散貨船在建造與營運(yùn)中船體關(guān)鍵區(qū)域安全的研究.pdf

1、隨著中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)強(qiáng)勁的發(fā)展與世界貿(mào)易量的不斷放大，干散裝貨物的運(yùn)輸量也隨之急劇增加。散貨船作為世界上貨物運(yùn)輸?shù)囊环N主流船舶，其貨物包裝費(fèi)用非常少，貨物裝卸速度快、運(yùn)量大與運(yùn)輸成本低等散貨船舶的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征越來越顯現(xiàn)。以噸位計(jì)目前散裝船約占世界船舶的33％，在一定的程度上帶領(lǐng)著世界貿(mào)易和經(jīng)濟(jì)，所以散貨船是世界貿(mào)易的調(diào)節(jié)桿。 但是近十多年以來，散貨船事故發(fā)生率大幅度提高，造成了生命和財(cái)產(chǎn)巨大損失，引起整個(gè)航運(yùn)界的震驚與極大關(guān)注。許

2、多事故報(bào)告表明，結(jié)構(gòu)損傷是導(dǎo)致散貨船斷損事故發(fā)生的主要因素之一。在有些狀況下，船舶斷裂就像折斷鉛筆一樣。因此，為了預(yù)防船舶結(jié)構(gòu)損失，應(yīng)該采取科學(xué)有效的安全措施。 大部分散貨船的船體結(jié)構(gòu)能力下降與損壞是因?yàn)槠诤透g的影響，而且，往往是因?yàn)榇w的關(guān)鍵區(qū)域的疲勞和腐蝕所致。通過對大多數(shù)散貨船的結(jié)構(gòu)損壞情況的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞大部分是從關(guān)鍵區(qū)域開始，這些區(qū)域也是船體的應(yīng)力集中區(qū)域。結(jié)構(gòu)不連續(xù)和結(jié)構(gòu)破裂都會(huì)引起應(yīng)力集中現(xiàn)象，而關(guān)鍵區(qū)域的

3、應(yīng)力集中和結(jié)構(gòu)破裂也會(huì)進(jìn)一步加劇結(jié)構(gòu)疲勞和腐蝕。一旦船體關(guān)鍵區(qū)域發(fā)生損傷，可能會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致整個(gè)船體結(jié)構(gòu)惡化。因此，為散貨船的船舶結(jié)構(gòu)安全，船體關(guān)鍵區(qū)域的安全顯得極為重要。 船舶建造過程中的工藝不良，貨物裝卸不妥，大風(fēng)浪操縱不當(dāng)和船齡較長等各種原因，往往是影響關(guān)鍵區(qū)域的損害和引起散貨船體結(jié)構(gòu)變劣的主要原因。 首先，為關(guān)鍵區(qū)域的結(jié)構(gòu)安全，船舶在建造過程中各個(gè)環(huán)節(jié)工作質(zhì)量的細(xì)仔監(jiān)控特別重要。船舶結(jié)構(gòu)的大部分關(guān)鍵區(qū)域都位于結(jié)構(gòu)不

4、連續(xù)的部位、焊接接頭和焊接末端。關(guān)鍵區(qū)域的不連續(xù)性與未對準(zhǔn)的焊接有很大的關(guān)系。如果結(jié)構(gòu)的焊接部位有潛在缺陷，比如：未對準(zhǔn)的焊接接頭，未熔合焊接和未焊滲透等，很容易發(fā)生應(yīng)力集中狀態(tài)，并且也會(huì)使其它結(jié)構(gòu)特性下降。此外，現(xiàn)代造船技術(shù)是中間產(chǎn)品(零件、部件、組件及次模塊)裝配的一個(gè)過程，而船體裝配是一個(gè)以焊接為主的過程，所以對船體的關(guān)鍵區(qū)域安全而言，造船過程中焊接工作極為重要。 其次，在船舶營運(yùn)中，船舶貨物裝卸不當(dāng)會(huì)引起結(jié)構(gòu)破壞。如可能

