新造船坞墩布置经验和模糊计算方法

张立刚， 王其昌， 梁有祥

(天津新港船舶重工有限责任公司， 天津 300452)

新造船坞墩布置经验和模糊计算方法

张立刚， 王其昌， 梁有祥

(天津新港船舶重工有限责任公司， 天津 300452)

普通货船在船坞内建造时以坞墩为支撑体。坞墩承受船舶的重力，船舶受到坞墩的反力。如坞墩布置不当，轻则坞墩受到损坏，重则造成船体结构的损伤。生产实践中我们利用常年积累的经验和模糊的计算方法来布置坞墩，保证了船舶的坞内建造工作安全顺利进行，达到了安全可靠和优化的目的。

船舶 船坞 坞墩 布置

1 前言

普通货船，这里主要指常规的散货船、油船和集装箱船(三大主力船型)，在船坞内建造时都是以坞墩为支撑体。坞墩承受船舶的重力，船舶受到坞墩的反力作用。如坞墩布置不当，轻则坞墩受到损坏，重则造成船体结构的损伤，这些都是船舶建造者所不愿意看到的。有些学者，用有限元等现代计算程序，提出了很多船体结构和坞墩力学精准的计算方法，确实可以起到保证船体结构安全、优化坞墩布置的作用，但是对于这些普通船型，船企更愿意利用常年积累的经验和模糊的计算方法来布置坞墩，同样能达到安全可靠和优化的目的。

2 坞墩的形式和承载能力

坞墩的基本形式一般为：下部为一个矩形或梯形的钢筋水泥块体，上部附以木材垫层和楔子，如图1所示。因为钢筋水泥块承重能力远超木块，所以坞墩的承重能力主要取决于所选木材的品种和质量。通常选用硬度稍软的木材，如各种松木，作为坞墩的垫层和楔子，成本较低且不易产生裂纹，但承载能力也较低。

新制坞墩或更换木质材料时，应对所选木材抽样进行强度试验。按规格裁好木块，用油压机施加压力，木块开始出现变形时的压力值即为坞墩的安全载荷，木块碎裂瞬间的压力值即为极限载荷。木块的安全载荷和极限载荷是布置坞墩时需要依据的基本数据。

图1 坞墩形式

对于松木而言，压力实验表明，其极限荷载相当于安全荷载的1.6倍以上。

3 坞墩布设位置的选择

船舶规范和设计原理除了要满足在各种使用工况下船舶自身强度需要外，还需满足船舶在建造期间和运营后维修期间的进出坞时坐墩的船体结构强度要求。反过来说，就是船舶的船底结构形式已经基本确定了坞墩的布设位置。切合新造船的船底结构形式，是选择坞墩布设位置的第一要素。只要我们能够很好地理解和应用船舶设计原理和设计者的思想，就没有必要因坞墩布设而对船舶结构强度担忧，再去进行这方面复杂且费时的计算。作为坞墩布设位置的选择，更多的是要在布设位置的合理性和墩列以及单个坞墩的承载能力分析上下功夫。

船底的平底区域、斜底船相对平缓的区域适宜布设坞墩。船底纵横向强力结构交叉处为最佳布墩位置，单一方向有强结构的位置次之，仅有普通结构的位置再次之，无结构的软档处不可布置。

