船舶載重線設(shè)計問題研究

謝立榮， 謝國軍

(上海外高橋造船有限公司， 上海 200137)

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船舶載重線設(shè)計問題研究

謝立榮， 謝國軍

(上海外高橋造船有限公司， 上海 200137)

摘要從理論和實踐兩個方面對國際載重線在設(shè)計過程中容易出現(xiàn)的設(shè)計差錯及其相應(yīng)的對策進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，希望能對廣大船舶設(shè)計人員和管理人員有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞船舶載重線ICLL干舷

1前言

載重線是船舶最大的允許吃水線，是船舶安全的保險線，轟動全球的韓國“歲月號”事件再次敲響了船舶安全的警鐘，遵守載重線的相關(guān)規(guī)定顯得更加重要。

船舶載重線的確定是一項系統(tǒng)化工作，它對強(qiáng)度、線型、穩(wěn)性、上層建筑及機(jī)艙棚出入口的門檻高度、通風(fēng)筒及空氣管的高度，以及它們的關(guān)閉設(shè)施是否符合要求，甲板排水口的面積，以及舷墻、欄桿、安全通道等是否合理合規(guī)都有具體的要求。如果從船舶設(shè)計的各個專業(yè)角度分析，更是每個專業(yè)都牽涉其中。本文針對設(shè)計過程中筆者遇到的有關(guān)載重線的設(shè)計問題進(jìn)行總結(jié)和討論，對極易引起混淆的概念也將一并進(jìn)行澄清。

2核定載重線采用的船長

根據(jù) ICLL第5條規(guī)定，載重線標(biāo)志圓圈的中心應(yīng)該位于船長(L)的中心處，簡潔，易理解。然而一艘船，它的長度有多長，看起來是個很簡單的問題，然而在各種技術(shù)資料里，定義得卻異常復(fù)雜，有垂線間船長、分艙船長、規(guī)范船長、登記船長、干舷船長等，雖然復(fù)雜，但各有用處。

核定載重線時采用的船長(L)按如下定義，但在實際使用中極易與站線上垂線間長混淆。

根據(jù)ICLL 第3條規(guī)定，船舶長度(L)是量自龍骨板上邊的最小型深(D) 85%處水線總長的 96%，或沿該水線從首柱前邊至舵桿中心的長度，取大者。然而，首柱輪廓線在最小型深 85%處水線上方有凹入的，則總長的最前端應(yīng)選在該水線上方輪廓線最后一點在此水線上的垂直投影點，如圖1所示。

3艏部舷墻問題

通常新船型設(shè)計初期，會綜合考慮船舶性能、主船體線型和結(jié)構(gòu)以及動力配置等，不會考慮到次要結(jié)構(gòu)，諸如舷墻。如忽視這個次要原因同樣會增加設(shè)計上的麻煩。筆者遇到過幾起典型的實船案例，考慮了艏部最小高度、儲備浮力以及完成了基本結(jié)構(gòu)，但次要結(jié)構(gòu)舷墻沒有考慮，艏部結(jié)構(gòu)最前端已做到了船舶總長LOA的限制，往往與球艏最前端處于同一垂直面上。

按照ICLL 25的相關(guān)規(guī)定，從船員保護(hù)角度要求，如果設(shè)置舷墻，則舷墻高度至少離開甲板 1 m。如果按照艏部外飄線型順勢外延，假設(shè)外飄角度70°左右，舷墻高度1 100 mm，則船舶總長LOA超長400 mm。解決方案如下。

方案一：采用豎直舷墻，舷墻與甲板邊線或艏樓甲板邊線采用折角線焊接形式。

方案二：重新設(shè)計和評估艏部線型的外飄角度，包含舷墻，同時符合船舶總長。

方案一的優(yōu)點是保持原有設(shè)計，已經(jīng)完成的設(shè)計工作不返工；缺點是，不美觀，不易于觀錨，同樣也不是國際海船的主流趨勢。方案二，優(yōu)缺點與方案一相反。對于最終方案的選擇，一是要看該問題發(fā)現(xiàn)的時機(jī)是早還是晚，二是要分析修改艏部線型后對相關(guān)尺寸及計算結(jié)果的影響。

4甲板線的劃定

ICLL第4條規(guī)定，甲板線上邊緣一般應(yīng)經(jīng)過干舷甲板上表面向外延伸與船殼外表面的交點。筆者遇到以下三種情形不能完全按照以上要求劃定甲板線，而只能以參考另一固定點劃定(如圖2所示)。

情形一：甲板邊板伸出舷頂列板；

情形二：舷頂列板帶護(hù)舷材；

情形三：甲板邊板與舷頂列板圓弧過渡(一般半徑R<4%型深D)。

圖2　甲板線示意圖

甲板線參考點的定位將在國際載重線證書上標(biāo)寫清楚。存在的問題是，以上三種情形不同于一般情況的舷頂列板伸出甲板邊板的情況，一旦出現(xiàn)，極易忽視相關(guān)細(xì)節(jié)，等送審?fù)陥D紙，CLASS順利敲章后，現(xiàn)場施工才暴露問題。此時恰巧于船舶建造大節(jié)點出塢的當(dāng)口，任何圖紙引起施工延誤或返工的問題都會引起相關(guān)方面的不愉快，且相關(guān)圖紙需要再次送審，以及審圖備案，重新發(fā)放干舷勘定，處理時間會非常倉促。

