内容提要：基于国际船级社协会发布的统一要求S17 提出的单船壳散货船满足任一货舱进水后的船体梁的总纵强度要求，论文根据IACS UR S17 介绍了考虑货舱进水后的总纵强度计算方法，通过实船计算阐述了IACS URS17 的生效对营运中散货船总纵强度的影响，并提出了航海人员在散货船强度控制时应注意的问题。旨在提醒航海人员遵照国际规则IACS URS17加强散货船强度控制，减小营运中存在的风险。
关键词：散货船 总纵强度 LACS UR S17
0 引言
散货船在海上货物运输中所占的地位十分重要，但近来频频发生事故给其造成了严重威胁。为了提高散货船的安全性，有关散货船的国际规则不断出台。国际船级社协会（IACS）发布了统一要求S17（以下简称IACS UR S17）“单船壳散货船考虑进水后船体梁的总纵强度要求”（Longitudinal strength of hull girder inflooded condition for single side skin bulk carriers）。IACS UR S17要求2003年7月1日以后签订建造合同，船长在150m及以上拟授予BC-A或BC-B协调附加标志的单船壳散货船满足任一货舱进水后的纵向强度要求。也就是说对于船长在150m及以上，装载密度为1.0及以上固体散货的单船壳散货船，不但要校核船舶完整状态时的总纵强度， 而且要校核考虑任一货舱进水后的总纵强度。只有二者均满足要求，才能认为该装载状态时的总纵强度满足要求。
传统的散货船总纵强度校核仅保证船舶完整状态时各剖面的剪力和弯矩不超出许用范围，并未考虑货舱进水后的船体的总纵强度要求。而IACS UR S17 生效以后，许多按照传统强度校核方案认为是安全的工况，如根据新要求却成为了危险工况。对于2003年7月1日以后建造的单船壳散货船的配载仪中，都提供了考虑任一货舱进水的总纵强度校核的功能；装载手册中也提供了多种典型装载工况的计算结果，但有些航海人员对此却了解较少。基于此，本文根据IACS UR S17介绍了考虑货舱进水后的总纵强度计算方法，通过实船计算阐述了IACS UR S17 的生效对营运中散货船总纵强度校核的影响，并提出了航海人员进行散货船强度控制时应注意的问题。
1 按IACS UR S17 考虑货舱进水后的总纵强度计算
1.1 渗透率的确定
货舱内实际进水体积与理论进水体积之比称为货舱渗透率。根据IACS UR S17规定：对于空货舱，渗透率取0.95；对于装载货物的货舱，将货舱分为货物以上空间和货物所占空间，货物以上空间的渗透率取0.95，固体散装货物所占空间的渗透率通常取0.3，包装货物渗透率取0。
1.2 考虑货舱进水后的总纵强度校核方法
根据IACS UR S17规定，考虑货舱进水后校核总纵强度时，认为船体梁是完整的，剖面模数不变，所以船舶各剖面的许用合成剪力和许用合成弯矩与完整状态时相比是不变的。对某一船舶来说，如不考虑腐蚀和疲劳，各剖面的许用合成弯矩及合成剪力是定值。考虑货舱进水后的船舶波浪载荷取海上波浪载荷的80%，又由于船舶许用静水载荷等于许用合成载荷减去计算波浪载荷，根据后面的公式（1）和（4）不难发现，考虑货舱进水后的许用静水剪力和许用静水弯矩要比完整状态时大波浪载荷的20%。
第一步分别计算船体梁各剖面的静水弯矩和静水剪力许用值，其中静水弯矩许用值按下式计算：
式（1）中，M軓为许用合成弯矩，根据《钢质海船入级和建造规范》（以下简称《钢规》）给出的公式，按下列两式计算，取较小者：
式（2）为局部构件尺寸的折减系数，确定方法参见《钢规》第二篇；［σ］为许用弯曲应力，N/mm2；Wd和Wb分别为甲板剖面模数和船底剖面模数。
式（1）中，MW（+）和MW（－）分别为船体梁各剖面的中拱波浪弯矩和中垂波浪弯矩，计算公式为：
MW（+）=+190MCL2BCb×10-3kN·m （3）
MW（－）=－110MCL2B（Cb+0.7）×10-3kN·m
式（3）中，Cb为方形系数，取值不小于0.6；L为船长，m；
B为船宽，m；对于系数C，当90≤L≤300，C=10.75－[（300－L）/100]3/2；M为弯矩分布系数，当x/L≤0.4，M=2.5·x/L；当0.4≤x/L≤0.65，M=1；当0.65≤x/L≤1，M=（1-x/L）/0.35，其中x为计算剖面至船尾垂线的水平距离。
船体梁各剖面的静水剪力许用值按下式计算：
式（4）中，［τ］为许用剪切应力，110MPa；I为计算横剖面对水平中和轴的惯性矩，cm4；S为计算横剖面上有效纵向构件对水平中和轴的静矩，cm3；ts为中和轴处舷侧处外板厚度，mm；FW（+）和FW（－）分别为船体梁各横剖面的中拱波浪剪力和中垂波浪剪力，计算公式为：
FW（+）=+30F1CLB（Cb+0.7）×10-2kN （5）
FW（－）=－30F2CLB（Cb+0.7）×10-2kN
式（5）中，C、Cb、L、B与（3）式相同；F1和F2为剪力分布系数，确定方法参见《钢规》第二篇。
第二步，分别假定每一货舱进水，且舱内水面与舷外水相通，用重量增加法确定出货舱进水后最终水线。其基本思路是将进水视为船舶载重增加，由于增加载重的重心不一定在船舶的漂心上，所以船舶除下沉外还会发生纵倾和横倾，形成新的水线面；新的水线面可能高于进水位置，则该处的进水量将增加，于是又形成新的水线面，依次类推，经过一段时间后，舱内水面与舷外水面一致，进水量不再发生变化[7]。然后根据船体强度计算方法计算考虑各货舱分别进水情况下的船舶各剖面实际静水弯矩和实际静水剪力。
