淺談URS11A規(guī)范對(duì)大型集裝箱船強(qiáng)度的影響

李文杰 高啟新

摘 要：通過對(duì)比新舊規(guī)則UR-S11A和UR-S11，分析其對(duì)大型集裝箱船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核上的差異；然后從航運(yùn)層面出發(fā)，提出一些對(duì)應(yīng)措施，為那些在UR S11舊規(guī)范下建造，并且未經(jīng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)化改造的集裝箱船保駕護(hù)航。

關(guān)鍵詞：大型集裝箱船 UR-S11A UR-S11 強(qiáng)度

1.引言

當(dāng)代海運(yùn)的蓬勃發(fā)展，使得集裝箱船成為海運(yùn)的主力。集裝箱船大型化也成為了航運(yùn)發(fā)展的趨勢(shì)。隨著集裝箱船大型化發(fā)展，船體強(qiáng)度安全方面的問題也開始顯現(xiàn)出來。2007年的MSC Napoli號(hào)事故及2013年的MOL Comfort號(hào)事故的發(fā)生，使得國(guó)際船級(jí)社協(xié)會(huì)（IACS）針對(duì)集裝箱船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度制定了新的的規(guī)范UR-S11A和UR-S34。

然而，對(duì)于那些新規(guī)范生效前建造的集裝箱船來說，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的各項(xiàng)指標(biāo)遵循舊規(guī)范（UR S11），顯然已無法滿足要求。由于國(guó)際船級(jí)社協(xié)會(huì)并未強(qiáng)制要求舊規(guī)范下建造的船舶進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)化改造，因此對(duì)于這些集裝箱船來說，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全存在許多安全隱患。本文簡(jiǎn)要分析了UR S11規(guī)范和UR S11A規(guī)范在集裝箱船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核上的差異，從航運(yùn)層面出發(fā)，針對(duì)“老船”關(guān)鍵位置強(qiáng)度不足的問題，提出了減小船舶波浪載荷等應(yīng)對(duì)措施，并在船舶維護(hù)與保養(yǎng)方面進(jìn)行指導(dǎo)，初步實(shí)現(xiàn)了集裝箱船結(jié)構(gòu)安全保障的目標(biāo)，保障了那些UR S11舊規(guī)范下建造且未經(jīng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)化改造的集裝箱船的航行安全。

2.UR-S11A規(guī)范和UR-S11規(guī)范的對(duì)比分析

2.1凈厚度與建造厚度方面上的差異

S11A的強(qiáng)度校核采用與共同結(jié)構(gòu)規(guī)范（CSR）類似的凈厚度方法。新標(biāo)準(zhǔn)有效厚度的計(jì)算公式為：

tnet = tas_bulit -- tvol_add -- αtc （1）

式中，tnet 為船體結(jié)構(gòu)的有效厚度；tas_bulit為建造厚度；tvol_add為結(jié)構(gòu)厚度的體積余量；α是結(jié)構(gòu)腐蝕余量因子；tc為結(jié)構(gòu)厚度的腐蝕余量，根據(jù)結(jié)構(gòu)所在位置和功能的不同，UR-S11A規(guī)定了不同的數(shù)值。

S11規(guī)范在總縱強(qiáng)度上的校核是以建造厚度為基礎(chǔ)，也就是船體梁的承載能力。在UR-S11A下，用于各結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核計(jì)算的凈厚度值均小于原UR S11中所采用的建造厚度值。因此，UR-S11A在考慮船體結(jié)構(gòu)自身尺寸方面已經(jīng)較為嚴(yán)格。這將對(duì)后續(xù)強(qiáng)度校核中構(gòu)件剖面模數(shù)的大小產(chǎn)生影響。

2.2波浪載荷方面上的差異

新舊規(guī)則下，波浪載荷計(jì)算公式上的差異主要表現(xiàn)在以下方面。S11A新規(guī)范在載荷的線性成分和非線性成分上給出了明確的指導(dǎo)。新的波浪載荷計(jì)算公式考慮了船體性質(zhì)等因素，增加了能夠反映船舶艏部外飄的系數(shù)。并且，新規(guī)范下的計(jì)算方法，提供了浪彎矩分布和波浪剪力的分布，這在船長(zhǎng)方向上的分布對(duì)校核船舶強(qiáng)度有指導(dǎo)意義。

總體而言，新計(jì)算方法給出的波浪剪力更大。對(duì)于按照UR S11規(guī)范建造的船舶，在按照新規(guī)范進(jìn)行波浪載荷計(jì)算時(shí)，由于波浪載荷的增加，將會(huì)影響到總縱強(qiáng)度校核。

2.3屈服強(qiáng)度方面上的差異

UR S11A新規(guī)范下，雖然屈服強(qiáng)度的校核公式在形式上不同，考慮了凈厚度，許用應(yīng)力與原規(guī)范有差異。但在其本質(zhì)上來說，新舊規(guī)范下校核內(nèi)容上是一致的，包括彎曲強(qiáng)度檢核和剪切強(qiáng)度校核。不同的是，新規(guī)范UR S11A在附錄中給出了計(jì)算剪切力的具體算法，并且明確要求應(yīng)采用剪流方法。

針對(duì)舊規(guī)范UR S11中的最小慣性矩方面的要求，新規(guī)范UR S11A也進(jìn)行了一些相關(guān)修訂，不僅考慮了船體梁合成彎矩的最大值問題，也把計(jì)算公式中凈厚度的取值對(duì)慣性矩的影響也考慮在內(nèi)。

