CN114919690A - 一种滚装船上层建筑布置结构及减振结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种滚装船上层建筑布置结构及减振结构，上层建筑位于滚装船主甲板的上方，与滚装船主甲板间隔设置，上层建筑的最前端位于滚装船的中部，向船艉方向延伸，上层建筑包括自下而上的第一层甲板、第二层甲板、驾驶甲板和罗经甲板；在第一层甲板和滚装船主甲板之间竖直设有多根支柱，支柱的根数为偶数，沿滚装船长度方向呈两组平行设置，且相对滚装船的横向中心轴线对称，上端与第一层甲板的下端面固定连接，下端与滚装船主甲板固定连接。本发明的上层建筑布置结构及减振结构，船舶运营时，具有风阻低，能够节约航行能耗；能够有效降低上层建筑主要驾驶区域及居住区域振动，提高船舶驾乘舒适度；亦能提升船舶装载率，具有优良的经济性。

Description

一种滚装船上层建筑布置结构及减振结构

技术领域

本发明属于滚装船上层建筑设计技术领域，特别涉及一种滚装船上层建筑布置结构及减振结构。

背景技术

货物滚装船为用于运输小汽车，卡车等重型车辆以及其它货物的船舶，其具有甲板层数多，型深大，重心高等特点。随着船舶大型化，结构轻量化，排放低碳化的趋势，通过船舶线型，结构，设备，功能合理布局及设计，推进清洁能源应用，对提高滚装船舶装载率，满足能效指标，促进船舶运行节能减排，提升船型竞争力具有重要的意义。

上层建筑为布置在露天甲板以上的船舶上层结构，通常设计为布置在船舶艉部，最下层舱室直接布置于主甲板。对于滚装船型，主甲板需满足货物装卸功能，将上层建筑舱室直接布置于主甲板势必影响船舶装载率，随着滚装船大型化，舒适度指标的提升，船员及货物装卸工作人员配备增加也对上建居住空间及功能提出了新要求。上层建筑在船舶航行时亦承受风力作用，设计具有低风阻的上建型式能有效地提升船舶运行效率。此外，滚装船稳性设计，驾驶视线规范等也对滚装船上层建筑设计提出了要求。

另外，随着新规范新标准的实施，工作或居住舱室振动水平作为船舶舒适度指标日趋严格，且部分区域如驾驶室，过高的振动可能会引起人员疲惫产生误操作以及电子设备失灵，显然会对船舶航行造成安全隐患；货物滚装船通常具多层甲板，用于运输小汽车，卡车等重型车辆。上层建筑需要设计为满足船员及车辆装卸人员居住及工作需求，且要较少的占用货物装卸空间。近年来，随着船舶大型化的设计建造趋势，一些具有高货物装载率的船型将上层建筑设计为横跨主甲板左右舷架空式布置，最大化程度减少对主甲板货物装卸的影响，此类船舶在大功率的动力推进系统产生的激振力影响下，容易出现上层建筑驾驶室及居住区域振动问题。同时，上层建筑舱室作为起居处所，结构内部需要安装大量的隔热隔音材料及各类管、电设备及附件，当实船尤其是在试航测试阶段发现上层建筑舱室振动问题后，此时，各项建造安装已完工，往往需要寻求一种工艺易行，效果明显，成本可控的振动治理方案。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种滚装船上层建筑布置结构及减振结构，适用于滚装船，能够有效地降低船舶航行风阻，提高船舶运行效率，节约航行能耗；够有效地提高装载率，降低船舶重心高度，提高船舶稳性，满足太阳能清洁能源应用的设备布置需求，且具有较高的居住舒适度。本发明的减振结构适用于横跨主甲板架空式设计的上层建筑的货物滚装船及其它具有类似上层建筑的船舶，或作为直接布置于主甲板采用纵舱壁或横舱壁与主甲板相连接的上层建筑改进设计方案，能够有效地控制船舶上层建筑振动水平，保证优良的船舶装载率，从而提高船舶驾乘舒适度和船型竞争力，同时，该方案无论是在设计建造阶段还是船舶试航后阶段，都具有较佳的工程实施便捷性。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种滚装船上层建筑布置结构及减振结构，所述上层建筑位于滚装船主甲板的上方，与滚装船主甲板间隔设置，上层建筑的最前端位于滚装船的中部，上层建筑自滚装船中部向船艉方向延伸，上层建筑包括自下而上的第一层甲板、第二层甲板、驾驶甲板和罗经甲板，在第一层甲板、第二层甲板、驾驶甲板和罗经甲板中相邻两个甲板之间均设有侧围壁；在所述第一层甲板和滚装船主甲板之间竖直设有多根支柱，支柱的根数为偶数，沿滚装船长度方向呈两组平行设置，且相对滚装船的横向中心轴线对称，上端与第一层甲板的下端面固定连接，下端与滚装船主甲板的上端面固定连接，每组支柱在船长度方向的分布长度大于或等于所需控制振动的舱室沿船长度方向的长度。

