第四章保證滿足船舶的強(qiáng)度條件

1、頁(yè)眉內(nèi)容一船體強(qiáng)度船體在規(guī)定外力作用下抵抗極度變形和損壞的能力。船體強(qiáng)度與船舶安全密切相關(guān)。二分類船體強(qiáng)度分為總強(qiáng)度和局部強(qiáng)度?？倧?qiáng)度又分為縱向強(qiáng)度、 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和橫向強(qiáng)度， 其中，縱向強(qiáng)度亦稱總縱強(qiáng)度，最為重要。三強(qiáng)度控制船舶設(shè)計(jì)建造完成，其船體強(qiáng)度就被確定或限定， 不可能再增強(qiáng)（除非進(jìn)廠改造）。隨著時(shí)間的推移，船體會(huì)自然磨損、腐蝕、老化、疲勞以及損傷，船體強(qiáng)度總是越來(lái)越差。因此，船體強(qiáng)度控制的途徑有二：一是正確配積載，確保滿足船體縱向強(qiáng)度和局部強(qiáng)度條件； 二是正確保養(yǎng)船體， 避免損傷， 使船體強(qiáng)度保持良好狀態(tài)。4.1保證滿足船舶的縱向強(qiáng)度條件一產(chǎn)生總縱彎矩和剪力的原因船舶漂浮于水上，從剛體力

2、學(xué)角度講，船舶的重力與浮力相等，總體上平衡。但是，船舶的重力與浮力沿縱向長(zhǎng)度分布不一定處處相等。 從材料力學(xué)角度講， 這正是產(chǎn)生船體結(jié)構(gòu)內(nèi)力總縱彎矩和剪力的根源。1載荷分布曲線設(shè)船舶沿 X 軸(縱向 )重量分布曲線為qw (x)，浮力 (排水量 )分布曲線為 qD (x)LLWq w (x ) dx,q D (x ) dx00= Ax，則船舶重量 W 和排水量水量 可表示為：q (x )q w ( x)q D (x )（4.1）L顯然，q (x) dx00則船舶沿 X 軸的載荷分布曲線q (x) 定義為：1頁(yè)眉內(nèi)容2平水中載荷分布（ 1）均勻裝載在平水中，使重量分布和浮力 (排水量 )分布處處

3、相等的裝載方式，稱為 均勻裝載。即：qw (x) qD (x)q (x) = qw (x) -qD (x) 0因此，船舶如果均勻裝載，在平水中，船體將不發(fā)生總縱彎曲變形，不產(chǎn)生總縱彎矩和剪力。（ 2）交叉裝載在平水中，使船舶重量分布與浮力分布不一致的裝載方式，稱為交叉裝載 。即：qw (x) qD (x)q (x) = qw (x) - qD (x) 0頁(yè)眉內(nèi)容因此，船舶如果交叉裝載，即使在平水中，也會(huì)發(fā)生總縱彎曲變形，產(chǎn)生總縱彎矩和剪力?？偪v彎曲變形有中拱和中垂兩種：(i) 中拱船體首尾處重量分布大于浮力分布， 而船中處正好相反，船體發(fā)生船中上拱，首尾下垂的總縱彎曲變形，稱為 中拱。(ii)

4、 中垂船體首尾處重量分布小于浮力分布， 而船中處正好相反，船體發(fā)生船中下垂，首尾上翹的總縱彎曲變形，稱為 中垂。3 波浪中載荷分布設(shè)船舶在平水中均勻裝載，當(dāng)船舶處于波浪上且航向與波向同向或反向時(shí)，船舶也會(huì)交替出現(xiàn)中拱和中垂兩種總縱彎曲變形。（ 1）中拱船中處于波峰， qw (x) qD (x) ；首尾處于波谷， qw (x) qD (x) ，船舶發(fā)生中拱彎曲變形。（ 2）中垂船中處于波谷， qw (x) qD (x) ；首尾處于波峰， qw (x) qD (x)，船舶發(fā)生中垂彎曲變形。3頁(yè)眉內(nèi)容如果船舶在靜水中的重量分布與浮力分布不一致， 那么在波浪中船舶總縱彎曲變形將更加嚴(yán)重。4 最大切力

5、Nm 與最大彎矩 Mm的一般位置不論是中拱或中垂，最大彎矩Mm和最大剪力 Nm的位置一般不變：最大彎矩 Mm 的一般位置通常在船中0.4L 區(qū)間。最大剪力 Nm 的一般位置通常在距船首尾L/4 處。5 船體受拉壓中拱時(shí)船體所受彎矩為正，上甲板受拉，船底板受壓；中垂時(shí)船體所受彎矩為負(fù)，上甲板受壓，船底板受拉。頁(yè)眉內(nèi)容二縱向強(qiáng)度和縱向變形的校核方法1 縱向強(qiáng)度詳算法（ 1）許用切力和許用彎矩為使船舶具有足夠的總縱強(qiáng)度，船舶設(shè)計(jì)部門(mén)根據(jù)各個(gè)剖面的結(jié)構(gòu)和材料，按我國(guó) 1996 年鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范要求，給出船舶各個(gè)剖面（肋位）的許用切力和許用彎矩，供船舶營(yíng)運(yùn)裝載貨物時(shí)校核總縱強(qiáng)度之用。教材第 23

