横舱壁大型集装箱船横舱壁结构形式探讨

伴随着集装箱航运市场的持续低迷，在安全的前提下，各个设计公司及船厂努力优化集装箱船的设计，降低空船质量，从而达到集装箱船性能指标优异，以抢占市场。集装箱船特别是超大型集装箱船，明显不同于其他船型：货舱开口较宽且很长，整船的横向强度主要依赖于横舱壁。船体的扭转强度，尤其是货舱段的变形也因横舱壁而得到有效控制。根据横舱壁的功能其主要分为水密横舱壁和支撑横舱壁两种。

横舱壁集装箱船横舱壁的作用及用途

集装箱船通常在两个标准集装箱（一个40 ft集装箱长度）之间设置横舱壁/支撑横舱壁，一般与横向舱口围板对齐，从而构成双板型的箱型结构，以便更有效装载及支撑集装箱；同时，集装箱船货舱区域的功能化模块也设置在横舱壁范围内。对于超大型集装箱船，横舱壁在垂向范围内，通常从内底或货舱最底部，一直延伸至横向舱口围板顶。横舱壁的前后两侧设有集装箱导轨，方便集装箱的吊装，导轨通常延伸至最下层的集装箱顶部，这样集装箱在装卸货的时候都能顺着导轨，以确保集装箱装卸的准确高效。当船舶纵倾时，集装箱通过导轨将纵向力传递至横舱壁。货舱区域船体纵剖面图如图1所示。

横舱壁的顶部支撑着两侧货舱的舱口盖以及绑扎桥，为了能够多装箱子，故力求在舱口盖上堆装最大层数和最多堆重的集装箱，由此产生较大反作用力作用于横舱壁，制约着横舱壁的刚度及强度。为了确保舱口盖上的集装箱在航行过程中不会因为船舶的运动而发生移动及丢失，集装箱船甲板面上通常设有绑扎桥。绑扎桥能够较好地把舱口盖上最下3～4层的集装箱系固在船体上。绑扎桥的宽度需满足CSS（Cargo Stowage and Securing）code中横向通道的最小要求，这在一定程度上限制了集装箱船横舱壁双板间的最小宽度。

双板型横舱壁参数见表1。

双板型横舱壁内需要布置货舱污水井、压载舱的管系、进入货舱的梯道、货舱通风管路等功能性模块，这些布置在一定程度上削弱了横舱壁的结构强度。对于部分燃油舱/压载水舱舱容紧张的集装箱船，会在水密横舱壁处设置燃油深舱/压载水舱。

横舱壁横舱壁抗扭设计

由于集装箱船大开口的特性，船体梁会承受各种载荷下的联合作用——静水弯矩、货物和不对称液舱室布置引起的静水扭矩、垂向弯矩、水平弯矩等。可以看出具有大开口的集装箱船不仅有纵向的弯曲，扭转变形也是其主要特征之一。而在开口区域内设置多个水密横舱壁和支撑横舱壁，不但可以增强开口区域的刚度，也可以抑制船体梁扭转变形。

集装箱船水密横舱壁和支撑横舱壁通常在其顶部设置由双向板架构成的横向抗扭箱，并在端部设置大型肘板与纵舱壁连接，用以提供足够的强度来承受由船体梁扭转而引起的扭矩。横向抗扭箱的抗扭强度取决与双向板架的高度及双向板的厚度。

横舱壁的抗扭能力可通过计算分析弯扭合成应力来校核。弯矩合成应力可使用BV的Mars2000软件进行分析，在剖面计算时迭加上翘曲应力，求得总的合成应力，并将总合成应力同许用应力比较，判断结构是否满足强度要求。最后可采用全船有限元分析的扭合成应力分析结构进行验证。

船体薄壁梁模型以及全船有限元模型参见图2、图3。

横舱壁水密横舱壁及支撑横舱壁形式

集装箱船的横舱壁通常分为水密横舱壁和支撑横舱壁。水密横舱壁的一侧是一个完整的水密板架，另一侧则为桁架形式；而支撑舱壁的两端均为桁架式。

由于船舶的破舱稳性的要求，集装箱船设有多道水密横舱壁。通常为纵向每2个40 ft集装箱长度处设一道水密舱壁，有的超大型集装箱船每3个40 ft集装箱长度设一道水密舱壁。水密横舱壁通常作为货舱的边界，将集装箱船划分为若干个货舱。水密横舱壁作为集装箱船最主要的受力构件之一，保证集装箱船的垂向强度、横向强度及扭转强度，同时水密横舱壁还需要能够承受在货舱破损状态下的水压力。

