船體結(jié)構(gòu)損壞事故案例分析

趙耕賢，詹志鵠

（1.708研究所，上海 200011；2.中國船級社上海規(guī)范研究所，上海 200135）

0 前 言

進(jìn)入 21世紀(jì)以來，世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展給造船業(yè)帶來千載難逢的發(fā)展機(jī)遇，造船技術(shù)與設(shè)計(jì)手段得到了迅速地更新，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)得到了進(jìn)一步的提高，使新船型不斷涌現(xiàn)。當(dāng)前，在大力發(fā)展造船業(yè)的同時，要把提高產(chǎn)品質(zhì)量作為一項(xiàng)非常重要的工作。因?yàn)榇w結(jié)構(gòu)損壞事故時有發(fā)生，據(jù)統(tǒng)計(jì)：來自集裝箱船、散貨船、大型油船、RO/RO（滾裝船）以及海洋工程的船舶結(jié)構(gòu)損壞事故，大約分別為23%、31%、23%、15.4%、7.6%。對財(cái)產(chǎn)、生命、環(huán)境都將構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。從本文列出的一些結(jié)構(gòu)損壞的典型案例來看，并不是船體的整體強(qiáng)度出了問題，而是由于局部構(gòu)件的損壞，引發(fā)的事故，有的事故還是比較嚴(yán)重的。究其原因是有設(shè)計(jì)、建造、使用等多方面的問題。

1 典型案例與評述

1.1 集裝箱船

1.1.1 4100TEU（國際標(biāo)準(zhǔn)箱單位）集裝箱船

有6艘該型船在海上航行3個月以后，發(fā)現(xiàn)在第二貨艙的艙口圍板、甲板、內(nèi)殼縱艙壁發(fā)生裂縫，事故是首先從主甲板的焊縫處開始撕裂，進(jìn)而擴(kuò)展到上部的艙口圍板和下部的內(nèi)殼縱艙壁。其原因是：艙口圍板端部處理不當(dāng)。另外，主甲板焊縫位置不當(dāng)（剛好處于艙口圍板折角處，又恰恰是主甲板的高強(qiáng)度鋼與低碳鋼交界處），而且板厚過渡不合理所致。集裝箱腳平臺處也有多處裂縫。

1.1.2 5668TEU集裝箱船

在印度洋航行時，發(fā)現(xiàn)淡水艙無水?；氐礁劭诤?，發(fā)現(xiàn)：淡水艙的水，全部漏入集裝箱貨艙。內(nèi)殼縱艙壁兩根縱骨發(fā)生斷裂（圖1），縱艙壁上撕開一條1.2m長的裂縫。其原因是：高應(yīng)力部位縱骨的跨距過大，縱骨強(qiáng)度不足，導(dǎo)致縱艙壁板格失穩(wěn)所致。

圖1 Fr.50-68范圍內(nèi)的縱壁板上縱骨裂紋

1.1.3 500TEU集裝箱船

在海上航行約10年后，首部舷側(cè)外板（首樓甲板與上甲板之間）被海水長期沖擊后，產(chǎn)生孔洞，造成海水進(jìn)艙；內(nèi)部多根舷側(cè)肋骨發(fā)生扭曲；舷側(cè)縱桁斷裂；艙內(nèi)支柱及其支柱下肘板明顯失穩(wěn)（圖2）。其原因：未考慮海水沖擊壓力和上浪壓力，甲板與外板板架強(qiáng)度明顯不足所致。

圖2 500TEU集裝箱船損壞部位

1.2 散貨船

1.2.1 17.5萬t散貨船

雷達(dá)桅處發(fā)生劇烈振動。雷達(dá)桅的高度為12.5m，根部長為2.4m，開襠800mm，前面的圓弧半徑為400mm。其原因是：結(jié)構(gòu)加強(qiáng)未到位；而且加強(qiáng)材剛度不足（羅經(jīng)平臺的橫梁僅為L125mm×75mm×7mm，加強(qiáng)材僅為L250mm×90mm×12mm/15mm）。

