大型船舶的特点与机务管理 (1)概要

普通强度钢
高强度钢
当结构局部的应力水平超过屈服强度时，这个部位的材 料就会屈服，使得应力会在结构系统中重新分布。高强度 钢有一个特点，就是从屈服点到强度极限之间的应变区间 比例偏低。也就是说，高强度钢组成的结构系统，这种应 力重新分布的能力比较低。
由于高强度钢的大量使用，钢材经常工作在接近屈服 点的区域，根据钢材的特性，在这些高应力部位，钢材 的应变量偏大。目前船用的大部分涂料的弹性都跟不上， 这就导致涂层得开裂。另一方面，应力水平的提高，使 得应力腐蚀更加严重。这给防腐工作带来了更高的难度。 这也是大型船舶的一个特点。 由于高强度区域的大量存在，船舶结构的损坏方式也有 所不同。疲劳损坏的情况经常出现。这种损坏的可怕在于 它更难以发觉和检查，从而威胁到船舶的安全。 高强度钢的使用使得结构尺寸减小，从而使得结构发生 屈曲的可能性大大增加。
下面是常用的油漆品种的配套适应性，可以供搭架参 考：
上层涂料 下层涂料
油性 系
★
沥青 系
╳ ★ ○ ○ ○ ○ ╳ ╳
氯化 橡胶 系 ╳ ╳ ★ ○
环氧 树脂 系 ╳ ╳ ╳ ★
焦油 环氧 系 ╳ ╳ ╳ ○ ★ ○ ╳ ╳
乙烯 系
╳ ○ ○ ○ ○ ★ ╳ ╳
醇酸 树脂
酚醛 树脂
○ ╳ ╳ ○ ○ ○ ○ ★
我们知道，钢材的弹性模量都是一样的。这就意味着 更高的应力会导致更大的应变。由于往往高强度钢所 受的应力较大，它们的变形量也就较大。但问题在涂 层通常不具备这样的弹性，这就会使得涂层容易开裂。 根据常识，涂层一旦开始损坏，如果不能在短时间内 进行修复的话，整个涂层系统将会很快失效。 所以我们在进行结构检查的时候，还应该注意到涂层 的状况。一旦发现涂层开始损坏，就应该尽快修复涂 层。
为了保证涂层的修复质量，使得经过修理的涂层能够起 到相应的作用，涂层的修复应该严格按照规定的工艺进 行。
我们强烈建议大家在进行油漆工程前，咨询相关的油漆 商和专家，尤其是原来涂层的油漆商。因为补漆还是有 很多讲究的。 如果无法联系原来涂层的油漆商，我们建议按照以下的 原则进行：
o 选用油漆品种时要注意与原来油漆的相容性。因为上 下层油漆之间的结合力很大程度上与油漆品种相关。 如果涂料配套不好，则在使用过程中容易出现漆膜成 片脱落的现象，严重影响了涂层的防腐效果。
4. 因为高应力区域的腐蚀问题比较突出，所以保持防腐 系统的完整有效十分必要。在涂层的选用方面应该特 别讲究。 当钢材受到拉应力的作用时，如果没有涂层的保护， 腐蚀的速度会大大加快。这就是所谓的应力腐蚀现 象。 应力腐蚀与钢材受到的拉应力有关，而高强度钢在 防腐蚀方面比普通强度钢并没有优势。也就是说， 受到同样大小拉应力的作用，高强度钢何普通钢材 的腐蚀基本是一样的。而高强度钢受到的负荷一般 比普通强度钢要大，所以在涂层失效的情况下，高 强度钢比普通强度钢的应力腐蚀更为严重。
首先，我们从因次分析的角度来看一看： 我们知道，对于船体结构而言，最主要是船体的总纵 强度。我们是把船体看成一根梁（习惯称为船体梁）来 看待的。 对于梁结构，它的强度是与他的尺度呈3次方的关系。 也就是说，如果形状相似的前提下，梁结构的尺度放大 1倍的话，他能够承受的弯矩就会扩大到原来的8倍。 我们再来看看船体所承受的弯矩，如果所装载货物的 比重不变的话，船体梁上的分布载荷就与它的截面积成 正比。即分布载荷与尺度的2次方成正比。 根据结构力学，沿船长两次积分后，可以得到船体梁 所承受的弯矩。所以船体所承受的弯矩的主要部分与船 体尺度的4次方呈正比。
