船坞内尾底部半船起浮计算

金攀峰

（扬州大洋造船有限公司，扬州 225107）

1 引言

船坞是船厂重要且有限的资源，为了充分利用船坞，船厂会采取各种措施来尽量缩短坞期，半船起浮就是其中一种主要手段。半船起浮是指船体在坞内搭载到仅形成尾半船或首半船后，为配合其它船下水出坞而进行起浮原地落墩或移位落墩的一种工艺措施。半船起浮在浮力和强度方面与整船有很大区别，起浮过程中存在着纵倾过大、稳性不足和强度不足的风险，因此在起浮方案制定时就需要对半船起浮进行计算，以确保安全起浮。本文结合我司建造的CROWN63系列散货船采用的一种尾底部半船起浮形式，介绍利用总体性能计算软件NAPA及BV Mars Rule进行半船起浮浮态计算和强度计算。

2 船尾底半船船体起浮概况

半船船体为沿船长方向从船尾至FR180+200，总长143.17 m。与常规半船不同，本半船高度方向在机舱区仅至B平台(距基线～8.75 m)，货舱区仅至底边舱斜板上口，如图1所示。

图1 尾底半船船体

3 半船重量估算

半船重量重心估算的准确性直接影响到半船起浮浮态计算的准确性，尤其是在半船较短的情况下，半船重量重心在船长方向上的细微偏差都会对半船浮态造成较大影响。因此半船重量重心应按专业、种类直接从Tribon模型中抽取，以保证结果的可靠。需要说明的是，为了在后续计算中准确获取半船在起浮时的剪力和弯矩结果，每一项的重量都应按照实际半船的重量分布来统计，不应把所有的结构重量放在一起统计，如会引起重量分布变化的舱壁重量应该单独列出统计。

4 船尾底半船起浮浮态计算

为了得到准确的尾底半船起浮浮态，确保半船安全起浮，采用NAPA软件对半船浮态进行三维仿真计算。

（1）浮力体HALFHULL定义：浮力体HALFHULL应根据实际船体产生浮力的情况在NAPA的DEF子系统中进行定义，可由整船通过边界限制及加、减其它舱室或边界限制获得。半船前端在FR180+200，2号底压载舱在此处敞开向后至#153水密舱壁处。位于双层底船中处的管弄一直通向机舱，并且管弄中预装了部分控制阀和电气设备，因此需要将管弄在半船前端用封板封闭，以确保安全。据此，HALFHULL在NAPA中的定义如下：

（2）半船总布置表定义：在Table Editor中新建总布置表ARR*HHF，并将半船内的各个舱室添加到ARR*HHF；

（3）空船重量定义：在Table Editor中新建空船重量要素表ELE*HHF，并按照半船重量重心统计表输入各项重量，然后用by elements的方式定义空船重量HHF；

（4）创建起浮工况并输出结果：半船起浮浮态的计算方式与整船的装载工况配置相似。在LD子系统下，先对装载的参数在ARGS下进行配置，关键参数HULL设置为HALFHULL、ARRV设置为HHF、LIGV设置为HHF、RHO根据起浮水域的实际密度确定，这里设定为1 t/m3、STLIM参数不指定（原因见后述）、其余参数按常规设置。然后新建起浮工况HHF并设定不加任何压载重量并输出结果，输出结果应包含空船重量、浮态、相关稳性衡准、实际剪力弯矩等输出量。

应当注意上述NAPA输出半船起浮工况结果中的吃水及纵倾仍然是位于整船首尾垂线处。一般来说，为了满足船舶后续搭载工作的要求，以及确保完整的船体基线符合公差要求，对半船起浮后落墩二次定位有着较为严格的要求。为了更便于精确控制半船落墩时的位置，半船纵倾越小越有利于定位，根据多次实船的验证，通常将半船的纵倾目标值控制在0.5%半船船长以内。根据计算结果，尾吃水1.354 m、首吃水1.204 m换算到半船首端为1.239 m，因此理论的半船起浮纵倾为-0.115 m、横倾为0°，且半船经修正的初稳性高GM为57.23 m ＞ 规范要求的0.15 m，因此认为半船的浮态及稳性在起浮时是满足要求的，不需要加任何的压载水或固体压载。

5 船尾底半船起浮纵向强度计算

正常情况下，NAPA可以根据实际的重量分布和浮态计算得出沿船体纵向不同位置剖面的剪力和弯矩值，并根据设定的许用强度限制曲线给出实际剪力和弯矩值占许用强度限制曲线的百分比，以此判断船体纵向强度是否足够。但是，此半船由于横剖面在垂向不完整和船长不完整，船长各位置实际的许用剪力和弯矩必定小于整船的剪力和弯矩，因此不能在输出结果中直接使用完整横剖面的HAR强度限制曲线，如在输出结果时将STLIM设定为HAR会导致对纵向强度的判断错误。因此，对于船体纵向强度需要根据半船的实际剖面单独进行核算。该项计算在BV MARS Rule中结合CSR规范的相关要求进行。由于是在坞内，故不考虑波浪弯矩和剪力，最终纵向强度计算结果见表1。

表1 尾底半船起浮纵向强度计算

除了核算半船纵向强度，同时也对半船起浮的应力分布和变形情况利用Patran软件进行了简化的有限元分析计算。半船模型范围取三舱段模型，高度范围到基线6.58 m，载荷施加结构自重和外壳1.279 m水压力，边界条件取模型两端固定。分析结果见图2。

图2 尾底半船船体有限元简化分析结果

根据上述计算结果，船尾底半船起浮纵向强度和变形均满足要求。

6 结语

经实际观测，船尾底半船坞内实船起浮纵倾约-0.5 m ＜ 0.5%半船船长；尾吃水约1.6 m、半船首端吃水约1.1 m，起浮过程中稳性及船体纵向强度正常，船体变形在弹性范围内，半船安全成功起浮并二次准确定位，现场情况与理论计算基本吻合。由纵向强度结果可以看出，实际剪力相对许用剪力非常小，因此不加压载的坞内起浮类似情况可以不考虑剪力的影响。

坞内船尾底半船起浮的成功应用，为该船后续的坞内建造工作创造了有利的条件，且基于坞内船尾底半船起浮形式衍生出的各类型的半船起浮工艺在公司的生产过程中发挥了较大作用，不仅高效的利用了船坞资源，而且平衡了船坞搭载的劳动力资源，缩短了造船周期。