大型集装箱船船体结构设计制造分析

张宇潇

【摘  要】集装箱船属于布置型船舶，因箱位数大而取得明显的经济效益。目前10000 TEU以上的超大型集装箱船也已在国外开发成功。这种发展趋势完全是适应世界航运界的迫切需求。通过近几年的技术改造和技术进步，过去认为集装箱船大型化的障碍———装卸吊桥的跨距及主机功率已基本解决。船舶结构设计技术、制造工艺和材料选用问题已具备必要的技术储备。这样，为大型集装箱船的发展提供了广阔的前景。

【关键词】大型集装箱船船体结构;设计制造;

当下，大型集装箱船船体结构设计制造不完善的问题依然没有得到完全解除，以致船体在长期运行中出现结构变形等质量问题，影响船运效率的同时，威胁船员生命财产安全性，故此，给予大型集装箱船船体结构设计制造一定重视，并加强对新技术、新材料与新工艺的应用力度是极为必要的。

一、大型集装箱船设计特点分析

1.货舱开口相对较大。为不断提升货舱中集装箱安装数目，甲板开口/船宽电压通常>80%，部分甚至达到了93.2%。但是船舷的纵向甲板条狭窄化的问题依然没有得到有效解除，以导致船体总强度问题偏低的现实问题长期没有得到处理。

2.航速相对较高。相关资料记载，大型集装箱船的航速通常>24 海里，采用相对较大的航速实现增强水动力对船体作用效果的目标。尤其是首部结构，应对局部强度仔细校对与核实。与此同时，大功率主机可诱导激振力的生成，此时大型集装箱船在设计与制造环节中对防振设计提出更加苛刻的规定。

3.对稳定系数提出更高的要求。大型集装箱船和普通货船存在显著差异性，其在满载航行过程中，为符合船只航行稳定性相关规范，通常需要装大量压载水。

4.舱口变形量相对较大。宽度与狭窄的甲板为纵向条，以致船体刚性明显被弱化，以致舱口变形量相应增加，进而影响船只航行的安稳性，故此，后续在对结构在船体结构、舱口盖及绑扎桥的设计与制造过程中，需充分分析舱口大变形量对航速与安稳性产生的影响。但是因为大型集装箱船甲板开口直径相对较大，以致舱口盖的跨距远远大于常规船。又因为舱口盖在船只运行过程中，会承载相对较长的集装箱载荷与船舶运动载荷，以致舱口盖设计难度同步增加。

二、大型集装箱船船体结构设计研究

1.结构布置。为确保大型集装箱船的总纵强度，在设计制造过程中通常应用处于舷侧的抗扭箱、连贯性优良的舱口纵向围板以及双壳舷侧结构。采用纵骨架将双壳的上、下端有效衔接。机舱和上层建筑物通常被布设在船中偏后的方位。在对机舱结构设计与制造期间，通常会应用数目相对较多的骨架，由此可见舱口围板和纵舱壁等纵向光顺发展过程，在提升整体设计制造质量方面体现出巨大价值。大型集装箱船的横舱壁多被细化为水密舱壁与结构舱壁两种类型，前者具备增强船体强度的功能，通常被作为导轨的支撑物。当下，国内航运领域应用的大型集装箱船在制造期间多安设了挡浪板，其具备维护甲板上集装箱运行安稳性的作用。因为方形系数相对较小，两侧船型呈现出尖瘦表象。为使舱中能够布设更多数目的集装箱，需搭建一定数目的平台，同时也要确保各平台与周边结构衔接的紧固性。

