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アルミニウム合金船の設計・建造の要点

 事業名 小型造船技術講習
 団体名 日本中小型造船工業会 注目度注目度5


3. 構造方式
 大別すれば、縦構造方式、横構造方式及び複合構造方式の3種類がある。船の用途、要求性能、建造コスト等を考慮して、採用する構造方式を検討しなければならない。
 
3.1 縦構造方式(図3−1)
 高速航行時の船底衝撃水圧や縦曲げモーメントに耐えるため、密に配置した縦通材や縦桁材と、これを支えるトランスリングを設けた構造方式。高速船、大型船(タンカー等)等で採用。アルミ合金製旅客船、官公庁船(巡視船艇・監視船艇・取締船艇・実習船等)は殆ど本構造方式である。
 一般に横構造方式に較べ軽くなる傾向にある(骨材スペースとも関連するが)。
 
3.2 横構造方式(図3−2)
 船舶の最も基本的な構造方式。主として肋板、横肋骨及び横置梁、並びに特設肋板、特設肋骨及び特設梁の横部材と縦桁材で船体を支える。低速船一般に採用され、漁船もこの方式が多い。
 縦構造方式に較べ重くなるが、部材数は減る傾向にある。ただし、横構造方式では座屈を防ぐため横肋骨心距程度のスペースで縦カーリング(パネルブリーカー)を設ける必要があり、更には溶接ひずみ発生を抑止するためその中間に小骨を入れることが多いことから、縦構造方式に対する横構造の利点はなくなるものと考えられる。
 
3.3 複合構造方式(図3−3)
 船底と甲板を縦構造方式、船側を横構造方式とするもので、荷重条件を考慮し、それぞれの長所を活かした構造方式。縦構造方式は船側荷重(接舷、舷側作業、舷側揚荷等)に対し弱点があるが、本方式ではそれがカバーできる。
 中型旅客船、大型貨物船(バルクキャリヤー等)等に採用され、漁船にも見られる。
 
3.4 構造方式の選択
 船殻重量と構造部材数はそれぞれ船の性能と建造コストを支配する主要素であり、その両方が減少するにこしたことはないが、一般には重量と部材数とは反比例の関係にあり、部材数を減らそうとすれば重量が増え、重量を減らそうとすれば部材数が増える。従って設計者は性能・コスト上の最適点或いは妥協点を見出す必要がある。
 このためには、単に上記3構造方式のうちの何れが計画船に対し最適方式であるかを見出すことの外に、その選択した構造方式の中で性能・コスト上最適と見なされる解をもたらす縦横のフレームスペースの組合せを選ぶ必要がある。
 
 一方、アルミ合金船は一般的に次の理由により縦構造方式が有利と考えられる。
1)アルミ船は比較的高速である。
2)横構造方式でも、座屈防止やひずみ防止カーリングを設ければ部材数増となり、縦構造方式に対する優位性はなくなる。重量は横構造方式の方が重い。
3)アルミ船は比較的積載量が増えるが、それによる曲げモーメント増加に対しても縦構造方式のの方が合理的であり、有利。
 
 ただし、魚倉内を内張りする場合等では、肋板、横肋骨等の深さが余り深くなく、倉内のスペースが有効に使用できる等の点から、横構造方式が有利なこともある。
 
図3−1 縦構造方式
(拡大画面:39KB)
 
図3−2 横構造方式
(拡大画面:35KB)
 
図3−3 複合構造方式
(拡大画面:38KB)
 
4. アルミニウム合金船の損傷事故の形態
●損傷事故の主要因
 
●船体損傷原因となる外力等
高速航行中の波浪衝撃水圧
プロペラ・機関の起振力
波浪中の船体運動
漂流物の衝突
腐食
自然減耗
 
●船体損傷の形態
(拡大画面:23KB)
 
●船体損傷多発箇所
(1)前後部船底外板(プロペラ直上部、燃油タンクを含む)
(2)燃油タンク隔壁
(3)舵、船尾材、シャフトブラケット等
(4)大型甲板開口のコーナー
(5)上部構造物の端部
(6)骨材端末固着部、骨材貫通部
(7)ダブリングプレートのコーナー
(8)艤装品取付台、支柱等
(9)マスト、ポスト、手摺等
 
5. 構造設計で留意すべき一般事項
1)性能・コストをバランスさせた設計を心掛けること。
 重量〜速力・積載量→重量〜部材数→材料費〜工費、
 
2)建造設備・建造法に適した設計とすること。
 
3)構造基準類の規定内容の背景・根拠を知ること。
 間違った解釈・適用をしないよう各基準の解説を読み、理解すること。
 
4)工作不能又は困難な箇所を作らないこと。
 設計は工作性を配慮したものでなければならない。
 工作不能・困難な箇所は損傷の発生源となる。
 
5)船体損傷の殆どは疲労破壊であることを認識すること。
 疲労破壊を防止するためには
 
6)波浪衝撃に十分配慮すること。
 適切な船型、板厚、フレームスペース、部材形状の選択、中間補強材の増設等に配慮。
 
7)部材端部固着の善悪が命取りになる。
 部材固着部は最も疲労破壊の起点となり易い。社内外の実績に基づく設計標準を作ること。
 
8)耐振性能を配慮した設計とすること。
 パネルの空中・片面接水・両面接水固有振動数、ポスト、アーム等の固有振動数のチェック(共振防止)、強制振動部の部材形状及び配置等。
 
9)撓みに留意すること。
 アルミ合金のヤング率は鋼材の約1/3で撓み易い。
 
10)過去に学ぶこと。
 同じトラブルは必ず再発する。トラブルは対策も含め必ず記録に残すこと。
 
11)問題を生じた時は我流処置をせず、然るべき処に相談すること。
 
12)処置に迷う時には費用を惜しまず迅速に手を打つこと。
 後手に回ると反って対策コストが大きくなる。
 
13)工作法を熟知しなければ良い設計は出来ない。
 建造コストは設計によって決まる。その建造コストはまた適切な工作法採用と良好な精度保持によって削減される。(社)軽金属溶接構造協会制定「アルミニウム合金製船殻工作標準」、同「工作精度標準」、(財)日本小型船舶工業会発行の各種テキスト等を参照することが有益である。







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