5、因?yàn)樨浳镞^載、不正確的配載或裝卸設(shè)備使用不當(dāng)?shù)惹闆r。如果裝卸設(shè)備觸撞船體，尤其是碰撞關(guān)鍵區(qū)域而引起損壞又不及時(shí)修補(bǔ)，將會(huì)引起整個(gè)船舶結(jié)構(gòu)變劣。船舶在大風(fēng)浪中運(yùn)行時(shí)，結(jié)構(gòu)可能會(huì)受到各種外力沖擊，這些外力會(huì)使船體關(guān)鍵區(qū)域產(chǎn)生疲勞損傷導(dǎo)致整個(gè)船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫或斷裂事故。因此，貨物裝卸時(shí)或海上運(yùn)行時(shí)船體關(guān)鍵區(qū)域的安全是很重要的。此外，日常維護(hù)與保養(yǎng)工作也是非常重要，如果維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)，則會(huì)加速折舊，縮短使用壽命，甚至造成結(jié)構(gòu)損傷，誘發(fā)海傷事故。這

6、項(xiàng)工作的成功與否在一定程度上決定了船體關(guān)鍵區(qū)域的腐蝕率。所以，如果在日常維護(hù)工作中發(fā)現(xiàn)有輕微的裂紋等損壞，應(yīng)該立即采取修補(bǔ)措施，以阻止其進(jìn)一步擴(kuò)大。同時(shí)，在船舶大修時(shí)需要詳細(xì)檢查所有關(guān)鍵區(qū)域，然后進(jìn)行修理。因此，在船舶營運(yùn)中為了船體安全，需要特別注意關(guān)鍵區(qū)域。 第三，關(guān)鍵區(qū)域的腐蝕率是船體結(jié)構(gòu)安全必需要考慮的重要因素。營運(yùn)中的船體結(jié)構(gòu)在任何時(shí)候應(yīng)確保其可靠性。在船體梁的大部分關(guān)鍵區(qū)域的強(qiáng)度因?yàn)楦g而變差，船體梁結(jié)構(gòu)能力下降，船體

7、的剖面模數(shù)將被減小，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞。由于腐蝕船體梁抵抗力隨著時(shí)間而下降，靜水彎矩和波浪彎矩等也會(huì)使要求載荷發(fā)生變化。由于抵抗能力和要求載荷的變異，船舶結(jié)構(gòu)的可靠性也會(huì)隨著時(shí)間而變化。應(yīng)根據(jù)在某個(gè)時(shí)間內(nèi)的結(jié)構(gòu)非失效的可能性經(jīng)常測算其可靠性。因此，通過估計(jì)船體的隨時(shí)間變化的可靠性，可以預(yù)測任何時(shí)候的結(jié)構(gòu)安全狀況，以防患與未然。 本文在理論與實(shí)踐上，對散貨船在建造與營運(yùn)中的船體關(guān)鍵區(qū)域的損傷情況進(jìn)行了深入研究，并提出了防止船體結(jié)構(gòu)受損的

8、安全措施。 1．在船體建造期間，為了減少應(yīng)力集中的不良影響，需要特別注意甲板和船底部位縱向結(jié)構(gòu)的連續(xù)性。為了使填角焊補(bǔ)位與托架末端以及開口等關(guān)鍵區(qū)域的安全，在加工和裝配時(shí)因該特別注意這些區(qū)域。焊接質(zhì)量不良將會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵區(qū)域的損傷。腐蝕是關(guān)鍵區(qū)域經(jīng)常受到的損傷，因此，在船舶建造時(shí)應(yīng)該注意加強(qiáng)防腐措施。 2．在裝卸貨時(shí)，因該避免造成突然超載或不均勻裝載，以防止結(jié)構(gòu)重大損傷。仔細(xì)查看貨物裝卸狀況是否正常非常重要。此外，當(dāng)裝載高密

