艙壁閥

定義

安裝于艙壁通艙管件上，能切斷艙壁兩側(cè)艙柜連通的閥 。

船上有許多橫向和縱向布置的艙壁（Bulkhead），而其中沿船寬方向設(shè)置的分隔船舶艙室的艙壁稱為橫艙壁。

主要橫艙壁(Transverse Bulkhead)對(duì)船梁能起到內(nèi)部的加強(qiáng)作用，承受橫向載荷，保證船體的橫向強(qiáng)度，這對(duì)縱骨架式的船舶尤為重要。較長(zhǎng)的縱艙壁能提高船體的總縱強(qiáng)度。此外，艙壁具有船梁剛性，可減少振動(dòng)，作為船底、甲板、舷側(cè)等結(jié)構(gòu)的支座，使船體各構(gòu)件之間的作用力互相傳遞。

在客船上，一旦發(fā)生火災(zāi)時(shí)，艙壁可防止烈火蔓延全船；艦艇在戰(zhàn)斗中，當(dāng)遭受敵人的有毒武器攻擊時(shí)，艙壁也可防止毒氣擴(kuò)展。

橫艙壁裝在潛艇上是用以防止結(jié)構(gòu)由于全面喪失穩(wěn)定性而破壞、劃分艙室、在特殊情況下限制浸水以及構(gòu)成端部避難艙。當(dāng)艙壁主要是用來限制浸水的時(shí)候，它們的布置要使得船上任何一個(gè)艙室和相鄰的一個(gè)主壓載艙浸水后仍能保持漂浮，因而能在水上碰撞事故中獲得一定程度的安全。為了做到這一點(diǎn)，同時(shí)需要有超過水上排水量30%的大量壓載艙，這給潛艇尺度帶來了極為不利的影晌。進(jìn)一步說，這一措施對(duì)下潛相當(dāng)深度的潛艇當(dāng)任何主要艙室浸水時(shí)很少可能會(huì)真正有所幫助。隨著在核潛艇上主要艙室尺度的增大，對(duì)外部液艙的需要大大減少以及強(qiáng)調(diào)改善水下性能，同時(shí)由于核潛艇只有很少時(shí)間處于水上，繼續(xù)堅(jiān)持舊的觀念將是無益的。因而核攻擊潛艇不論在水上或水下都不能經(jīng)受任何主要艙室的完全浸水。但是，在潛艇上仍裝有橫艙壁，使得當(dāng)潛艇沉沒深度大大低于使船體破壞的深度時(shí)，這些艙壁可構(gòu)成艏艉避難艙。

如同水面船舶的橫艙壁一樣，潛艇的橫艙壁也是根據(jù)一次使用來設(shè)計(jì)的，因此，預(yù)期它能在最大預(yù)定壓力下超過屈服點(diǎn)并在塑性范圍內(nèi)很好地工作。這些艙壁是平板型的，具有廠泛的加強(qiáng)系統(tǒng)，它們?cè)谶^去是按標(biāo)準(zhǔn)的橫梁公式和假定載荷進(jìn)行設(shè)計(jì)的。通常，在軸線上安裝·一根主(初始)水平梁，并暇定它承受作用在整個(gè)艙壁上的一半截荷，截荷分布為橢圓形的。裝置各垂直(次級(jí))防撓材假定共同承受作用在艙壁上的整個(gè)載荷。最后，在垂直防撓材之間安裝間段加強(qiáng)筋以減小板格尺寸并防止垂直防撓材的歪斜，假定它們承受按梯形或三角形分布的載荷。用這種方法設(shè)計(jì)的艙壁能夠達(dá)到或超過規(guī)定的容許壓力。然而，它們不能保征重量最小。海勒爾氏(Heller)和帕勒摩氏(Palermo)曾就這一類型的隔艙壁加強(qiáng)系稅作了彈性分析，其結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為接近，并能使艙壁桔構(gòu)重量有某些減小。