大家都知道，对于大宗货物，最经济运输的方式就是船 运，而船舶越大，分摊到单位货物的上的运输成本就越低。 所以，大宗货物的运输，一个是专业船舶，二是大型船舶。 但是大型船舶的发展又受到航道和码头的限制。所以我 国现在正在发展大型的散货和矿砂码头。
从我国的发展趋势来看，最近一个时期内，原油和铁矿 砂的进口量还要进一步增长，直到我国的经济发展模式有 了根本性的改变为止。到那时，铁矿砂的进口量可能会大 大回落，但原油的进口量大大下降的可能性相对较小一些。 所以大型船舶在我国还是很有发展前景的。
大型船舶对机务管理的要求
由于大型船舶结构具有上述特点，所以我们就要针对这些 特点进行管理。通常应该注意到以下几个方面： 1. 使用上要宁可保守一点，要保证船体结构不要超过允许 的使用负荷。比如在压载和配载时，考虑要周到一些， 要考虑在航行途中油水部分消耗的情况。 2. 加强结构的检查，发现问题应该及时解决。特别要注意 高应力区域的检查，重点要检查是否存在疲劳损坏开裂 的情况。 一般来说，高应力区可以从图纸、计算书和自查手册中 查到，也可以向验船师了解。
3. 对于大型船舶，还要注意检查是否有构件或半才发 生了屈曲（失稳）。
屈曲一般发生在受压应力比较高，而结构相对较薄 的部位。如甲板，尤其是舱口间横向甲板条。对于 那些槽形舱壁的散货船，如果没有上壁凳等强力横 向支撑，舱口间横向甲板条的屈曲更为常见。
另外一些强力肘板、较为单薄的横向强框架也是屈 曲较为常见的问题。大型散货船的双层底较高，肋 板的屈曲也是值得关注的问题。
油性系 沥青系 氯化橡胶 系 环氧树脂 系 焦油环氧 系 乙烯系 醇酸树脂 酚醛树脂
△
╳ ╳ ○ ○ ○ ★ ○
△
╳ ○ ○ ○ ○ ○
△
○
△
○ ╳ ╳△○表中：★表示配合最佳；○表示配合尚可；△表示配合不好；╳表示不能配合。
o 要注重油漆前的表面处理。这是一个非常关键的步 骤。一般应该进行淡水清洗和彻底的除锈，与原来 涂层相接的部位还应该进行拉毛处理。 清洗一般要用高压淡水或用淡水浸泡的方法，目的 是去除原来表面的盐分。 除锈应该彻底，一般的手工拷铲是达不到要求的， 应该采用砂轮或拷铲加电动/风动钢丝刷的方法来达 到。 新旧涂层相接部位的拉毛一般用砂轮和钢丝刷来进 行。宽度应该在20~40mm，以避免涂层在该部位开 裂。
常见缺陷： a. 肘板趾端 或构件突 然中断处。
要特别注 意肘板趾 端焊缝成 形不好的 部位。
b. 开孔边沿
尤其注意开孔边 沿不光滑的部位
c. 强力构件相交部位， 如甲板纵骨、舷侧 纵骨及船底纵骨与 强框架相交处，斜 凳板与内底板相交 处等等。
d. 搭接部位
e. 舱口角隅
一旦发现了疲劳损坏，应该尽快进行结构改进，防止再次 出现疲劳损坏。
由于结构优化的结果，大型船舶的高应力区域比较多。 这是大型船舶的特点之一。高应力区结构的要求比较要 高，因为很小的结构缺陷，比如由于腐蚀引起的边沿光 洁度的降低、由于货物撞击引起的结构变形等都容易使 得结构强度的下降。而在进行结构分析时，都是以理想 的状况作为分析依据的。所以，对于高应力区部位应该 加强结构检查。这给船舶的日常保养增加了不少难度。 大型船舶的结构经过优化后，应力水平大大提高，大 型船舶上的应力较高的部位，就必须采用高强度钢。同 时为了减轻船舶的自重，降低建造成本，提高经济性， 船厂也愿意大量采用高强度钢。所以大量采用高强度钢 是大型船舶的又一大特点。但是，高强度钢的大量使用 对船舶结构业带来了一些不利的影响。
