某半潜驳甲板载荷结构分析

汪 峥，崔晓敏

（1.上海交通大学，上海 200240；2.中交第三航务工程局有限公司，上海 200032）

0 引 言

半潜驳是一种特殊的工程船舶，具有较大的开敞露天载货甲板，艏部和艉部有较高的上层建筑及浮箱，在装卸货物过程中呈半潜状态。半潜驳的工作原理为：通过调整自身压载水，将载货甲板潜入水中，以便将所要承运的货物从指定的位置浮至载货甲板上，并运送到指定的位置。

主甲板作为半潜驳承载货物的工作区域，设定其承载载荷条件对其结构设计而言至关重要[1-2]。半潜驳在设计之初的要求主要是可装运并沉浮与水工建筑工程相关的大型混凝土沉箱或大型钢结构设备等；在设计过程中增加了在特殊情况下还可装载特种装备的需求。本文主要针对装载特种装备这一新要求，对某半潜驳的甲板载荷情况进行分析，并将其与原有甲板的设计载荷相对比，对甲板载荷结构进行计算和优化分析[3-5]。

1 半潜驳概况

该半潜驳为6000吨级半潜驳，箱型船体，四角塔楼，圆弧舭部，单底单甲板钢质焊接结构。该半潜驳建成之后主要用于装运和沉浮与水工建筑工程相关的大型混凝土沉箱或大型钢结构设备及安装作业等。根据工作的性质和特征，该半潜驳的设计满足远海满载拖航、沿海下潜作业的要求。该半潜驳主要技术参数见表1。

2 甲板载荷计算分析

2.1 装载沉箱条件下甲板载荷

该半潜驳主要装载的沉箱规格尺寸见表2。

表2 半潜驳主要装载的沉箱规格尺寸

按照提供的沉箱重量及外形尺寸，半潜驳沉箱行走区的设计甲板载荷为30t/m2，非行走区的设计甲板载荷为10t/m2。

2.2 在装载特种装备条件下甲板载荷计算

2.2.1 特种装备主要参数

所装载特种装备的尺寸为27120mm×3200mm×3900mm，重75t，6轴12轮，最大轴重16.75t，轮印面积为0.1m2，轮距2.2m。特种装备外形图见图1。

图1 特种装备外形图

2.2.2 甲板载荷计算

由于特种装备是靠轮印作用在半潜驳甲板上的，因此可将特种装备对半潜驳甲板的压力简化为轮印对甲板的作用力。特种设备有3对车轴轴距为1.7m，既有可能存在2个车轮同时作用在1个板格内的情况，也有可能存在1个轮子作用在1个板格内的情况，因此甲板纵骨受力模型可简化为以下2个。

1) 当2个轮印作用在1个板格内时，甲板纵骨受力模型见图2。

2) 当2个轮印不同时作用在1个板格内时，甲板纵骨受力模型见图3。

图2 甲板纵骨受力模型1

图3 甲板纵骨受力模型2

甲板纵骨许用应力甲板纵骨的最小剖面模数

(1) 当2个轮印作用在1个板格内时，P为车轮对甲板的集中负荷，特种装备的最大轴重为16.75t，车轮最大集中负荷为8.375t，但1根纵骨上会同时作用2个集中负荷。

弯矩M满足

经计算，甲板纵骨的最小剖面模数为

(2) 当 2个轮印不同时作用在 1个板格内时，P为车轮对甲板的集中负荷，特种装备的最大轴重为16.75t，车轮最大集中负荷为8.375t。

弯矩M满足

经计算，甲板纵骨的最小剖面模数为

假设甲板载荷为PD，由计算得到甲板载荷为

式(5)中：P=98100N；s=0.6m；l=1.8m；[σ]=104N/mm2；g=9.81m/s2，h为甲板计算压头。

承载轮式装备的甲板最小厚度为

式(6)中：P为轮印上荷重。

特种装备为6轴，其中有3对轴距为1.7m，2个轮子可能同时处于1个板格内，故需将2个轮印视为1个轮印，则轮印的长宽比，故在实际计算中取轮印长0.447 m，轮印长宽比轮印上荷重实际为2个轮子承载的重量，故

若轮印长宽比

根据所需甲板厚度换算出甲板载荷。假设甲板载荷为PD，甲板最小厚度的计算式为

式(7)中：g=9.81m/s2；s=0.6m。

由式(7)计算得到甲板载荷为

对比式(6)和式(8)可得半潜驳主甲板在承载特种装备时，甲板载荷≥21.64t/m2。另外，在设计甲板载荷时将该半潜驳甲板载荷安全系数取为1.15，故实际甲板载荷≥21.66t/m2×1.15=24.886 t/m2，为方便实际操作和计算，取值25t/m2。

2.3 甲板载荷分析

综合半潜驳在装载沉箱等大型构件和装载特种装备2种设计条件下其甲板载荷的情况可知，甲板沉箱行走区的甲板载荷设计为30t/m2满足2种装载情况，而非行走区的10t/m2甲板载荷需提高为25t/m2。最终的甲板设计载荷分布图见图4。

图4 甲板设计载荷分布图

3 甲板基本结构图

该半潜驳主甲板设计为纵骨架式结构，纵骨间距为0.6m，每隔4档或5档纵骨间距设纵桁。沉箱行走区设计甲板厚度为22mm，非行走区设计甲板厚度为18mm。主甲板基本结构图见图5。

图5 主甲板基本结构图

甲板纵骨规格分布为：HP260×10(DL01～DL11，DL03P, DL04S, DL06，DL08 除外)，⊥12×300/14×150(DL13～DL18)，HP260×10（DL19～DL20），HP240×10（DL21～DL30，DL21，DL26 除外）。甲板纵桁规格分布为：⊥12×600/14×200(DL03S, DL04P, DL06, DL08, DL12)，⊥12×600/14×200(DL21, DL26)。

4 结 语

本文通过对某半潜驳在沉箱装载和特种装备装载2种工况下的载荷进行计算分析，对半潜驳甲板承载载荷和结构进行优化设计，不仅可保证该半潜驳的使用性能，而且能减轻其整体结构重量，降低建造成本，提高经济效益。

【 参 考 文 献 】

[1] 陈华尹.浅谈18000t半潜船结构设计特点和解决的问题[J].广船科技，2003 (2): 17-19.

[2] 温卫军.半潜驳出运沉箱工艺介绍[J].水运工程，2004 (11): 52-55.

[3] 中国船级社.钢质海船入级与建造规范[M].北京：人民交通出版社，2011.

[4] 顾敏童.船舶设计原理[M].上海：上海交通大学出版社，2001.

[5] 中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册[M].北京：国防工业出版社，2013.