橫艙壁

伴隨著集裝箱航運市場的持續(xù)低迷，在安全的前提下，各個設(shè)計公司及船廠努力優(yōu)化集裝箱船的設(shè)計，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。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，整船的橫向強度主要依賴于橫艙壁。船體的扭轉(zhuǎn)強度，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標(biāo)準(zhǔn)集裝箱（一個40 ft集裝箱長度）之間設(shè)置橫艙壁/支撐橫艙壁，一般與橫向艙口圍板對齊，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，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，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度。為了確保艙口蓋上的集裝箱在航行過程中不會因為船舶的運動而發(fā)生移動及丟失，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)強度。對于部分燃油艙/壓載水艙艙容緊張的集裝箱船，會在水密橫艙壁處設(shè)置燃油深艙/壓載水艙。

橫艙壁橫艙壁抗扭設(shè)計

由于集裝箱船大開口的特性，船體梁會承受各種載荷下的聯(lián)合作用——靜水彎矩、貨物和不對稱液艙室布置引起的靜水扭矩、垂向彎矩、水平彎矩等?？梢钥闯鼍哂写箝_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)置多個水密橫艙壁和支撐橫艙壁，不但可以增強開口區(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，在剖面計算時迭加上翹曲應(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40 ft集裝箱長度處設(shè)一道水密艙壁，有的超大型集裝箱船每3個40 ft集裝箱長度設(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度、橫向強度及扭轉(zhuǎn)強度，同時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/桁材的布置形式，可分為垂向式、水平式和混合式。

（1）垂向式

垂向式是在每個橫向箱位向都設(shè)置垂直桁，每2～3個集裝箱高度處設(shè)置水平平臺的結(jié)構(gòu)形式。其水平的結(jié)構(gòu)平臺個數(shù)明顯少于垂直桁個數(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箱位間都設(shè)置水平平臺，橫向每隔若干個箱寬處設(shè)置垂直桁的結(jié)構(gòu)形式。其水平的結(jié)構(gòu)平臺個數(shù)大于垂直桁個數(shù)，該結(jié)構(gòu)形式的單個垂直桁承受更大的載荷，其構(gòu)件尺寸會大很多。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，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，水平平臺和垂直桁均是每隔一個箱位間設(shè)置。由于平臺及垂直桁的總數(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用。不過，混合式的橫艙壁雖然質(zhì)量較輕，但對建造精度要求較高。由于混合式橫艙壁自身平臺及垂直桁較少、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，單個橫艙壁分段寬度近20 m。對于單片橫艙壁分段，無論是運輸、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難題。

由于混合式橫艙壁的平臺及垂直桁是每隔一個箱位處設(shè)置，這樣必然會在中間出現(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，但這同時也帶來了一定缺陷。

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，會產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)變形。橫艙壁的垂直桁構(gòu)件相對較強，連接其上的角鋼自身強度較弱，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)勢在于，T型材面板與垂直桁面板相連時，可以增設(shè)軟趾，并可根據(jù)計算結(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)點顯而易見：

（1）混合式橫艙壁由于平臺或垂直桁數(shù)量較少，相對結(jié)構(gòu)較輕。在滿足相等結(jié)構(gòu)強度前提下，對于單個橫艙壁，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)點連接處的疲勞問題。

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候，它們的布置要使得船上任何一個艙室和相鄰的一個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，同時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，這一措施對下潛相當(dāng)深度的潛艇當(dāng)任何主要艙室浸水時很少可能會真正有所幫助。隨著在核潛艇上主要艙室尺度的增大，對外部液艙的需要大大減少以及強調(diào)改善水下性能，同時由于核潛艇只有很少時間處于水上，繼續(xù)堅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，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)計的，因此，預(yù)期它能在最大預(yù)定壓力下超過屈服點并在塑性范圍內(nèi)很好地工作。這些艙壁是平板型的，具有廠泛的加強系統(tǒng)，它們在過去是按標(biāo)準(zhǔn)的橫梁公式和假定載荷進(jìn)行設(shè)計的。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艙壁上的一半截荷，截荷分布為橢圓形的。裝置各垂直(次級)防撓材假定共同承受作用在艙壁上的整個載荷。最后，在垂直防撓材之間安裝間段加強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系稅作了彈性分析，其結(jié)果與實驗結(jié)果更為接近，并能使艙壁桔構(gòu)重量有某些減小。

艙壁或強肋骨會使強的圓筒形結(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。從實驗觀察已經(jīng)證明在許多場合中軸對稱的殼板屈服幾乎總是發(fā)生在與“剛性支點”相鄰的區(qū)段。為了抵消強艙壁的削弱作用，長期以來在實踐中采取的措施是減小第一個肋骨到加強構(gòu)件間的距離。然而，這一方法只是迫使破壞點移到第一個全長度的肋距，而對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這些“端部”區(qū)段的最佳設(shè)計方法。有限的模型試驗也已證實了這一設(shè)計方法的結(jié)果。按照這種最佳設(shè)計程序(端部肋距比典型的長8%，端部肋骨比典型的大23%)得出的幾何形狀經(jīng)過試驗后被證明比減小末端肋距長度而不改變肋骨尺度的舊辦法增強了5%。 2100433B

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)對船梁能起到內(nèi)部的加強作用，承受橫向載荷，保證船體的橫向強度，這對縱骨架式的船舶尤為重要。較長的縱艙壁能提高船體的總縱強度。此外，艙壁具有船梁剛性，可減少振動，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，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，艙壁也可防止毒氣擴(kuò)展。

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 。

在多層甲板的船體中,一般應(yīng)使艙壁在甲板處切斷,而使甲板連續(xù)通過。甲板間的艙壁,原則上應(yīng)保持一個完整的獨立分段,不宜再作分割,以減少船臺(均)的對接工作量。但對縱骨架式船舶,其邊緣部分可作為邊板(圍橙板)分別劃入甲板分段和舷側(cè)分段,以利安裝。若舷側(cè)分段帶有艙壁邊板,則在雙層底邊角處尚可劃出一小塊艙壁板作嵌補板,留待船臺(塢)上安裝。

對單底船,若艙壁(包括縱、橫艙壁)直接安裝于底部外板上,且不位于底部分段間的連接處,則艙壁分段的下部可劃入底部分段(可高出肋板約100mm)。若雙層底船直接安裝于底部外板上的艙壁(一般在雙層底變高度處或消失處),也可作同樣處理。

開挖較窄的溝槽，多用橫撐式土壁支撐。橫撐式土壁支撐根據(jù)擋土板的不同，分為水平擋土板式以及垂直擋土板式兩類。

前者擋土板的布置又分間斷式和連續(xù)式兩種。濕度小的黏性土挖土深度小于3m時，可用間斷式水平擋土板支撐；對松散、濕度大的土可連續(xù)式水平擋土板支撐，挖土深度可達(dá)5m。對松散和濕度很高的土可用垂直擋土板，其挖土深度不限。擋土板、立柱及支撐的強度、變形及穩(wěn)定等可根據(jù)實際布置情況進(jìn)行及穩(wěn)定等可根據(jù)實際布置情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算 。2100433B