摘要：经过数十年的发展，中国的船舶修理改装业务有了很大的发展。船舶修理与改装已经从造船生产的从属地位上升为社会经济发展的重要支柱行业，文章结合实际情况，对船体改装过程的变形控制与预防措施进行了讨论与分析以便为当前船舶改装行业的发展提供参考与借鉴。
关键词：船体；修理改装；变形控制；
1船体结构变形产生的原因和控制的必要性
船体结构在修理改装过程中，原有受力平衡状态被打破了，必然要建立另外一种平衡，变形便是建立新的力的平衡的过程。变形的产生，一是结构在力的作用下发生了形体上的变化二是作用在结构上的力发生了变化，而且变化后的力足以改变结构原有的形态。在一定程度内，结构的变形无处不在，只是有些变形是可以接受的，没有对结构的功能产生影响，没影响结构的有效使用。但超出规定的变形是不容许的，也是有危害的。一种危害是对船体结构自身的危害，导致结构功能的失效，无法正常使用一种危害是由于结构无法有效使用而带来的，使得船体不再具有有效承载运营的状态。无论那种危害，都会给船舶的检验通过带来困难，必须予以消除，使其符合船级社规范要求。所以在船舶的修理改装过程中变形的控制尤为重要。否则，一旦产生，为了符合要求，必须是花更大的代价去消除变形。
2船体修理改装发展与现状
2.1船舶改装修理业务的发展
经过数十年的发展，中国的船舶修理业务有了很大的发展。船舶维修已经从造船生产的从属地位上升为社会经济发展的重要支柱行业，目前我国拥有多家修船企业和多万载重吨的船坞容量，在世界修船市场占有一席之地，成为一世界八大修船市场中心之一。从修理范围来看，从原先内常规、普通修理，转向了大型的改装、特种专业的修理从生产节奏巨来看，原先一修几个月，乃至半年、年的慢条斯理的状态不复存在，时间紧、任务垂的快节奏成为了常态，甚至是大型的改装也不过是数个月的周期。特别是特种专业的业务拓展，提升了中船舶修理的业务水平。船舶修理中的专业技术维修是一个企业技术能力的核心，以代表该一的整个技术竞争川自水平。换钢板、打砂油漆，只要有设备、劳动力，加以适当的技术指一导，合理的生产调度，每个修船厂都可以做，而且规模上去了，可以做的很好。但在专业技术维修服务这一块上，由于专业设备的内在的技术专利及技术精细程度较高，不是每个修船厂想搞就可以搞成的，不单要求专业技术的工人，还要有相关的授权，更要有特定的试验等辅助机械设备。目前，业界偏向于整合专业技术维修方面的业务流程，形成综合性的专业服务公司，有效解决问题的同时，提高资源利用效率和降低运营成本。如此可以克服了原有服务站经营产品单一、资源利用低下、竞争力不强、人才培养乏力等缺点。在为船东服务方面，提供了综合性的专业技术维修服务，也提供了一揽子的全方位解决方案。在船舶改装业务方面，各成规模修船企业更是加速市场的占领和抢夺。在船舶修理企业扩大了产能，提升了生产水平后，再在常规修理项目上摸爬滚打己经无法满足企业的胃口，更是无法满足投资方对于经济效益的追求。在此种状况下，各修船企业纷纷使出浑身解数，充分利用自己的码头、车间、起重能力等硬件资源，承接大量的船舶改装业务。
2.2船体结构变形控制的现状
在众多的、甚至是成系列的改装工程中，各船厂基本都是依靠现有的经验技术应对在作业过程中碰到的各项问题，特别是关于结构变形方面的问题，通常是小心谨慎加提心吊胆，边干边看。尚没有较为详细的专一化的就船体修理、改装工程中结构变形控制方而的研究讨论。在船体钢结构的修理、改装中，经常性遇到的问题乃是结构的自身牢固和稳定。而船体结构大面积的割换或改装，通常会破坏结构完整，影响局部的强度甚至是船体整体的强度，进而产生麻烦的变形问题。船体在人型修理或改装中经常遇到局部结构件的破坏，或临的艺需要、或永久的改装需要。但都会对原有结构强度产生削弱，导致变形的发生。目前的船舶修理厂，在承接了大型改装项目后，一般都会对改装工程中的结构强度作适当的技术可行性分析，甚至有的还借助电脑软件计算强度应力分析，但大多经停留在经验式、专家式的座谈讨论上。没有将经验很好的理论固化或者是将现有的造船技术方面的规定引用于改装的日常控制中。技术大多封装在各船厂专业人士的“头脑”中，没有互通有无，没有形成船舶改装工程结构变形控制体系化的技术知识。
3结构变形分类
