中拱，是指浮於水面的船舶重力和浮力縱向分布不對稱，在船舶中部浮力大於重力、首尾部重力大於浮力情況下產生的船舶中部拱起的一種縱向彎曲狀態。在靜止狀態下，船舶浮力的縱向分布決定於船體水下線型，重力縱向分布決定於船體本身重量和貨物重量的縱向位置。因此，在配載貨物時應儘量使重力與浮力縱向對稱分布，以減少船舶縱彎矩，而船舶在波浪中航行，當船體處在波峰時，浮力向中部集中，船體就會產生嚴重的中拱彎曲。船舶在設計時應考慮船體的縱強度能夠抵禦船舶可能遇到的中拱或中垂彎曲而不使船舶變形或斷裂。
基本介紹
- 中文名：中拱
- 外文名：hogging
- 相關：與中垂（sagging）意思相反。
- 釋義：船舶甲板受拉，底部受壓的狀態
- 一級學科：船舶工程
- 二級學科：船舶原理
船舶拱垂對載重量影響介紹,船舶總載重量的計算,船舶排水量的測定,排水量換算,船舶拱垂及拱垂值的限定,船舶拱垂的產生,船舶拱垂值的計算,船舶拱垂對船舶載重量的影響,港口吃水限制船舶不滿載情況,港口吃水不限船舶滿載情況,套用舉例,
船舶拱垂對載重量影響介紹
船舶營運過程中，當碼頭和航線上的水深足夠時，船舶的最大載重量是必須保證船舶在航次的任一航段、任何時間，船舶兩舷相應於船舶所在的區帶、區域和季節期的載重線上緣不被水淹沒，此時的船舶載重量即滿載載重量。但在某些情況下，由於受港口或航道水深的影響，船舶最大吃水有一定的限制，不能達到滿載；同時，為保證船舶的良好操縱性能，通常船舶應有一定的尾傾，這就產生如何積載以達到最大載重量的問題。一般認為，船舶裝載應當保持船舶不變形，即無中拱垂狀態，但是船舶建造是允許有一定的變形的，合理利用船舶中垂是否可以提高船舶載重量，這個問題航海人員鮮有注意，但是答案是肯定的。
船舶在深水區航行時，與之相對運動的水流是從船的兩舷和底部由船首流向船尾的三向度水流。當船舶進入淺水區時，由於流入船底下的水流受到限制而被推向船的左右兩側，這時船底過水麵積減小，流速增加，使船底壓力下降，致船體下沉。一般商船速度範圍內的船舶在淺水中航行時，通常表現為首下沉量大於尾下沉量，即原為平吃水的船舶將變為艏傾。為使船舶具有良好的操縱性能，以保證船舶離港後在受限水深和水域內的航行安全，要求船舶應有一定吃水差。
船舶總載重量的計算
載重能力是指船舶在具體航次中所能承運貨物重量的最大限額，用淨載重量表示。淨載重量是總載重量與船舶壓載水、存油水、船舶常數之差。船舶總載重量，是根據經縱傾修正後船舶的總平均吃水查載重量表得出相應的排水量減去空船重量得出的。即：
船舶總載重量W=船舶排水量Δ-空船重量W0
船舶排水量的測定
準確觀測船舶水尺非常重要。觀測船舶吃水時船體不要有任何作業，要仔細觀測，排除粗差。在風的作用下，海浪會產生不規則波影響觀測精度，因此應選擇海面平靜或規則波時觀測船舶的六面吃水。
排水量換算
經過拱垂修正後的總平均吃水計算公式為：
在計算查表求船舶排水量時，須先對船舶的首尾平均吃水df、da進行首尾垂線Cf、Ca修正；然後根據船舶總平均吃水查載重表得出相應的排水量；再根據排水量縱傾修正公式進行相應修正；最後經過港水密度的修正，就可求出船舶的實際排水量。
船舶拱垂及拱垂值的限定
船舶拱垂的產生
船舶裝載後，如果作用在船體各橫剖面上的彎矩代數和不等於零，將使船體發生總縱彎曲變形。
當船舶首尾部重力大於浮力而中部浮力大於重力時，即當船體出現船中部上拱、首尾下垂時，所出現的彎曲變形稱中拱變形。當船舶中部重力大於浮力而首尾部浮力大於重力時，即當船體出現船中部下垂、首尾上拱時，所出現的彎曲變形稱中垂變形。
船舶在靜水中產生中拱或中垂主要決定於船舶的布置與裝載狀況。當船舶首尾載荷過多時會出現中拱；相反，會出現中垂狀態。
船舶拱垂值的計算
