BC-B标志的散货船不论是否有重货加强标志，在无规定最大货物密度的情况下，货物密度必须以3.0t/m3考核。对于屈服应力达到许用应力95%而小于100%，应进行细化强度评估。一般应关注顶/底凳端部，底边舱斜板与内底、实肋板相交处, 底凳下纵桁端部等位置。

易发生屈曲的部位是船底板、横骨架式舷侧外板和舱口间甲板。易发生疲劳位置为舱口角隅、货舱肋骨与底边舱斜板相连处，底凳与内底连接，内底与底边舱斜板连接处。部分关键部位见图3～6。

图3 货舱段模型

图4 内底与底边舱斜板连接处

图5 舱口角隅

图6 货舱肋骨与底边舱斜板相连处

2 结 语

由于BC CSR对原先的散货船规范作了大量的补充和修改，再加上彼此关注的侧重点不一，存在理解上的差异。根据审图工作中所遇到的问题作了阐述，希望本文能对BC CSR规范进一步理解和正确运用，起到一定的借鉴作用。

[1] 散货船共同结构规范[S]. 北京：人民交通出版社，2006.

[2] IACS. Common Structural Rules for Bulk Carriers. International Association of Classification Society[S]. 2010.

[3] IACS URS[S].

[4] 陈国建，韩天宇. 基于共同规范的散货船疲劳分析[J]. 上海造船，2011, (3)： 8-13.