Planung und Bau der Columbus New Zealand

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Hier jetzt ein Thema, was natürlich zum wichtigsten Teil des Schiffes gehört, nämlich die Torsionsfestigkeit. Die Torsionsfestigkeit oder auch Verdrehungsfestigkeit bezeichnet die Festigkeit eines Körpers gegen das Verdrehen. Die Festigkeit gibt dabei die Belastung an, bei der das Bauteil versagt. Eine bestimmende Größe für Torsionsfestigkeit ist die Torsionssteifigkeit. Hoffe, dass das Thema nicht zu trocken ist, aber es gehört einfach bei der Planung dazu und ist sicherlich ein sehr großer Bestandteil, der zur Sicherheit des Schiffes beiträgt.

Biegemoment und Schwerkraftverlauf

Bei der Festlegung des gesamten Entwurfskonzept wurden Überlegungen hinsichtlich der besten Torsionsfestigkeit in starken Maße berücksichtigt. Es standen im wesentlichen drei Varianten bei festgelegter Breite zur Auswahl:

A. 8 Container nebeneinander, Breite des 1.Decks neben den Luken. . . . . . .  3,400 m

B: 9 Container nebeneinander, Breite des 1.Decks neben den Luken . . . . . . . 2,075 m

C: 9 Container nebeneinander, Breite des 1.Decks neben den Luken . . . . . . . 2,875 m

                                                      Breite des 2.Decks neben den Luken . . . . . . . 2,075 m      

Die endgültige Entscheidung fiel zugunsten der Lösung A aus folgenden Gründen:

1.Beste Torsionswiderstände infolge größten umschlossenen Querschnitts des oberen   Wallgangs, bestehend aus 1, 2 und 3.Deck.

2.Dezentralisierte Ladekühlanlage, das heißt, die Kompressoren finden im oberen Wallgang Platz

3.Trotz Kranschiene ist auf dem 1.Deck Platz für einwandfreie Passage

4.Geräumige Passage Möglichkeit unter Deck (Passage Way)

Die Abmessungen der Querriegel über den Querschotten waren im wesentlichen durch den Platzbedarf für Luftkanäle und der Wärmetauscher gegeben. Die breite des Querdeckstreifens allein ergab mit bmax = 3,10 m ein hohes Trägheitsmoment gegenüber Verschiebungen der Längsdeckstreifen. Außerdem war zu erwarten, das die Lage des Schubmittelpunktes durch den hohen Anteil von geschlossenen Querschnitten positiv beeinflusst wird. Dennoch wurde zusätzlich ein schmaler Kastenträger unter dem Querdeckstreifen angeordnet aus folgenden Gründen:

1.Verstärktes Trägheitsmoment gegen Längsverschiebungen des 1.Decks.

2.Kräftiger Querverband bei durch Luftkühler geschwächter Querschottkonstruktion.

3.Kräftiger Querträger zur Aufnahme der Lukendeckel Belastungen.

Bekanntlich sind bei Containerschiffen in den Luken ecken hohe Randspannungen zu erwarten. Die Höhe des Spannungsniveaus ist neben der Materialstärke besonders durch die Form des Decksausschnitts beeinflussbar. Aus diesem Grunde wurden an einem räumlichen Stahlmodell einer Lukenecke, bestehend aus Längswallgang und Querkastenträger, im Maßstab 1:2,5 Spannungsmessungen mehrerer Varianten in Ausschnittform und materialdicke vorgenommen. An Hand der Ergebnisse wurde sich generell für eine radiale Ausschnittform entschieden. Der Radius wurde mit r = 470 mm ausgewählt, da die Konzentrationsfaktoren für die Torsionsspannungen bei K = 1,2 auch durch größere Radien zunehmend weniger reduzierbar waren. Vor dem Deckshaus wurde jedoch eine größere Parabel 1000/700 mm gewählt.

Die Lukeneckplatten wurden auf 32,0 mm verstärkt und in der Stahlgüte F36,das heißt, in höherfestem Stahl, ausgeführt. Dagegen ist der Schiffskörper selbst für normale Schiffbaugüte ausgelegt worden. Dies geschah ausschließlich unter dem Gesichtspunkt eines möglichst hohen Wölb Widerstandes bei Einhaltung der Mindestforderungen des GL, also Germanischen Lloyds, für das Gesamtwiderstandsmoment des Schiffes für die Längsbiegung. In höherfestem Material F36 wurden neben den Lukenecken lediglich die durchlaufenden Lukensülle und deren Topp-Platten zur Aufnahme der zusätzlichen Wölbnormalspannungen ausgeführt. Um die Torsionssteifigkeit bzw. die Einspannung der Schiffsenden zu verbessern, wurde weitgehend versucht, neben den Containern geschlossene Querschnitte als sogenannte partielle Torsionsboxen zu bilden.

