多用途船舷側(cè)單立柱型載貨平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

周 亮楊駿騁

（1.宜昌市港航管理局，湖北宜昌443000；2.上海船舶研究設(shè)計院，上海201203）

0 前言

傳統(tǒng)多用途船貨艙區(qū)域主甲板以上的舷側(cè)空間一般只設(shè)計裝載集裝箱，因此僅設(shè)置一根根獨立分散的集裝箱支柱。為了方便裝卸大件貨物，提高甲板載貨面積，現(xiàn)今已有不少多用途船在這部分舷側(cè)空間設(shè)置縱向載貨平臺或者立柱型載貨縱梁。該載貨平臺的上表面與主甲板艙蓋齊平，當(dāng)主甲板艙蓋合上以后，載貨平臺與艙蓋一起形成一個全船寬的縱向全通平臺。該設(shè)計使多用途船的貨物裝載布置形式更豐富和多樣。

1 載貨平臺的種類

目前多用途船舷側(cè)載貨平臺主要有以下4種：

1.1 全封閉型載貨平臺

圖1 全封閉型

平臺與船體外板和艙口圍連為一體，提高了型深，見圖1。在船體強框肋位處設(shè)置強肋骨支撐平臺的型式結(jié)構(gòu)簡單，可以承受較大的設(shè)計載荷。由于多用途船貨艙一般為大開口類型，所以增加的封閉載貨平臺結(jié)構(gòu)不僅提高了船體梁的水平和垂向慣性矩，還增強了橫剖面的扭轉(zhuǎn)慣性矩，有利于控制船體橫向和扭轉(zhuǎn)變形。由于平臺參與船體總縱強度，平臺的相關(guān)縱向構(gòu)件尺寸會相應(yīng)增加，而艙口圍腹板和面板等構(gòu)件尺寸可以減小，導(dǎo)致船體結(jié)構(gòu)質(zhì)量變化，所以需要重新評估。平臺與艙口圍的連接焊縫屬于高應(yīng)力區(qū)，如果焊縫質(zhì)量控制不好，在運營中容易出現(xiàn)裂紋。由于常規(guī)多用途船都配備了重吊，所以如何處理全封閉型式的平臺結(jié)構(gòu)與吊機基座連接之后出現(xiàn)的疲勞問題是一個重點和難點。另外，封閉空間給舷側(cè)的系泊和舷梯布置也帶來不少困難。

1.2 雙立柱型式載貨平臺

由2根立柱支撐一層平臺，整個結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，設(shè)計簡單，可以承受較大的設(shè)計載荷，見圖2。但是這種結(jié)構(gòu)有2根立柱，結(jié)構(gòu)臃腫，造成本來就不富余的舷側(cè)橫向空間更加狹窄，縱向通道難以保證，因此這種形式的載貨平臺設(shè)計只適合較大型的多用途船。

圖2 雙立柱型

1.3 單立柱型式的載貨平臺

通過單根立柱和懸臂大肘板支撐平臺結(jié)構(gòu)，見圖3。與雙立柱型式載貨平臺相比，由于是懸臂結(jié)構(gòu)，在運營中變形較大，難以承載較高的設(shè)計載荷，也容易出現(xiàn)振動問題。但這種結(jié)構(gòu)型式簡單，施工方便，占用舷側(cè)空間較少，在中小型多用途船中較為常見。

圖3 單立柱型

1.4 立柱型載貨縱梁

由1根縱向強梁將舷側(cè)集裝箱立柱連為一體的結(jié)構(gòu)，見圖4。這種結(jié)構(gòu)型式簡單，但是載貨面積很小，只能作為裝載大件的綁扎平臺。

圖4 立柱型載貨縱梁

本文以某小型多用途船的載貨平臺為例，著重介紹單立柱型載貨平臺的布置特點及設(shè)計方法。

2 單立柱型載貨平臺的布置特點

多用途船的舷側(cè)載貨平臺上一般設(shè)置有集裝箱箱腳和綁扎眼環(huán)，可裝大件貨物也可裝載集裝箱，平臺立柱兼做集裝箱立柱，故立柱一般都設(shè)置在箱腳附近。箱腳的布置型式一般有埋入式和立式兩種。針對布置立式箱腳的載貨平臺，在其箱腳位置處，平臺需要做成下凹式，以保證箱腳的上表面與平臺上表面等高。載貨平臺一般都以均布載荷為設(shè)計依據(jù)，均布載荷與相鄰主甲板艙蓋的設(shè)計載荷相同。載貨平臺靠舷側(cè)一邊設(shè)置有可拆式防護欄桿，一般在40英尺（1英尺=0.3048 m）集裝箱端部位置設(shè)置有從主甲板上達平臺的直梯通道口。單立柱型平臺的重載區(qū)域一般還會在箱腳立柱中間增設(shè)1根立柱，以控制平臺的垂向和橫向變形。