艙壁或強(qiáng)肋骨會(huì)使強(qiáng)的圓筒形結(jié)構(gòu)成為非連續(xù)性的，因而與其相鄰部分就成為耐壓艇體早期破壞的可能根源。從實(shí)驗(yàn)觀察已經(jīng)證明在許多場(chǎng)合中軸對(duì)稱的殼板屈服幾乎總是發(fā)生在與“剛性支點(diǎn)”相鄰的區(qū)段。為了抵消強(qiáng)艙壁的削弱作用，長(zhǎng)期以來在實(shí)踐中采取的措施是減小第一個(gè)肋骨到加強(qiáng)構(gòu)件間的距離。然而，這一方法只是迫使破壞點(diǎn)移到第一個(gè)全長(zhǎng)度的肋距，而對(duì)破壞壓力并不能其正有所改善。商脫氏(Short)和巴爾特氏曾提出一種對(duì)這些“端部”區(qū)段的最佳設(shè)計(jì)方法。有限的模型試驗(yàn)也已證實(shí)了這一設(shè)計(jì)方法的結(jié)果。按照這種最佳設(shè)計(jì)程序(端部肋距比典型的長(zhǎng)8%，端部肋骨比典型的大23%)得出的幾何形狀經(jīng)過試驗(yàn)后被證明比減小末端肋距長(zhǎng)度而不改變肋骨尺度的舊辦法增強(qiáng)了5%。 2100433B

伴隨著集裝箱航運(yùn)市場(chǎng)的持續(xù)低迷，在安全的前提下，各個(gè)設(shè)計(jì)公司及船廠努力優(yōu)化集裝箱船的設(shè)計(jì)，降低空船質(zhì)量，從而達(dá)到集裝箱船性能指標(biāo)優(yōu)異，以搶占市場(chǎng)。集裝箱船特別是超大型集裝箱船，明顯不同于其他船型：貨艙開口較寬且很長(zhǎng)，整船的橫向強(qiáng)度主要依賴于橫艙壁。船體的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，尤其是貨艙段的變形也因橫艙壁而得到有效控制。根據(jù)橫艙壁的功能其主要分為水密橫艙壁和支撐橫艙壁兩種。

橫艙壁集裝箱船橫艙壁的作用及用途

集裝箱船通常在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱（一個(gè)40 ft集裝箱長(zhǎng)度）之間設(shè)置橫艙壁/支撐橫艙壁，一般與橫向艙口圍板對(duì)齊，從而構(gòu)成雙板型的箱型結(jié)構(gòu)，以便更有效裝載及支撐集裝箱；同時(shí)，集裝箱船貨艙區(qū)域的功能化模塊也設(shè)置在橫艙壁范圍內(nèi)。對(duì)于超大型集裝箱船，橫艙壁在垂向范圍內(nèi)，通常從內(nèi)底或貨艙最底部，一直延伸至橫向艙口圍板頂。橫艙壁的前后兩側(cè)設(shè)有集裝箱導(dǎo)軌，方便集裝箱的吊裝，導(dǎo)軌通常延伸至最下層的集裝箱頂部，這樣集裝箱在裝卸貨的時(shí)候都能順著導(dǎo)軌，以確保集裝箱裝卸的準(zhǔn)確高效。當(dāng)船舶縱傾時(shí)，集裝箱通過導(dǎo)軌將縱向力傳遞至橫艙壁。貨艙區(qū)域船體縱剖面圖如圖1所示。

橫艙壁的頂部支撐著兩側(cè)貨艙的艙口蓋以及綁扎橋，為了能夠多裝箱子，故力求在艙口蓋上堆裝最大層數(shù)和最多堆重的集裝箱，由此產(chǎn)生較大反作用力作用于橫艙壁，制約著橫艙壁的剛度及強(qiáng)度。為了確保艙口蓋上的集裝箱在航行過程中不會(huì)因?yàn)榇暗倪\(yùn)動(dòng)而發(fā)生移動(dòng)及丟失，集裝箱船甲板面上通常設(shè)有綁扎橋。綁扎橋能夠較好地把艙口蓋上最下3～4層的集裝箱系固在船體上。綁扎橋的寬度需滿足CSS（Cargo Stowage and Securing）code中橫向通道的最小要求，這在一定程度上限制了集裝箱船橫艙壁雙板間的最小寬度。

