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浅析船体结构修理中常见问题及对策刘红伟

发表时间：2020/8/24 来源：《基层建设》2020年第10期作者：刘红伟

[导读] 摘要：船舶修理中船体结构改装设计是一项系统性、综合性的设计工作。

        上海中远海运重工有限公司上海市 202150
        摘要：船舶修理中船体结构改装设计是一项系统性、综合性的设计工作。船体结构强度对船舶能否正常航行具有非常重要的作用，一旦船体结构出现问题，会导致一系列问题出现，严重的甚至还会引发海上灾难。
        关键词：船体结构；维修；对策
        引言：
        在多年的修船实践中，我们遇到过各种各样的船体损坏，如果只是按原设计结构换新损结构件，常常会发生同类型的缺陷多次发生的问题，原因就是我们未对强力构件进行受力分析并采取适当的补救与加强措施。
        一、船舶船体改装设计的内容和主要特点
        1.改装设计的主要特点
        修理改装设计与船舶建造设计相比，需考虑的问题复杂的多，如：舱室结构更改是否影响毗邻区域结构强度；与船体改装相关联的通风、管路、电缆布置如何避免与原布置干涉；舱内空间有限，改装时各专业间干涉、碰撞的因素较多；改装时通风系统贯穿舱室时的水密问题；设备增加或减少造成的船体结构加强和稳性变化等等，这些都需要在改装设计中通盘考虑。
        2.改装设计的主要内容
        船舶改装设计内容范围较大，涉及专业较多。有提高船员舒适度的，如增加空调系统、重新布置通风系统、增加浴厕室等；有设备增减的，如加装油/污水处理装置、取消锅炉、增加冷库造成的结构修改；有舱室功能变化的，如压载舱改为淡水舱、储物间与会议室合并等。其中涉及到了船体结构修改，很可能还涉及其他管、电、通风专业的大量路径修改。
        二、船体结构疲劳受损及缺陷分析
        1.首先，腐蚀作为船舶在结构上经常发生的主要缺陷。顶边舱内纵骨、强框架腹板和面板、舱壁及扶强材、肘板等部分都是比较容易发生缺陷的。其次，艏、艉尖舱内结构件，舱壁肋骨，平台板等的设计，一旦设计时，某处应力集中，便会很大几率发生框架、肋骨、纵骨对开孔或开孔边缘的贯穿事故，所以设计者应保持正确且经过强度计算的设计。再者，船体结构的变形，通常都是比较容易出现在一些超出正常负荷外力的薄弱位置，这些部分有：强框架腹板；货舱舱壁或肋骨腹板；主甲板和甲板纵骨及平台板等等。最后列举下一些结构性缺陷特征，货舱缺陷的明显现象是发生角隅处因应力集中造成腐蚀、变形、裂纹，而横舱壁的缺陷则表现为裂纹和变形。还有很多容易发生结构裂纹和变形的船体结构，这里不再逐个举例，总之对于容易引发结构缺陷的常见位置，设计师应经过强度计算，合理规避局部应力集中产生缺陷。
        2.改装设计过程中出现的典型问题
        2.1大开口工艺孔带来的结构变形
        涉及到船体内部结构改变，增加舱壁、舱底等情况的一般都会有大开口形式的出现。大开口的位置主要在甲板边和船底板。开设于甲板的大开口工艺孔过大可能会造成舱口围变形，在船体静水浮态时，会产左右压缩变形。开设于边板的大开口工艺孔有导致舷顶列板的纵向受力产生变形。而船底板的大面积开割，则有可能造成船体的局部舱室整体下沉。
        根据船舶设计时在纵向强度上10%的计算富裕，及船舶改装过程中轻载状况纵向强度减低10%要求，两者相加，在船舶改装过程中，船体有20%的中纵强度的富裕。因此，在船体大开口中，典型横剖面上的剖面模数损失不得超过20%。否则，将使得船体纵向强度受到减损，进而对船体尺度产生影响，发生难以控制的形变问题。此类切割最重要的一点是，使力的传递不至于突然中断，也就是说，在切割中要注意原来力的传递的持续有效。
        2.2连续工艺孔设置带来的船体整体变形
        在大型改装工程中，各舱室类似位置工艺孔的开设成为一个系列是常有的事情，特别是双壳双底船舶的改装。双壳船改装中内纵壁呈纵向连续，需要由甲板开设系列纵向长工艺孔以便板片分段吊装入内或由货舱一侧吊装板片分段到位。在主甲板区域沿船长方向连续开设工艺孔，或横舱壁与纵向内壁连接处同位置开设类似工艺孔。在双底改装中内底板同样是纵向连续结构形式，需要穿越横舱壁，在横舱壁与内底板交接处同样开设同位置类似工艺孔。

