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浅谈大型船舶船体结构损伤原因及日常管理

发表时间：2020/11/17 来源：《基层建设》2020年第22期作者：薛迎春刘焕飞

[导读] 摘要：在实际工作中，船员在船舶安全管理方面，只是过于重视船舶在营运过程中的稳定性，而对于船体结构强度方面认识不够，尤其是对其总纵强度、局部强度甲板负荷及剪切应力方面意识淡薄，考虑不周，这使船舶在营运过程中可能出现不良后果。

        扬州中远海运重工有限公司江苏省扬州市 225000
        摘要：在实际工作中，船员在船舶安全管理方面，只是过于重视船舶在营运过程中的稳定性，而对于船体结构强度方面认识不够，尤其是对其总纵强度、局部强度甲板负荷及剪切应力方面意识淡薄，考虑不周，这使船舶在营运过程中可能出现不良后果。对此，消除因船体结构所造成的海事，船员必须重视重船体结构强度的重要性，力求做好船舶的维护和保养工作，以确保船舶的营运安全。基于此，本文对船体结构强度以及影响船体结构强度的因素进行了探讨，并提出了相关的维护策略，以供相关人员参考。
        关键词：船舶营运；船体结构；维护
        1、船体结构强度概念
        船体强度是船体结构抵御内外作用力的能力，主要包括总纵强度、横向强度、局部强度和疲劳强度。总纵强度是将船体视作一根空心变断面两端自由支持的梁，整个船体结构抵御总纵弯曲、总纵剪切和总纵扭转的能力。横向强度是船体结构抵抗静水压力、货物重力、波浪冲击力等可能引起船体横向变形或歪斜的能力，以保持横向形状不变。局部强度是抵抗船体构件中某个构件或部分结构如甲板板、舱壁、舷侧局部性的变形或破坏的能力。疲劳强度是船体结构抵抗不断变化的波浪力和各种运动惯性力并在其内部产生交变应力而造成结构疲劳损伤的能力。如剖面几何形状突然变化的折角、开口、不同方向构件相交和穿过的舱口角、骨材端点、肘板趾端等，极易受到疲劳损伤而导致开裂、变形等。
        2、影响船体结构强度的因素
        2.1、船体结构常见损伤
        船体结构较为常见的损伤主要包括：①甲板板格屈曲；②横舱壁端或纵骨穿过肋开裂；③因总弯曲力矩过大，甲板开裂而导致总体强度不足；④槽形舱壁下端焊缝开裂；⑤波浪拍击而导致首部板格凹陷；⑥集装箱前后甲板舱口角开裂；⑦焊缝或长上层结构端甲板开裂等。
        2.2、影响因素
        （1）腐蚀、疲劳及维护保养，船体持续不断地与海水、有害物质或气体接触，促使船体结构腐蚀速度加快;船舶的日常操作、货物装卸、气象和波浪等影响因素在使船体结构产生腐蚀的同时，还使船体结构受到交替变化的应力作用而使其产生疲劳损伤。尽管有些部位的腐蚀是船员无法控制的，如水下船体、船员无法到达的地方，但船员对船体不作保养或保养不当都会加速腐蚀和疲劳损伤。腐蚀不但可使船体结构中各种构件的厚度减薄甚至锈穿、强度降低，而且最终可能导致船体断裂、船壳板破损进水或船舶沉没事故。
        （2）发生安全事故，船舶发生严生的碰撞、火灾、搁浅及触礁等不可抗力的事故可导致船体遭到严重损坏。此外，由于水下的碍航物体、漂浮物体、船闸等与船体发生轻微的碰撞或摩擦，虽然这些不会直接损坏到船体结构，但可能会导致船体结构出现局部变形，或有裂纹产生，从而使船体结构受到腐蚀，若未对船体结构进行及时修复，腐蚀程度会随着时间的加长而变得更严重，从而极大的影响到了船体的结构强度。
        （3）货物、货物装卸及装卸机械，货物本身的性质是各式各样的，有毒有害的货物，如散装货物、液体货、渗漏的包装货，会破坏船体结构表面的保护层，加快船体结构的腐蚀。装卸过程中，货物对舱底及其他部位的撞击不但会破坏其表面涂层，而且会损坏它的物理结构。更为严重的是，货物装卸不当会造成船体结构承受过大的弯矩、扭矩或剪力。虽然这种弯矩、扭矩或剪力一般不会立刻使船体结构产生严重损坏，但在它们的综合作用下，可以使船体某些构件的受压和受拉面的保护涂层破裂而使船体被腐蚀;同时还能使船体结构的相应构件产生疲劳损伤和一定程度的永久变形。所使用的装卸机械，如抓斗、推土机、叉车，若使用不当，则会损害船体的局部强度，尤其是舱底板的强度。

