多用途船舷侧单立柱型载货平台结构设计

周 亮杨骏骋

（1.宜昌市港航管理局，湖北宜昌443000；2.上海船舶研究设计院，上海201203）

0 前言

传统多用途船货舱区域主甲板以上的舷侧空间一般只设计装载集装箱，因此仅设置一根根独立分散的集装箱支柱。为了方便装卸大件货物，提高甲板载货面积，现今已有不少多用途船在这部分舷侧空间设置纵向载货平台或者立柱型载货纵梁。该载货平台的上表面与主甲板舱盖齐平，当主甲板舱盖合上以后，载货平台与舱盖一起形成一个全船宽的纵向全通平台。该设计使多用途船的货物装载布置形式更丰富和多样。

1 载货平台的种类

目前多用途船舷侧载货平台主要有以下4种：

1.1 全封闭型载货平台

图1 全封闭型

平台与船体外板和舱口围连为一体，提高了型深，见图1。在船体强框肋位处设置强肋骨支撑平台的型式结构简单，可以承受较大的设计载荷。由于多用途船货舱一般为大开口类型，所以增加的封闭载货平台结构不仅提高了船体梁的水平和垂向惯性矩，还增强了横剖面的扭转惯性矩，有利于控制船体横向和扭转变形。由于平台参与船体总纵强度，平台的相关纵向构件尺寸会相应增加，而舱口围腹板和面板等构件尺寸可以减小，导致船体结构质量变化，所以需要重新评估。平台与舱口围的连接焊缝属于高应力区，如果焊缝质量控制不好，在运营中容易出现裂纹。由于常规多用途船都配备了重吊，所以如何处理全封闭型式的平台结构与吊机基座连接之后出现的疲劳问题是一个重点和难点。另外，封闭空间给舷侧的系泊和舷梯布置也带来不少困难。

1.2 双立柱型式载货平台

由2根立柱支撑一层平台，整个结构比较稳定，设计简单，可以承受较大的设计载荷，见图2。但是这种结构有2根立柱，结构臃肿，造成本来就不富余的舷侧横向空间更加狭窄，纵向通道难以保证，因此这种形式的载货平台设计只适合较大型的多用途船。

图2 双立柱型

1.3 单立柱型式的载货平台

通过单根立柱和悬臂大肘板支撑平台结构，见图3。与双立柱型式载货平台相比，由于是悬臂结构，在运营中变形较大，难以承载较高的设计载荷，也容易出现振动问题。但这种结构型式简单，施工方便，占用舷侧空间较少，在中小型多用途船中较为常见。

图3 单立柱型

1.4 立柱型载货纵梁

由1根纵向强梁将舷侧集装箱立柱连为一体的结构，见图4。这种结构型式简单，但是载货面积很小，只能作为装载大件的绑扎平台。

图4 立柱型载货纵梁

本文以某小型多用途船的载货平台为例，着重介绍单立柱型载货平台的布置特点及设计方法。

2 单立柱型载货平台的布置特点

多用途船的舷侧载货平台上一般设置有集装箱箱脚和绑扎眼环，可装大件货物也可装载集装箱，平台立柱兼做集装箱立柱，故立柱一般都设置在箱脚附近。箱脚的布置型式一般有埋入式和立式两种。针对布置立式箱脚的载货平台，在其箱脚位置处，平台需要做成下凹式，以保证箱脚的上表面与平台上表面等高。载货平台一般都以均布载荷为设计依据，均布载荷与相邻主甲板舱盖的设计载荷相同。载货平台靠舷侧一边设置有可拆式防护栏杆，一般在40英尺（1英尺=0.3048 m）集装箱端部位置设置有从主甲板上达平台的直梯通道口。单立柱型平台的重载区域一般还会在箱脚立柱中间增设1根立柱，以控制平台的垂向和横向变形。

