船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計本科課程設(shè)計指導(dǎo)書2009

1、“船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計”課程設(shè)計指導(dǎo)書1船舶結(jié)構(gòu)規(guī)范法設(shè)計的基本步驟1）根據(jù)對母型船的調(diào)查研究和所設(shè)計船的特殊要求，分析設(shè)計船的船體強(qiáng)度要求，選擇合適的建造規(guī)范；2）根據(jù)型線圖和總布置圖，繪制中剖面、基本結(jié)構(gòu)圖和肋骨線型圖草圖，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的初步布置；3）按規(guī)范計算船體主要構(gòu)件的尺寸，邊計算、邊繪圖，邊完善初始的結(jié)構(gòu)布置方案（與總體設(shè)計師、輪機(jī)設(shè)計師等協(xié)商）。2按規(guī)范確定結(jié)構(gòu)尺寸的一般順序1） 選擇合適的結(jié)構(gòu)型式，確定肋骨間距（與總體設(shè)計師協(xié)商決定）；2） 按規(guī)范公式進(jìn)行計算，依次確定外板、甲板、船底骨架、舷側(cè)骨架、甲板骨架及支柱、艙壁、首尾柱、首尾結(jié)構(gòu)、上層建筑及甲板室、主機(jī)機(jī)座、軸隧及機(jī)艙骨架、

2、其他等，總縱強(qiáng)度校核等。規(guī)范規(guī)定的尺寸是保證船舶安全可靠的最低標(biāo)準(zhǔn)，最后選定的尺寸還要根據(jù)船舶的實際使用要求而增加。3建造規(guī)范的選用按船舶的航行區(qū)域：海船、內(nèi)河船、湖泊船；按造船材料：鋼船、玻璃增強(qiáng)塑料船、；按船舶類型：商船、漁船、水翼船、軍船、。一般規(guī)范都在船舶尺度與主要尺度比值和船型及船體結(jié)構(gòu)的型式兩大方面規(guī)定了規(guī)范的適用范圍。如鋼質(zhì)內(nèi)河船舶入級與建造規(guī)范適合于船長大于10m的焊接結(jié)構(gòu)鋼質(zhì)民用船舶，且主尺度比值滿足下表所示要求。表1 “河規(guī)”規(guī)定的船舶主尺度比值適用范圍類別L/DB/DA級B、C級A級B、C級機(jī)動船253044.5非機(jī)動船283355航區(qū)主要根據(jù)船舶航行水域的波浪狀況而劃定

3、。國內(nèi)航行海船建造規(guī)范適用于國內(nèi)航行船長20m及以上的鋼質(zhì)海船，主尺度的比值范圍為：L/B5； B/D2.5及Cb0.64結(jié)構(gòu)布置的一般原則和規(guī)定1）結(jié)構(gòu)的整體性原則有關(guān)構(gòu)件應(yīng)布置在同一平面內(nèi)，以組成封閉的整體框架結(jié)構(gòu)共同承受載荷的作用。l 甲板縱桁橫艙壁豎桁內(nèi)龍骨或底縱桁；l 甲板縱骨橫艙壁垂直防撓材船底縱骨l 肋板肋骨橫梁；l 舷側(cè)縱桁橫艙壁水平桁縱艙壁水平桁2）受力的均勻性和有效傳遞原則（1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置要盡量均勻，以避免構(gòu)件規(guī)格太多或是造成材料的浪費；（2）結(jié)構(gòu)應(yīng)保證某一構(gòu)件承受外力后，能有效地將力傳遞到鄰近的結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，以避免某一獨立的結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受外力。支柱的布置問題，。3）結(jié)構(gòu)的

