德國某大型集裝箱箱船hansaflensberg號船體布置

1德國:聚4.3m的集裝箱船圖31118噸箱“漢薩拉特”號是由德國leonhardt.buveriegei-shp管理集團在德國建造的四艘箱式箱式船舶的第一艘。這是一艘單槳、單舵、方艉、球鼻首、球尾、可調(diào)槳式首側(cè)推、高度自動化、高技術(shù)尾機型集裝箱船。該船總長175.00m,垂線間長165.00m,船寬27.40m,型深14.30m,設(shè)計吃水/結(jié)構(gòu)吃水9.50/10.905m,載重量15500/23993t,18037GT,10239NT,航速18.50kn,續(xù)航力13500nmile,定員29人。入德國勞氏船級社,船級符號:100A5E1WcontainershipNAV.OSOLASⅡ-2Rg54MCEAUT。該船船體采用雙殼,雙層底結(jié)構(gòu)。由箱型結(jié)構(gòu)水密橫隔艙壁分成5個貨艙。甲板上設(shè)置12.2m(40ft)集裝箱8個單排貨位艙口。貨艙內(nèi)設(shè)立固定導軌架,貨艙間設(shè)置40tSWL甲板克令吊兩臺。2種雙管網(wǎng)法的水下行為測量該船在濱江船廠長280m×寬33m,坡度為1∶20的NO.1船臺上建造。船臺滑道末端的零點水位為黃海零點標高的-0.80m,最高水位可達4.40m,相當于該船臺滑道末端絕對水位4.40m-(-0.8m)=5.20m,此時1∶20坡度的滑道將有104m的浸水區(qū)域。為了保證船體尾部建造及其軸系、舵系鏜孔安裝工作區(qū)域不受浸水影響,將船體盡量布置在船臺上端。此時船首離滑道上端僅為4.35m,見圖1。船舶縱向下水,船臺滑道一般采用布置兩根縱向滑道,而滑道中心間距,從有關(guān)資料介紹為25～40%船寬,或1/3船寬。該廠的NO.1、NO.2船臺滑道中心距分別為7.0m和8.0m,目前建造船寬27.4m的1718TEU集裝箱船,此中心距與船寬之比分別為λ1=7/27.4=25.5%和λ2=8/27.4=29.2%,屬于通常比率的下限。但是,由于該集裝箱船因快速性要求特別瘦削,船底平直部分與滑道處接觸吻合長度僅占船長的56%左右,大部分船底不能與滑道上墊木接觸吻合,因此,船舶下水布置不得不將首尾瘦削船底擱在鋼結(jié)構(gòu)的下水橫梁上。按照我國獨創(chuàng)的無首支架先進縱向下水工藝,往往不設(shè)首部下水橫梁,滑板亦盡量向尾端移,使船底線型與滑板上墊木接觸吻合。若滑道首端船底局部線型上翹較大,則首墊木就用300×300mm木方做成簡易的木支撐,見圖2。若首部設(shè)置下水橫梁,一方面下水時船未滑動前瞬間的靜止狀態(tài)下水橫梁承受著船首懸臂部分集中質(zhì)量載荷引起的彎曲應(yīng)力。另一方面當船舶一旦尾浮,其反力逐漸分布在滑板首端10～20%區(qū)域內(nèi),還承受尾浮時前支點反力引起的壓力。通常下水橫梁中部設(shè)計成高700mm的抗彎、抗壓箱體結(jié)構(gòu)。船舶下水時,只有將下水橫梁必經(jīng)之路的滑程內(nèi),兩根滑道中間所有的活絡(luò)楞木及時拆離搬走,才能無阻礙地讓下水橫梁順利、安全通過。萬一下水橫梁遭到尚未撤離現(xiàn)場的楞木阻礙,則會發(fā)生不可避免的重大事故。因而,不設(shè)置首部下水橫梁就可避免上述繁重而有事故風險的這類船臺作業(yè)。但特別瘦削的首尾部線型,如軍艦,高速船等,首尾部滑板上的墊木根本無法接觸船體底部線型,那只得將首尾瘦削的船體擱在少量的下水橫梁上。