土木工程结构设计中的问题及对策研究.doc
孙磊++梁崇栋
[摘 要]为保障船舶安全稳定航行，在船舶主体结构设计时需要满足应力、变形、动力特性、稳定性、使用性和可可靠性等相关要求，同时也要结合实际工程特点，建立有效的结构优化方案，从而满足船舶安全、稳定及经济运行的需求。文章探讨了船舶结构设计的相关问题及对策。
[关键词]船舶；主体结构；设计
中图分类号：U661.43 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0372-01
引言
在对船体结构进行设计时，为了寻求适当的构建尺寸，保证船体结构能够满足稳定性、强度、刚度和工艺性的要求，必需严格按照相关的规范要求，在分析船舶力学性能、使用性能和工艺性能的基础上进行优化设计。
一、船体结构设计中应处理的问题
船体的结构强度是以一定质量与型式的建造材料为基础。它保证船体的结构具有足够的强度、刚度及稳定性，是设计者應首先考虑的问题。否则就有可能出现船体结构的变形、破坏，影响其使用寿命，甚至发生危及船舶及人命、财产安全的事故。但是，若构件尺寸过大，强度过剩，又会造成材料浪费、成本加大，造成船舶自重增加。有时甚至对局部强度产生不利影响。可见，这又是矛盾的。长宽比小，稳性要求高，总纵强度要求小。我们在设计时，在满足船级社要求的前提下，尽量减少纵向构件尺寸，局部作加强。我们考虑到每航次作业时间较长，又是多用途，必须有足够的舱容积。一般舱室多，舱小，施工工艺难度大，必须充分地考虑结构工艺性要求，最大限度地扩大分段建造范围。同时考虑减少立体分段，合理布置焊缝，尽量选择自动焊与二氧化碳气体保护焊，以减少焊接变形及焊缝总量，改善施工条件，避免在封闭狭小的环境下施工。尽量简化结构，使船舶结构型式与构件连接方式能兼顾建造施工及船舶的维修和保养。
结构的布置与尺寸应与轮机、电气等紧密配合。舱室结构要有适当合理的净高，机舱的结构则要求不应妨碍机器设备的安装及日后船员操作、维修、使用及便利。
二、船舶主船体结构设计的若干问题及对策
2.1 船底骨架
（1）肋板腹板高度与厚度之比。规范规定实肋板腹板高度与厚度之比，对单底船应不大于75，对双底船应不大于100。这是从保证实肋板腹板局部稳定性而规定的，不能忽视。如此值超过规定，会因实肋板腹板局部失稳而引起结构破坏。解决办法一是加大腹板厚度，二是在实肋板腹板上设置垂直加强筋。
（2）内龙骨修正系数K。实肋板剖面模数规范计算式中内龙骨修正系数K值大小，与船体结构型式、舷侧肋骨制型式及舱底平面长度以及内龙骨根数有关。因此，取K值前应先弄清船体结构是横骨架式还是纵骨架式；舷侧结构是主肋骨制还是交替肋骨制；舱内龙骨数量及舱长，以便正确计算K值。
（3）实肋板跨距l。对单壳舱口船：一般可取船宽B，这样取值安全又方便；如有型线图，比较正确的取值方法是取实肋板所在舱内肋板高度的水线宽，但因实肋板高度未确定，此值较难量取。对甲板船（含半舱船）：取纵桁架（纵舱壁）之间或纵桁架（纵舱壁）与舷侧之间的距离中的大值。但要注意，当纵桁架（含纵舱壁）为3道时，l应不小于B/3；当为4道及以上时，l应不小于B/4。
（4）机舱内船底骨架。机舱内船底骨架有特殊要求：1）船底骨架应采用“T”型组合型材，不应采用折边材。2）实肋板腹板厚度应比货舱实肋板腹板增厚1mm，面板的剖面积应增加1倍。3）机舱内内龙骨的面板和腹板应不小于机舱内实肋板的尺寸。4）横骨架式单底机舱应在每个肋位设置实肋板，纵骨架式实肋板间距应不大于1.25m。机舱内船底骨架应单独计算：先按货舱外实肋板剖面模数计算式计算出所需剖面模数，再在此基础上，将腹板厚度增加1mm，面板剖面积增加1倍，最后决定机舱实肋板尺寸和内龙骨剖面尺寸。