6、8 頁(yè)表 F36 為全集裝箱船“ Z”輪的各個(gè)剖面（肋位）的許用切力和許用彎矩。（ 2）校核方法校核時(shí)，一般使用隨船舶資料提供的計(jì)算表格按步驟計(jì)算各剖面上的靜水切力和靜水彎矩，并與資料中的許用切力和許用彎矩相比較。計(jì)算過(guò)程比較麻煩，通常借助計(jì)算機(jī)或配載儀來(lái)校核。如果靜水切力和靜水彎矩在港內(nèi)和海上的正負(fù)兩個(gè)方向的許用切力和許用彎矩的范圍之內(nèi)， 則說(shuō)明該裝載狀態(tài)下， 船體結(jié)構(gòu)無(wú)論在港內(nèi)和海上， 都是安全的。2 縱向強(qiáng)度估算法（ 1）依據(jù)估算法的依據(jù)認(rèn)為， 如果船體中彎矩最大的剖面滿足縱向強(qiáng)度要求， 則整個(gè)船體都滿足縱向強(qiáng)度要求。 如前所述，船體最大彎矩通常出現(xiàn)在船中部 0.4 倍船長(zhǎng)處，因此，只要

7、估算船舶載荷對(duì)船中剖面的彎矩是否處在安全范圍內(nèi)， 即可校核船體縱向強(qiáng)度。（ 2）方法i ）計(jì)算船上所有載荷（空船重量除外）對(duì)船中之矩（絕對(duì)值）并求和|P i *Xi | ；ii ）由該裝載狀態(tài)下的平均型吃水和 |P i *Xi | 查船舶資料中的強(qiáng)度曲線圖 （教材第 59 頁(yè)圖 45）；iii ）判斷：如果查得點(diǎn)處在允許范圍內(nèi)，則滿足縱向強(qiáng)度要求。3 縱向變形的校核（ 1）校核方法觀測(cè)并比較船首、 中、尾三處的左右平均吃水， 可以判斷船體拱垂變形的大小和方向。船中吃水與首、 尾吃水的平均值的差值的絕對(duì)值稱為拱垂值， 它可以反映出縱向變形的程度。船中吃水等于首、尾吃水的平均值，說(shuō)明船體沒(méi)有縱向變

8、形；船中吃水大于首、尾吃水的平均值，說(shuō)明船體中拱變形；船中吃水小于首、尾吃水的平均值，說(shuō)明船體中垂變形。（ 2）縱向變形程度的劃分拱垂值 L/1200 ，為正常范圍，可以開(kāi)航；5頁(yè)眉內(nèi)容拱垂值 = L/800 ，為極限范圍，允許在天氣良好時(shí)開(kāi)航；拱垂值 = L/600 ，為危險(xiǎn)范圍，不可以開(kāi)航。三縱向強(qiáng)度和縱向變形的控制船舶縱向強(qiáng)度和變形問(wèn)題主要與兩方面因素有關(guān)： 一是船舶重力與浮力沿縱向分布不一致；二是船體結(jié)構(gòu)。1 按艙容比例裝載控制載荷縱向分布PiV chiQ調(diào)整值（ t）（4.2）Vch船體所受的浮力沿縱向分布與船體艙容沿縱向分布規(guī)律基本一致。 因此，按艙容大小成正比地分配各艙貨物重量是

9、控制縱向強(qiáng)度和變形的有效方法。 不僅在配載時(shí)應(yīng)當(dāng)如此， 而且在實(shí)際裝載過(guò)程中和中途港裝載時(shí)也應(yīng)當(dāng)如此。 各貨艙裝貨重量的計(jì)算式為：式中， Pi 第 i 艙應(yīng)分配的貨物重量， t3Vchi 第 i 艙的容積， m3Vch 全船各貨艙的總?cè)莘e， mQ 航次載貨總重量， t調(diào)整值 綜合油水消耗、壓載、機(jī)艙等因素的調(diào)整量2 根據(jù)船體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)合理安排油水及壓載水（ 1）中機(jī)型船中機(jī)型船的機(jī)艙在中部， 船體在空載時(shí)機(jī)艙相對(duì)重而常發(fā)生輕微中垂； 滿載時(shí)機(jī)艙相對(duì)輕而發(fā)生嚴(yán)重的中拱。 因此，中機(jī)型船的強(qiáng)度問(wèn)題主要出現(xiàn)在滿載情形。主要控制措施為：i ）在滿載時(shí)中部應(yīng)適當(dāng)多裝載貨物或壓載水；ii ）油水分配時(shí)應(yīng)自中