2.4屈曲強(qiáng)度方面上的差異

UR S11首先基于總尺度計(jì)算船體梁應(yīng)力，基于凈尺度計(jì)算板格的臨界屈曲應(yīng)力，然后分別校核板格在船體梁剪切應(yīng)力和船體梁縱向壓應(yīng)力作用下的屈曲能力。對(duì)結(jié)構(gòu)在總縱應(yīng)力下的屈曲強(qiáng)度校核仍采用許用應(yīng)力衡準(zhǔn)，以板為例，UR-S11仍然是分別校核其所受壓應(yīng)力或剪應(yīng)力是否滿足要求，并沒有充分考慮結(jié)構(gòu)復(fù)雜受力時(shí)的穩(wěn)定性特征。但在S11A中沒有對(duì)局部動(dòng)載荷給出統(tǒng)一要求，新規(guī)范S11A規(guī)定計(jì)算中僅考慮靜壓力的影響。這和舊規(guī)范相比，在屈曲強(qiáng)度方面上的差異比較大。

UR S11A中的屈曲強(qiáng)度校核借鑒了CSR的屈曲強(qiáng)度校核方法，對(duì)船體梁在總縱應(yīng)力下的結(jié)構(gòu)屈曲強(qiáng)度采用屈曲利用因子進(jìn)行校核，同時(shí)也規(guī)定了運(yùn)用板或骨材等在復(fù)雜受力時(shí)的穩(wěn)定性理論進(jìn)行計(jì)算。此方法與UR-S11要求具有較大差別。

2.5極限強(qiáng)度方面上的差異

為保障集裝箱船運(yùn)營(yíng)中的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以及船體結(jié)構(gòu)過于優(yōu)化可能帶來突發(fā)情況時(shí)承載能力的不足，URS11A特別規(guī)定了船長(zhǎng)不小于150m的集裝箱船都需校核其極限強(qiáng)度。極限強(qiáng)度校核的方法與CSR一致。新標(biāo)準(zhǔn)給出了船體梁極限彎矩、極限承載能力的計(jì)算方法及校核衡準(zhǔn)。并且，對(duì)于船寬大于32.26m的集裝箱船，UR-S11A 明確要求還需根據(jù)各船級(jí)社的規(guī)范在考慮顫振的影響下對(duì)船體梁極限強(qiáng)度進(jìn)行校核。顫振對(duì)大型集裝箱船的極限強(qiáng)度具有重要影響。

新規(guī)范UR-S11A充分考慮集裝箱船的船型特點(diǎn)等因素，對(duì)雙層底系數(shù)和材料系數(shù)進(jìn)行了修改。并且針對(duì)集裝箱船結(jié)構(gòu)形式上的特點(diǎn)，對(duì)計(jì)算公式中的一些規(guī)定進(jìn)行了補(bǔ)充和修改，例如各構(gòu)件所采用的單元類型等，

3.新規(guī)則下舊船的應(yīng)對(duì)措施

通過以上對(duì)新舊規(guī)則的對(duì)比分析對(duì)于舊規(guī)范下建造的集裝箱船，在航運(yùn)層面可以采取一下應(yīng)對(duì)措施，以保障船舶安全運(yùn)營(yíng)。

（1）通過控制航行速度，可以減緩波浪對(duì)船體的砰擊作用。當(dāng)航行在大風(fēng)浪環(huán)境中，適當(dāng)降低航速可以極大減輕砰擊對(duì)船舶艏部及船體帶來的沖擊。另外還可以通過適當(dāng)增加吃水的方法降低砰擊的烈度。還可以采用轉(zhuǎn)向的方法可以避開砰擊作用區(qū)，從而達(dá)到消除砰擊的危害。

（2）對(duì)于新規(guī)范出臺(tái)而導(dǎo)致的舊規(guī)范下的集裝箱船波浪載荷增加問題，貨物的均勻配載與合理壓載可以降低中拱彎矩，并平衡全船載荷，可以以此來減小這方面的影響。

（3）在船舶運(yùn)營(yíng)中，船舶的日常維護(hù)保養(yǎng)也是保障船舶強(qiáng)度的主要手段，通過船體及構(gòu)件的維護(hù)保養(yǎng)，可以減緩腐蝕，增強(qiáng)船體強(qiáng)度，從而保障船舶安全運(yùn)營(yíng)。

4.結(jié)語

本文通過對(duì)UR S11A規(guī)范與UR S11規(guī)范進(jìn)行了簡(jiǎn)單的對(duì)比與分析，總結(jié)出在集裝箱船體強(qiáng)度校核上新舊規(guī)范下的異同。通過分析發(fā)現(xiàn)，按UR S11A規(guī)范計(jì)算得到的波浪載荷比按UR S11規(guī)范計(jì)算得到的波浪載荷高出了很多。

針對(duì)那些UR S11舊規(guī)范下建造的集裝箱船，其在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上存在的安全問題，本文給出了一些建議措施，包括均勻配載、合理壓載、減輕砰存作用等，結(jié)合船舶日常維護(hù)與保養(yǎng)，為集裝箱船的安全營(yíng)運(yùn)提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]李龍.大型集裝箱船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全保障措施分析[D].大連海事大學(xué)，2018.

[2]王知謙，王佳穎.UR-S11A對(duì)大型集裝箱船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響研究[J].船舶工程，2017，39（02）：1-6.

[3]鄭祖園，王德禹.UR-S11A對(duì)集裝箱船直接強(qiáng)度的影響[J].中國(guó)艦船研究，2016， 11（04）：44-50.

[4]徐義剛，韓鈺，李丹丹，陳磊.UR S11A及UR S34對(duì)超大型集裝箱船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響[J].船舶與海洋工程，2017，33（03）：12-17.