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        （4）波浪冲击，船舶在海上航行时，船体结构受波浪的影响是必然的，由于波浪的冲击，轻则会导致水线附近的船壳外板加速腐蚀或外板变形，严重则在风浪和涌浪的综合作用下，会导致船体结构出现中垂弯曲、中拱弯曲等状态，在中垂弯曲、中拱弯曲的状态下应力会发生改变。同时在侧顶顺浪或在大的涌浪中顶、顺航行的情况下，船体会因波浪的交替变化和持续不断而加大其扭曲、中垂及中拱的状态，同时整个船舶的安全可能会因舱内载荷分布不均匀而受到影响。
        （5）自由液面，自由液面的产生不仅会破坏舱内表面的涂层、加快船体结构腐蚀的速度，而且还会对船体结构造成严重损坏，特别是在大风浪中航行的船舶。主要原因之一是，船舶摇摆、颠簸以及透气管根部与舱顶内表面之间有一定距离等因素的影响，使舱内总是有气垫存在;其二，当船舶摇摆或颠簸时，自由液面便会对舱内的船体结构产生摩擦和冲击作用。
        3、船体结构维护
        3.1、日常维护保养
        船体结构比较庞大，并且具有结构复杂等特点，在保养上具有一定的难度，尤其是受海区状况、气候、航行时间等条件的限制，船员不可能对船体各个部位做到有效的保养，但是船体水线以上的船壳、甲板板、舱盖板、舱口角等那些应力集中且容易锈蚀腐烂的地方，主要与船员的日常维护保养有关密关系，保养工作的好坏直接决定在船体结构的腐蚀速度。所以，如果发现船体有轻微的损坏或变型等，都应立即采取修补措施，以避免船舶在营运过程中出现海事。
        3.2、避免海上事故
        造成船体结构强度毁灭性破坏的严重事故已引起航运界的高度重视，而诸如轻微的碰擦给船舶结构强度带来隐患的小事故，却未得到足够的重视，尤其是未得到作为船舶直接操纵者和使用者的船员的足够重视。船员往往认为，这种轻微的碰擦只造成保护涂层的破坏或船体结构的轻微损坏，不会产生严重后果。随着时间的推移，船体的腐蚀速度会逐渐加快，船体结构的强度会逐渐降低，直至船体被严重腐蚀和损坏。因此，船员应有大局意识:一方面，应尽可能避免大小事故的发生;另一方面，发生事故后应立即查清船体结构的损坏情况，同时采取必要的补救措施，哪怕只是擦掉一点涂层，如果自身没有能力采取补救措施，应告知船舶所有人或船舶经营人，寻求必要的帮助。
        3.3、大风浪航行
        船在正常的运营过程中会受到风浪的极大影响，对于大型油轮和大型集装箱受风面积是不同的。船体结构受到风浪的影响会发生周期性变化的扭矩、弯矩等会在遇到大风浪的情况下产生疲劳损伤，从而使船体结构出现伸缩缝或断裂等。此外，船装有货物的情况下船壳板内外压力差会因大风浪而发生剧烈变化，而导致货舱舷侧肋骨的挠度增大，这些因素都可能导致船壳板内部各种构件的应力增加，虽然新船可能不会受到太大的影响，但对旧船可能带来极大的损坏。对此，为避免船体结构受到风浪的影响而造成损害，船舶在营运过程中应尽可能向受风浪冲击力较小的航向航行。
        结束语
        总而言之，船舶营运中，维护和保养船体结构中每一个部件都是非常重要的。船员了解船体结构强度的基本知识也是非常必要的。虽然船体的腐蚀无法避免，而且船体的维护保养工作受到诸多条件的限制，但船员在其中的作用不容忽视。船员对船体构件尤其是应力集中的关键部位进行适当维护和保养，加上正确操纵船舶，不但可以避免人为损坏船体结构或重要构件，而且能减缓船体构件的腐蚀速度。
        参考文献
        [1]宋书博.抗损结构中构件扭转稳定性（构件屈曲强度）分析[D].哈尔滨工程大学,2006.
        [2]马春燕.水面舰艇新型抗损结构设计与剩余强度研究[D].哈尔滨工程大学,2006.
        [3]丁仕风.新型舰船抗损结构研究[D].哈尔滨工程大学,2006.