礦砂船貨物載荷的規(guī)范要求研究

1、礦砂船貨物載荷的規(guī)范要求研究礦砂船不同于我廠建造的其它船舶，它最大特點(diǎn)是貨艙中的礦砂貨物密度很大，貨艙始終處于裝不滿的狀態(tài)，貨艙的上半部分結(jié)構(gòu)根本就接觸不到礦砂，而下半部分結(jié)構(gòu)則需要承受相當(dāng)大的貨物壓力載荷。在結(jié)構(gòu)分析中卻需要全面考察各部位的結(jié)構(gòu)。因此結(jié)構(gòu)分析中將貨物載荷模擬為兩種形式：1）規(guī)范計(jì)算使用的貨物載荷-模擬滿艙；2）有限元分析使用的貨物載荷-模擬滿艙和重貨狀態(tài)。本文結(jié)合30萬噸礦砂船來研究dnv規(guī)范對(duì)礦砂船貨物載荷的要求。1. 規(guī)范計(jì)算的礦砂貨物載荷規(guī)范分析的礦砂貨物載荷計(jì)算的是礦砂的勻質(zhì)裝載密度的，即貨艙的裝載質(zhì)量除以貨艙的最大艙容（計(jì)算到艙口圍的上表面）。礦砂船的貨物密度載荷在

2、dnv規(guī)范的pt.5 ch.2 sec.5 b100中規(guī)定。for ore carrier = mfull / v (t/m3)v = vh for calculation of cargo bulkhead structures, plates and stiffeners.= vhr for calculation of hold girder structure other than cargo bulkheadsv hr = bulk carrier hold volume below a level 0.3 h + 0.14 bf within 60% of the middle w

3、idth/length of the hold, and linearly reduced to a level 0.3 h at hold sides and to 0.3h + 0.07 bf at transverse bulkheads= ore carrier hold volume below a level 0.4 h + 0.2 bf within the 60% of the middle width of the hold, and linearly reduced to 0.4 h at the hold sidesh = height of hold in m from

4、 inner bottom to top of coamingbf = breadth of hold in m at level 0.3 h (0.4 h for ore carriers) above inner bottom at hold midlength.作用在結(jié)構(gòu)上的載荷是根據(jù)規(guī)范如上規(guī)定的礦砂勻質(zhì)裝載密度以及載荷作用點(diǎn)的高度來換算的，在規(guī)范的pt.3 ch.1 sec.4 c400中規(guī)定如下：403 the pressure from bulk cargoes on sloping and vertical sides and bulkheads shall be taken

5、as:p = (g0 + 0.5 av) k hc (kn/m2)k = sin2tan2 (45 0.5) + cos2 = angle between panel in question and the horizontal plane in degreesav = as given in b600 = angle of repose of cargo in degrees, not to be taken greater than 20 degrees for light bulk cargo (grain etc.), and not greater than 35 degrees f

6、or heavy bulk cargo (ore)hc = vertical distance in m from the load point to the highest point of the hold including hatchway in general. for sloping and vertical sides and bulkheads, hc may be measured to deck level only, unless the hatch coaming is in line with or close to the panel considered.在計(jì)算礦

7、砂壓力時(shí)，與液體壓力不同的是礦砂貨物由于有內(nèi)部摩擦的影響，礦砂對(duì)水平結(jié)構(gòu)、垂向結(jié)構(gòu)以及斜殼板結(jié)構(gòu)是不同的，通過系數(shù)k來控制。2. 有限元分析的礦砂貨物載荷有限元分析中的重貨工況下，用到的礦砂貨物載荷與規(guī)范計(jì)算不同，它是根據(jù)貨艙的形狀來模擬貨物實(shí)際的堆型來計(jì)算密度的。如下圖2是是根據(jù)dnv 船級(jí)社的指導(dǎo)文件notes no. 31.1模擬30萬噸礦砂船的模擬形式。圖1 dnv船級(jí)社的貨物堆模擬形式圖2 dnv規(guī)范模擬的30萬噸礦砂船的模擬形式dnv規(guī)范對(duì)有限元分析用的貨物壓力載荷同上述規(guī)范計(jì)算，只是式中的密度和載荷點(diǎn)高度根據(jù)圖3中相應(yīng)的和hc替換即可。在有限元分析中，縱艙壁斜壁以及橫艙壁下壁墩斜

8、板上需要增加一個(gè)剪力，以獲得正確的向下載荷，note 31.1中規(guī)定如下：shear load: a design shear load, ps, has been added in order to obtain the correct total downward force in way of sloping elements i.e. transverse bulkhead stools and hopper tank construction, corresponding to the cargo mass, the shear load, ps acting on sloping

9、parts of bulkheads is to be taken as:(kn/m2)圖3 斜板上的剪力對(duì)于有限元分析的模擬滿艙工況（考察縱艙壁以及橫艙壁結(jié)構(gòu)），在dnv指導(dǎo)文件notes no. 31.1中規(guī)定了不同部位的計(jì)算點(diǎn)高度，即在艙口向下10度以外的區(qū)域，hc可以不必取到艙口圍的上表面，此時(shí)的貨物密度與規(guī)范校核相同。圖4 模擬滿艙工況的側(cè)向壓力載荷點(diǎn)3. 確定礦砂船貨物載荷需要注意事項(xiàng)礦砂分為粉礦、塊礦、球團(tuán)礦、燒結(jié)礦等幾種形式。它們的密度差異對(duì)船的要求主要是裝卸貨過程控制和清艙方面，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言沒有區(qū)別。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的密度載荷僅是根據(jù)上述規(guī)范要求（與船籍符號(hào)有關(guān)），用相應(yīng)貨艙的最

10、大裝載質(zhì)量除以相應(yīng)的艙容得到。確定貨物載荷除了規(guī)范要求以外，還應(yīng)結(jié)合說明書以及船東從使用方便的要求來確定一定的余量。下表是我廠30萬噸礦砂船與參考礦砂船的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)余量對(duì)比情況。具有一定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)余量的礦砂船，除了結(jié)構(gòu)更加安全以外，還能極大的方便裝卸貨過程。這一點(diǎn)從curgo mass curve可以明顯的體現(xiàn)出來。在給定的吃水以及總縱強(qiáng)度允許的條件下，有適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)余量的貨艙的最大和最小裝載之間的面積更大，即允許一次性裝載的貨物質(zhì)量比較大，并且可調(diào)范圍更寬。船東一般希望能有一定的設(shè)計(jì)余量以方便使用，因此確定礦砂密度時(shí)還需要與船東溝通確認(rèn)。表1. 不同參考礦砂船與廠30萬噸礦砂船的貨艙設(shè)計(jì)密度對(duì)比情況船只載重量（t）油水（m3）艙容（m3）均質(zhì)密度（t/m3）設(shè)計(jì)密度（t/m3）設(shè)計(jì)余度我廠船31300090001820001.671.807.8%參考船132300080001740001.811.831.1%參考船232300083001790001.751.824.0%參考船329800086001800001.611.716.2%參考船430500086001770001.671.712.4%圖5 30萬噸礦砂船的規(guī)范要求 mass curve圖6 30萬噸礦砂船no.3貨艙的mass curve4. 結(jié)論對(duì)于礦砂船而言，貨物的載荷確定比較