2.总纵强度因为货舱开口直径极大，故此大型集装箱船结构在设计与制造迫切需解除的难题之一就是总纵强度。大型集装箱船抗扭箱上端板厚度相对较大，一般是50～60mm，钢级应用屈服限达到了355N/mm2，局部上升至390N/mm，成为高强度钢。在对甲板、纵舱壁上列板、舱口围板及舷顶抗扭箱内的纵骨（扁钢）设计过程中，听高畅采用统一厚度的甲板。计算横剖面时，通常应用的中剖面模数要略高于规范要求值，进而确保船体在垂向弯矩、水平弯矩及扭矩整体施加下的强度。结合相关资料，通常要给出5%的余量，但是上述数据在实践中并不是一成不變的，需结合应力计算结果对其适用性进行考量。在中部0.55L（L 是甲板开口长度）开口范畴中，剖面模数值和相关规范做出的要求可有5%的增加幅度，于开口前后端增加8～10%。在船头外飘现象显著、船舶的波浪弯矩有一定增加幅度情况下，就需要求适度增加船体剖面模数值。对于巴拿马型集装箱船而言，船体在设计制造过程中，宽度受到一定管束，为迎合运行安全性的最低标准，规定其处于装载状态下注入一定量的压载水。集装箱船方形系数相对较小，拱静水弯矩数值高得却让人惊叹不已。在船体内双层底中储有附加压载水的情况下，设计的静水弯矩显著减小。而对于超巴拿马型集装箱船而言，因为在对宽度设计过程中，没有硬性标准的约束，故此其在装载状态下附加压载水无需过多，静水弯矩数值相应增加，总纵强度问题更加明显。

3.箱形梁设计。上部横向箱形梁的作用对象以舱内及甲板上集装箱为主，其能促使以上两大结果在船只航行过程中对甲板产生的应力处于特定范畴中，进而实现降低口变形量的目标。与此同时，横向箱形梁的刚度还能够对舱壁垂向扶强材上端做出支撑，对横舱壁形体的改变做出有效管控。上述形体的改变伴随着船只体积的增加，矛盾性不断呈现出来，尤其是对于9000 TEU 以上的船只，导轨和绑扎过程中遇到的难度是极大的。下端的纵向箱形梁具备提升双层底和双壳结构衔接刚性的功能，并发挥提升船体抗扭刚度的作用，进而达到对扭转应力大小以及舱口变形量的有效控制。对于大型集装箱船而言，纵向箱形梁通常采用集装箱高度，其端部和横舱壁下凳紧凑衔接。

三、大型集装箱船结构制造探讨

在船厂设施固定的情况下，要想提高单船利润，必须加快造船周期，提高设施利用率。对于大型集装箱船，因其尖瘦的线型和复杂的结构给制造提出了新要求。缩短坞期是制造的首要问题。为此应对船体结构制造进行充分策划，利用计算机模拟技术，对分段划分和制造进行分析。随着时间的推移，内底板和双层底结构内均会产生结构裂纹，此时需及时刨除裂纹，若裂纹处于关键结构或支撑性结构中，此时需对板材实施换新措施。对全船的大量分段进行焊接设计。对坞内总段吊装进行优化，减少吊装时间。大力推行分段阶段的预舾装和预涂装。大型集装箱船的压载舱空间狭小，首尾过渡区域很多部位仅有1m宽，分段翻身后将很难进入施工，而且危险性极大。为此需要花大力气对壳舾涂一体化进行设计。大型集装箱船对船坞快速搭载也提出了挑战。由于槽形舱壁是一个独立区域，且不受线型影响，所以可将双层底和舱壁作为两个独立的总段先行制造，最后将舷侧分段靠上后总组。对关键对准连接节点进行监控。大型集装箱船与油船和散货船相比，高应力区多而复杂横剖面和舱壁需要重点监控的区域。大型集装箱船另一个突出问题就是关键疲劳节点的施工质量问题。典型的如舱口围板的前端终止点、纵向舱口围板开孔等。在对大型集装箱船集装箱箱脚加强设计中，可选用复板来作为的加强板认为复板的应用，促使集装箱箱脚作用在平台板上的最大垂向应力分布情况便得到有效改善。

在社会经济不断发展以及科学技术日新月异的时代中，大型集装箱船组间成为热门船型，其在我国海运经济发展中做出的贡献是不可忽视的。本文对大型集装箱船船体结构设计制造进行分析，希望与同行一起分享实践经验，共同优化大型集装箱船船体结构设计制造质量，助力于我国船舶行业的可持续发展进程。

参考文献：

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[2]王晓安.10000TEU 集装箱船船体建造质量控制分析[J].世界海运，2018，37（7）：17-20.

[3]胡光，林一，刘亚冲，等.大型集装箱船上层建筑整体振动的分析方法[J].船舶与海洋工程，2017（3）：15-20.

（作者单位：扬州中远海运重工有限公司）