實際觀測並比較船首、船中、船尾三處的左右平均吃水，可以判斷船體拱垂變形的大小和方向。船中處的平均吃水大於首尾平均吃水，說明船舶處於中垂變形狀態；船中處的平均吃水小於首尾平均吃水，則船舶處於中拱變形狀態。同時，中部平均吃水與首尾平均吃水的差值的絕對值，可以反映出拱垂變形程度的大小。這一絕對值稱為拱垂值，計算公式是：
正常的拱垂變形範圍應不超過Lbp/1 200（m）；極限的拱垂變形值為Lbp/800（m）；危險的拱垂值為Lbp/600（m）；Lbp為船舶垂線間長（m）。
船舶裝載後的拱垂值在正常範圍內，則可以開航；接近極限值，只允許在天氣好時開航；接近危險值，則不允許開航。因此，只要船舶在裝載後，拱垂值在正常範圍內，就可以利用合理的拱垂變形提高船舶的載重量。
船舶拱垂對船舶載重量的影響
港口吃水限制船舶不滿載情況
船舶在某些港口受載，由於受港口吃水限制不能達到滿載而產生虧載，這就需要合理積載以達到最大載貨量。
1、船舶有一定吃水差出港情況
為使船舶具有良好的操縱性能，船舶離港通常應有一定的吃水差。假定港口限定最大吃水為H（m），船舶吃水差要求為t（m），則da= H，df= da+ t。
無中拱垂情況下平均吃水公式為：
有中拱垂情況下平均吃水公式為：
排水量變化值：
由上文公式結合可得：
依前所述船舶的拱垂值範圍為：
此時裝載後的平均吃水：
2、船舶平吃水出港情況
在某些情況下諸如港口碼頭吃水限定但航道水深富餘，可採取船舶平吃水出港後再壓水調至要求的吃水差，此時船舶無中拱垂情況排水量最大，H = df= da=dm，即船艏、舯、艉吃水皆等於港口限定最大吃水。
如吃水限定、吃水差為零且船舶中垂δ（m），則船舯吃水等於港口限定最大吃水H（m），與無拱垂情況相比排水量減少，經推導其值為：
如吃水限定、吃水差為零且船舶中拱δ（m），則船首尾吃水等於港口限定最大吃水H(m)，與無拱垂情況相比排水量減少，經推導其值為：
港口吃水不限船舶滿載情況
根據1966年國際載重線公約1988年議定書和經1966年議定書修正的1966年國際載重線公約，船舶兩舷相對於該船所在季節及其所在地帶或區域的載重線不論船舶在出海時、在航行中或在到達時都不應被水浸沒。此時船舯吃水即為船舶載重線。
如船舶中垂δ（m），經推導船舶總平均吃水與船舶載重線吃水之差為-1/4δ，即與無拱垂相比載貨量減少，其值為：
如船舶中拱δ（m），經推導船舶總平均吃水與船舶載重線吃水之差為+1/4δ，即與無拱垂相比載貨量增加，其值為：
理論上船舶船舯吃水達到載重線標誌利用中拱可以增加貨量，但是此時船舶儲備浮力減少，船體強度也受到影響，建議不採納。
綜上所述,當港口吃水受限,船舶不能達到滿載且須滿足一定吃水差的情況下,合理利用船舶中垂可以增加船舶載貨量；當港口吃水受限且無吃水差要求時，平吃水無拱垂時船舶載貨量最大；當港口吃水不限，無中垂裝載可以達到船舶滿載。
在港口吃水受限，船舶有一定吃水差情況下，利用船舶中垂增加船舶載貨量時，首先要計算最大允許中垂量，並確定預計使用值。裝貨前大副應合理配載，裝貨過程中各貨艙分輪次裝貨，最後一輪次大副觀察船舶吃水要勤，根據吃水情況及時調整各艙貨量以期達到最佳裝載效果。
套用舉例
“清華山”輪，兩柱間長Lbp 217 m，船寬B 32.2 m，夏季滿載排水量83 722 t，夏季滿載吃水13.91 m，黃驊港吃水限制H = 12.9 m， TPC = 65.3 t/cm，吃水差要求t = 0.5 m。
由此可知大副配載應使船尾吃水為12.9 m,船首為12.4 m，且未達到船舶滿載。
現計算有中垂情況的排水量增加值：
由上文公式可得該輪拱垂值正常範圍最大值δ=18cm；排水量增加值δ△ = 880 t，即可增加貨量880 t。
若為安全考慮取正常的拱垂變形範圍最大值的70%即δ = 12.6 cm，則增加貨量617 t。
該輪在吃水12.9 m情況下載貨量約6萬噸，假如市場水平船舶經營成本約占90%以上的海運費收入，有中垂增加的617 t貨量可增加1%的運費收入，此可提高單船航次利潤10%以上，這是相當可觀的。