10、部向首尾依次裝載，使用時(shí)順序相反。（ 2）尾機(jī)型船和中尾機(jī)型船尾機(jī)型船機(jī)艙在尾部， 船舶在空載時(shí)因機(jī)艙相對(duì)較重而尾傾， 為調(diào)整浮態(tài)往往在首部壓載艙打入相應(yīng)的壓載水， 造成船舶出現(xiàn)非常嚴(yán)重的中拱。 大型尾機(jī)型船在滿載時(shí)往往因機(jī)艙相對(duì)輕而出現(xiàn)一定的中垂。 因此，尾機(jī)型船的強(qiáng)度問(wèn)題主要出現(xiàn)在空載情形。主要控制措施為：i ）合理安排壓載水，同時(shí)實(shí)現(xiàn)減少尾傾、增加吃水和減緩中拱變形三個(gè)目的，方法是盡量使用漂心前靠近中部的壓載艙壓載。ii ）油水分配也是自中部向首尾依次裝載，使用時(shí)順序相反。中尾機(jī)型船是對(duì)尾機(jī)型船的改進(jìn)， 其強(qiáng)度問(wèn)題與尾機(jī)型船相同， 也出現(xiàn)在空載情形，但程度較輕。主要控制措施也相同。4.2

11、保證滿足船舶的局部強(qiáng)度條件頁(yè)眉內(nèi)容一船體局部強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)在局部外力作用下具有抵抗局部極度變形和破壞的能力稱為船體局部強(qiáng)度。對(duì)營(yíng)運(yùn)船舶而言， 特別關(guān)注各個(gè)載貨部位的局部強(qiáng)度。 因此，與載貨有關(guān)的局部強(qiáng)度是指各載貨部位的承載能力。 保證滿足船舶的局部強(qiáng)度條件， 也就是確保所有載貨部位的載荷不超過(guò)該部位允許的承載能力的極限值。二局部強(qiáng)度的表示方法與載貨有關(guān)的局部強(qiáng)度一般用以下指標(biāo)表示：1 均布載荷2均布載荷是指船舶載貨部位單位面積允許承受的最大重量，KN/m。2 集中載荷集中載荷是指某一特定面積上允許承受的最大重量，KN。如圖 46 所示，特定面積是指向該區(qū)域的承重構(gòu)件施加集中壓力的兩相鄰骨材之間的

12、面積，甚至是指兩相鄰骨材之間的距離。小型船舶通常采用橫骨架式結(jié)構(gòu)， 其特定面積通常是指橫梁 （或肋板）之間的面積或距離； 大中型船舶的上甲板和底板通常采用縱骨架式結(jié)構(gòu)， 其特定面積通常是指甲板縱骨（或船底縱骨）之間的面積或距離。有的小型船舶不區(qū)分均布載荷與集中載荷，只給出均布載荷。3 車輛甲板負(fù)荷允許車輛進(jìn)出、停放的甲板或內(nèi)底板允許承受一輛四輪車輛及其貨物的總重量。通常，載貨四輪車輛的后輪有四個(gè)輪子，前輪有兩個(gè)輪子，也有四個(gè)輪子。因此，車輛甲板負(fù)荷按前輪數(shù)目分別給出。7頁(yè)眉內(nèi)容4 集裝箱堆積負(fù)荷堆積負(fù)荷是指集裝箱船的甲板、艙蓋或艙底上20 ft或40 ft箱座所能承受的最大重量。參見(jiàn)教材第23

13、9 頁(yè)表 F38。三局部強(qiáng)度校核1 查取校核部位的局部強(qiáng)度許用載荷，查取時(shí)應(yīng)考慮腐蝕等影響；2 計(jì)算校核部位的實(shí)際均布載荷、集中載荷等；3 比較：如果實(shí)際載荷小于許用載荷，則局部強(qiáng)度條件滿足。否則，應(yīng)采取襯墊措施。例題（教材第66 頁(yè)例44）Q輪擬在上甲板第4 貨艙艙口外側(cè)裝載一推土機(jī)，其重量為2解：推土機(jī)與甲板總接觸面積A = 2 * 24 = 4 8 m2 ；（ 1）校核集中載荷35 t ，每條履帶甲板實(shí)際集中載荷P= 35 * 981 = 343 35 KN；查第 64 頁(yè)表 46 得許用集中載荷P = 104 97 KN；實(shí)際集中載荷 P 許用集中載荷 P，不滿足要求，必須襯墊。（ 2）校核均布載荷查第 64 頁(yè)表 4 6 得許用均布載荷 Pd = 22 96 KPaPdP343.3571.53(KPa)A4.8實(shí)際均布載荷 Pd 為：AP343.3514.95(m 2 )