3.1大开口工艺孔带来的结构变形
一般情况下，大开口的位置主要集中在夹板、旁板及船底，如开设于甲板的孔过大而容易造成舱口围变形，而船体如在净水浮态下则存在左右内所变形。从船舶设计角度来讲，在船舶实施改装中存在20%的中纵强度富裕。
3.2持续受力构件改造中的整体强度受损而引起变形
持续受力构件，特别是船体纵向构件的被破坏，产生总纵强度的弱化，致使船体整体发生变形，或是纵向的、或是横向的。持续受力构件在船体横截面上来看，有局部割断的，也有完全切割的。在舱室内部加装舱壁等改装中，常见的是横断面上局部纵向构件的切割在船体加长的改装中则是横断面全部断开了。船体切断来开加长的改装，需要控制的是横断面附近区域的局部变形控制。若是横断面上局部纵向构件的割断，则需要认真考虑船体的整体变形问题，不妨归类于前述“大开口工艺孔带来的结构变形”。船体的横断一切割将会给两大部分带来形变的可能。一是保留下来的旧船体部分，二是需要移开的旧船体部分。对于保留下来的旧船体，由于断口位置处于强力构件或横舱壁的附近，旧船体在坞楞静止托举状态下，纵向强度要求和横向强度要求都不是很大。并且在船台制造船舶时设计人员业己考虑到了船体自身在船深方面的强度支撑要求，因此在横断口形成后，需要解决的是旧有船体的固定而不是可能产生的变形问题。但对于需要拖移开的日船体而言则需要充分的注意。拖移开的旧船体有两种一可能，利用和放弃。对于放弃的不做展开讨论，既然不再利用，只要控制好拆除过程中的结构安全即可。对于尚需利用的旧船体则在变形力一而的一要求较高。对于切割开后断而的平整精度、尺度变化等都需要力一分重视。
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3.3连续工艺孔而引起的变形
在大型改装工程中，各舱室类似位置工艺孔的开设成为一个系列是常有的事情，特别是船舶双底、双壳的改装。双壳改装中内壁呈纵向连续，需要由甲板开设系列纵向长工艺孔以便板架分段吊装入内或由货舱吊装板架分段到位。在主甲板区域沿船长方向连续开设工艺孔，或在横舱壁与纵向内壁连接处同位置开设类似工艺孔。在双底改装中内底板同样是纵向连续结构形式，需要穿越横向舱壁，在横舱壁与内底板交接处同样开设同位置类似工艺孔。上述工艺孔的开设基本是系列化的，对船体结构的破坏呈系列类似状态，对结构强度的消减有相同的机理，而带来的结构变形控制难度加大，若变形产生的后果更是严重造成主尺度的变化，质量控制、船检验收、船东认可都是大问题。
4常见船体改装结构变形控制方案
4.1船体局部变形
船体局部变形主要指船体局部结构发生的变形，对该类变形，控制方案主要以结构的合理临时破坏及永久扶持为主，具体如下：（1）做好工艺孔开设位置的选择，实际维修中应合理设计工艺孔并选择正确的开孔位置，如尽量不开或少开，减少对应力平衡的破坏。而开孔区域应选择结构强度弱的位置，如一些强力构件等位置。同时，开孔作业应提高精度，保证构件与新开工艺孔的配合度；另，对连续开孔的工艺，开孔应优先采取间断开孔方式，且避免在横舱壁开设工艺孔，且开孔尺寸不得超过三分之一横舱长度，以减少应力平衡损失。（2）加强临时扶强材料的使用，在变形控制中，临时扶强材料的使用主要用于工艺孔周围的扶强、切断构件的扶强以及原有结构扶强。扶强材料的设置原则应遵循保证原有结构力得以延续，以保证其它部位发生结构变形。一般情况下，对工艺孔周围区域的扶强可采用扁钢及型钢扶强材料，对控制工艺孔变形起到一定作用。而对在被切断构件的扶强，可采用焊装与原构建一致的材料进行。（3）连续受力构件改装过程的临时代替控制；如一些船体改装中，船壁、舱口常需要被临时性隔开，在该工艺操作中，由于部位应力较为集中，容易产生应力。故，开口前应做好替代结构的选择。对临时提高构件设置位置的选择，应以不远离原结构及影响新构件安装作业为前提，如打开舱壁，则应在舱壁同向设置临时性扶强构件，且注意空间尺度限制，不得扩大作业空间及影响扶持效果。（4）连续受力构件在改装时的临时替代在船体的改装过程中，舱壁、舱口围等部位经常性的需要临时一隔开，以便新增构件的装配。但此类部位是应力相对集中区，断开就有了变形产生的可能，务必在开口存续期间有良好的替代结构。临时替代构件的设置位置不能远离原结构，不能影响新构件的安装作业。若打开了舱壁，则在两个肋位距离内应该有舱壁同向临时扶强构件。同时在设计新构件时应当注意作业空间的尺度限制，不能以吊装能力扩大了作业空间，导致临时扶强远离舱壁，影响了扶强效果。结构的临时替代必须要有足够的强度，能够替补原构件被破坏后强度的缺失。当然不能简单的用舱壁割开就再造一个临时舱壁来扶强，而应该是选择圆柱或其它柱状结构来补充强度，注意材料的节省和重复利用。