支撑横舱壁位于两道水密横舱壁之间，不同于水密横舱壁，其双板型两侧均为敞开式的桁架。故支撑横舱壁无论在垂向还是横向都比水密横舱壁的承载能力弱。

根据横舱壁平台/桁材的布置形式，可分为垂向式、水平式和混合式。

（1）垂向式

垂向式是在每个横向箱位向都设置垂直桁，每2～3个集装箱高度处设置水平平台的结构形式。其水平的结构平台个数明显少于垂直桁个数，该结构形式能够承受较大的垂向载荷。垂向式的横舱壁（见图4）在超大型集装箱船上运用较广。由于水密横舱壁要承担船舶破舱水压力，水密横舱壁的下部分一般采用垂向式的结构形式。部分船的支撑横舱壁下部也采用垂向式的结构形式。

（2）水平式

水平式是指在高度方向每个箱位间都设置水平平台，横向每隔若干个箱宽处设置垂直桁的结构形式。其水平的结构平台个数大于垂直桁个数，该结构形式的单个垂直桁承受更大的载荷，其构件尺寸会大很多。水平式横舱壁结构形式多用于货舱装有冷藏集装箱的情况，每层设有结构平台，方便冷箱集装箱的调控，参见图5。

（3）混合式

混合式是介于垂直式和水平式之间，水平平台和垂直桁均是每隔一个箱位间设置。由于平台及垂直桁的总数量较少，该结构形式的横舱壁的质量相对较轻。参见图6。

横舱壁改进的混合式横舱壁

混合式的横舱壁作为较优的结构形式，在超大型集装箱船中尚未广泛运用。不过，混合式的横舱壁虽然质量较轻，但对建造精度要求较高。由于混合式横舱壁自身平台及垂直桁较少、间距较大，通常间隔大于5 m；另一方面超大型集装箱船的横舱壁普遍很高、很宽，通常高度近30 m，单个横舱壁分段宽度近20 m。对于单片横舱壁分段，无论是运输、翻身、吊装还是大合拢，控制横舱壁的变形，提高建造精度一直是个难题。

由于混合式横舱壁的平台及垂直桁是每隔一个箱位处设置，这样必然会在中间出现空缺部分，导轨无法有效地支持在横舱壁上，致使导轨变形。通常在两个垂直桁之间设置角钢（见图6），并在导轨相应固定处沿纵向方向加强，但这同时也带来了一定缺陷。

集装箱船为大开口型船舶，在斜浪工况下的扭转变形较大，横舱壁作为抗扭的主要受力构件，会产生较大的扭转变形。横舱壁的垂直桁构件相对较强，连接其上的角钢自身强度较弱，且受制于连接形式，容易产生疲劳问题。若要解决连接处的疲劳问题，就需要一种新的结构形式取代原先的角钢。

改进的混合式横舱壁将传统的角钢连接改为T型材连接（见图7）。其优势在于，T型材面板与垂直桁面板相连时，可以增设软趾，并可根据计算结果局部嵌入厚板或将软趾放大。

横舱壁研究结论

集装箱船横舱壁的结构形式一般分为水平式、垂直式和混合式，可根据货舱实际装箱情况，选取合适的横舱壁形式。在货舱内不考虑装运冷藏集装箱的情况下，采用混合式的横舱壁形式，更能减轻结构质量。

改进的混合式横舱壁由于主要结构构件间距加大，给工厂的施工建造中控制变形量带来一定的难度，但其以下优点显而易见：

（1）混合式横舱壁由于平台或垂直桁数量较少，相对结构较轻。在满足相等结构强度前提下，对于单个横舱壁，混合式比垂直式减轻5%左右，比水平式减轻8%左右。

（2）改进的混合式横舱壁，运用T型材连接形式替代传统角钢连接形式，能很好地解决节点连接处的疲劳问题。

船上有许多横向和纵向布置的舱壁（Bulkhead），而其中沿船宽方向设置的分隔船舶舱室的舱壁称为横舱壁。

主要横舱壁(Transverse Bulkhead)对船梁能起到内部的加强作用，承受横向载荷，保证船体的横向强度，这对纵骨架式的船舶尤为重要。较长的纵舱壁能提高船体的总纵强度。此外，舱壁具有船梁刚性，可减少振动，作为船底、甲板、舷侧等结构的支座，使船体各构件之间的作用力互相传递。