进一步的，所述侧围壁包括前端壁，所述前端壁沿船宽方向呈凸线型，前端壁与甲板相交轮廓线包括位于中部的平直区，平直区线型长度约占船宽50%，平直区线型的左右两侧分别向船艉方向倾斜延伸至与侧围壁65°相交；所述前端壁沿着船高度方向采用倾斜线型，从右舷向左舷侧视观测，前端壁轮廓线与第一层甲板、第二层甲板和驾驶甲板在船艏方向的边界轮廓线成60°相交。

进一步的，所述上层建筑所需控制振动的舱室沿船长度方向的长度为c，每组中相邻的两个支柱在滚装船长度方向上间隔两个强肋位布置，在滚装船长度方向，每组支柱中最靠近船艏的支柱与最靠近船艉的支柱之间的间距为d，其中，d≥c。

进一步的，每组所述支柱最靠近船艏一侧的支柱布置于所需振动控制的舱室船艏一侧围壁结构的正下方或者沿船艏方向越过舱室围壁边界的第一个强横梁正下方。

进一步的，多根所述支柱在竖直方向上的投影均位于滚装船主甲板上的车道线之间，支柱在甲板面的投影沿滚装船宽度方向宽度不超过相邻车道线之间的最小间距。

进一步的，多根所述支柱的上端均固定于第一层甲板上横梁和纵梁交叉位置处，下端均固定于滚装船主甲板上横梁与纵梁交叉位置处。

进一步的，所述支柱包括方型支柱本体，在所述方型支柱本体上与滚装船长度方向垂直的两个侧面上对称固定有两个半圆管，两个所述半圆管的高度小于方型支柱本体的高度。

进一步的，在所述支柱分布的长度范围内，在所述第一层甲板下端面的纵梁固定有多个用于加强支柱上端扁钢，支柱在船舶长度方向上的两个相对侧面中靠近船艏一侧的侧面与横梁腹板紧贴设置，靠近船艉一侧的侧面与扁钢紧贴设置，在所述滚装船主甲板下端面的纵梁上设有第一肘板和第二肘板，支柱在船舶长度方向上的两个相对侧面中靠近船艉一侧的侧面与第一肘板和第二肘板紧贴设置。

进一步的，多个所述支柱的布置密度的确定方法为：首先设定支柱数量为4个，通 过有限元结构振动模态分析方法，计算获得上层建筑舱室区域的结构固有频率为a，已知船 体的振动主要激振力频率为b，计算a与b的关系是否满足

，当不满足时，增加支柱个 数，再次通过有限元结构振动模态分析方法，计算获得上层建筑舱室区域的结构固有频率 为a，并计算a与b的关系是否满足

，调整支柱个数直至a与b的关系满足

。

本发明的滚装船上层建筑布置结构，可以保证主甲板所运输车辆的正常装卸，从而提高船舶装载率；在满足驾驶视线的同时，能降低上层建筑高度，从而降低船舶重心高度，提高船舶稳性。在船舶运营时，具有风阻低，能够节约航行能耗；能够有效降低上层建筑主要驾驶区域及居住区域振动，提高船舶驾乘舒适度；亦能提升船舶装载率，具有优良的经济性。本发明的以上优点，有效地提升了船型竞争力。

本发明减振结构的原理是通过在上层建筑最下层甲板与主甲板之间布置少量的支柱，达到提升上层建筑整体刚性，提高振动固有频率储备，改变振动传递路径，降低上层建筑关键区域的振动响应水平的目的。不需要对建造完工后的上层建筑内部舱室进行改动，可作为船舶试航阶段出现上建振动问题后的一种工艺易行，减振有效地治理方案，具有较大的实际工程价值。

支柱的数量根据上层建筑舱室所需振动控制的范围大小基本决定，支柱的上、下端均安装到甲板横梁和纵梁交叉位置处，以保证支柱端部有足够的支撑，方形结构的支柱，主要起到提高上建固有频率，改变振动能量传递路径的作用；从增加上建刚性考虑，本发明提供一种方型和半圆型组合钢结构支柱，具有减振效果佳，加工制造便捷，成型美观的特点；未加支柱前，振动主要从架空式上建型式的船宽方向两侧向外板及肋骨传递，船宽方向中部区域由于缺乏支撑，刚性较弱，容易产生局部振动较大问题；加支柱后，振动增加了从船宽方向中部区域传递，振动能量更加分散，且中部区域得到有效支撑，使得上建整体具有更高的固有频率储备，振动问题得到有效控制；半圆结构的作用是防止车辆碰擦损坏支柱主体，因此该半圆结构不必延伸至端部与交叉梁系或甲板面焊接。

