超大型集装箱船的总体设计难点

于柏枫

摘 要：根据近些年的的统计，集装箱的海运量逐年增长，尤其是在近五年，增长趋势尤为明显，集装箱海运量的迅速增长刺激了超大型集装箱船的开发与研究，以适应实际运输的需要。以708研究所开发的超大型集装箱船为例，系统的介绍超大型集装箱船的总体设计难点，其中，结构设计是重点也是难点，文章着重介绍结构设计对其他设计进行简要的说明，以求对读者有所帮助，起到抛砖引玉之功效。

关键词：超大型集装箱船；设计难点；优化设计

引言

集装箱还运量呈逐年上升的趋势，亚太经合组织曾预测，在未来十年间，集装箱海运量将有更大幅度的上升，只有提升集装箱船的装载负荷才能满足运输的需要。集装箱运输船的发展经历六代，超大型集装箱船属于第六代运输船，其船宽大于32.2米，转载能力达到万箱级，运输能力很大。相对于以往的运输船而言，超大型集装箱运输船方形系数控制在0.6左右；航速较高；甲班的开口较大；船体尺度很大。就集装箱船的发展而言，超大型集装箱运输船是发展的主流，文章就超大型集装箱船进行分析讨论，深入分析其总体设计的难点。

1 安全通道的设计

一般来说，超大型集装箱船的货舱都是被设计成大开口双壳箱这种形状的，再加上在集装箱船边舱的二甲板上设计一条纵通的走道，同时在这一走道里，安装上能够使得船员更加方便更加容易进入任何一个货舱的水密门。对于超大型集装箱船上的船员来说，在实际的航行过程中，这种安全通道的设计更加确保了船员进货舱进行检查工作的方便和安全。

2 压载水的设计优化

超大型集装箱船属于第六代运输船，其船宽大于32.2米，可见其属于宽体类的集装箱船，它有良好的稳定性，并且在实际的运营过程中，它所需要的压载水是比较少的。因此，根据这种情况在设计压载舱时，位于超大型集装箱船首尾的两个尖舱都必须设计成空舱，而不能被设置成普遍类型的压载舱。这样设计的空舱，它不仅使得船舶总纵弯矩降低，而且也能够使得集装箱船厂的管系放样工作和涂抹压载水舱保护层工作的工作量大大降低，进而有利于建造成本的减少。

3 静水弯矩的设计

在超大型集装箱船的设计中合理的选取静水弯矩值是整个船体设计的重中之重，合理选取此数值还能对船体的中剖面进行优化设计。在进行静水弯矩的选取时，首先依据装载手册绘制超大型集装箱船在各种装载条件下的静水弯矩的最值和剪力包络线，对以上中的最值进行比较选取其中的最大值，并设计出一定的裕量，不得不考虑的是，在不同工况下，船体的状态不同，如若超大型集装箱船出现一个货仓卸载以后，整个仓无货，此时船体的弯矩激增，弯矩的增量因素包括集装箱的单位重量以及弯矩的增量。合理的设计静水弯矩的裕量也是总体设计的难点，要解决此类问题，必须计算集装箱的平均重量，各个货仓单独出现空仓的工况下的整个超大型集装箱船船体的稳定性以及强度，通过计算，选取其中的最大的弯矩值，再根据运载的具体要求，合理设计静水弯矩的值，其裕量的选择也不是越大越好，要根据需要设置合理的裕量值。

4 船体骨架的设计

超大型集装箱船的船体的骨架设置应该尽量的选取纵骨架的设计形式，采用此种骨架形式能够有效使纵骨架参与超大型集装箱船的纵梁的弯曲，这种形式可以有效的提升船体梁的总纵的强度，提升整个船体的抗弯曲、抗扭转的能力。在进行超大型集装箱船的船骨设计时，除了首、尾部分结构以及底部机舱部分区域以外，其他部分的设计均为纵骨架形式。超大型集装箱船属于布置型的船舶，如果整个船舶的集装箱装载数目一定，纵骨架间距的设置应该依据导轨的设置，集装箱的重量、布置以及板材所能承受的最大强度等，并不是没有规律可循的。

5 骨架的选取以及船体的选材

超大型集装箱船的选材大多数为型钢或者、如球扁钢或者角钢，采用这三种钢材可以在一定程度上减少钢材的焊接量，在这三种钢材中，超大型集装箱船纵骨架的设计中最常用的就是角钢，使用这种钢材可以最大程度提升剖面模数，材料的利用率也较高，船体的重量也轻了许多，但是使用此种钢材的造价较高。

超大型集装箱船船体的选材应该综合考虑整个船只的总纵强度，扭转强度以及船体的重量要求，超大型集装箱船的中的货仓应该选用AH32高强度钢材，HD36钢材应该在甲板的抗妞箱区使用，纵向舱口一般采用EH40刚强度钢材，船体钢材的选用一定要符合强度要求，高强度钢材的使用比例须占整个钢材使用量的60%以上。在钢材的选择上应该注意以下几点：（1）超大型集装箱船船体的疲劳问题并非全部决定于使用钢材的强度，但是不同强度钢材选用不当容易导致船体疲劳，因此，在钢材的选用上应该经过反复的计算，平衡船体重量和船体的使用年限。（2）高强度钢的节点设计应该进行严格的管理，重要的节点应该采用数值分析的方法进行优化处理。注重高强度钢材的焊接，尤其是EH40钢材的焊接，在进行焊接之前应该进行焊接试验，保证焊接的质量。

6 超大型集装箱船的总体设计优化

全船的设计应该保证船体的总体强度又要使整个船体的质量最轻，还要综合考虑整艘船建造的经济性，为此全船设计的优化应该包含以下几点：（1）对纵骨穿过强框架的节点进行合理的设计，最大程度较少小肘板以及补板的数量，在保证全船强度的前提下减少补板的数目，补板的形式越简单越好。（2）在保证船体重量的前提下尽量减少板缝的数目；控制纵骨的高度，使其不影响正常的施工。（3）在保证船体重量的前提下减少板的规格，减少组合型钢材的规格，尽量使用较为简单的钢材，节约成本。

7 结束语

超大型集装箱船的总体的设计难点在于其静水弯矩的确定以及船体骨架的设计，安全通道的设计以及压载水的设计，另外，骨架的选材以及船体的用料也是影响船体使用性能的主要方面，优化超大型集装箱船的总体设计能够节约建造成本，提升船体使用寿命。

参考文献

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