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        上述工艺孔的开设基本是系列化的，对船体结构的破坏呈系列类似状态，对结构强度的消减有相同的机理，而带来的结构变形控制难度加大，若变形产生的后果更是严重（造成主尺度的变化，质量控制、船检验收、船东认可都是大问题）。
        2.3持续受力构件改造中的整体强度受损而引起变形
        如船体纵向构件被破坏后，使得其总纵强度减弱而致使整体结构发生变形。从船体结构修理来讲，受力构件割除换新包括局部割除换新与整体割除换新，如在增加舱壁时，横剖面局部切割则会引起变形发生。对于该种问题，如通过切断船体而加长的改装，实际维修中应重点关注断面附近区域的局部变形问题。
        三、船舶缺陷的修理方法
        1.控制变形
        （1）做好工艺孔开设位置的选择，实际维修中应合理设计工艺孔并选择正确的开孔位置，如尽量不开或少开，减少对应力平衡的破坏。
        （2）开孔后使用临时扶强材做加强使用，在变形控制中，临时扶强材的使用主要用于工艺孔周围的扶强、切断构件的扶强材以及原有结构扶强材。扶强材的设置原则应遵循保证原有结构力得以延续，以保证其它部位不发生结构变形。
        （3）连续受力构件改装过程中使用临时支撑；如一些船体改装中，船壁、舱口常需要被临时性隔开，在该工艺操作中，由于部分应力较为集中，容易产生应力，所以切割之前先加装好临时结构支撑
        2.甲板结构
        甲板结构的覆盖范围广，构件复杂多变，主要应注意以下几个部分，防止其发生裂纹、变形及沟槽腐蚀的缺陷，横向甲板、舱口角隅、舱口盖、舱口围，通常情况下的局部换新，可以适当考虑加厚换新构件的钢板厚度，焊接时也可以进行扶强材适当增加。如果有多处裂纹，就需要找到原因，将裂纹彻底消除并探伤确认，并设法进行彻底性修复，避免以后有类似情况的再次发生。
        3.外板
        如果腐蚀面积与范围、程度超过了外板、肋骨及端肘板的正常腐蚀值，就需要进行挖补换新，但如果只是在横舱壁与壁凳斜坡板、甲板、内底板及斜坡板这些部位产生了裂纹，只需要碳刨去除裂纹即可，可用低氢焊材进行全熔透焊接，需要时可进行新加部分位置的加强材。如果这些部位出现局部的有限变形，可以进行校平处理，或者可以使用一些现有措施进行封固，材料使用复板就可以。如果这种变形是因为这部分钢板材料厚度较薄而产生，那么就应当进行外板的全体更换，倘若是因为碰撞原因引发的横舱壁板弯曲，则需要进行局部挖补换新，同样使用低氢焊材，焊缝全焊透就可以了。
        4. 下边舱
        如果裂纹的位置是处于双层底边舱及舱底和横舱之间的过渡区域，那么方法就是把裂纹进行碳刨或者打磨去除，可以用焊条进行补焊，但前提是必须保证其是全焊透状态。倘若裂纹已经蔓延至板材上面，就需要将裂纹区域的钢板挖补换新，如果必要的话，还需要增加肘板来增加强度。如果底边舱内部以及双层底最内部的构件有严重的变形和腐蚀现象发生，一定要进行割除换新，避免产生新的腐蚀风险
        5.货舱
        对于货舱的结构缺陷，一定要将腐蚀部分全部进行割换，需要将舱内上下肘板部分，以及肋骨等进行换新，其次，如果肋骨和外板的角焊缝部分，常常有十分严重的腐蚀现象发生时，应当进行补焊。对于底边与顶边的肋骨，以及构建下斜坡板位置的裂纹问题，应当选择恰当的方法进行处理，可以参考肋骨肘板割换方式来进行补修，而那些有严重变形出现的双层底板凹陷部分，排除没有受到影响的双层底骨架，倘若没有出现较大的变形，且钢板厚度还是原来的厚度，这时可以进行特别情况下的特殊处理。
        结语：
        由于船舶建造时间过长，新旧标准、设计理念不一致，改装衔接存在很大的困难，只有做好充分的准备，熟悉改装设计流程，统筹做好船体结构与各专业之间的协调，才能真正将设计、施工工艺、管理，甚至作业中产生的的问题消除。
        参考文献：
        [1]潘康.大型船舶修理工艺的主要特点[J].科技创新与应用，2016（04）
        [2]孙海虹，吴秀恒，杨永谦.船舶结构维护问题的可靠性方法[J].武汉交通科技大学学报，2015，11（03）