船舶采用气囊下水工艺的船台压力计算

jimosea

我国在上世纪80 年代发明了船舶气囊下水工
艺。该工艺用气囊作为船舶下水工具，将船台上已建
造完成的船舶用多个气囊顶起，去掉支墩，再在船艏
施加一定或船艉施加一定的力，使船舶在气囊的滚动
下沿船台与下水坡道下水。
由于该工艺无需建造滑道，下水操作简易，经济
优势明显，因此，现已在国内中小型造船企业中得到
广泛应用。每年采用该工艺成功下水的有上百艘船
舶，并已在国外船厂中得到使用。
但对该工艺的理论研究还较为缺乏， 国内外报
道的研究成果很少， 提出的观点主要针对计算气囊
承载力问题，对于下水过程中船舶、船台的受力变化
计算均没有较详细的研究。这主要因为在气囊滚动
下，船舶下水是动态的，加之气囊在下水过程中内压
的变化很难找到规律，研究较为复杂，所以理论研究
相对缺乏， 因而不仅使人们对采用该工艺下水的船
舶安全性产生疑虑，也影响该工艺的推广。
本研究针对下水过程中船舶、气囊、船台间的相
互作用力提出宽支座弹性计算模型， 并应用该模型
进行实例计算分析， 认为该模型可用于下水过程中
的船台压力分析。

通过对气囊工作高度的分析， 结合气囊工作长
度，可以计算出每个气囊的承载力。经计算，全部气
囊的承载力为4 351×107 N， 船梁对气囊的压力为
4 331×107 N。经比较，误差为0.5%，符合要求，表明
计算是正确的。
由于上述计算将气囊简化为单个弹簧， 与实际
状况不尽相同，因此需在计算出气囊工作宽度后，将
弹簧按并联原理分为数个弹簧， 使每个气囊成为多
点支撑的宽支座模型。经计算，由于每个气囊的工作
宽度在0.7～0.8 m，且相差不大，因此，确定每个气囊
相当于由4 个弹簧组成， 则单个气囊里每个弹簧的
刚度为k=Ki/4 。同理，建立上述计算模型，再次计算
弹簧对船梁的反力， 计算结果比单弹簧模型更接近
实际受力状况，数值基本同上。
在得出每个气囊对船台的压力后，船台的受力状
况，如沉降、内力等可按规范要求进行计算。同理，可
对船梁的变形、应力等进行分析，也可得到船梁总纵
弯矩与切力图谱，以校核该阶段的船梁总强度。
2.2.2 其他阶段计算及分析
通过对上述不同行程下船舶的受力进行分析，
得出整个下水过程中船梁、船台受力状况（包括船梁
总纵弯矩与切力等）。结合建造时船台的原始设计，
可确定船台压力设计值， 也可校核整个下水过程船
梁总强度是否满足要求。
通过对不同行程下船台的压力计算发现， 船台
在整个下水过程中船台板的最大压力处于船舶抬升
阶段， 滑道下水工艺中船台板最大压力处于艉浮阶
段有所不同，因此，船台设计中，在满足气囊滚动速
度一致、气囊距离不变的条件下，只需比较坐墩时与
气囊抬升时的船台板最大压力， 即可得到船台压力
的设计值。
3 结论
目前，船舶采用气囊下水工艺的船台、船体受力
计算，还只停留在力学平衡计算阶段，无法考虑气囊
对船体支撑是否会对船体变形产生影响。本研究通
过将气囊弹簧化， 提出关于船梁与船台板受力分析
的宽支座弹性计算方法， 可以分析船舶整个下水过
程中船梁、船台的受力状况，主要针对船台压力进行
分析。采用二维有限元方法计算，比较容易，在一定
程度上解决了船舶气囊下水过程中船台压力计算的
关键问题。