以下位置不适宜布墩，需采取措施避开。

(1) 船底合拢口区域，周围的墩位应距此留有作业空间；

(2) 船底的各种开口、开孔处，如船底塞、外加电流阴极保护装置、海底阀箱、计程仪和测深仪传感器、舷外排管等，坞墩应完全避开；

(3) 坞内总组分段合拢阶段安装的外板标记处，坞墩应避开；

(4) 舱室及各种固定标识处，坞墩应尽量避开；

(5) 横剖面型线切点延长线与水平线夹角大于26°时，坞墩在船舶重力作用下会发生横向移动，失去坞墩对船舶的支撑作用，属无效布置(见图2)。

图2 坞墩作用点无效布置示意图

4 坞墩的列数和载荷分配

4.1 坞墩的列数

(1) 位于船底中龙骨位置的坞墩为龙骨墩，或称中墩。箱型龙骨的船型通常布置两列中墩，对船宽大于30 m的船型尽量布置两列中墩，中墩的布置基本纵贯全船。单列中墩的长边方向垂直于船体纵向中心线；两列中墩在货舱区间可呈“丁”字形布置，在肋板位置墩的长边方向垂直于船体纵向中心线，非肋板位置墩的长边方向则平行船体纵向中心线，在艏艉区域单列坞墩长边方向垂直于船体纵向中心线。

(2) 在第一旁纵桁位置布设第一列边墩。第一列边墩应纵贯所处的平底区域或与第一旁纵桁同长。视船底结构形式，第一列边墩可横可纵或混合布设。

(3) 对于有第二、三旁纵桁的船型应布设第二列边墩、第三列边墩。

(4) 对于有更多旁纵桁的宽大船型应布设更多的边墩。

(5) 艏艉区域及舭部布墩，由于艏艉区域线性较大，平底面积较小，可以布墩的位置有限且重量较大，应增加坞墩的数量，尽可能每档肋位均布墩。

根据以上原则可以初步绘制出“坞内铺墩图”，下一步就要对坞墩的承载情况进行计算。

4.2 坞墩的载荷分配

坞墩依照所在的墩列承受不同比例的载荷。所谓载荷就是“区域重量(后文详述)”和船舶出坞重量(含压载水和各种附加物)平均分布于作用在该区域和所有坞墩上的重力。

考虑到分配到每个坞墩的载荷的不均衡性和不确定性，一般取实际载荷的1.6倍作为计算载荷。图3可供使用时参考，图中各百分数为分配在墩列上的区域重量。

4.3 区域重量

船舶的重量在出坞入水之前最终都要全部作用在坞墩上，但是不能简单的认为同一墩列中的每个坞墩承受的载荷是相等的，原因如下。

图3 坞墩的载荷分配图

(1) 在坞内搭载过程中船体分段或总段是按照先后顺序逐个安放在坞墩上的,这就导致局部的部分坞墩首先要承受位于其上的船舶的局部区域的重量(船体分段或总段)，此时相邻其它总段尚未安放到坞墩上。为此，就需要核算对应船总段区域的数个坞墩所承受的载荷。

(2) 船舶不同区域的功能及结构形式不同、导致不同区域的单位面积内的重力不同，那么单墩受力也就不同。

(3) 船舶不同区域的外板线型不同，货舱底较为平缓，首尾机舱区域较为尖瘦，单位面积内能够摆放的坞墩数量不同，导致不同区域的单墩受力不同。

基于以上原因，我们结合分段划分图和搭载顺序，将一条船划分成几个区域，分别汇总每个区域的结构和舾装重量，如艏部区域、机舱艉部及上建区域、货舱区域，其中货舱区域可按分段总组情况再拆分成几个小区域。如果在出坞时该区域的某些舱室需要加注压载水，那么这部分重量也要叠加进去，从而计算出区域重量，也就是该区域所有坞墩承受的总重量，然后对该区域内的坞墩进行载荷计算。

一般情况下，区域的划分可与底部分段或总段的划分相一致。区域划分后，区域重量的汇总有两种方法。

第一种方法为按照该区域内所有结构、舾装及压载水的重量计算出区域重量。由于上部分段不一定会与底部分段或总段的位置一致，需要拆分、合并已经计算好的上部分段或总段的重量，统计时工作量会较大，若这样就可以结合第二种方法。