4.2整体变形控制方案分析与说明
（1）船体原始状态的测量与改装过程监控在船舶改装之前就需对船体的外形尺寸进行测量以核定后续改装作业过程中船体的变形及对核定提供基础数据。测量应尽可能的使用专门仪器，不赞成使用手工测量。建议使用自动化程度高、利用激光束的测量工具，可以提高精度。在对船体进行切割前，测量出船体在纵向、望光后，依据望光数据的基础上，将切割线划出。一般以基难点、线和面延伸或丈量作为划线依据横向和垂直方向的状态，并做记录。在不主张直接根据分段或工件需要划线，在改装进入大面积扫一开甲板、旁板等阶段，必须是每两大测量一次，在此阶段后每周测量一次。将测量数据与原始值核对，发生变化的必须找出问题产生的原因，以及有针对对一性的加以解决。（2）浮态与坐坞状态下的改装对整体变形的影响；当船舶空载处于静水而时，受船体中间胖两头尖的影响，船体为中拱状态而受拉力作用。所舶在改装时停靠船厂码头就属于这种情况。此时，改装过程结构的强度影响最大的是局部结构力失效，浮态空载船体固有总纵弯曲作用下中拱，结构变形，部分材料塑性变形，船体主尺度被改变。当然，船体主尺度发生改变是极端情况，除非结构变形处于失控状态。但货舱横舱壁与内底板交接处工艺孔的开设的还是得相当的注意。为了使得内底板板架能穿越横舱壁，又必须开设工艺孔，而且需要所有舱室横舱壁的贯穿，同时割开是非常危险的举动。从船体重力方向了力的传递过程来看，整个甲板、舱口、横舱壁的力集中传递到内底板，再由内底板分散到内底纵骨，再向肋板、外底板、旁板等传递。在横舱壁与内底板的交接是相当重要的关节点，它是力集中与分散开的枢纽，并且横舱壁与内底板成型强力结构，保证了力传递的有效。若此处结构失效，势必导致船体由上传递下来的力与由下传上来的力中断，无法很好的衔接与传递，从而产生上部构架塌陷的趋势。比较极端的表现是，中间甲板内陷，旁板外鼓，主甲板受拉变形，型宽变化、总长变化，舱室尺度变化，舱口围变形，舱盖无法匹配。船舶进入坐坞后与船体建造时的受力状态相似，船体基本上是自有结构垂向力的作用。此时，需要注意的是船旁板大量切割，因为肋部结构的大量被破坏，垂向强度削弱，甲板及舷顶列板塌陷变形，型深变化，严重的影响甲板上机械底座的稳定，使得甲板机械无法正常工作。
5船体修理改装变形控制的作业保证与讨论
做好船体改装过程作业管理对减少变形具有重要作用。基于目前情况，当前船体改装过程的管理已逐渐向高授权度、项目专业化及管理一体化过度；即当前船体改装以采取项目形式的管理模式，可实现在一定授权范围内的应急处理，利于提高工作效率；而关于船体修理改装作业控制，其一，船体进厂前应做好工程的交接，及时对船体进行勘验，了解船体改造难点及变形控制重点，明确作业范围；其二，根据勘察及其他情况，做好方案的选择及材料选择，优化施工作业方案并落实各项技术交底，同时对材料做好验收与管理，保证质量。其三，作业过程应及时沟通，严格控制各项作业，并及时对船体进行测量，评估变形程度，以便及时采取措施处理。
参考文献：
[1]]徐东，杨润党，王文荣，等.船体结构焊接变形预测与控制技术研究进展[J].舰船科学技术，2010（1）.
[2]刘林，张弛.论船舶焊接工艺的发展现状及焊接变形的研究[J].科技创新与应用，2014（25）.
[3]李丽舒.铝合金船体焊接变形及其控制措施探讨[J].科技创新与应用，2017（32）.
论文作者:赵冶
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/4/30
标签：船体论文; 结构论文; 构件论文; 船舶论文; 作业论文; 工艺论文; 强度论文; 《基层建设》2019年第5期论文;