JP5010570B2 - 船体の耐氷補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、船体の耐氷補強構造であって、特に氷海領域を航行する船体と氷塊とが衝突したときに船体が受ける氷荷重を低減する船体の耐氷補強構造に関する。

従来、氷海領域を航行する船体は、船級協会の定める船級規則に従い、外板及び内部補強材（防撓材）の設計がなされている。例えば、船体が外板と内板とからなる二重船殻構造を有する船体では、該船体の間隙部に搭載される収納室（タンク）を該内板から独立させた自立構造体として、甲板の平坦化、液化ガス等の液体の収容積を拡大するとともに座礁、衝突等の事故時の安全性の確保、石油、ＬＮＧ（液化天然ガス）、ＬＰＧ（液化石油ガス）の運搬時の信頼向上等を図るようにしている。

しかし近年、氷海領域における海上輸送の需要が高まっているため、氷塊との衝突、接触等の事故が生じ、油の流出やガスの放出による地球環境汚染の懸念がある。
例えば、液化天然ガスを運搬するＬＮＧ船について図４、５を用いて説明する。図４はＬＮＧ船の船首、船尾を除く船体構造図、図５は図４中のＡで示される船体の側面拡大図である。

図４に示すＬＮＧ船は液化天然ガスを収容するタンク１４と、船体側面部（船側部）１６を備える。また、ＬＮＧ船はその側面に船級規則で定められる間隔で防撓材が備えられており、図５に示すように、船体の鉛直方向に設けられる垂直防撓材（フレーム）２と、長さ方向に設けられる水平防撓材（ロンジ）４とを備える。

しかし、氷塊の衝突による荷重は非常に局所的であるため、船級規則で定められる補防撓材間隔では、図５に示すように氷塊の最大荷重範囲１３と、該最大荷重範囲１３の周囲に形成される氷塊接触範囲１５が防撓材の間に生成され、防撓材の間の外板のみが集中的に荷重を受け、大きく変形若しくは亀裂発生に至る恐れがある。

そこで、船体の耐氷補強構造として、特許文献１（特開２００２−１２１８４号公報）が開示されている。
特許文献１は、二重船殼構造において、内壁には、船の長さ方向に防撓材を配置し、外壁には、船の長さ方向と直角方向に防撓材を配置し、内壁に配置した防撓材は、船の横断面において二重船殼内に張着されたフロアを貫通し、該フロアに支持させ、外壁に配置した防撓材は、船の長さ方向において二重船殼内に縦通された縦通ガーダを貫通し、該縦通ガーダに支持させて補強を行っている。

また、本出願人の発明として、特許文献２（特開昭６０−２１９１９３号公報）が提案されている。特許文献２は、水平面に対し３０〜６０°の仰角をなす傾斜底板、水平面に対し３０〜６０°の俯角をなす傾斜頂板及びほぼ鉛直の補強部材により形成されほぼ三角形断面を有するバルジをその稜線が氷荷重を受けるレベルにあわせて船体外板の外側に沿って突設するようにしたものである。

特開２００２−１２１８４号公報 特開昭６０−２１９１９３号公報

しかしながら、前記特許文献１に示されている発明は、船体と海氷の摩擦に対する補強構造であり、より大きな氷塊の衝突に係る大きな荷重については示されていない。また船体の鉛直方向に補強構造が設けられてはいるものの、その高さについての記載はない。
また、特許文献２も同様に船体に設けられる補強構造の高さについて示されておらず、氷塊の衝突荷重を低減できる補強構造の配設位置を予測しにくい。

氷塊の衝突荷重において船体が大荷重を受け、損傷程度が大きくなるのは、図６（ａ）に示すような船体と氷の相対速度が大きくなる正面衝突時である。図６（ｂ）に示すような旋回時の側面衝突は相対速度が小さいので荷重が小さく損傷程度も小さくなる。
船体が氷塊の衝突によって損傷すると、タンクシステムに損傷が発生する可能性があり、補修費用と補修期間が飛躍的に大きくかかるという問題がある。一方、損傷を防ぐために補強構造を船体の全体に形成すると、構成部材が多くなり不必要にコストがかかり不経済である。

そこで、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、氷塊の衝突荷重を集中的に受ける箇所に補強材を配設し、経済的に氷塊の衝突荷重を低減させる船体の耐氷補強構造を提供することを課題とする。

