摘要：由于内河集装箱船具有宽大的货舱开口，船宽较大，长宽比比较小，船舶横向强度因扭转而发生结构破坏已经成为集装箱船结构破坏的主要因素。根据规范要求，内河集装箱船结构设计时，必须进行扭矩作用下的翘曲应力计算，以校核船舶弯扭组合计算下的合成应力。因此详细研究内河集装箱船的结构特点是很有必要的和有重要的实用价值。
关键词：内河集装箱；船结构；板厚加强
引言
集装箱船由于其装卸效率高、便于实现门对门运输，得到了迅速发展。这种运输方式大大提高了杂货的运输效率，同吨位的集装箱船舶每年运输量要比普通杂货船高一倍以上。目前在海运中，集装箱船舶已经取代杂货船，成为干货运输的主力。在内地，江河的沿岸作为集装箱集散的腹地，集散型内河集装箱船舶不断涌现，内河集装箱船舶运输的队伍迅速扩大。
1.内河集装箱船舶稳性
由于内河集装箱船是一种布置地位型船，积载因素较大，在通常尺度下排水量裕度较大，因此，在充分考虑稳性的前提下，可利用加大层数来增加载货量，从而提高船舶的经济性。集装箱船舶重心高、受风面积大，稳性是设计和检验中尤为重要的方面。在通常情况下，由于内河船舶的船宽和吃水比B/T很大，所以初稳性较高，即使增加一层箱体，初稳性还是有裕度的。但是，需要注意的是船舶大倾角稳性的衡准。
通常，在解决船舶初稳性不足时，采用的措施是增大B/T然而，对于内河集装箱船舶来讲，在大倾角稳性衡准中出现的稳性问题恰恰是由于B/T过大造成的。一般情况下无法通过改变B/T的值来达到目的，因为船宽B的值往往是由船舶所载运的集装箱列数和船舶的抗扭强度决定的。因此，一旦B值取得较大后，就不可能减小。从另一个方面来看，船宽B取决于航道条件，同时增加丁会使排水量增加，势必要加大压载水量，从而带来一些其他麻烦。因此，在分析了大量内河集装箱船舶后提出增加型深D的办法。这种方法对海船来说几乎是不可思议的，因为型深增加会提高重心高度，造成稳性下降。但是海船甲板上的集装箱通常垒放在舱口盖上，型深增加不仅使甲板重心提高，而且使货物重心上移，从而必然导致稳性急剧下降。而内河集装箱船舶通常是无舱盖型的，集装箱直接垒放在内底板上，型深的增加与集装箱重心无关，仅与船舶的甲板高度有关，因此船舶的重心提高量比较小。相反地，内河船舶型深D的增加反而提高了甲板边缘的入水角和进水角。当然，也可以通过提高舱口围板等措施来解决进水角过小的问题。一般情况下，增加B/T箱首先是对船舶初稳性有利，增加型深D值对船舶大倾角稳性有利。
2.集装箱船结构计算实例
2.1 900吨集装箱船概况
2.1.1主尺度及主要参数
2.1.2结构型式
全船采用混合骨架式结构，货舱区采用双壳双底，月首、舰、机舱区域为单壳单底，双层底、抗2.2整船强度直接计算分析
2.2.1有限元计算模型
1.坐标规定：
x—沿船长方向，向首为正；
y—沿横向，由纵中剖面向左为正；
z—沿垂向，向上为正。
2.有限元模型范围
整船三维有限元模型包括整个船长、船宽范围的船体结构，货舱区域的建模较为详细，首尾区
域的建模进行了简化，对局部的支撑构件如肘板等不计入模型中，格材、肘板的开孔忽略不计。
3.有限元单位类型
板单元（四节点和三节点元）
甲板、舷侧外板、船底板、内底板、船底纵析、横舱壁、肋板、舷侧纵析等。
梁元
纵骨、横梁及扶强材等。
900吨集装箱船的整船有限元几何模型如图1所示。
图1 900吨集装箱船的整船有限元几何模型
单元网络尺寸按以下原则划分，纵向以肋骨间距为1个单元，横向以纵骨间距为1个单元，垂向以垂向析材或甲板间距为1个单元。
2.2.2材料特性
一种材料—钢。其材料参数包括：
杨氏模量E=2.06 X 105 N/mm2
泊松比Poisson v=0.3
2.2.3载荷工况
1.静水工况船舶处于正浮状态，达到或接近结构吃水。货舱装有45TEU，共约900dwto
2.荷载分布
空船重量，在有限元模型中，全船有限元模型沿纵向按空船重量分布曲线分成一系列区域，用控制不同的材料密度系数来实现。舱内的集装箱重量，按其载荷布置区域作用在相应的节点上。
2.3集装箱船结构板厚加强方式计算
上面集装箱船结构强度研究表明，集装箱船货舱区域所承受的应力在大开口端部的抗扭箱和舱口围板处较大，这些区域存在着较为严重的应力集中现象，是集装箱船结构设计的重点关心区域。为保证集装箱船结构强度，减轻其关键部位的应力集中现象，有必要对集装箱船进行详细的抗扭结构加强方式研究。
下面以900吨箱集装箱船为例，对集装箱船结构加强方式进行研究。研究的方式为以900吨集装箱原始尺寸及结构形式为基础，分别将集装箱船内舷板、外舷板、外舷顶板、抗扭箱内水平板、主甲板、舱口围板、船底板、内底板加厚2mm，计算集装箱船货舱区域所承受的应力，比较抗扭加强效果。
2.3.1内舷板加厚
将内舷板加厚2mm，加厚区域纵向范围为货舱区域，垂向范围为整个型深。经ANSYS计算，其船肿区域的应力分布如图2：
图2 船肿区域的von Mises应力分布图
其结果如下：
DMX=79.769 mm
SMX=105.878 N/mm2
其它结构加厚后的计算同上。经整理，结果如下：
4.结束语
集装箱船在外载荷作用下将产生较大的总纵变形、弯曲变形和翘曲变形，因此，在强力纵向构件的端部将存在明显的应力集中。有限元分析表明，采用足够长的过渡结构以及在靠近横舱壁时加厚强力纵向构件的尺寸方法可有效的消除结构的应力集中。加厚纵向强力构件时要注意靠近横舱壁的区域可与横舱壁同厚度，然后依次递减至我们设计的板厚。
参考文献：
[1]王利永.船舶结构强度全船有限元计算研究[D].武汉：武汉理工大学，2016.
[2]CCS.钢质内河船舶船体结构直接计算指南[S].北京：人民交通出版社.2012.
论文作者:王智鹏1,罗建宏2,胡攀3
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/7/3
标签：船舶论文; 内河论文; 集装箱论文; 结构论文; 集装箱船论文; 应力论文; 货舱论文; 《基层建设》2019年第7期论文;