张维栗，梅晓君

（上海德瑞斯华海船用设备有限公司，上海 200093）

大型集装箱船舱盖布置适应性研究

张维栗，梅晓君

（上海德瑞斯华海船用设备有限公司，上海 200093）

随着国际航运市场的发展，大型集装箱船不断涌现。文章拟通过分析大型集装箱船的船体变形，研究如何对舱盖板进行合理分块，协调布置舱口盖相关装置，以充分满足航行过程中舱口盖适应船体结构大开口变形的问题。

大型集装箱船；舱盖；适应性

0 引言

随着国际航运市场的发展，集装箱船以便捷、快速、定点等特点跻身世界主要三大主流船型。近几年，大型集装箱、超大型集装箱船更是不断涌现，逐渐成为集装箱运输集团的主力船型。大型集装箱船通常采用大开口货舱型式，舷边纵向甲板条狭窄，舷侧结构受舷外静水、波浪载荷以及货物载荷等作用易产生变形。因而航行过程中舱口围变形很大，需充分考虑航行中舱口盖和舱口围之间的相对位移。在极端恶劣海况下，舱盖板在大量集装箱货物载荷时，必须既能安全限位在原固定位置，又不能影响舱口围各点位置可能产生的相对位移和变形。

1 舱口围结构大开口变形的分析

随着大型、超大型集装箱船主尺度的不断增加，主甲板开口在航行过程中的变形值也不断增大。从舱盖设计角度出发，舱盖的布置主要受制于水平方向的变形，垂直方向的变形由于数值较小，对舱盖的影响不大。因此文中将重点讨论水平方向的开口变形值对舱盖板的设计布置产生的影响。

1.1 横舱壁变形值ΔX和纵舱壁变形值ΔY

横舱壁变形值X（图1）指的是，船体变形时横舱壁沿着船长方向上的变形，一般在船体中心线处变形值最大，会造成货舱开口大小在纵向方向上的局部变化。

纵舱壁变形值Y（图2）指的是，船体变形时纵舱壁沿着船宽方向上的变形，一般在货舱中心线处变形值最大，会造成货舱开口大小在横向方向上的局部变化。

为进行定量分析，可以参照DNV规范中对于货舱开口水平方向变形值限制的指导性建议：舱口围的弯曲变形值＝Lc/1000，Lc为侧部或端部的舱口围板长度。

图1 横舱壁变形值ΔX

图2 纵舱壁变形值ΔY

1.2 纵向舱口围面板变形值ΔL

舱口围面板纵向变形值（图3），指的是纵向舱口围面板在船长方向上的变形，会造成整个货舱在纵向方向上开口大小的变化。一般认为主要是由船体航行过程中的中拱、中垂引起的。由于大型、超大型集装箱船甲板结构开口大，舱口围板一般均做连续设计，用以参与总纵强度。从梁截面模型考虑，舱口围顶部的面板应力水平往往很高。

图3 纵舱壁变形值Y

根据材料弹性阶段内的拉压虎克定律：σ=E·ε，即变形ε=σ/E。将船级社允许的材料弯曲设计许用应力代入计算，取折减系数0.9。对于大型、超大型集装箱船，舱口围面板材料通常选用EH36以上级别，纵向舱口围开口一般为12.6m左右，故中拱中垂引起的变形值L一般约为±15mm以上。

1.3 由于船体结构扭转变形导致的开口翘曲值ΔU

前面分析的集装箱船在水平方向上的开口变形值，都是建立在原开口框架结构角点位置基本不变的前提下。然而，根据船体有限元模型的分析计算，当船体结构受斜浪或不对称波浪载荷时，会发生一定幅度的扭转变形。而大型集装箱船货舱开口的宽长比很大，船体的扭转变形会导致货舱开口在平面内产生较大的翘曲，此时开口形状已不再是原来的矩形形状，一般呈类似S形的曲线状（图4）。对于大型集装箱船来说，翘曲直可以达到200～400mm。这个值对于舱盖设计有很大的影响，具体请见下文。

