基本介紹
- 中文名：底邊艙
- 外文名：bottom side tank
- 定義：船底龍骨以上貨艙以下的壓載水艙
- 繁體：底邊艙
- 一級學科：船舶工程
- 二級學科：船舶結構
壓載水艙,油船底邊艙下折角結構加強多方案最佳化設計,研究概述,加強方案,結 論,雙層底包括底邊艙結構的檢查,底邊艙艙項的檢查,雙層底和底邊艙檢查,
壓載水艙
船舶在航行中，船上的燃料、貨物、食品、飲用水等都在指定的艙室中。這些物品在起航時，船舶的吃水與縱傾度都是按設計要求，利於船舶的穩定性。但在運行中，這些物品又是變動的，有的物品在減少，有的物品在增加。例如：有些燃料將會因船舶運行而逐漸減少，飲用水也在日趨減少。有的貨艙又在增加貨物或減少。這些變化會使原來的船舶吃水發生變化，或者前、後的載重量發生變化，因而就影響了船舶的航行性能。
為了及時調整因運行發生的船載物品變化而帶來的影響船舶穩定的問題，設計人員設計了壓載水艙。壓載水艙分布在雙層底艙、首尖艙、尾尖艙、舷側邊艙或深水艙內。用泵吸人或排出艙內的水，使船舶保持壓載正常和縱傾度正常，這些設施叫做船舶壓載水系統。例如，因左舷貨艙卸貨過多，左舷失去壓載，船隻可能發生右傾，這時只要向左舷側邊艙注水，就恢復了原來的壓載，使船隻平穩。
破冰船的壓載水艙還有使船隻搖晃的作用，利用船的左、右搖晃，或縱傾來破冰。
油船底邊艙下折角結構加強多方案最佳化設計
研究概述
油船底邊艙下折角是指貨艙區底邊艙斜板與內底板相交處，該節點連線著內底板、底邊艙斜板、旁底縱桁、雙層底實肋板和舭部強框，是油船船體結構的典型高應力區。2016年4月1日發布實施的油船共同結構規範（以下簡稱CSR-OT）對其結構細節提出要求（見圖1），內底板與底邊艙斜板、雙層底實肋板、邊縱桁、底邊艙橫隔板之間應至少採用部分熔透焊接，底邊艙斜板的中線應與桁材對齊，容許公差為t/3或5 mm，其中t為內底板厚度。應通過消除邊艙折角處的扇形孔，延伸內底板來減少周期性的外部波浪壓力、貨物慣性壓力和船體梁載荷引起的合成應力水平。另外，CSR-OT還對該區域的疲勞強度校核提出強制要求。2015年7月1日實施的協調共同結構規範（以下簡稱CSR-H）在CSR-OT的基礎上，對下折角有限元細格線屈服強度校核也提出強制要求。該研究對某大型油船貨艙區底邊艙下折角結構進行多方案的最佳化設計，並針對每個方案進行粗格線與細格線的屈服強度分析和精細格線的疲勞強度分析。根據分析結果，探討不同結構加強方案的特點和優劣，為後續符合CSR-H的船型結構設計提供參考。
圖1
圖1加強方案
加強方案1是船舶設計工作中最常用的設計手段，即增加高應力區的結構尺寸，以達到降低該處應力水平之目的。
加強方案2是在雙層底實肋板前後增設板厚與實肋板相同的一對伴隨肘板。構想通過在實肋板前後相鄰位置新增肘板來分擔雙層底實肋板上的局部載荷，通過改善局部結構剛度的方式達到降低該處應力的目的。
加強方案3是一種非常規的“加強”方案，通過在承載結構上的某個合適位置開孔，引起局部應力梯度的改變，使開孔附近結構的應力重新分布，起到降低最高應力水平的作用。一般來說，根據以往船級社試算的經驗，開孔的型心布置在應力集中區域單元的主應力方向上效果較好。
加強方案4是在底邊艙下折角處的貨艙內對齊實肋板增加圓弧形防疲勞肘板，這是CSR-OT及CSR-H提高貨艙區底邊艙下折角疲勞強度的推薦方案之一。規範要求該肘板至少延伸至內底板及底邊艙斜板上相鄰的第一根縱骨處，肘板趾端須採用軟趾設計，肘板材質須與內底板相同。
結 論
油船貨艙底邊艙下折角點處是船體結構的高應力區域，CSR-H在CSR-OT的基礎上對該區域的有限元細格線應力校核提出強制要求。通過對某大型油船底邊艙下折角有限元細格線計算發現，折角點處應力集中區域具有範圍小、應力梯度變化大的特點。針對該區域的應力集中現象，提出四種加強方案。最終加強後的底邊艙下折角結構均滿足CSR-H規範的屈服和疲勞強度衡準。