根據(jù)某廠歷年來采用既無首支架,又無首下水橫梁縱向下水各種類型船舶懸伸系數(shù),滑板系數(shù)資料匯總見表1。懸伸系數(shù)ε1、前支點到船首的距離S與船長Lpp之比,一般小于25%。ε1=S/Lpp<25%滑板系數(shù)ε2,滑板長度L1與船長Lpp之比,一般約在70%左右。ε2=L1/Lpp～70%參照表1,為了確保船舶安全可靠如期下水,必須進行詳細、周密的理論計算,其中前支點位置的確立是計算中重要步驟之一。3管系區(qū)域質(zhì)量信息該船機艙內(nèi)大型機電設(shè)備、主輔機、軸系、螺旋槳、柴油發(fā)電機組、應(yīng)急發(fā)電機、熱油鍋爐、空壓機、油水分離機等均進艙預裝、預埋。機艙底層管系泵閥預裝率達30～40%,分段管系預裝率達70～80%。舾裝設(shè)備、錨泊、系泊、舵系、人孔蓋、小艙口蓋、扶梯、欄桿、前桅、雷達桅、甲板克令吊等預裝。由于要求得比較精確的下水前空船質(zhì)量,了解其真實的浮態(tài),并需將船舶調(diào)整到良好的下水縱傾狀態(tài),因此必須進行質(zhì)量匯總,數(shù)理統(tǒng)計。求出該船下水狀態(tài)的質(zhì)量及其重心位置。見表2和表3。下水質(zhì)量Δ2=7451.79t,重心縱向位置xg2=-11.01m,按靜水力曲線求得此時浮態(tài)首吃水,TF=1.07m,舯吃水Tm=3.35m,尾吃水TA=5.67m,縱傾值t=-4.6m。4前支點的支撐自從我國獨創(chuàng)無首支架下水工藝問世之后,淘汰了笨重、絞鏈式強結(jié)構(gòu)首支架。但在傳統(tǒng)的縱向下水計算中,仍將船體視為剛性體,以求得滑道反力。船舶一旦尾浮,假設(shè)船首底部有一支點支撐已尾浮的船體,直至全浮,這一支點稱為前支點。前支點位置泛指首端滑板上第1塊墊木或者第1根下水橫梁。前支點位置往往要落在船底強結(jié)構(gòu)處,如橫隔艙壁,半橫隔艙壁,實肋板上。由于貨船首防撞艙壁通常布置在首前端,前支點不可能布置在首防撞艙壁處,因此,前支點位置都往往落在實肋板強結(jié)構(gòu)處。根據(jù)該船的下水狀態(tài)、船體首部結(jié)構(gòu),前支點選擇在F180、F186、F194三點實肋板強結(jié)構(gòu)處,然后進行舍取。此時相應(yīng)的懸伸系數(shù)ε1及滑板系數(shù)ε2,見表4。5浮心距前支點距離同步滑程分析如上所述,當船舶下水狀態(tài)已確定,則該船的下水質(zhì)量和重心位置均為常數(shù),按上述F180、F186、F194肋位前支點位置,重心相對前支點的距離隨之不同,該船下水質(zhì)量載荷對前支點的重力矩值見表5。其中:下水質(zhì)量Δ2=7451.79t,Δ2g=73.03·103KN重心距船舯距離xg2=-11.01m首滑落機中心線F115+260距舯F113+510距離n=1.35m首滑落機中心線F115+260距滑道末端E距離c=-186.4m一旦打開滑落機,船舶失去約束就沿著1∶20坡度的滑道向水下的滑道末端滑去。當船尾接觸水面,隨著滑程不斷增加,水阻力增大,下滑速度減緩。但浮力卻不斷增加,同時浮力對前支點浮力矩亦不斷增大。在傳統(tǒng)的縱向下水計算中,當浮力矩與重力矩相等時,船舶就產(chǎn)生尾浮。此時,船舶下水質(zhì)量載荷與浮力的差值就是前支點受到的最大滑道反力。假設(shè)滑道末端潮位Tn=3.4m為計算基點,船舶在不同的尾吃水下可得出相應(yīng)的滑程xi。雖然同一艘船前支點設(shè)置位置有所不同,但是在下水過程中,當尾部浸水,相同的尾吃水,則對應(yīng)著相同的滑程,得到相同的浮力。