雙板型橫艙壁參數(shù)見表1。

雙板型橫艙壁內(nèi)需要布置貨艙污水井、壓載艙的管系、進(jìn)入貨艙的梯道、貨艙通風(fēng)管路等功能性模塊，這些布置在一定程度上削弱了橫艙壁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。對(duì)于部分燃油艙/壓載水艙艙容緊張的集裝箱船，會(huì)在水密橫艙壁處設(shè)置燃油深艙/壓載水艙。

橫艙壁橫艙壁抗扭設(shè)計(jì)

由于集裝箱船大開口的特性，船體梁會(huì)承受各種載荷下的聯(lián)合作用——靜水彎矩、貨物和不對(duì)稱液艙室布置引起的靜水扭矩、垂向彎矩、水平彎矩等。可以看出具有大開口的集裝箱船不僅有縱向的彎曲，扭轉(zhuǎn)變形也是其主要特征之一。而在開口區(qū)域內(nèi)設(shè)置多個(gè)水密橫艙壁和支撐橫艙壁，不但可以增強(qiáng)開口區(qū)域的剛度，也可以抑制船體梁扭轉(zhuǎn)變形。

集裝箱船水密橫艙壁和支撐橫艙壁通常在其頂部設(shè)置由雙向板架構(gòu)成的橫向抗扭箱，并在端部設(shè)置大型肘板與縱艙壁連接，用以提供足夠的強(qiáng)度來承受由船體梁扭轉(zhuǎn)而引起的扭矩。橫向抗扭箱的抗扭強(qiáng)度取決與雙向板架的高度及雙向板的厚度。

橫艙壁的抗扭能力可通過計(jì)算分析彎扭合成應(yīng)力來校核。彎矩合成應(yīng)力可使用BV的Mars2000軟件進(jìn)行分析，在剖面計(jì)算時(shí)迭加上翹曲應(yīng)力，求得總的合成應(yīng)力，并將總合成應(yīng)力同許用應(yīng)力比較，判斷結(jié)構(gòu)是否滿足強(qiáng)度要求。最后可采用全船有限元分析的扭合成應(yīng)力分析結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證。

船體薄壁梁模型以及全船有限元模型參見圖2、圖3。

橫艙壁水密橫艙壁及支撐橫艙壁形式

集裝箱船的橫艙壁通常分為水密橫艙壁和支撐橫艙壁。水密橫艙壁的一側(cè)是一個(gè)完整的水密板架，另一側(cè)則為桁架形式；而支撐艙壁的兩端均為桁架式。

由于船舶的破艙穩(wěn)性的要求，集裝箱船設(shè)有多道水密橫艙壁。通常為縱向每2個(gè)40 ft集裝箱長(zhǎng)度處設(shè)一道水密艙壁，有的超大型集裝箱船每3個(gè)40 ft集裝箱長(zhǎng)度設(shè)一道水密艙壁。水密橫艙壁通常作為貨艙的邊界，將集裝箱船劃分為若干個(gè)貨艙。水密橫艙壁作為集裝箱船最主要的受力構(gòu)件之一，保證集裝箱船的垂向強(qiáng)度、橫向強(qiáng)度及扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，同時(shí)水密橫艙壁還需要能夠承受在貨艙破損狀態(tài)下的水壓力。

支撐橫艙壁位于兩道水密橫艙壁之間，不同于水密橫艙壁，其雙板型兩側(cè)均為敞開式的桁架。故支撐橫艙壁無論在垂向還是橫向都比水密橫艙壁的承載能力弱。

根據(jù)橫艙壁平臺(tái)/桁材的布置形式，可分為垂向式、水平式和混合式。

（1）垂向式

垂向式是在每個(gè)橫向箱位向都設(shè)置垂直桁，每2～3個(gè)集裝箱高度處設(shè)置水平平臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式。其水平的結(jié)構(gòu)平臺(tái)個(gè)數(shù)明顯少于垂直桁個(gè)數(shù)，該結(jié)構(gòu)形式能夠承受較大的垂向載荷。垂向式的橫艙壁（見圖4）在超大型集裝箱船上運(yùn)用較廣。由于水密橫艙壁要承擔(dān)船舶破艙水壓力，水密橫艙壁的下部分一般采用垂向式的結(jié)構(gòu)形式。部分船的支撐橫艙壁下部也采用垂向式的結(jié)構(gòu)形式。