載貨平臺一般設(shè)計成縱向非連續(xù)型，不計入總縱強度計算，即每40英尺集裝箱長度間斷，留一定的間隙。平臺在縱橫兩個方向的間隙大小均要合理，既要防止人員跌落，又要留足縱橫向變形余量。此外，由于艙蓋側(cè)板可能會增設(shè)百葉窗作為貨艙通風(fēng)，平臺的設(shè)計也要保證百葉窗的使用不受布置影響。

3 單立柱型載貨平臺設(shè)計

根據(jù)設(shè)計要求，該船載貨平臺的寬度需達到最大船寬，平臺上表面需與主甲板艙蓋上表面齊平，載貨平臺與艙蓋在貨艙區(qū)域整體構(gòu)成一個縱向全通甲板。

由于埋入式箱腳在露天甲板容易積水，船東選用立式箱角，因此載貨平臺在箱角位置必須設(shè)計成下凹式，以保證箱腳不突出于平臺。下凹式設(shè)計有兩種，一種是局部下凹（見圖5）；一種是橫向整體下凹（見圖6）。其中，局部下凹雖然有利于貨物裝載，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工困難，因此該船型選用橫向整體下凹設(shè)計。

圖5 局部下凹型式

圖6 橫向整體下凹型式

載貨平臺的設(shè)計載荷要與相鄰主甲板艙蓋等同，即貨艙首尾區(qū)域設(shè)計均布載荷為4 t/m2，在貨艙中間（2臺吊機聯(lián)吊區(qū)域）的設(shè)計均布載荷為8 t/m2。該船載貨平臺僅在輕載區(qū)域（4 t/m2）的集裝箱箱腳位置設(shè)置封閉的“口”字型立柱，重載區(qū)域（8 t/m2）除箱腳位置設(shè)置“口”字型立柱以外，在箱腳中間位置增設(shè)1根“工”字型支柱，以控制載貨平臺的變形并減少額外的重量增加。詳細設(shè)計見圖7。

圖7 載貨平臺設(shè)計圖

載貨平臺一般采用縱骨架式，平臺板厚和縱骨參考各規(guī)范對載貨甲板的要求取值，立柱根據(jù)各規(guī)范對于集裝箱系固設(shè)備的支撐構(gòu)件進行校核。載荷包括集裝箱箱腳位置的集中力、平臺的設(shè)計均布力以及上浪載荷，并考慮各個方向的運動加速度。由于整個平臺是懸臂結(jié)構(gòu)，在滿足規(guī)范要求許用應(yīng)力的前提下，還需控制平臺自由邊的變形，評估船舶在運動時的振動情況。

該船貨艙開口寬度很大，邊艙較窄，主甲板艙蓋在貨艙中間區(qū)域的均布載荷為8 t/m2，橫搖工況時，艙蓋橫向限位器的橫向力接近10000 kN。為滿足支撐強度，限位器加強肘板根部在橫向擴大一擋縱骨間距，并且在縱向連續(xù)設(shè)置3至4個大肘板，所有支撐大肘板的面板連為一體，見圖8。由于艙口圍在艙蓋橫向限位器下的肘板的增大，立柱和肘板的布置需要仔細核對協(xié)調(diào)，確保縱向通道的寬度得到滿足。

該船的舷梯布置在船中集裝箱立柱之間，舷梯和艙口圍大肘板的布置，使得“工”字型支柱無法增設(shè)，否則舷側(cè)將沒有縱向通道空間，見圖9。平臺縱向跨距較長，為4.5 m左右。為控制變形，把此處扁鋼縱骨局部改為縱向“T”型縱桁。

該船貨艙主甲板艙蓋在兩舷設(shè)置有一定數(shù)量的通風(fēng)百葉窗。由于有平臺結(jié)構(gòu)的阻礙，百葉窗并不能完全打開，影響了通風(fēng)面積，因此百葉窗區(qū)域的平臺結(jié)構(gòu)或者艙蓋需要特殊設(shè)計，以保證百葉窗的打開和操作空間。

確定了載貨平臺的設(shè)計方案與支柱布置方案之后，需要通過有限元建模計算的方法對載貨平臺的強度以及變形量做進一步的評估，見圖10。為避免參與總縱強度，以確保載貨平臺在船舶使用中的可靠性，并且不會因為變形對其他設(shè)備（如艙蓋）產(chǎn)生碰撞影響，載貨平臺在每40英尺集裝箱長度處間斷，此間隙大小的設(shè)計也需要考慮有限元模擬得到的載貨平臺的變形情況加以權(quán)衡。

圖8 艙蓋橫向限位器附近的布置

圖9 舷梯附近的布置

圖10 載貨平臺變形圖

4 結(jié)語

舷側(cè)載貨平臺是多用途船設(shè)計中非常常見，需要根據(jù)船東的要求來合理確定其具體型式。在詳細設(shè)計過程中，除了考慮結(jié)構(gòu)強度以外，還需要與各專業(yè)反復(fù)溝通協(xié)調(diào)，盡量為設(shè)備布置和結(jié)構(gòu)施工預(yù)留足夠的空間。