船坞登陆舰之“门”
——大开口结构设计

2010年6月，中国海军第六批护航编队赴亚丁湾执行护航任务，中国最大的船坞登陆舰“昆仑山”号首次出现在编队中。

“昆仑山”号是我国自主设计建造的大型船坞登陆舰，舰体中后部是宽大的坞舱，可以用以执行各种任务。

位于船坞登陆舰尾部的坞门开启时，坞舱内搭载的快艇、气垫船等可通过母舰的沉浮作业，方便地进出母舰坞舱。

当实施收放坞舱内装备时，我们可以看到舰的尾部不是常规舰船那样的封闭结构，而是一个敞开的大开口。这个大开口在整体设计中是如何实现的呢？又会对舰体有哪些影响呢？

一般来说，在进行舰船结构设计时，为了保证舰船结构的总强度，应尽量保持结构强力构件的连续性，避免由于舰体开口而切断强力构件的现象。

但有些舰船，在设计时需要在甲板、舷侧或横舱壁结构上开尺寸较大的开口，以实现某些特定的功能。为实现登陆艇和战车的快速进出，两栖作战舰艇多采用大开口结构设计。

那么，什么是舰船大开口设计呢？对于这个问题，在民船规范和军舰规范中有着不同的规定。

我国对甲板大开口的要求：开口宽度不小于开口区域船宽度的0.7倍，或开口长度不小于开口区域舱长的0.89倍，而军舰的大开口宽度一般不会超过开口区域船宽的0.7倍。

从使用过程中的经验来看，当甲板上的开口宽度达到开口区域甲板宽度的1.3倍时，就可以认为是结构上的大开口了，在结构设计时必须采用相应的补偿措施，来弥补结构大开口对船体强度造成的影响。

结构大开口在舰船设计中有着广泛的应用，如民用船舶中的集装箱船、散货船甲板上用于装载集装箱和货物的大开口，滚装船船艉和舷侧用于车辆进出的尾门和弦门大开口等。

军舰中也有许多用到结构大开口的设计，有的是为了提高舰船隐身性能的需要，如法国“拉斐特”级护卫舰上层建筑侧壁上用于隐藏小艇的大开口；有的是为了安装大型设备的需要，如美国“提康德罗加”级导弹巡洋舰前后甲板上安装垂直发射装置的甲板大开口，以及上层建筑上安装宙斯盾雷达系统的大开口等。

船舶结构的大开口设计有哪些特点呢？

首先，由于船体结构的大开口使得参与船体总纵强度的结构构件横剖面模数减少，因此对船体结构的总纵强度会产生影响。

其次，由于大开口使船体的刚度变小，极易产生翘曲变形。因此，扭转强度对于有大开口的船舶就变得较为突出。

另外，由于大开口结构会带来开口角隅处的应力集中现象，因此在进行大开口处的结构设计时，需对大开口角隅进行特殊处理。

结构采用大开口的设计在舰船中应用广泛，通常在散货船和滚装船等船型上都能看到，其中滚装船的大开口设计与船坞登陆舰比较相似。

为了保证大开口船的总纵强度和局部强度，也为了保证船体结构的总纵强度和扭转强度，在材料使用方面，对在主船体甲板和舷侧上的大开口及其加强结构，一般采用高强度钢进行结构设计。

对于位于上层建筑侧壁的大开口，若设计上采用强力上层建筑结构，则大开口处的板及其加强结构一般采用高强度；若上层建筑设计成轻型结构，不参与船体的总纵强度，则上层建筑侧壁的大开口处的材料可采用弹性模量较低的轻质材料进行结构设计。

对于大型船坞登陆舰而言，结构设计又有其独有的特点。船坞运输舰的中后部一般都有超长的宽大坞舱，为了给坞内的登陆装备以更大的空间和更自由的布置位置，坞舱长度一般会横跨数个横舱壁，且坞舱内一般不设支柱。

因此，船坞运输舰除了考虑船体的总纵强度、扭转强度外，坞舱顶部的大跨距甲板板架（横跨数个横舱壁的甲板板架结构）的结构稳定性是设计时需要考虑的重点。

在大开口结构的建造工艺方面，需要对大开口处的加强结构在对接时的装配精度加以严格控制，因为纵向构件的对接偏差超过允许值，将会出现应力集中成倍增长的现象。

在大开口角隅处的加厚板上一般不允许设置焊缝，当加厚板与其相邻板的厚度差大于3毫米时，加厚板的边缘应削斜过渡到与相邻板的厚度等厚，再与相邻板对接，以防止应力突变。

同样是大开口设计，不同类型的船舶有着不同的特点。对于大型船坞登陆舰或两栖攻击舰来说，除了考虑船体的扭转翘曲刚度外，坞舱顶部大跨度甲板板架的结构稳定性也是需要考虑的重点。

对横跨数个主横舱壁的大跨距的甲板板架结构的稳定性来说，仅靠单层甲板一般难以满足结构稳定性设计要求，因此，通常坞舱顶板的结构稳定性需要采用两层甲板构成的箱型板架来保证。

以美国的“圣·安东尼奥”级船坞登陆舰为例，当该级舰进行登陆作业时，舰艉的坞门开启，船坞运输舰通过压载舱的调节使坞舱灌水至位于坞舱内的气垫登陆艇吃水深度，便于气垫登陆艇及其他的登陆装备迅速离舰登陆。

在船坞运输舰的登陆作业过程中，舰上的载荷会不断发生变化，舰的重力和浮力也随之变化，这些载荷的变化会对坞舱的大开口结构产生一定的影响，但这一影响相对于舰的总纵弯曲应力来说比较小。因此，在正常作业过程中不会对大开口结构产生超出允许范围的局部应力增加现象。

船坞登陆舰及运输舰的坞门在开启之后，支撑坞门结构的液压缸支座将会受到较大拉力的作用，尤其是在进行两栖战车的登陆作业时，液压缸的支座处会出现较高的应力，因此，在进行坞门启闭装置的设计时，应对联结坞门的液压缸的支座处的结构进行适当的加强。

在大开口船舶的结构设计中，为了能准确分析大开口船舶的船体总纵强度和扭转强度，现在多采用三维有限元分析方法，对全船结构进行应力分析，必要时还会用网格加密的方式对大开口角隅处的应力状况进行二次分析，以帮助设计者合理设计。

具有结构大开口的船舶在使用时应特别注意大开口角隅处的结构疲劳问题，在航行过程中要注意观察大开口角隅处是否出现疲劳裂纹，发现裂纹应及时修复。

同时，在舱口角隅处的加厚板上严禁开孔，避免产生新的应力集中现象，确保大开口船舶在使用过程中的结构安全性。 ub9i8D74eWfS3uwYDHb+BupS7GeJ8tcNppKflQX5tRDkZB6djIM+FXXKZAYGYGmz