9、度貨物時(shí)，從裝載開始到大艙頂部壓蓋防移層，應(yīng)該采取適當(dāng)緩慢的卸載速率。另外，為避免船體發(fā)生扭曲，應(yīng)充分注意貨物的應(yīng)力集中情況，采取有效措施，防止不同艙室的貨物聚集于舯線相反舷側(cè)。為了避免貨物在航行中移動(dòng)，在航行之前應(yīng)合理平艙。 3．為了避免惡劣海況造成的結(jié)構(gòu)損傷，應(yīng)使船舶操縱至波浪對船體影響最少航向上。避免貨艙進(jìn)水非常重要，一旦海水進(jìn)入貨艙，船體結(jié)構(gòu)承載不堪重負(fù)，而且由于船體外部其他各種載荷，結(jié)構(gòu)也將更易損害。 4．在檢

10、查、維護(hù)和修理工作中，每當(dāng)裝載腐蝕性貨物諸如高含流量煤炭等貨物之后，應(yīng)作特別檢查。不應(yīng)忽略由疲勞或物理損傷導(dǎo)致的任何不起眼的細(xì)微的裂紋。船舶結(jié)構(gòu)中的疲勞裂紋如果不被及時(shí)修理，可能會(huì)誘發(fā)災(zāi)難性事故。因此，在檢查過程中需要對鋼板的局部厚度測量，并且如果發(fā)現(xiàn)任何板材或肋骨厚度過份損失，應(yīng)該立刻更新。而且，應(yīng)在嚴(yán)格控制之下，由專業(yè)的焊接工來完成所發(fā)現(xiàn)的所有裂紋的修理工作。 5．船體內(nèi)外部的各種載荷與應(yīng)力，以及在船舶營運(yùn)期間的過大應(yīng)力都引

11、起關(guān)鍵區(qū)域的損傷。貨物裝卸不當(dāng)、惡劣天氣及船體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力過大都會(huì)造成結(jié)構(gòu)損壞。有時(shí)，危險(xiǎn)狀況發(fā)生得太快，以致于來不及發(fā)布應(yīng)急信息。為避免這類危險(xiǎn)情況，船舶在裝卸貨物和海上運(yùn)行時(shí)可通過沿船體縱向安裝的應(yīng)力傳感器和加速器測出船體應(yīng)力變化，并及時(shí)報(bào)警，以將進(jìn)行損失減到最小。為此，本文以將要安裝在上海海事大學(xué)“育鋒”輪上的“船體應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)”(HSMS)為例作了進(jìn)一步闡述。 本論文的主要目的是通過對散貨船體的關(guān)鍵區(qū)域安全的研究，提出有效

12、防止散貨船的結(jié)構(gòu)失效的安全措施。主要完成的工作有： ◆分析了散貨船損壞的原因與關(guān)鍵區(qū)域?qū)ι⒇洿w結(jié)構(gòu)安全的影響； ◆探討了散貨船體結(jié)構(gòu)的情況以及在關(guān)鍵區(qū)域的結(jié)構(gòu)受傷狀況； ◆闡述了建造過程中尤其在分裝配和總裝配時(shí)船體關(guān)鍵區(qū)域可能會(huì)發(fā)生的損傷現(xiàn)象。為此，本人在造船廠對焊接作業(yè)中可能發(fā)生的焊接不完善性做了深入的調(diào)查，并提出了自己的觀點(diǎn)； ◆研究了船舶營運(yùn)中貨物裝卸、大風(fēng)浪操縱和維修過程中對關(guān)鍵區(qū)域可能會(huì)發(fā)生的

13、結(jié)構(gòu)損傷。著重提出了關(guān)鍵區(qū)域的腐蝕和疲勞裂紋的檢查與維修要點(diǎn)，并提出了日常維護(hù)和修理相應(yīng)的方法； ◆分析了船體在腐蝕影響下隨時(shí)間變化的船體結(jié)構(gòu)可靠性計(jì)算方法。文中的安全裕度公式是用以表述抵抗力要求和載荷要求的計(jì)算過程。用隨時(shí)間變化的腐蝕數(shù)學(xué)模型來考慮隨機(jī)的抵抗力，以及隨時(shí)間變化的靜水彎矩和波浪彎矩的總彎曲力矩這一隨機(jī)載荷。通過可靠性函數(shù)對船舶在規(guī)定使用船齡內(nèi)不同時(shí)段的狀況進(jìn)行計(jì)算，并以一艘散貨船為列，對傳統(tǒng)的方法與本文提出的方法