但浮心距前支點卻對應(yīng)著不同距離而引起不同的浮力距,參見表6和圖3。其中XW浮心距尾垂線A.P距離。由圖3可知,下水曲線圖得出尾浮時,尾吃水TA=7.23m,滑程x=197.m,滑道反力R=7.03103KN,浮力?g=66.0103KN,全浮時,滑程x2=228.6m。綜上所述,當重心G距前支點距離增大或減小時,浮心距前支點距離亦產(chǎn)生了同步變化。從上述計算和下水曲線得出如下結(jié)論:同一艘船前支點設(shè)置位置不同,船舶下滑滑程相同,對尾浮發(fā)生遲早,尾吃水和前支點滑道反力影響不大。6fps的校核由于選用線型瘦削的F194肋位,其剖面承受載荷的能力遠比F180、F186肋位小得多,因此F194肋位視為最危險的剖面,需校核其強度。如上所述,前支點設(shè)置在F194肋位處,其首部懸伸長度達S=26.09m,懸伸系數(shù)ε1=S/Lpp=15.8%?，F(xiàn)采用靜態(tài)和動態(tài)校核該處強度。6.1負荷分布和確定6.1.1分段懸臂質(zhì)量載荷下水時,支承船體的所有楞木已全部拆離,船舶完全落在滑板上,見圖4,其分段質(zhì)量見表7、8。假設(shè)局部懸臂分段質(zhì)量在F180-150～F198-150分段長度l1=14.04m內(nèi)均布。分段懸臂長度F194～F198-150l2=2.97m內(nèi)懸臂質(zhì)量W3:W3=l2/l1·W2=67.39t懸臂分段總質(zhì)量:W=W1+W3=461.81t其質(zhì)量載荷:Wg=4.53·103KN假設(shè)整個船體為擱在滑板尾首支承點F16、F194上的簡支梁,由懸臂分段質(zhì)量載荷引起的彎曲力矩見圖5。其中,滑板支點RB、RA(F16-F194)長度:l2=136.76m懸臂長度:S=26.09m均布載荷:q=Wg/s=173.4KN/m前支點RA(F194)受到最大的彎曲力矩:Mmax=q·S2/2=59.04·103KN-m6.1.2無首支架縱向水下反力傳統(tǒng)的下水計算,通常假定船體為剛性體。一旦船舶下水,尾浮時其質(zhì)量載荷與浮力差值就是前支點滑道反力。根據(jù)無首支架縱向下水,反力分布約在10～20%首端滑板范圍內(nèi)。若取132m長滑板的10%,相當于首端兩塊6m長滑板,共12m。這兩塊滑板承受前支點滑道反力R=7.03·103KN,此時,視為剛性體的船體質(zhì)量載荷已包含了懸臂分段的質(zhì)量載荷,故不必再考慮靜態(tài)載荷中的彎曲力矩。6.2剖面模數(shù)、截面積見圖6,剖面模數(shù)計算,見表9。假定中和軸距離:l1=12hb=12303.6=1518cml1=12hb=12303.6=1518cm雙層底高度:hb=303.6cm實際移軸距離:l2=16.1cm實際中和軸距離:l3=l1+l2=167.9cmF194肋位剖面模數(shù):Wwin=I?F1l22l3=305.46?103cm3Wwin=Ι-F1l22l3=305.46?103cm3其中截面積F1=3273cm;慣性距I=52135.84·103cm4。6.3李氏家族6.3.1應(yīng)力1.2min22223.20.3n/mm2由瞬時質(zhì)量靜態(tài)載荷作用在船體簡支梁上,形成懸臂均布載荷在前支點AF194肋位產(chǎn)生最大的彎曲力距Mmax。此時,引起的彎曲應(yīng)力σ1=MmaxWmin=193.3N/mm2σ1=ΜmaxWmin=193.3Ν/mm2許用應(yīng)力[σ]=0.9σs=212N/mm2其中,鋼材屈服點σs=235N/mm2實際上,該處承受的彎曲力矩不僅僅是雙層底剖面,還須考慮包括舷側(cè)骨架至上甲板整個橫剖面的剖面模數(shù)。