图4 开口翘曲值ΔU

2 舱口盖相对舱口围滑移的问题

2.1 舱盖板分块的研究

在整个货舱开口范围内，理论上可以采取单块盖板分块型式和多块盖板分块型式。

采用单块盖板的吊离式盖板型式非常少见。其主要优点在于可以有效减少全船舱盖板的结构总重量。缺点是盖板的起吊重量很重，对码头或船体设备有比较高的要求。另外考虑到航行过程中船体结构的变形，当水平面内发生翘曲变形ΔU时，两舷侧的限位块会随着舱口围变形而产生船长方向相互错位，导致整块盖板以一定角度偏转。由于盖板尺寸较大，在开口角隅附近盖板相对舱口围的横向滑移量会比较大，从而一定程度上影响盖板的风雨密性能；同时，靠近侧部横向方向的滑移也会影响舷侧绑扎的安全性。

对于大型、超大型集装箱船而言，长度方向开口尺寸一般在12.6m左右，宽度方向开口随船宽尺寸变化。典型舱的盖板分块数一般为3～4块，偶尔也有分更多块的特殊情况。舱盖板的分离接缝一般为纵向布置，从货舱开口一端至另一端。在对造船市场资料进行一定的调查收集后，可以具体分为以下几种情况，具体请见如下表格。

2.2 限位装置的初步布置

不论何种分块型式的舱盖，在航行过程中均不参与船体总强度。水平方向由纵、横向限位装置限位在舱口围上，垂直方向由支承装置将盖板上的载荷传递到舱口围上。盖板整体框架相对于舱口围开口而言是刚性的。因此，当船体舱口围结构开口发生水平各方向的变形以及扭转翘曲时，舱口盖的结构框架可以认为在水平面内是相对刚性无变形的，随着船体限位装置在平面内移动。所以限位装置的布置对于舱口盖相对舱口围滑移的影响至关重要。

在一个货舱开口上，盖板的位置可以分为两种：中间盖板和舷侧盖板。中间盖板由艏艉两端的舱口围结构约束（限位、支承），舷侧盖板则由艏艉端和舷侧位置处的舱口围三边约束。

对于侧部盖板，如果在舷侧一边设置纵向限位装置，考虑到船体结构开口变形ΔU，在端部不能再设置纵向限位装置，否则会导致盖板局部结构的破坏。但此时集装箱载荷引起的弯矩，会使得盖板处于不定状态。具体如图5所示。

图5 舱盖受力图

而若在舷侧一边设置横向限位装置，则在某一端部也需设置横向限位，否则无法抵消集装箱载荷引起的弯矩。故可在端部各设纵、横向限位（图6）。

由于要承受船体总纵强度，对于大型、超大型集装箱船舷侧舱口围面板的应力很高，对局部加强结构的过渡要求很严。同时，考虑到舷侧位置横向限位和端部纵向限位之间的翘曲变形ΔU，即舷侧横向限位在船长方向上的滑移量很大，磨损较快，一般可以将上面的布置做一定调整。将侧部的横向限位装置移至端部，形成一端纵、横双向限位，一端横向限位的布置（图7）。

图6 舱盖受力图

图7 舱盖受力图

对于由艏艉两端约束的中间盖板，若仅在一端设置纵、横向限位器，虽然在坐标轴方向的水平力可由限位器承受，但盖板上集装箱载荷形成的力矩却无法抵消，盖板处在不定状态，所以一般也建议将限位装置设在两端。其中一端为横、纵双向限位，另一端为横向限位。这样布置，在航行过程中即可以将相对刚性的盖板“固定”在开口上，又可以将盖板上的集装箱载荷通过限位装置传递到船体舱口围结构上。