Zertifikate der Columbus New Zealand

Hinsichtlich der Längsfestigkeit des Schiffes wurden die Mindestforderungen des Germanischen Lloyds nicht wesentlich überschritten. Gurtungsdeck und Boden wurden in normalem Schiffbaustahl gebaut. Das maximal zulässige Glattwasserbiegemoment beträgt 114250mt.Es wurde ein große Anzahl von Längsfestigkeitsfällen gerechnet. Danach liegen die Ballastfälle wie auch die homogenen Beladungsfälle stets knapp unter dem maximal zulässigen Glattwasserbiegemoment. In jedem Fall aber lagen die Maxima der Biegemomente auf etwa 0,43 L vom hinterem Lot. Diese Tendenz, hervorgerufen durch den extremen Spant Ausfall an den Schiffsenden, bestätigte sich auch bei den Rechnungen, die für das Schiff auf dem Wellenberg mit der vom Germanischem Lloyd empfohlenen, effektiven Wellenhöhe durchgeführt wurden. Es erschien daher sinnvoll, die vollen Materialstärken im Vorschiff abweichend von der üblichen Forderung früher als auf 0,7L v. HL zu reduzieren, dafür die vollen Materialstärken weiter als 0,3 L v. HL beizubehalten. Für die Überlagerung der Biegespannungen mit den Wölbnormalspannungen wurden 60% des Wellenzusatzmomentes angenommen, da bekanntlich das Maximum der Wellenbiegung nicht gleichzeitig mit dem maximalen Torsionsmoment auftritt.

Stahlkonstruktion

Die typischen Stahlkonstruktionsmerkmale sind dem Hauptspant und dem Eisenlängsschnitt zu entnehmen, s. Grafik oben. Auf folgende Besonderheiten sei hingewiesen:

Längsspanten im Boden und den oberen Wallgängen. Querspanten im Tankbereich der Doppelhülle sowie an den Enden. Vorteil: weniger Rahmen, keine aufdrehenden Längsspanten.

Sämtliche Luken längs Süle sowie die Luken träger sind durchlaufend und in das Widerstandsmoment des Schiffes einbezogen.

Auf Mitte Laderaum befindet sich ein Querrahmen zur Aufnahme der Kräfte aus dem Containerführungsgerüst.

Ausbildung der seitlichen Rohrtunnel unter dem 2.Deck als zusätzlicher Längsverband der oberen Gurtung bzw. als Torsionsbox.

Unter dem Gurtungsdeck ist der mittlere Längsspant im Wallgang als großer T-Träger ausgebildet. Er ist ein volles Längsfestigkeitsbauteil, dient jedoch gleichzeitig als Krahnbahnfundament, wobei angenommen wurde, das die Kranbahn nur bei Glattwasserbiegung belastet wird. Die Aufbaulängswände stehen direkt auf dem durchlaufenden Seitenlängsschott. Vorteil: besonders fester Unterbau. Nachteil: die Längsbiege und Wölbnormalspannungen werden direkt in den Aufbau eingeleitet. Zur einwandfreien Krafteinleitung wurde die Topp-Platte des Lukenlängsülls mit einer großen Parabel, z.t. hinter schnitten, bis zum 1.Aufbaudeck hochgeführt. Die Querschotte sind mit großen Nischen gebaut. Sie erlauben die Aufstellung von Wärmetauschern für zwei Laderäume bei gleichzeitiger wasserdichter Unterteilung derselben. Die Wirkung als Querverband wurde trotzdem gewahrt. In den hinteren Laderäumen wurden unter den Lukenlängsträgern Seitenlängsschotte angeordnet, um zusätzliche Steifigkeit gegen Vibration in vertikaler Richtung zu erzielen. Des weiteren wurden im Maschinenraum durch ein sinnvolles System von Stützen, verbunden mit Flügelschotten, zusätzliche Maßnahmen gegen Vibration getroffen.

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