在客船上，一旦发生火灾时，舱壁可防止烈火蔓延全船；舰艇在战斗中，当遭受敌人的有毒武器攻击时，舱壁也可防止毒气扩展。

横舱壁装在潜艇上是用以防止结构由于全面丧失稳定性而破坏、划分舱室、在特殊情况下限制浸水以及构成端部避难舱。当舱壁主要是用来限制浸水的时候，它们的布置要使得船上任何一个舱室和相邻的一个主压载舱浸水后仍能保持漂浮，因而能在水上碰撞事故中获得一定程度的安全。为了做到这一点，同时需要有超过水上排水量30%的大量压载舱，这给潜艇尺度带来了极为不利的影晌。进一步说，这一措施对下潜相当深度的潜艇当任何主要舱室浸水时很少可能会真正有所帮助。随着在核潜艇上主要舱室尺度的增大，对外部液舱的需要大大减少以及强调改善水下性能，同时由于核潜艇只有很少时间处于水上，继续坚持旧的观念将是无益的。因而核攻击潜艇不论在水上或水下都不能经受任何主要舱室的完全浸水。但是，在潜艇上仍装有横舱壁，使得当潜艇沉没深度大大低于使船体破坏的深度时，这些舱壁可构成艏艉避难舱。

如同水面船舶的横舱壁一样，潜艇的横舱壁也是根据一次使用来设计的，因此，预期它能在最大预定压力下超过屈服点并在塑性范围内很好地工作。这些舱壁是平板型的，具有厂泛的加强系统，它们在过去是按标准的横梁公式和假定载荷进行设计的。通常，在轴线上安装·一根主(初始)水平梁，并暇定它承受作用在整个舱壁上的一半截荷，截荷分布为椭圆形的。装置各垂直(次级)防挠材假定共同承受作用在舱壁上的整个载荷。最后，在垂直防挠材之间安装间段加强筋以减小板格尺寸并防止垂直防挠材的歪斜，假定它们承受按梯形或三角形分布的载荷。用这种方法设计的舱壁能够达到或超过规定的容许压力。然而，它们不能保征重量最小。海勒尔氏(Heller)和帕勒摩氏(Palermo)曾就这一类型的隔舱壁加强系税作了弹性分析，其结果与实验结果更为接近，并能使舱壁桔构重量有某些减小。

舱壁或强肋骨会使强的圆筒形结构成为非连续性的，因而与其相邻部分就成为耐压艇体早期破坏的可能根源。从实验观察已经证明在许多场合中轴对称的壳板屈服几乎总是发生在与“刚性支点”相邻的区段。为了抵消强舱壁的削弱作用，长期以来在实践中采取的措施是减小第一个肋骨到加强构件间的距离。然而，这一方法只是迫使破坏点移到第一个全长度的肋距，而对破坏压力并不能其正有所改善。商脱氏(Short)和巴尔特氏曾提出一种对这些“端部”区段的最佳设计方法。有限的模型试验也已证实了这一设计方法的结果。按照这种最佳设计程序(端部肋距比典型的长8%，端部肋骨比典型的大23%)得出的几何形状经过试验后被证明比减小末端肋距长度而不改变肋骨尺度的旧办法增强了5%。 2100433B

定义

安装于舱壁通舱管件上，能切断舱壁两侧舱柜连通的阀 。

在多层甲板的船体中,一般应使舱壁在甲板处切断,而使甲板连续通过。甲板间的舱壁,原则上应保持一个完整的独立分段,不宜再作分割,以减少船台(均)的对接工作量。但对纵骨架式船舶,其边缘部分可作为边板(围橙板)分别划入甲板分段和舷侧分段,以利安装。若舷侧分段带有舱壁边板,则在双层底边角处尚可划出一小块舱壁板作嵌补板,留待船台(坞)上安装。

对单底船,若舱壁(包括纵、横舱壁)直接安装于底部外板上,且不位于底部分段间的连接处,则舱壁分段的下部可划入底部分段(可高出肋板约100mm)。若双层底船直接安装于底部外板上的舱壁(一般在双层底变高度处或消失处),也可作同样处理。

开挖较窄的沟槽，多用横撑式土壁支撑。横撑式土壁支撑根据挡土板的不同，分为水平挡土板式以及垂直挡土板式两类。

前者挡土板的布置又分间断式和连续式两种。湿度小的黏性土挖土深度小于3m时，可用间断式水平挡土板支撑；对松散、湿度大的土可连续式水平挡土板支撑，挖土深度可达5m。对松散和湿度很高的土可用垂直挡土板，其挖土深度不限。挡土板、立柱及支撑的强度、变形及稳定等可根据实际布置情况进行及稳定等可根据实际布置情况进行结构计算 。2100433B