1.2.2 超大型礦砂船

由VLCC（超大型油船）改裝為VLOC（超大型礦砂船），在海上做強(qiáng)度試驗(yàn)時（壓水才17 m），就發(fā)生爆炸聲。停車檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)殼縱艙壁有裂縫。設(shè)計(jì)人員認(rèn)為：內(nèi)殼縱艙壁與內(nèi)底之間的通斷沒處理好，續(xù)將內(nèi)底通過內(nèi)殼縱艙壁。重新試驗(yàn)時，反而在內(nèi)底板內(nèi)產(chǎn)生了裂縫。

1.2.3 70000dwt（載重噸）散貨船

運(yùn)營5年的船發(fā)現(xiàn)多艘船的槽型艙壁與下壁墩、底邊艙與內(nèi)底板的連接處產(chǎn)生裂縫，造成壓載水漏入貨艙（圖3），運(yùn)營5年的船發(fā)現(xiàn)舷側(cè)縱骨斷裂（圖4）。其原因是：縱骨剛度不足；焊縫疲勞所致。

圖3 70000dwt散貨船的損壞部位1

圖4 70000dwt散貨船的損壞部位2

1.3 油船

1.3.1 159000dwt油船

在海上航行過程中，發(fā)現(xiàn)海水進(jìn)艙。進(jìn)塢檢查：底縱骨端部撕裂，后擴(kuò)展到船底外板的撕裂（圖5）。其原因是：底縱骨端部處理不當(dāng)。159000dwt油船（2004年交船，投入運(yùn)營才3個月）內(nèi)殼縱骨在內(nèi)殼折角處焊縫開裂（圖6）。營運(yùn)5年后，在2009年發(fā)現(xiàn)艙壁水平桁的趾端裂紋（圖7）。

圖5 159000dwt油船底縱骨及外底板撕裂

圖6 159000dwt油船內(nèi)殼縱骨在內(nèi)殼折角處焊縫開裂

1.3.2 110000dwt油船

船廠在進(jìn)行船艙密性試驗(yàn)時，造成甲板開裂（圖8）。試驗(yàn)操作程序有誤。

1.3.3 49000dwt油船

圖7 159000dwt油船艙壁水平桁趾端裂紋

圖8 110000dwt油船損壞部位

交船后第2個航次，壓載艙油氣報(bào)警。發(fā)現(xiàn)：內(nèi)底板上產(chǎn)生400mm裂縫。裂縫起始于靠近槽型艙壁下壁墩肋板處，呈 45°方向向后擴(kuò)展，到原吊耳下加強(qiáng)肘板處終止（圖9），造成30t成品油漏入底部壓載水艙。其原因是：底部分段合攏時，吊耳位置安裝錯位，內(nèi)底板內(nèi)積聚新的剪力，在外力作用下釋放所致。

圖9 49000dwt油船損壞部位

1.4 RO/RO船

1.4.1 4950車RO/RO船

車輛甲板主甲板上的橫向防歪斜加強(qiáng)結(jié)構(gòu)處下肘板產(chǎn)生裂縫（圖 10）。其原因是：橫向防歪斜加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的肘板抗剪剛度不足所致。

圖10 4950車RO/RO船加強(qiáng)結(jié)構(gòu)下肘板裂縫

2 建 議

限于篇幅，本文對船舶被撞壞和海洋工程中的損壞事故未作介紹，如6000車RO/RO船靠尾跳板的右側(cè)殼板及部分尾跳板在江內(nèi)被撞壞；也有在靠碼頭時擦傷船底板、單點(diǎn)YOKE系統(tǒng)損壞、輸油管爆裂、撞在沉船上等。

從上述事故分析處理中，提出如下建議：

1)加強(qiáng)建造過程中的質(zhì)量管理，應(yīng)該有序地進(jìn)行，特別是重要部位的焊接及其焊縫檢查。

2)理解并掌握船級社規(guī)范的要求，謹(jǐn)慎處理結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。

3)有限元技術(shù)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的強(qiáng)有力的工具，但仍有進(jìn)一步完善與發(fā)展的空間。

4)如何將有限元分析結(jié)果，有效地應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品，尚應(yīng)融入專家們的寶貴設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

5)加強(qiáng)船級社的審圖工作，特別是駐廠人員的現(xiàn)場驗(yàn)收。

3 致 謝

本文中的案例，完全得益于國內(nèi)一些航運(yùn)公司與船級社之邀，在此一并表示感謝。