かかる課題を解決するため、船側部と船底部を具備する船体が、前記船側部外側面と船底部下面とが連結されて形成される外殻と、前記船側部内側面と船底部上面とが連結されて形成される内殻とで構成される二重船殻構造を有し、前記外殻は船体の長手方向と鉛直方向に夫々防撓材を配設される船体の耐氷補強構造において、
前記外殻は、その内壁に前記船体の長手方向に配設される水平防撓材と、該船体の鉛直方向に配設される垂直防撓材とが一定間隔を有して夫々複数形成されて前記船体を構成し、前記各垂直防撓材の間隔よりも狭い間隔で配設されるとともに、前記船体の長さを１として船首から０．２〜０．３の範囲の位置に形成されて外殻を補強する補強材を備え、前記補強材は、該船体の鉛直方向に配設される板状形状をなして前記外殻と内殻の間に少なくとも１つ架設されて構成されることを特徴とする。

かかる発明によれば、垂直防撓材の間隔よりも狭い間隔で配設されるとともに、前記船体の長さを１として船首から０．２〜０．３の範囲の位置に形成されて外殻を補強する補強材を備え、前記補強材は、該船体の鉛直方向に配設される板状形状をなして前記外殻と内殻の間に少なくとも１つ架設されて構成されることにより、経済的に氷塊の衝突荷重を低減させる船体の耐氷補強構造を構成することができる。また、補強材は外殻の内壁に設けられるため、造波抵抗を増加させずに補強を行うことができる。
また、前記補強材を船体の長さを１として船首から０．２〜０．３の範囲の位置に形成させることにより、船体と氷塊の相対速度が大きくなり且つ損傷程度が大きくなる正面衝突を考慮した領域に補強材を配設させることができる。よって、外板が受ける荷重を低減することができ、外板の大きな変形若しくは亀裂発生を抑制することができる。

また、前記補強材は、前記船体の喫水面高さから上下４ｍの範囲の位置に形成されることを特徴とする。
氷塊は喫水面上に存在するため、喫水面高さを基準として補強材を配設させることにより、不要に補強材を形成することがなく、経済的に氷塊との衝突による荷重を低減することができる。

さらにまた、前記喫水面高さは、前記船体の船底部からデッキまでの高さを１として、該船底部から０．３〜０．４５の範囲の位置に有することを特徴とする。
このように、前記喫水面高さは前記船体の船底部から０．３〜０．４５の範囲とすることにより、船体の積載量によって上下に喫水面高さが変動しても氷塊との衝突による荷重を低減することができる。

本発明によれば、経済的に氷塊の衝突荷重を低減させる船体の耐氷補強構造を構成することができる。よって、外板が受ける荷重を低減することができ、外板の大きな変形若しくは亀裂発生を抑制することができる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
ここでは、二重船殻構造を有する船体として、液化天然ガス（ＬＮＧ）を運搬する船体について説明しているが、二重船殻構造を有する船体であれば、ＬＮＧ船以外でも適用される。

図１に、二重船殻構造を有する船体のひとつであるＬＮＧ船を示す。図１は船体の全体概略図であり、船体１は、液化天然ガスを収容するタンク１４と、船体の前部に設けられ造波抵抗を最小にする船首と１７と、船体の後部に設けられる船尾１９と、船底１１と、側面１６とを備える。

また船体１では、後述する内側の縦通隔壁または船底内板（以下、内板８とする）と船側外板または船底外板（以下、外板６とする）によって二重船殻構造が形成され、内板および外板はそれぞれ防撓材によって補強されている。

次に、図２に船体の側面拡大図を示す。前記防撓材は、船体の鉛直方向に設けられる垂直防撓材（フレーム）２と、長さ方向に設けられる水平防撓材（ロンジ）４とで構成されている。また、垂直防撓材２と水平防撓材（ロンジ）４とともに、氷塊の荷重範囲を補強する中間フレーム１０を備える。

さらに、最大荷重範囲１３と、該最大荷重範囲１３の周囲に形成される氷塊接触範囲１５とを備え、前記中間フレーム１０は外板が受ける荷重が低減されるように最大荷重範囲１３と氷塊接触範囲１５の領域内に形成される。
なお、氷塊接触範囲１５とは船体と氷塊とが接触する範囲のことであり、船体と氷塊が衝突すると氷塊の先端は圧壊し、船体との接触面積が増加し外板が受ける荷重が増加する。本実施形態ではこの範囲を氷塊接触範囲１５とし、特に氷塊と衝突したときの外板が受ける荷重が最大となる範囲を最大荷重範囲１３としている

次に、中間フレーム１０について図３を用いて説明する。図３は、図２のＳ−Ｓ断面図である。
図３に示すように、タンク１４を備えるＬＮＧ船１は、船側外板または船底外板で構成される外板６と、内側の縦通隔壁または船底内板で構成される内板８とによって二重船殻構造が形成される。内板８および外板６はそれぞれ防撓材によって補強されており、外板６の内側と内板８の外側には、船体の長さ方向に設けられる水平防撓材（ロンジ）４が一定間隔で形成されている。符号１１は船底を示す。
なお、船体の鉛直方向に設けられる垂直防撓材（フレーム）は図３では図示されない。また、図３では本実施形態を説明するうえで必要な構成部分以外については記載を省略している。