（2）水平式

水平式是指在高度方向每個(gè)箱位間都設(shè)置水平平臺(tái)，橫向每隔若干個(gè)箱寬處設(shè)置垂直桁的結(jié)構(gòu)形式。其水平的結(jié)構(gòu)平臺(tái)個(gè)數(shù)大于垂直桁個(gè)數(shù)，該結(jié)構(gòu)形式的單個(gè)垂直桁承受更大的載荷，其構(gòu)件尺寸會(huì)大很多。水平式橫艙壁結(jié)構(gòu)形式多用于貨艙裝有冷藏集裝箱的情況，每層設(shè)有結(jié)構(gòu)平臺(tái)，方便冷箱集裝箱的調(diào)控，參見圖5。

（3）混合式

混合式是介于垂直式和水平式之間，水平平臺(tái)和垂直桁均是每隔一個(gè)箱位間設(shè)置。由于平臺(tái)及垂直桁的總數(shù)量較少，該結(jié)構(gòu)形式的橫艙壁的質(zhì)量相對(duì)較輕。參見圖6。

橫艙壁改進(jìn)的混合式橫艙壁

混合式的橫艙壁作為較優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式，在超大型集裝箱船中尚未廣泛運(yùn)用。不過，混合式的橫艙壁雖然質(zhì)量較輕，但對(duì)建造精度要求較高。由于混合式橫艙壁自身平臺(tái)及垂直桁較少、間距較大，通常間隔大于5 m；另一方面超大型集裝箱船的橫艙壁普遍很高、很寬，通常高度近30 m，單個(gè)橫艙壁分段寬度近20 m。對(duì)于單片橫艙壁分段，無論是運(yùn)輸、翻身、吊裝還是大合攏，控制橫艙壁的變形，提高建造精度一直是個(gè)難題。

由于混合式橫艙壁的平臺(tái)及垂直桁是每隔一個(gè)箱位處設(shè)置，這樣必然會(huì)在中間出現(xiàn)空缺部分，導(dǎo)軌無法有效地支持在橫艙壁上，致使導(dǎo)軌變形。通常在兩個(gè)垂直桁之間設(shè)置角鋼（見圖6），并在導(dǎo)軌相應(yīng)固定處沿縱向方向加強(qiáng)，但這同時(shí)也帶來了一定缺陷。

集裝箱船為大開口型船舶，在斜浪工況下的扭轉(zhuǎn)變形較大，橫艙壁作為抗扭的主要受力構(gòu)件，會(huì)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)變形。橫艙壁的垂直桁構(gòu)件相對(duì)較強(qiáng)，連接其上的角鋼自身強(qiáng)度較弱，且受制于連接形式，容易產(chǎn)生疲勞問題。若要解決連接處的疲勞問題，就需要一種新的結(jié)構(gòu)形式取代原先的角鋼。

改進(jìn)的混合式橫艙壁將傳統(tǒng)的角鋼連接改為T型材連接（見圖7）。其優(yōu)勢(shì)在于，T型材面板與垂直桁面板相連時(shí)，可以增設(shè)軟趾，并可根據(jù)計(jì)算結(jié)果局部嵌入厚板或?qū)④浿悍糯蟆?

橫艙壁研究結(jié)論

集裝箱船橫艙壁的結(jié)構(gòu)形式一般分為水平式、垂直式和混合式，可根據(jù)貨艙實(shí)際裝箱情況，選取合適的橫艙壁形式。在貨艙內(nèi)不考慮裝運(yùn)冷藏集裝箱的情況下，采用混合式的橫艙壁形式，更能減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

改進(jìn)的混合式橫艙壁由于主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件間距加大，給工廠的施工建造中控制變形量帶來一定的難度，但其以下優(yōu)點(diǎn)顯而易見：

（1）混合式橫艙壁由于平臺(tái)或垂直桁數(shù)量較少，相對(duì)結(jié)構(gòu)較輕。在滿足相等結(jié)構(gòu)強(qiáng)度前提下，對(duì)于單個(gè)橫艙壁，混合式比垂直式減輕5%左右，比水平式減輕8%左右。

（2）改進(jìn)的混合式橫艙壁，運(yùn)用T型材連接形式替代傳統(tǒng)角鋼連接形式，能很好地解決節(jié)點(diǎn)連接處的疲勞問題。