加強方案1可操作性強。該方案只改變局部板厚，結構修改量小，無需增加其他熱點的強度校核，因此是設計工作中最常用的方案。對於實肋板的前後相鄰位置增加伴隨肘板的加強方案2，由於所增設肘板分擔局部載荷少，工藝量增加多，也不利於質量控制，實際設計工作中應避免使用。加強方案3是唯一不必增加構件尺寸，而是通過設定應力釋放孔——通過去除材料方式降低目標區域應力的方法，但需要謹慎考慮高應力區域開孔自由邊的疲勞強度問題。加強方案4是CSR-H推薦的下折角加強方案之一。雖然這種加強方式增加了船廠工藝，但包括屈服和疲勞強度在內的綜合力學性能較好，設計工作中也可以考慮。
綜上所述，如果不考慮船廠工藝因素，加強方案4是諸方案中最為穩妥的一種。如果船廠方面對較多的工藝成本增加持反對意見，也可考慮方案1和方案3的加強方式。前者結構形式簡單，但增加質量較重；而後者在質量控制方面表現良好，但對設計的準確性提出較高的要求，也增加了計算分析的工作量。雖然在實船上採用這種新穎結構形式還需要徵得船東的同意，開孔自由邊處的疲勞強度校核流程以及分析結果也要取得船級社的認可，但這確實是值得考慮的最佳化設計方案。
雙層底包括底邊艙結構的檢查
1、雙層底結構除承受貨艙內貨物的重壓力外，還參與船體的總縱彎曲強度，雙層底項結構在裝卸貨物過程中遭受貨物和機械設備的碰撞，船艏部分的底板在惡劣的海況時因抨擊引起額外動載荷。
2、兼作壓載艙的貨艙雙層底比只裝貨的貨艙更容易發生裂紋和變形。
3、由於卸貨時使用鏟車使內地板/底邊艙斜板和內底版/壁凳的連線焊縫遭到破壞。
PSCO在檢查時應注意的問題：
底邊艙艙項的檢查
A、艙項結構的總體腐蝕狀況可以通過目視檢查了解，艙頂板的腐蝕程度應通過測厚評定。
B、由於阱內積水/腐蝕溶液能引起嚴重的麻點腐蝕，污水阱應清潔後仔細檢查。應特別注意污水吸口和測深管附近的板材。
C、應特別注意管子穿過艙頂處的區域。
D、艙頂板屈曲可能發生在縱骨間平面內橫向壓力區域或肋板間平面內縱向應力區域。
E、艙頂區域結構變形一般是由於貨物過載，裝卸貨時貨物的撞擊或卸貨時使用機械造成的。
F、不論何時發現艙頂變形，必須進行進一步的雙層底艙內檢驗以確定損壞程度。變形能引起雙層底內塗層脫落，在這些無保護塗層的區域腐蝕會進一步加劇。
G、通常近觀檢查時會發現裂紋。在雙層底艙壓力試驗時能發現沿著板的厚度方向或順著焊縫延伸的裂紋。
雙層底和底邊艙檢查
A、雙層底內部結構(縱材、橫材、肋板、縱桁等)的腐蝕程度應通過測厚來評定
B、如果保護塗層沒有正確的保養，壓載艙內的結構會遭到嚴重的局部腐蝕。通常雙層底艙上部結構比下部結構更容易遭到嚴重的腐蝕。在底邊艙的強框腹板的角隅處由於高剪力應力而遭到嚴重的腐蝕，尤其在未安裝領板的縱骨開口處。
C、加熱燃油的高溫會加速鄰近壓載艙內結構的腐蝕，腐蝕的速度取決於下述諸因素：
一傳遞給壓載艙的的溫度和熱量
一原塗層狀況及其維護保養
一壓載頻率和操作
一船齡以及由於腐蝕使構件厚度減小而產生的相關應力會導致裂紋和屈曲。
D、通過吸口的液流的侵蝕和空泡導致吸口下方的船殼板的局部磨損。另外，由於吸口位於艙的最低處，所以即使是空艙，水/泥仍將蓋住這個區域。用手觸摸位於吸口下的船殼板，可以確認殼板的狀況，如有疑問，應將吸口的下部拆去並進行測厚。如果船舶進塢，可從下面進行測厚，如果吸口和下方殼板距離太近以致無法用手觸摸，應將吸口拆去。位於測設管下方的船殼板也應仔細檢查，如防撞未安舵和掛舵臂在裝復板或已磨損，船殼板會因測深錘的撞擊而引起嚴重腐蝕。
E、如艙頂和船底外部檢查時發現變形，則變形區域應進行艙內檢查以確定艙內塗層和內部結構的損壞程度。
F、一般情況下裂紋通常是通過近觀檢查發現的。如果雙層底內的旁桁材沒有與折角線(內底板與底邊斜坡板的交線)對中，折角線下肋板之間距較大或者為了便於裝配角隅處開了些角隅扇形孔。
G、當發現船殼板的變形時，應仔細檢查受影響區域的內部結構，即使外部變形較小內部結構也可能遭到嚴重破壞。