o 涂敷时尽可能进行多道涂敷，以达到一定的漆膜厚 度。
漆膜厚度十分重要，这是涂层抗渗透性的一个关键 指标。因为除了外力作用，涂层的损坏主要是因为 电解质渗透到了钢材表面而引起的，涂层的抗渗透 性能决定了它的寿命。
多道涂敷还可以减少涂层的缺陷，因为后一道涂层 可以覆盖前一道的针孔。而且手工涂敷厚度一般比 较薄，多道涂敷也是增加涂层厚度的一个办法。 o 补漆时还应注意环境。对于常用涂料而言，标准的 施工环境是温度10~30℃、湿度在80%以下。湿度和 温度的控制对于营运船舶来说比较困难。但是我们 可以选择比较合适的时机，尽量靠近这个标准。
大型船舶的特点
粗看起来，大型船舶与中小型船舶除了尺度上不一样，其他 没什么区别。但我们仔细分析一下，就会发现有很多特点的。 这些特点主要反映在结构上。 我们首先从以下受力和材料使用方面来看一看大型船舶结构 的特点： 大型船舶在很多人眼里只不过是尺度大一点而已。但我们 说，尺度的变化会使得他们的受力情况发生很大的变化。这 种变化可能是很多人都没有料想到的。
根据上面的情况，我们可以得出结论，如果按照比例 放大的话，船舶尺度越大，应力水平就会越高。大致上， 船长大一倍，应力水平也应该高一倍。 但我们通过合理的设计，可以使得应力的分布更为合 理。事实上，我们可以发现，船舶的尺度越大，满载排 水量中，空船重量所占的比重反而有所下降。
这一方面说明，现代的设计技术和设计手段已经非常 先进，能够对船体结构进行大规模的优化。另一方面， 这样优化的前提是保证船舶结构的完整和良好的状况。 由于经过优化后，船舶的强度裕度已经所剩无几了。所 以对于这样的船舶，加强管理，保持船舶结构的良好状 态是十分必要的。
根据上述特点，我们应该针对大型船舶的特性进行管 理和保养，才能够既降低营运的成本，又能够保证安全。 值得注意的是，由于计算工具的发展，相对稍小一点 的船舶也开始拥有大型船舶的这些特点。 一些船级社为了满足一些客户（主要是船厂、设计方 和一些船东）的要求，同时也为了显示其技术，从规范 的角度鼓励将船舶设计建造得越来越轻。 国际船级社协会（IACS）已经注意到这种动向，最近 决定出台共同规范（Common Rules），以避免船级社在 船舶强度标准方面的竞争。我们注意到，这个共同规范 只包括两个方面：一个是散货船的规范（JBP），另一个 是油轮的规范（JTP）。
大型船舶的结构特点与机务管理
———与河北远洋研讨座谈资料
中国船级社广州分社 张宇
目录
航运形势对船舶大型化的要求
大型船舶的特点 大型船舶对机务管理的要求 大型船舶在监造和修理中应该注意的问题
航运形势对船舶大型化的要求
随着全球经济一体化的进程，各国和各地区根据自己的 优势和特长发展相关产业，这是一个大的趋势。那种各国 平均发展各个行业的封闭式经济模式已经过时。这意味着， 各种产业向特定的地区集中。比如我国，已经被喻为世界 工厂。这使得某些原材料和产品都需要进行较长距离的运 输。 我国是一个资源相对贫乏的国家，要支持经济的高速发 展，需要大量进口各种原材料，同时我们的产品也需要输 送到全球的消费者手里。 这种大宗货物的运输，最为经济的方法就是水路运输。