附图说明

图1是本发明所述的滚装船上层建筑布置结构及减振结构的立体结构示意图；

图2是本发明所述的减振支柱结构在船舶左舷位置的纵剖面侧视图。

图3是图2中A剖面中支柱部分的剖面结构示意图；

图4是图3中B剖面示意图；

图5为图2中C剖面示意图；

图6为图2中D剖面示意图；

图7为图2中E剖面示意图。

图8为未安装本发明所述减振支柱结构位于第一层甲板2在船艏方向前部舱室区域的模态振型图。

图9为安装本发明所述减振支柱结构位于第一层甲板2在船艏方向前部舱室区域的模态振型图。

其中，1-滚装船主甲板，2-第一层甲板，3-第二层甲板，4-驾驶甲板，5-罗经甲板，6-支柱，7-车道，8-扁钢，9-第一肘板，10-第二肘板，11-侧围壁，12-前端壁，121-平直区，61-方形支柱，62-半圆管，63-后侧面，64-前侧面，21-横梁，22-纵梁。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1-图7所示，一种滚装船上层建筑布置结构，所述上层建筑位于滚装船主甲板1的上方，与滚装船主甲板1间隔设置，上层建筑的最前端位于滚装船的中部，上层建筑自滚装船中部向船艉方向延伸，上层建筑包括自下而上的第一层甲板2、第二层甲板3、驾驶甲板4和罗经甲板5，在第一层甲板2、第二层甲板3、驾驶甲板4和罗经甲板5中相邻两个甲板之间均设有侧围壁，第一层甲板2与滚装船主甲板1之间的距离不小于所装载车辆的高度，保证装载车辆最小通行要求。

所述侧围壁包括前端壁12，所述前端壁沿船宽方向呈凸线型，前端壁12与甲板相交轮廓线包括位于中部的平直区121，平直区121线型长度约占船宽50%，平直区81线型的左右两侧分别向船艉方向倾斜延伸至与侧围壁11以65°相交；所述前端壁12沿着船高度方向采用倾斜线型，从右舷向左舷侧视观测，前端壁12轮廓线与第一层甲板2、第二层甲板3和驾驶甲板4在船艏方向的边界轮廓线成60°相交。

本实施例的减振结构为在所述第一层甲板2和滚装船主甲板1之间竖直设有8根支柱6，沿滚装船长度方向呈两组平行设置，且相对滚装船的横向中心轴线对称，上端与第一层甲板2固定连接，下端与滚装船主甲板1固定连接，每组支柱在船舶长度方向的分布长度大于或等于所需控制振动的舱室沿船长度方向的长度。

所述上层建筑所需控制振动的舱室沿船长度方向的长度c，每组中相邻的两个支柱6在滚装船长度方向上间隔两个强肋位布置，在滚装船长度方向，每组支柱中最靠近船艏的支柱6与最靠近船艉的支柱6之间的间距为d，其中，d>c；每组所述支柱中最靠近船艏一侧的支柱6位于需要控制振动舱室靠近船艏一侧的第一个强框位置或者该舱室前端壁12板的正下方；8根支柱6在竖直方向上的投影均位于滚装船主甲板1上的车道7之间，支柱6在滚装船主甲板面的投影沿滚装船宽度方向宽度不超过相邻车道7之间的最小间距；所述支柱6包括方形支柱61，在所述方形支柱61上与滚装船长度方向垂直的两个侧面上对称固定有两个半圆管62，两个所述半圆管62的高度小于方形支柱61的高度，8根方形支柱61的上端均固定于第一层甲板2上横梁21和纵梁22的交叉位置处，下端均固定于滚装船主甲板上横梁与纵梁交叉位置处，其中，在所述支柱6分布的长度范围内，在所述第一层甲板2下端面的纵梁22固定有多个用于加强支柱6上端扁钢8，支柱6上端在船舶长度方向上的两个相对侧面中靠近船艏一侧的前侧面64与横梁21腹板紧贴设置，靠近船艉一侧的后侧面63与扁钢8紧贴设置，在所述滚装船主甲板1下端面的纵梁22上设有第一肘板9和第二肘板10，支柱6下端在船舶长度方向上的两个相对侧面中靠近船艉一侧的后侧面63与第一肘板9和第二肘板10紧贴设置。

