集装箱船的船型和结构特征

    17.5.1　集装箱船的船型和结构特征

    集装箱船是布置型的高航速运输船，它专门用于装载标准尺寸的集装箱，具有快速、安全、“门到门”的运输特点。

    集装箱船船型较宽，具有较大的型深；为了满足较高的航速，平行中体相对较短，即方形系数小；货舱区除船舯部分外，均为阶梯形结构；货舱区横舱壁均为双层结构，长度一般为两档肋距；每舱长度满足装载4只20ft标准集装箱的长度，每舱的中部还设有空心舱壁，安装导轨架和绑扎桥用。由于艉部线型太窄，所以机舱一般设在船舯的后部，机舱的后面一般还有两个货舱；由于舱口盖上方也要堆放集装箱，故上层建筑的层次多，大型集装箱船可达到10层左右。图17.5－1所示为集装箱船的典型舯剖面图。

    

    

    

    图17.5－1　集装箱船舯剖面图

    1）较大的甲板开口

    为使主船体内载运尽可能多的集装箱，因而甲板上的货舱开口尽可能大。根据目前统计（见表17.5－1），除了早期的部分小型集装箱船以外，集装箱船的货舱开口与船宽比，基本上都大于0.8；巴拿马型集装箱船的两者比例一般为0.87～0.88之间，超巴拿马型的大型集装箱船要达到0.9左右。

    表17.5－1　集装箱船货舱开口与船宽比数据统计表

    

    由于集装箱船具有的大开口的特征，所以集装箱船不仅有弯曲变形，而且扭转变形也是其主要特征之一。在进行集装箱船结构设计时，必须充分考虑集装箱船这一特征，即在各种因素下，各种力的综合响应——包括静水弯矩、垂直波浪弯矩、水动力和货物扭矩，以及水平波浪弯矩等。针对集装箱船的这种特性，结构设计除了要满足规范所要求的总纵强度和屈曲强度以外，还要满足大开口扭转强度要求以及利用有限元计算对全船的弯扭强度等进行综合分析。对于应力集中区域如舱口角隅等区域还应进行疲劳分析。图17.5－2为舱口角偶有限元应力分析的结果。

    

    

    

    图17.5－2　舱口角隅有限元分析模型图

    2）选用的高强度钢的等级及厚度呈递增趋势

    由于集装箱船具有大开口和货舱区上甲板宽度仅1.8～2.2m的特点，为了保证船舶的总纵强度，导致上甲板、舱口围板和舷顶列板的板厚非常厚，通常必须选用高强钢板，且强度等级随集装箱船的增大而不断提高，如：1 700TEU级的集装箱船选用的是DH36等级的高强度钢，厚度为36mm；5 000 TEU级集装箱提高到55mm，8 000TEU级以上更提高到EH40等级，厚度达70mm左右，而10 000箱以上的集装箱船板厚更可能要达到80mm以上。随着选用高强度钢等级及厚度的不断提高，对结构设计、焊接工艺以及施工环境不断提出新的、更严格要求，例如施焊前预热，焊后保温等保证质量的措施。

    3）货舱区及横隔舱结构的复杂化

    由于集装箱船是以标准尺寸的集装箱作为单元进行布置的，使得货舱尤其是艏艉受线型变化影响较大的货舱内，形成多个集装箱装载平台，使货舱内结构相对复杂。而2010年生效的“燃油舱保护”的要求，更使大多数的集装箱船需要在货舱间的横隔舱中布置燃油舱，从而使得该区域结构更复杂。同时，集装箱船特有的绑扎桥、箱柱等要求船体结构局部加强，使结构更趋复杂化。

    4）艏艉结构设计的加强

    相对其他货船而言，由于集装箱船的班轮性质，要求具有较高的航速，线型瘦削，制造难度大。考虑到甲板上浪、螺旋桨激振力等因素的影响，以及在恶劣的海况条件下，船舶纵摇引起的艏艉部严重的迫击现象，需要对艏艉部结构进行加强，这也使得艏艉部分设计及施工难度相对增大。