5勘劃基準(zhǔn)相關(guān)問題的討論及設(shè)計對策

ICLL第5條規(guī)定，夏季干舷應(yīng)該從甲板線上邊緣垂直向下量取，如圖3所示。

圖3　載重線示意圖

事實上，由于船舶建造誤差的存在，主尺度完工測量表有以下三種情形。

情形一：干舷甲板兩舷型深不一；

情形二：實測型深大于理論型深；

情形三：實測型深小于理論型深。

分析：針對情形一，從保證足夠儲備浮力角度考慮，應(yīng)該選取較低型深的一舷從甲板線的上邊緣向下量取核定干舷，而實測型深較大的一舷應(yīng)該量取核定干舷再加上兩舷型深的差值。不能夠選取型深大的作為基準(zhǔn)，亦不能夠取平均數(shù)作為基準(zhǔn)。

針對情形二，如實測型深較大，則主管機(jī)關(guān)審批發(fā)放的核定干舷在理論干舷的基礎(chǔ)上相應(yīng)加大。

針對情形三，又會出現(xiàn)兩種情況：

(1) 原理論干舷包含的富余量足夠消化建造的負(fù)誤差；

(2) 原理論干舷包含的富余量不能消化建造的負(fù)誤差。

針對情形三(1)，經(jīng)過與主管機(jī)關(guān)溝通協(xié)商，核定的干舷可以比理論干舷小，但必須大于規(guī)范要求的最小干舷。

針對情形三(2)，載重線必須相應(yīng)下移，引起的載重量減少是不得不面臨的問題。因此，理論干舷必須包含富余量，且富余量應(yīng)該大于等于建造負(fù)誤差，按照中國造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，最大負(fù)誤差值等于D /1 000。而當(dāng)今的大型造船企業(yè)采用補(bǔ)償量的施工設(shè)計和精度造船，出現(xiàn)D /1 000的負(fù)誤差概率應(yīng)該為0。因此考慮建造成本，理論干舷包含的富余量不宜超過D /1 000，由此筆者建議，理論干舷包含的富余量為D /1 000。

6雙載重線和多載重線的問題

隨著航運(yùn)船舶大型化趨勢愈演愈烈，為了適應(yīng)航道和港口的噸位限制、吃水限制以及能夠盡量節(jié)省各項費(fèi)稅，大噸位船舶向主管機(jī)關(guān)申請雙載重線或多載重線越來越成為解決營運(yùn)實務(wù)的必要條件。

從船舶設(shè)計和施工角度來講，雙載重線和多載重線可以分為以下兩類：

第一類：基于吃水的載重線；

第二類：基于載重噸的載重線。

第一類比較簡單，完全可以在塢內(nèi)做到施工和報驗結(jié)束；第二類只能等到傾斜/稱重實驗完成后，方能施工。

值得討論的一個問題是，ICLL第6條規(guī)定，如對船舶所核定的干舷比最小干舷為大，其載重線是勘劃在相當(dāng)于或低于根據(jù)本議定書所核定的最低季節(jié)性最小干舷載重線位置，則僅需勘劃淡水載重線。

由該條規(guī)定推算，目前主流180 K～200 K的CAPASIZE如果營運(yùn)在熱帶淡水區(qū)域，淡水載重線F和熱帶淡水載重線TF之間相差D/48，船舶載重噸位將會損失近5 000 t。對于該項規(guī)定，筆者將繼續(xù)跟蹤，期望ICLL修正的時候能對該問題有所澄清。

7結(jié)束語

凡事預(yù)則立，不預(yù)則廢。本文討論的相關(guān)注意事項如果在船舶設(shè)計初期能夠得到應(yīng)有的重視、分析和落實，相應(yīng)的設(shè)計和施工將會更加順利。

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關(guān)于平衡梁的約束問題，有些工程師在做分析時會把平衡梁與滑靴的接觸面定義成面的全約束，這樣平衡梁中間段的應(yīng)力值會略小于上述結(jié)果， 但計算應(yīng)力的最大值會出現(xiàn)在約束面的邊緣，靠近平衡梁中心一側(cè)，加約束后其實相當(dāng)于鋼性約束，不符合實際。一般情況下，會在平衡梁與滑靴之間墊木塊，以避免鋼性接觸帶來的應(yīng)力集中，在實際的工程設(shè)計過程中也需避免鋼性約束的出現(xiàn)。因此本文采用的約束符合實際情況，也偏安全。

綜上所述，只要對有限元的約束和載荷考慮適當(dāng)，網(wǎng)格劃分得當(dāng)，有限元計算的結(jié)果還是非?？尚诺模瑢τ谀承┯脗鹘y(tǒng)方式進(jìn)行強(qiáng)度計算的困難問題，用有限元就變得非常簡單和直觀了，值得我們?nèi)パ芯亢屯茝V。

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Research on Design Issue of Ship Load Line

XIE Li-rong, XIE Guo-jun

(Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding Co., Ltd., Shanghai 200137, China)

AbstractThis article elaborates the possible design issues and the countermeasures of ship load line in design process from two aspects, which are the theory and the practice. The results provides a reference for ship designers and managers.

KeywordsShipLoad lineICLLFreeboard

中圖分類號U672

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

作者簡介：謝立榮(1973-)，男，高級工程師。