在本实施例中，滚装船主要激振力频率b为11hz，如图8所示，未安装本发明所述减 振支柱结构位于第一层甲板2在船艏方向前部舱室区域具有固有频率a=10.9Hz的模态振 型，具有较大的共振风险；如图9所示，安装本发明所述减振支柱结构后，位于第一层甲板2 在船艏方向前部舱室区域的固有频率a为13.8Hz的模态振型，即本发明所述的减振支柱结 构将第一层甲板2在船艏方向前部舱室区域的结构固有频率提升至

，取得了较佳的 减振效果。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种滚装船上层建筑布置结构及减振结构，其特征在于，所述上层建筑位于滚装船主甲板的上方，与滚装船主甲板间隔设置，上层建筑的最前端位于滚装船的中部，上层建筑自滚装船中部向船艉方向延伸，上层建筑包括自下而上的第一层甲板、第二层甲板、驾驶甲板和罗经甲板，在第一层甲板、第二层甲板、驾驶甲板和罗经甲板中相邻两个甲板之间均设有侧围壁；在所述第一层甲板和滚装船主甲板之间竖直设有多根支柱，支柱的根数为偶数，沿滚装船长度方向呈两组平行设置，且相对滚装船的横向中心轴线对称，上端与第一层甲板的下端面固定连接，下端与滚装船主甲板的上端面固定连接，每组支柱在船长度方向的分布长度大于或等于所需控制振动的舱室沿船长度方向的长度。

2.根据权利要求1所述的一种滚装船上层建筑布置结构及减振结构，其特征在于，所述侧围壁包括前端壁，所述前端壁沿船宽方向呈凸线型，前端壁与甲板相交轮廓线包括位于中部的平直区，平直区线型长度约占船宽50%，平直区线型的左右两侧分别向船艉方向倾斜延伸至与侧围壁65°相交；所述前端壁沿着船高度方向采用倾斜线型，从右舷向左舷侧视观测，前端壁轮廓线与第一层甲板、第二层甲板和驾驶甲板在船艏方向的边界轮廓线成60°相交。

3.根据权利要求1所述的一种滚装船上层建筑布置结构及减振结构，其特征在于，所述上层建筑所需控制振动的舱室沿船长度方向的长度为c，每组中相邻的两个支柱在滚装船长度方向上间隔两个强肋位布置，在滚装船长度方向，每组支柱中最靠近船艏的支柱与最靠近船艉的支柱之间的间距为d，其中，d≥c。

4.根据权利要求3所述的一种滚装船上层建筑布置结构及减振结构，其特征在于，每组所述支柱最靠近船艏一侧的支柱布置于所需振动控制的舱室船艏一侧围壁结构的正下方或者沿船艏方向越过舱室围壁边界的第一个强横梁正下方。

5.根据权利要求1所述的一种滚装船上层建筑布置结构及减振结构，其特征在于，多根所述支柱在竖直方向上的投影均位于滚装船主甲板上的车道线之间，支柱在甲板面的投影沿滚装船宽度方向宽度不超过相邻车道线之间的最小间距。

6.根据权利要求1所述的一种滚装船上层建筑布置结构及减振结构，其特征在于，多根所述支柱的上端均固定于第一层甲板上横梁和纵梁交叉位置处，下端均固定于滚装船主甲板上横梁与纵梁交叉位置处。

7.根据权利要求1所述的一种滚装船上层建筑布置结构及减振结构，其特征在于，所述支柱包括方型支柱本体，在所述方型支柱本体上与滚装船长度方向垂直的两个侧面上对称固定有两个半圆管，两个所述半圆管的高度小于方型支柱本体的高度。

8.根据权利要求7所述的一种滚装船上层建筑布置结构及减振结构，其特征在于，在所述支柱分布的长度范围内，在所述第一层甲板下端面的纵梁固定有多个用于加强支柱上端扁钢，支柱在船舶长度方向上的两个相对侧面中靠近船艏一侧的侧面与横梁腹板紧贴设置，靠近船艉一侧的侧面与扁钢紧贴设置，在所述滚装船主甲板下端面的纵梁上设有第一肘板和第二肘板，支柱在船舶长度方向上的两个相对侧面中靠近船艉一侧的侧面与第一肘板和第二肘板紧贴设置。

9.根据权利要求8所述的一种滚装船上层建筑布置结构及减振结构，其特征在于，多个所述支柱的布置密度的确定方法为：首先设定支柱数量为4个，通过有限元结构振动模态分析方法，计算获得上层建筑舱室区域的结构固有频率为a，已知船体的振动主要激振力频率为b，计算a与b的关系是否满足

， 当不满足时，增加支柱个数，再次通过有限元结构振动模态分析方法，计算获得上层建筑舱室区域的结构固有频率为a，并计算a与b的关系是否满足

，调整支柱个数直至a与b的关系满足

。

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