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中国船级社研发目标型集装箱船结构规范
作者: CSS海商通 文章来源: 来源:中国船检 时间:2018-09-12 09:04:23 访问量:44

据国际海事组织(IMO)战略计划,目标型船舶建造标准(GBS)应用范围将由油船和散货船扩展至所有船型。为此,中国船级社(CCS)未雨绸缪,对目标型集装箱船结构规范开展研究,为CCS未来的目标型规范研发工作打下基础。

一、IMO提出将GBS要求扩大至所有船型

目标型船舶建造标准(GBS)的概念是IMO在2002年第89届理事会上引入的。经过数年的努力,GBS确定了五个层次的框架体系。IMO制定第一层船舶安全目标、第二层功能目标及第三层规范符合性验证要求,第四和五层分别为船级社的规范和工业界的标准(见下图)。GBS要求船舶规范在第一层和第二层的框架内制定,并按第三层的符合性准则予以验证。2010年,IMO正式发布了油船和散货船GBS前三层要求,并开始对各船级社油船和散货船规范进行GBS符合性审核。经过IACS各成员的协同努力,油船和散货船共同结构规范(CSR)以及IACS各成员配套规范指南于2016年通过IMO的GBS初次审核。

鉴于GBS要求的科学性以及在油船和散货船实施中获得了海事界的好评,IMO在2015年和2017年发布的高层次行动纲要中,均提及继续推进GBS要求在海事安全和环保领域的应用,提出考虑将GBS要求扩大到所有船型。可以说,以GBS要求制定未来的船舶规范和标准已成为必然。最近几年集装箱船的大型化成为主流趋势,系列万箱甚至两万箱超大型集装箱船陆续投入市场,但多起集装箱船事故引起了包括IMO在内的海事界各方的高度重视,促使三大主力运输船型之一的集装箱船势必成为GBS应用推广的首要目标。

为此,IACS加快了GBS方法在集装箱船规范制定中应用的步伐,比如UR S34——有关集装箱船载荷工况功能要求的出台。各船级社也纷纷升级各自规范体系,以适用GBS要求。CCS也加快了对集装箱船GBS规范的研发。

二、CCS研发方法和途径

CCS通过这些年参与IACS CSR规范制定和GBS应审工作,已掌握GBS方法论,为建立集装箱船GBS规范打下了基础,并提供了方法和途径:

1、GBS规范体系的特点

(1) 全面性。GBS规范需涵盖IMO对船舶设计、建造、检验、营运及维护的规则和规定,甚至包括涂层标准、拆船公约、劳工公约的相关要求等。

(2) 等效性。GBS规范对船舶安全要求不再限定于采用“描述性规定”来明确具体的技术细节,而是鼓励使用认可的等效替代方法实现设定的目标。

(3) 先进性。GBS规范代表了技术发展的前沿和趋势,如船舶设计寿命、环境条件、残余强度、结构冗余度、设计透明度等要求。

2、集装箱船的关键技术

(1) 集装箱船的载荷特性分析,包括船型结构、环境条件、设计寿命、载货特征、营运经验等确定运动和载荷数据,建立船舶全生命周期内载荷计算模型;

 (2) 结构强度方法研究,包括载荷模式、力学模型、净尺寸方法、接受衡准等;

(3) 基于结构冗余、安全储备和实船历史营运数据验证的集装箱船适用性研究。

3、CCS经验规范的继承

梳理CCS现有海船结构规范,提炼出满足GBS要求的内容,并遵循以下原则将其发展成GBS规范:

(1) 保留IACS的统一要求及油船、散货船共同结构规范的技术体系;

(2) 适用于业界需求,便于用户使用和软件开发;

(3) 符合规范的适用性和灵活性要求,利于新型结构设计。

4、规范技术背景的构建

GBS规范体系应符合当前及未来船舶设计的发展方向,具有力学、材料学、统计学等学科的完善技术背景:

(1) 分析出传统经验型规范所具有的技术背景,将其升级为GBS规范技术背景;

(2) 采用高级分析、试验或基于风险方法等手段,编制科学的背景文件;

(3) 基于规范整体性和系统性要求,保证技术要求涵盖船舶全生命周期和良好的衔接。

三、CCS集装箱船GBS规范初步框架

CCS按IMO GBS方法论的要求,对集装箱船GBS前三层要求开展了研究,并在此基础上形成了CCS目标型集装箱船结构规范体系的初步框架,详见下图。

1、环境载荷

基于25年一遇的北大西洋海况,采用等效设计波法和大量集装箱船的实船比对,获得对应于数个规则波下的载荷计算公式,从而建立了规范的载荷计算体系,同时,结合集装箱船结构和装载特点,对包括横浪和斜浪在内的动载荷工况进行组合及应用。对于全船有限元分析,基于动态载荷法,考虑垂向弯矩、水平弯矩和扭矩的长期预报。

2、描述性规范要求

IACS UR S11A规定了集装箱船波浪载荷(垂向弯矩和剪力)和总纵强度校核要求(包括屈服强度、屈曲强度、船体梁刚度和极限强度),CCS需按GBS要求补充水平波浪弯矩、扭矩等载荷,并考虑弯扭组合下的船体总强度要求。在此基础上,建立基于载荷的集装箱船局部强度要求,并对结构布置作出规定。

3、结构强度直接计算

IACS UR S34给出了集装箱船结构强度直接计算的功能性要求,CCS按GBS要求实施转化,从静水载荷、波浪载荷、集装箱载荷、计算工况等方面,改进了原有的集装箱船规范要求。在此基础上,舱段有限元评估范围从船中货舱段扩展到整个货舱区和燃油舱区域,同时考虑全船有限元分析,覆盖了全船区域的主要构件强度验证要求。

4、其他特殊要求

针对超大型集装箱船波激和颤振问题,CCS已研究制定了船体结构波激振动和砰击颤振评估指南,可分别进行波激和颤振作用下的疲劳强度分析和颤振作用下的极限强度分析。针对集装箱系固绑扎,CCS基于集装箱船载荷体系,给出了集装箱船系固加速度计算和系固强度评估要求,并可考虑特定航线和特定季节等特殊要求。

四、展望

GBS从提出、发展和真正实施不过10余年,却对油船和散货船的设计建造都带来了一场技术革命。IMO最新的战略计划为未来的GBS的拓展提供了方向,GBS的逐步应用已成为不可逆转的趋势,将对更多船型的设计、建造等产生重大影响,也将对世界船舶工业提出新的挑战,考验各国造船业的综合技术实力。

对于CCS来说,应在前期研究成果的基础上,以集装箱船GBS规范研发为契机,认真总结和梳理,全面考虑目标型规范转型要求,拓展GBS规范体系的适用范围,攻克规范体系的束缚,提升中国造船业的技术能力和核心竞争力。

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