由于需考慮局部強度,故將雙層底剖面分離出來單獨校核,載荷又是全部滑道反力,因此是偏安全的。6.3.2無首支架獨立滑動的滑動由于傳統(tǒng)觀念,長期以來習慣地將船體視為剛性體,一旦尾浮,就片面地認為在前支點承受滑道反力,并全部作用在首支架,為避免船體結(jié)構(gòu)和船臺滑道、滑板遭受破壞,對前支架的要求很高。根據(jù)我國獨創(chuàng)的無首支架縱向下水理論,船體擱在滑板墊木上,或者因線型瘦削采用下水橫梁。在下水過程中,船體視為彈性體,自由擱在幾個分別具有不同剛度的彈性支座上。一旦尾浮,除尾部一些支座可能隨著滑板滑出滑道末端外,首部船體在一定長度范圍內(nèi)仍有多個支座支承,不必再保守地認為此時船臺滑道的總反力僅作用首滑板墊木或首下水橫梁上,實際上是作用在靠艏部的一些滑板墊木或下水橫梁支座上。由于下水過程中船體處于中垂撓曲變形狀態(tài),因此,首部懸臂質(zhì)量載荷引起的前支點彎曲應(yīng)力大有改善。如上所述,無首支架縱向下水滑道反力分布在10～20%滑板長度范圍內(nèi),現(xiàn)取10%,132m滑板長度。在兩塊6m長滑板內(nèi),布置4根下水橫梁,按有關(guān)資料測試,其反力初步估計瞬間分布約為2∶2∶1∶1。。首下水橫梁:R1=26R=2.34?103KNR1=26R=2.34?103ΚΝ其中,滑道反力:R=7.03·103KNF194肋位雙層底截面積:F1=327.3cm2其實肋板截面積:F2=364.3cm2總截面積:F=F1+F2=3637.3cm2切應(yīng)力:τ1=R1/F=6.44N/mm2許用切應(yīng)力:[τ]=12[σ]=106N/mm2[τ]=12[σ]=106Ν/mm2[τ]>τ1每根下水橫梁可承受集中載荷:P=2.45·103KNP>R1滑板長度:l1=126m(選最短滑板長度)滑板靜壓強:P1=Δ2g/2l3b1=241.5KN/m2滑板動壓強:P2=R1/2l3b1=244.1KN/m2其中,兩塊滑板長度:l3=12m滑板寬度:b1=1.2m滑板許用靜態(tài)、動態(tài)壓強:[P1]=490KN/m2[P2]=784KN/m2P1<[P1]P2<[P2]綜上所述,前支點F194最危險剖面的彎曲應(yīng)力、切應(yīng)力均小于許用應(yīng)力。下水橫梁,滑板的強度均在安全范圍內(nèi)。況且,船底與下水橫梁接觸面積較大,滑道反力為瞬時值,因而不會損壞船體結(jié)構(gòu)、下水橫梁、滑板和滑道。7潮位表現(xiàn)的影響在船舶縱向下水計算中,先求出最低下水潮位,以控制船舶在船臺末端區(qū)域內(nèi)順利完成從尾浮到全浮的過程。一般來說,船舶下水之所以要確定最低潮位是避免過分低的潮位下,尚未尾浮而重心早已滑出滑道末端,質(zhì)量載荷對滑道末端重力矩已超過浮力對滑道末端浮力矩,致使船舶發(fā)生以滑道末端為支點的仰傾事故。或者船舶雖已尾浮,但尚未全浮,且船舶繼續(xù)下滑,前支點很可能滑出滑道末端而造成首跌落,不可避免地發(fā)生事故。因而,潮位高低的選取對船舶下水影響甚大。計算結(jié)果表明,從尾浮至全浮的滑程:x1=31.6m下水全滑程:x2=x+x1=228.6m同一艘船,不同位置的前支點,相應(yīng)于各種滑道末端潮高、滑程在滑道上的位置見表10。尾浮時,前支點距滑道末端Ex3=d-xm全浮時,前支點距滑道末端Ex4=d-x2m尾浮時,重心G距滑道末端Ex5=x3-lm由表10可知,全浮時,要求