2.3 限位装置的优化布置

舱盖板限位装置的布置，除了上节中提到的对于大体位置的考虑外，还可以进一步分析限位器具体横向位置对盖板适应舱口围变形的影响。

舱盖板的风雨密是通过盖板上设置的密封橡胶条压紧在舱口围的不锈钢板上实现的。在航行过程中，盖板相对于舱口围做往复滑移的运动，此时密封胶条将在不锈钢压紧板上来回滑移。显而易见，如果滑移量较大，对橡皮的寿命影响很大，从而影响舱盖板的风雨密性能。同时大滑移量也要求不锈钢压紧板的尺寸相应加大，从而增加制造成本。

支承装置是大型、超大型集装箱船吊离式舱盖板非常重要的部件。由于航行过程中盖板相对舱口围的往复滑移，使得支承块在具有高承压能力的同时，还需具有很强的耐磨性。而相对滑移量越大，支承块磨损的速度就越快，同时支承结构的尺寸也越大。

因此，出于密封胶条和支承装置寿命的考虑，应根据舱口围变形情况尽可能合理的布置限位装置位置，减少相对滑移量。下面先对侧部盖板的位置作进一步分析。

考虑到盖板上的载荷，初步确定在侧部盖板的两端设置纵横双向限位器和横向限位器。同时将限位器设在盖板端部的中点位置，以尽量减少水平载荷力矩的影响。然而，从船体货舱开口结构的强度考虑，在角隅处的结构刚性最大，故舱口围开口的翘曲变形在宽度范围内并不是线性变化的。两舷侧结构在船长方向有相互错动位移后，开口角隅处纵桁舱壁结构仍基本保持原来的直角形态，因此横舱壁变形会呈S形。

在非线性变化（S形）的情况下，如果侧部盖板限位器设置在盖板端部中间，则在侧部和接缝处，盖板相对舱口围开口的变形值ΔS1和ΔS2之间会有较大的差异（图8）。

因此，对于舱口围变形量较大且侧部盖板宽度方向尺寸较大的超大型集装箱船，将侧部盖板的限位装置向接缝方向移动，可以平均侧部和接缝处的

图8 舱口围与舱盖的相对位移

相对变形位移，从而减少最大变形位移数值。如图9所示，ΔS1+ΔS2为恒值，当限位器位置向接缝处移动后，ΔS1与ΔS2之间的差值会逐渐减少，从而减少两者之间可能出现的最大峰值。

图9 舱口围与舱盖的相对位移

对于中间盖板，由于横向舱壁中间段的变形曲线较接近于线性分布，故盖板的限位装置采用通常的居中布置还是比较合适的。综上所述，在进一步分析舱盖板限位布置合理性时，为尽量减少最大相对滑移变形值，一般可考虑将侧部盖板的端部限位装置适当向接缝偏移，而中间盖板的端部限位装置居中布置（图10）。

舱整个开口尺寸而言的，而单块盖板相对于开口的大小尺寸是考虑相对运动量的前提条件，因此需要具体分析舱口盖的合理分块。在舱口盖合理分块的基础上，再结合舱盖限位装置的布置方向和位置来研究如何适应船体大开口结构。并且结合密封橡皮和支撑块的使用要求来进一步调整和细化限位装置的位置。

图10 舱盖布置适应舱口围变形的示意图

[1] GL. Rules for Classification and Construction[S]. 2012.

[2] DNV. Rules for Classification and Construction[S]. 2012.

Adaptability Research of Hatch Cover Layout For Large Container Vessel

Zhang Wei-Li, Mei Xiao-jun
(TTS Hua Hai Ships Equipment Co., Ltd., Shanghai 200093, China)

With the development of the international shipping market, there are more and more large container vessels in the world. This article intends to analyze the hull deformation of large container ship, studying how to separate the hatch covers and arranging hatch cover fittings reasonably to adapt the big deformation of hatch coaming when designing the hatch cover.

Large container vessel; hatch cover; adaptability

U674.13+1

A

1005-7560(2014)01-0057-04

张维栗（1979），男，本科，舱口盖主管设计师。