基本介紹
- 中文名：梁拱
- 外文名：beam camber
- 定義：甲板的橫向曲度
- 作用：增加甲板強度
- 一級學科：船舶工程
- 二級學科：船舶總體
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梁拱的設計背景
甲板是用於對船體內部空間進行上下分隔的結構。甲板板和其下的縱橫支撐結構所組成的整體，稱為甲板板架。船體可以看成是由板和骨材組成的空心薄壁梁，梁的上翼板是縱向連續水密結構，稱為強力甲板或上甲板，內部各層甲板稱為內部甲板或平台甲板。強力甲板是所有甲板中最為重要的甲板結構，它承擔著船體總縱強度和橫向強度的作用，同時還是機械裝置、系泊設備的固定平台和工作場所，也是人員出入船體的通道。船體內部甲板不僅起著艙室分隔的作用，也起著船體橫向加強的作用，另外還可作為艙壁豎向構件的支撐。對於大型油船和散貨船，強力甲板骨架一般採用縱骨架式，內部甲板採用橫骨材式。但散貨船上甲板中位於兩個貨艙之間的甲板，為了增加船體橫向強度，常採用橫骨架式結構。甲板橫樑（或肋板）、舷側肋骨（或肋板）和船底肋板組成框架，共同保證船體的橫向強度。
因露天甲板長期遭受日曬雨淋和海浪沖刷，應該特別考慮其結構設計。這類甲板面一般設計成中間高兩邊低的結構型式，但上層建築（或甲板室）的露天甲板也有設計成兩邊高、中間低的型式。
甲板梁拱的型式和作用
為了能夠迅速排除甲板上的積水和減少甲板上浪，船舶最上層露天甲板通常做成中間高兩邊低的拱形，露天上層建築或甲板室露天部分也設定較小的梁拱（有正梁拱也有負梁拱），而內部的甲板或平台則無需設定梁拱。梁拱的形狀有拋物線型，也有折線型。折線型既有單折線型，也有雙摺線型。對於普通商用船舶，標準梁拱高度為型寬的1/50。甲板梁拱還可提供一定的浮力儲備，也可以增加一定的艙容，但也存在不利的一面，即它給甲板機械和設備安裝帶來了不便。圖1為幾種常見的甲板梁拱形狀。圖中，B為型寬，H為梁拱高度，K.L為折點，C.L為中心線。
圖1
圖1（1）拋物線型或圓弧型梁拱。優點：可以承受較大的甲板面載荷，而且線型光順美觀，排水快捷。缺點：分段製造前需要事先提供胎架數據，胎架檢查需要定製樣板，骨材安裝定位較麻煩。適用船型：軍用艦船和中小型船舶。
（2）直線型梁拱。優點：線型簡單，加工方便，分段製造時無需定製樣板，甲板骨材安裝定位也很方便。缺點：美觀性稍差。適用船型：油船和其他液艙船。
（3）直線圓弧組合梁拱。優點：兼具拋物線型梁拱和直線型梁拱的優點。缺點：對於圓弧部分梁拱，分段製造時需要事先提供胎架數據，檢驗時需要定製樣板，圓弧部分骨材安裝定位麻煩。適用船型：散貨船和液貨船。
（4）雙摺線型梁拱。優點：左右兩側甲板的傾斜角加大，有利於排水，且增加了一定的貨艙艙容。缺點：中間部分甲板傾角較小，容易積水。適用船型：常規商用船舶。
甲板梁拱的設計
圖2對於常規船舶，上甲板設計梁拱主要是為了排除甲板上的積水。如果僅從有利於甲板排除積水的角度考慮，甲板板與水平面的夾角越大越有利於排水，但過大的夾角會帶來很多問題，如甲板強度、設備安裝、人員安全等一系列問題。一般來說，甲板板與水平面的夾角在2.0°～3.5°為宜，但最大不得超過5°。參照PMA（永久安全通道）的相關要求，如果通道斜度大於等於5°，那么通道表面需增加防滑設施以防止甲板上有水時給船上人員造成危險。
綜合上面的分析，對於油船來說，上甲板採用人字型（直線型）梁拱較好，雙摺線型梁拱次之。如果採用雙摺線型梁拱，則應特別注意中間部分的甲板梁拱。這部分甲板的梁拱設計應充分考慮以下兩點：1）油船甲板板較薄，甲板骨材（縱骨和強橫樑等）焊接會引起甲板板發生筒形彎曲變形；2）甲板板拼板板縫和分段對接接縫存在一定的焊縫余高，縱橫焊縫余高將會形成很多的“淺圍堰”。因此，中間部分的甲板梁拱不宜取得太小，更不要採用水平設計。圖2(d)所示的某31.8萬噸VLCC就出現了這種積水積鹽的情況。
對於散貨船，宜採用雙摺線型梁拱，且中間部分的甲板保持平直。散貨船甲板板較厚，即使是位於貨艙開口中間的甲板，其板厚也大於同等尺度的液貨船的，況且中間甲板採用的是橫骨材式，板格長寬比值比油船的大，因此甲板板因骨材焊接引起的筒形彎曲變形小。在貨艙間的中間甲板上，一般都安裝了不少設備，此部分的甲板採用較小角度或平直的設計有利於設備安裝。從結構強度和實用性兩方面考慮，中間部分甲板的梁拱折點，宜設定在中間甲板與貨艙開口角隅處主甲板板的一列過渡板上，如圖2(a)和圖3所示。對於中間平直部分的甲板，為了防止出現不平現象，在分段建造時可加放一定的反變形。
圖3
圖3對於其他船舶甲板梁拱的設計，需要根據船舶的用途、甲板是否有承載、航行區域等多種因素綜合考慮決定。甲板梁拱的高度以標準梁拱高度為宜。根據幾型散貨船和油船的推算，梁拱高度最大不得超過B/35，否則將對船體梁總縱強度計算產生影響。