（5）双壳船双层底实肋板。当双壳船双层底高度较小而必须采用塞焊工艺时，实肋板上缘应设面板，即应采用“T”型材，不能采用折边材，且面板厚度应不小于实肋板腹板厚度的1.25倍，宽度应不小于80mm。且应注意实肋板腹板厚度应不小于船底板厚度。
2.2 甲板骨架
（1）横梁跨距l。一船应取甲板纵桁（纵舱壁）间或舷侧与甲板纵桁间距离中的大值，但不管何种情况，l值不能小于2m。
（2）甲板纵桁。1）跨距l：一般取相邻两横舱壁之间距离，但应注意甲板跨距中如有支柱等传递集中载荷时，应用计算法确定甲板纵桁剖面尺寸，不宜简单地用舱壁至支柱或支柱间距离的大值来作为l。2）支承面积平均宽度b：应取甲板纵桁间距或舷侧与甲板纵桁距离的1/2+甲板纵桁间距的1/2中的大值。
2.3 舱壁
（1）平面水密舱壁板。平面水密舱壁板有防撞舱壁、干货舱壁及深舱舱壁之分。因此，应先分清各舱壁的性质，以正确选取K、c值，计算所需板厚。深舱是指双层底以外的压载舱、水舱及燃油舱等。因此，凡这些舱室的两端壁均应视为深舱舱壁。同时，还应注意，双壳船及单舷长大开口船货舱前后横舱壁板的厚度，要在相应舱壁计算值的基础上再增加0.5mm。1）舱壁板高度h一般可按下式计算：h=甲板边线高+梁拱；如为深舱：h=甲板边线高+梁拱+0.5m，但不管任何情况均应不小于2m。2）系数K、c按舱壁的性质选取。3）扶强材间距s应取整个舱壁中各扶强材间距中的最大值。
（2）扶强材。舱壁扶强材一般应竖向布置，且其允许最大间距对防撞舱壁和深舱舱壁为650mm，干货舱壁为750mm。大于此规定时，舱壁板厚度、扶强材所需剖面模数应用直接计算法，不能用规范公式。现在个体户造船中常发现仅有垂直桁而无扶强材，往往间距大于上述规定，应在垂直桁间增设扶强材。1）间距s应取整个舱壁中各扶强材间距中最大者。2）计算水柱高度h：防撞舱壁、干货舱壁，取舱壁板高度的1/2，且应不小于2m。深舱舱壁取1/2舱壁板高度+0.5m，且应不小于2m。3）跨距l：无水平桁时，取舱壁高度值；有水平桁时，取扶强材端部至桁材或桁材之间距离中的大值，应注意扶强材端部至桁材的距离有两个，一个是船底至桁材，还有一个是甲板至桁材，这两个距离中亦应取大者。4）系数K：应先确定扶强材两端的固定情况及舱壁的性质，以正确选取K值。
（3）垂直桁。1）系数K：系数K选取只要分清舱壁的性质即可。2）支撑宽度b：b值应取垂直桁间距中点或垂直桁间距中点与舷边（或纵舱壁）间距中点的距离中的大者。3）计算水柱高度h：取垂直桁中点至干舷甲板上方（深舱舱壁加0.5m）的垂直距离；对双壳船、单舷长大开口船货舱前后横舱壁应为垂直桁中点量至干舷甲板上方1m的距离。根据规范，分几种情况分述取值方法：a.仅有一层甲板。对防撞舱壁、干货舱壁：h=[舱壁高-底桁材（或内龙骨）高-甲板纵桁高]/2+甲板纵桁高。对深舱舱壁：h=[舱壁高-底桁材（或内龙骨）高-甲板纵桁高]/2+甲板纵桁高+0.5m；对双壳船、单舷长大开口船的货舱前后横舱壁：h=[舱壁高-底桁材（或内龙骨）高-甲板纵桁高]/2+甲板纵桁高+1.0m。b.有二层甲板。我们将上一层甲板称为主甲板（强力甲板），下一层甲板称为平台甲板。
三、结束语
船舶主体结构设计是一个不断完善的过程，随着计算机信息技术的快速发展，建立在计算机分析和模拟基础上的结构设计取得了良好的成果。在具体设计过程中，要充分考虑到现代船舶设计所面临的挑战，不断探索船舶设计的新思路、新技术和新方法，提高船舶结构的安全性和科学性，从而全面提升船舶设计水准。
参考文献
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[2] 时光志.工程船舶参数化设计与结构分析[D].武汉理工大学，2008.endprint