このような防撓材であるロンジ及びフレームを備えた船体において、氷塊と衝突したときに外板が受ける荷重が大きい箇所に中間フレーム１０を設ける。荷重が大きい箇所とは図１のＸで示す範囲であり、これは船体と氷塊の相対速度が大きくなり且つ損傷程度が大きくなる正面衝突を考えての領域である。

具体的には、船体の長手方向では前記船体の長さを１として船首から０．２〜０．３の範囲の位置であり、船体の鉛直方向では船体の喫水面高さから上下４ｍ（４０００ｍｍ）の範囲の位置に設ける。船体の長さを１として船首から０．２〜０．３の範囲とは、ＬＮＧ船で言えば、船首から一番前のタンクまでである。
また、喫水面は船体の積載量によって変化しており、喫水面の高さＬは変動する。変動範囲は、前記船体の船底部からデッキまでの高さを１として、該船底部から０．３〜０．４５の範囲である。

なお、本実施形態では、喫水面は８４５０ｍｍ（バラスト喫水）〜１１５００ｍｍ（計画喫水）としており、上限を構造強度上許容できる最大喫水である構造喫水よりも現実的な満水時の計画喫水としている。

また、中間フレーム１０は、外板６に受ける荷重を低減させるように一定の間隔を設けて形成される。この一定の間隔とは、各垂直防撓材（フレーム）の間隔よりも狭い間隔である。中間フレーム１０は外板６と溶接され、図３に示すように外板６と内板８を橋渡しするように形成される。
また、中間フレーム１０は図３のＢ部のようにその下端部がＬ字型を有している。このＬ字型により、内板８の突出下面を支持するように位置決めして溶接される。

なお、中間フレーム１０、ロンジ４、フレームのような外板６と内板８を補強する防撓材の形状は板状形状であり、板状のＴ字状のビルトアップ材等が好適に用いられる。
これにより、構造が簡単で且つ経済的に氷塊の衝突による外板の衝突荷重を低減させることができる。

本発明によれば、氷塊の衝突荷重を集中的に受ける箇所に補強材を配設し、経済的に氷塊の衝突荷重を低減させることができるので、船体の耐氷補強構造への適用に際して有益である。

本実施形態に係る船体の全体概略図である。 本実施形態に係る船体の側面拡大図である。 図２のＳ−Ｓ断面図である。 従来のＬＮＧ船の船首、船尾を除く船体構造図である。 図４中のＡで示される船体の側面拡大図である。 船体と氷塊の衝突を説明する図であり、（ａ）は正面衝突時、（ｂ）は旋回時を示す。

符号の説明

１ 船体
２ 垂直防撓材（フレーム）
４ 水平防撓材（ロンジ）
６ 外板
８ 内板
１０ 中間フレーム
１３ 最大荷重範囲
１４ タンク
１５ 氷塊接触範囲
１７ 船首
Ｌ 喫水面の高さ

Claims (3)

1. 船側部と船底部を具備する船体が、前記船側部外側面と船底部下面とが連結されて形成される外殻と、前記船側部内側面と船底部上面とが連結されて形成される内殻とで構成される二重船殻構造を有し、前記外殻は船体の長手方向と鉛直方向に夫々防撓材を配設される船体の耐氷補強構造において、
   前記外殻は、その内壁に前記船体の長手方向に配設される水平防撓材と、該船体の鉛直方向に配設される垂直防撓材とが一定間隔を有して夫々複数形成されて前記船体を構成し、
   前記内殻の前記船側部内側面の下端部には、前記船体の中央方向に延伸する水平な突出下面が形成されており、
   前記各垂直防撓材の間隔よりも狭い間隔で配設されるとともに、前記船体の長さを１として船首から０．２〜０．３の範囲の位置に形成されて外殻を補強する補強材を備え、
   前記補強材は、該船体の鉛直方向に配設される板状形状をなし、且つその下端部には前記内殻の突出下面と当接する凸部が形成されており、前記外殻と内殻の間に少なくとも１つ架設されて構成されることを特徴とする船体の耐氷補強構造。
2. 前記補強材は、前記船体の喫水面高さから上下４ｍの範囲の位置に形成されることを特徴とする請求項１記載の船体の耐氷補強構造。
3. 前記喫水面高さは、前記船体の船底部からデッキまでの高さを１として、該船底部から０．３〜０．４５の範囲の位置に有することを特徴とする請求項２記載の船体の耐氷補強構造。
   

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