第三步，将计算出的考虑各货舱进水后的各剖面实际静水弯矩和实际静水剪力与第一步计算出来的许用值进行比较，若任一货舱进水后的各剖面的实际值小于许用值，则表明满足IACS UR S17要求；反之，若有任何一货舱进水后的静水弯矩及剪力超出许用值，则表明该装载工况不满足IACS UR S17要求，亦即不满足货舱进水时的总纵强度要求。
2 散货船总纵强度危险工况实例
本文通过对B.G轮并利用该轮装载仪计算考虑任一货舱进水后的总纵强度，来阐述IACS UR S17 的生效对散货船总纵强度校核的影响。B.G轮垂线间长185.0 m，型宽32.26 m，夏季满载吃水12.5 m，被授予BC-A协调标志，共五个货舱，其中第2、4舱在满载时允许空舱。
2.1 船舶装载状态
船舶载运密度为3.0t/m3（积载因数SF=0.33m3/t）的散装矿石，按照航运习惯，为提高船舶重心高度，避免初稳性高度过大而造成剧烈横摇，采取隔舱装载方案。各舱货物重量分配与装载手册推荐工况相同，如图1所示：即No.1货舱15 967t，No.3货舱20 180t，No.5
货舱17 218t，No.2和No.4货舱不装货，所有油舱装至舱容的90%，所有淡水舱装满，压载舱全空。
2.2 船舶强度校核
利用本船的装载仪计算结果如图2所示：船舶首吃水为12.13m，尾吃水为12.86m，平均吃水12.50m。对船舶在完整状态时总纵强度校核，其中最大静水剪力百分比为73%，最大静水弯矩百分比为72%，满足船舶在完整状态时的总纵强度要求，如图3所示。根据IACSURS17要求对考虑船舶任一货舱进水后的总纵强度校核，结果发现当分别考虑No.2、No.3、No.4及No.5货舱进水时，船舶的剪力和弯矩都在许用值范围内，而当考虑No.1货舱进水时，在142-143肋位处船舶最大静水弯矩百分比达到了103%，如图4所示，超出了许用范围。由此可以判断该工况下的总纵强度不满足IACSURS17要求，按新规则是不允许的。
图3、图4说明如下：图中a为实际静水剪力S.F.曲线；b为实际静水弯矩B.M.曲线；c为允许静水剪力Allow S.F.曲线；d为允许静水弯矩Allow B.M.曲线；·，*：After BHD Correction表示经横舱壁修正的静水剪力计算值；图上部DMG即DAMAGE的缩写，为警报，警告该装载工况在考虑IACSURS17时是危险的。图4下部e表示货舱进水后的载荷重量分布曲线；标有○的曲线段指实际静水弯矩超出许用值的区域。
2.3 工况分析
本例表明：该轮在隔舱装载密度为3.0t/m3及以上的固体散货时，该装载方案不满足总纵强度要求。但若装载密度为2.8t/m3（SF=0.357m3/t）及以下的固体散货，其他装载情况不变，经校核发现，考虑货舱进水后的总纵强度满足要求。当装载密度为2.8t/m3的固体散货时，考虑No.1货舱进水后的总纵强度校核结果如图5所示。可见，货物密度对考虑货舱进水后的总纵强度的影响是很大的。对于本船，实验表明，一旦由于航次需要，隔舱装载密度为3.0t/m3及以上的固体散货时，必须根据情况减少航次货运量，重点是要减少造成危险的No.1货舱的装货量。
3 结束语
如果按照传统的散货船强度校核方法，仅校核完整状态时的总纵强度，而不考虑任一货舱进水状态的总纵强度要求，上面的危险工况都将被认为是安全的。但这是与国际船级社协会为保证散货船安全推出的统一要求S17相违背的，造成看似安全的装载工况实际上是存在安全隐患的。通过分析可以发现：如果装运非装载手册推荐的高密度固体散货时，即使按装载手册建议的各货舱货物分配方案配装，虽然完整状态时的总纵强度在允许范围内，但考虑任一货舱进水时的总纵强度可能不满足要求。如果装运此类货物，最佳调整方案是减少航次货运量，船舶将不能达到满载，对于承租人及船东，只有牺牲部分运费来换取船舶的安全。
实践中，航海人员根据IACS UR S17校核散货船考虑任一货舱进水后的总纵强度已成为强制性要求。对于2003年7月1日以后签订建造合同的单船壳散货船的配载仪中都提供了考虑任一货舱进水的总纵强度校核的功能，航海人员必须利用该功能校核任一货舱进水后的总纵强度；若配载仪中未提供该功能，可以参照装载手册中提供的各种装载工况的计算结果进行校核，或采用本文介绍的方法进行校核。
参考文献
1中国船级社.装载手册编制指南.人民交通出版社，2003年.
2林莉.国际新规则对散货船设计的影响.上海造船，2005（1）
3李荣辉，杜嘉立，散货船局部强度校核的新要求，航海技术，2008（4）.
4中国船级社.钢质海船入级和建造规范.人民交通出版社，2006.
5李荣辉，基于国际新规则的散货船强度控制研究，大连海事大学，2006.
6GermanischerLloyd.RulesforClassificationandConstructionShipTechnology.June，2005.
7沈华，杜嘉立，徐邦祯.船舶稳性与强度计算.大连海事大学出版社，2001.
作者：李荣辉 张军 来源：航海技术