第二种方法是结合区域划分利用“空船重量分布曲线”，汇总出该区域的空船重量再加上相应的压载水重量作为区域重量。图4为某船的坞墩区域划分图。

5 坞墩承载计算

5.1 区域坞墩承载计算

在坞墩布设和区域划分已经初步完成后，就要进行坞墩的承载计算。计算方法相对很简单，将区域重量按照该区域的墩列位置和数量分配到每个坞墩上。

计算举例：

某区域坞墩布置如图5所示。

已知：区域重量W总=1 607t；中墩数量N中=24；第一边墩数量N边1 =18；第二边墩数量N边2=12。

单个墩计算如下：

中墩单墩载荷=70%×W总/N中= 0.7×1 607/28=40.18t

第一边墩单墩载荷=25%×W总/N边1=0.25×1 607/18 =22.32t

第二边墩单墩载荷=20%×W总/N边2=0.20×1 607/12 =26.78t

图4 某船空船重量分布曲线

图5 坞墩布置图例

5.2 整条船坞墩承载计算

将新造船的出坞重量(含压载水和各种附属物)，分配到各列坞墩上，进而计算出每个坞墩的承载。

同一位置坞墩的承载会与区域计算时结果不同，这说明船体成型后，重量重新分配，更加接近于实际的承载。

6 坞墩强度校核

坞墩的强度标准为试验得来的坞墩安全载荷。

区域计算和整体计算中墩列和单个坞墩承载为强度校核对象。

(1) 计算承载小于等于坞墩的安全荷载为合格。

(2) 计算承载减去安全承载的差值大于安全荷载的30%，且此类坞墩的数量不大于坞墩总数的30%时为可以使用。

(3) 两者中有之一大于30%时，应调整坞墩位置和增加坞墩数量并重新计算，直到满足要求为止。

通过强度校核，可能会发现一些实际承载不足安全载荷30%的坞墩，对于这些坞墩可以去掉(对船体坞内合拢有支撑作用者除外)，使坞墩布设得到进一步优化。

7 需要说明的问题

(1) 临时支撑。船舶合拢过程中，临时支撑是不可或缺的。在区域计算时，必须计及其存在的支撑作用；但在整体计算时不再考虑其存在，因为在船舶出坞之前临时支撑将被拆除，船舶重量只由坞墩承受。

(2) 坞底的安全性。对于普通货船在船坞内建造，担心船坞坞底的安全性是多余的，除非船坞出现了质量问题。第一，船坞的设计和建造就是为了造修船，必须符合相应的规范和设计要求，不需船舶建造师为其担心；第二，坞墩的木质部分在承受船舶重量时没有损坏，则更无须对坞底的强度担心。

当然，对于三大主力船型以外的船型和其它海上构筑物，如自升式海洋平台或半潜式海洋平台，在船坞内建造时，核算坞底的安全性可能会是必要的。因为此时自升平台的全部重量由面积很小的桩靴承担，半潜平台的全部重量由面积较小的浮筒承担，那么桩靴或浮筒下边的坞底将承受很大的应力。

8 结论

我们认为在实际工程中，所谓经验是长期理论和实践结合的产物；所谓模糊计算也是提取、利用已有的专业研究成果和计算原理，将看似复杂的事物简单处理的方法。这些用于指导新造船的坞墩布置已经足够了。

[1] 中国船舶工业总公司.CB/T3677-1995.船舶进出干船坞技术要求[S].1995.

[2] 黄浩.船体工艺手册[M].北京：国防工业出版社，2013.

[3] 齐振聪等.坞内铺墩图设绘要求[S].天津新港船舶重工有限责任公司,2011.

The Docking Blocks Arrangement Experience and Fuzzy Calculation Method for New Building Vessel

ZHANG Li-gang, WANG Qi-chang， LIANG You-xiang

(Tianjin Xingang Shipbuilding Heavy Industry Co., Ltd., Tianjin 300452, China)

The docking blocks are the support for new building ordinary cargo vessel in dock. The docking blocks take the gravity of the vessel and the vessel get the reaction force from docking blocks. If the docking blocks arrangement is not effective, the docking blocks might be damaged, even the hull might be partial damaged. Usually we arrange the docking blocks base on experience and fuzzy calculation method, which ensure the building process of vessel safely and smoothly, and also economical.

Vessel Dock Docking block Arrangement

张立刚(1975-)，男，高级工程师。

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