载货平台一般设计成纵向非连续型，不计入总纵强度计算，即每40英尺集装箱长度间断，留一定的间隙。平台在纵横两个方向的间隙大小均要合理，既要防止人员跌落，又要留足纵横向变形余量。此外，由于舱盖侧板可能会增设百叶窗作为货舱通风，平台的设计也要保证百叶窗的使用不受布置影响。

3 单立柱型载货平台设计

根据设计要求，该船载货平台的宽度需达到最大船宽，平台上表面需与主甲板舱盖上表面齐平，载货平台与舱盖在货舱区域整体构成一个纵向全通甲板。

由于埋入式箱脚在露天甲板容易积水，船东选用立式箱角，因此载货平台在箱角位置必须设计成下凹式，以保证箱脚不突出于平台。下凹式设计有两种，一种是局部下凹（见图5）；一种是横向整体下凹（见图6）。其中，局部下凹虽然有利于货物装载，但结构复杂，施工困难，因此该船型选用横向整体下凹设计。

图5 局部下凹型式

图6 横向整体下凹型式

载货平台的设计载荷要与相邻主甲板舱盖等同，即货舱首尾区域设计均布载荷为4 t/m2，在货舱中间（2台吊机联吊区域）的设计均布载荷为8 t/m2。该船载货平台仅在轻载区域（4 t/m2）的集装箱箱脚位置设置封闭的“口”字型立柱，重载区域（8 t/m2）除箱脚位置设置“口”字型立柱以外，在箱脚中间位置增设1根“工”字型支柱，以控制载货平台的变形并减少额外的重量增加。详细设计见图7。

图7 载货平台设计图

载货平台一般采用纵骨架式，平台板厚和纵骨参考各规范对载货甲板的要求取值，立柱根据各规范对于集装箱系固设备的支撑构件进行校核。载荷包括集装箱箱脚位置的集中力、平台的设计均布力以及上浪载荷，并考虑各个方向的运动加速度。由于整个平台是悬臂结构，在满足规范要求许用应力的前提下，还需控制平台自由边的变形，评估船舶在运动时的振动情况。

该船货舱开口宽度很大，边舱较窄，主甲板舱盖在货舱中间区域的均布载荷为8 t/m2，横摇工况时，舱盖横向限位器的横向力接近10000 kN。为满足支撑强度，限位器加强肘板根部在横向扩大一挡纵骨间距，并且在纵向连续设置3至4个大肘板，所有支撑大肘板的面板连为一体，见图8。由于舱口围在舱盖横向限位器下的肘板的增大，立柱和肘板的布置需要仔细核对协调，确保纵向通道的宽度得到满足。

该船的舷梯布置在船中集装箱立柱之间，舷梯和舱口围大肘板的布置，使得“工”字型支柱无法增设，否则舷侧将没有纵向通道空间，见图9。平台纵向跨距较长，为4.5 m左右。为控制变形，把此处扁钢纵骨局部改为纵向“T”型纵桁。

该船货舱主甲板舱盖在两舷设置有一定数量的通风百叶窗。由于有平台结构的阻碍，百叶窗并不能完全打开，影响了通风面积，因此百叶窗区域的平台结构或者舱盖需要特殊设计，以保证百叶窗的打开和操作空间。

确定了载货平台的设计方案与支柱布置方案之后，需要通过有限元建模计算的方法对载货平台的强度以及变形量做进一步的评估，见图10。为避免参与总纵强度，以确保载货平台在船舶使用中的可靠性，并且不会因为变形对其他设备（如舱盖）产生碰撞影响，载货平台在每40英尺集装箱长度处间断，此间隙大小的设计也需要考虑有限元模拟得到的载货平台的变形情况加以权衡。

图8 舱盖横向限位器附近的布置

图9 舷梯附近的布置

图10 载货平台变形图

4 结语

舷侧载货平台是多用途船设计中非常常见，需要根据船东的要求来合理确定其具体型式。在详细设计过程中，除了考虑结构强度以外，还需要与各专业反复沟通协调，尽量为设备布置和结构施工预留足够的空间。