4、連續(xù)性和減少應(yīng)力集中原則，（1）構(gòu)件的布置應(yīng)力求保證其連續(xù)性，盡可能避免構(gòu)件突然中斷；;（2）為減少應(yīng)力集中，所有船體構(gòu)件的剖面形狀應(yīng)有平順的過渡。4）局部加強(qiáng)原則在設(shè)計過程中，對那些在使用中要承受較大局部荷載的結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)木植考訌?qiáng)（規(guī)范對此有具體的規(guī)定要求）。5）一些基本規(guī)定參見具體規(guī)范：鋼質(zhì)海船入級規(guī)范(2006)，國內(nèi)航行海船建造規(guī)范(2006)，鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范（2009）等。5設(shè)計船的基本情況本船航行于長江武漢至寧波中國近海航區(qū)及長江A、B級航區(qū)。主要運輸?shù)V石及鋼材，兼顧煤碳及水泥熟料等一般散貨。設(shè)計水線長107.10m, 計算船長104.10m，型寬17.5m，型深7.6m,

5、 結(jié)構(gòu)吃水5.8m, 尾#10及#140首的肋距為600mm；#10#140肋距為700mm?；窘Y(jié)構(gòu)圖、中剖面圖參見圖紙。船舶結(jié)構(gòu)首尾為橫骨架式形式，中部貨艙區(qū)采用雙底雙舷、單甲板、縱骨架式形式。主船體由6道水密艙壁劃分為首尖艙（兼壓載水艙）、首壓載水艙、第二貨船（頂邊艙設(shè)壓載水艙）、第一貨艙（頂邊艙設(shè)壓載水艙、淡水艙、重油艙，底邊艙設(shè)輕油艙）、機(jī)艙、尾壓載水艙、舵機(jī)艙。本船設(shè)有首尾樓。機(jī)艙棚及居住艙室、駕駛室等均設(shè)置于尾部。貨艙區(qū)域為雙層底，雙層底自首部防撞艙壁向尾伸至機(jī)艙，頂邊艙由首壓載水艙向尾伸至機(jī)艙前壁。6國內(nèi)航行海船建造規(guī)范簡介建造規(guī)范組成：第1篇 總則；第2篇 船體 ；第3篇 輪

6、機(jī)；第4篇 電氣裝置。本課程設(shè)計內(nèi)容主要涉及第2篇船體的內(nèi)容。以下針對第2篇船體部分進(jìn)行簡要介紹。6.1第一章 通則1) 一般規(guī)定l 適用范圍：適用于焊接結(jié)構(gòu)的鋼質(zhì)海上航行船舶，L/B5；B/D2.5。l 定義：計算船長：沿夏季載重線,由首柱前緣量至舵柱后緣的長度；船寬、型深、吃水、方形系數(shù)、上層連續(xù)甲板、強(qiáng)力甲板、下甲板、艙壁甲板、干舷甲板、平臺甲板、上層建筑及甲板室、首尾垂線、大開口、主要構(gòu)件、次要構(gòu)件、載重線船長2) 船體構(gòu)件l 一般要求：構(gòu)件剖面模數(shù)和慣性矩均為連同帶板的最小要求值，且假定帶板是與構(gòu)件的腹板相垂直的；本篇內(nèi)所規(guī)定的各種構(gòu)件,除另有規(guī)定者外,不應(yīng)任意開孔；除另有規(guī)定者外，

7、本篇所規(guī)定的各種構(gòu)件尺寸均系最小值；l 構(gòu)件的帶板：主要構(gòu)件帶板的有效剖面積A的計算l 構(gòu)件的跨距點l 構(gòu)件的幾何特性：構(gòu)件剖面積A、慣性矩I和剖面模數(shù)W的計算l 結(jié)構(gòu)細(xì)則l 次要構(gòu)件的端部連接l 主要構(gòu)件的端部連接l 骨材的標(biāo)準(zhǔn)間距：肋骨、橫梁或縱骨(船底、舷側(cè)、甲板)的標(biāo)準(zhǔn)間距計算，不大于 0.7m；l 直接計算：有專門要求時；或者采用新穎的結(jié)構(gòu)形式；或者結(jié)構(gòu)的布置、船舶尺度超出本規(guī)范規(guī)定時應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)直接計算。3) 船體結(jié)構(gòu)用鋼：符合 CCS材料與焊接規(guī)范4) 船體結(jié)構(gòu)的焊縫設(shè)計：符合 CCS材料與焊接規(guī)范5) 高強(qiáng)度鋼的使用6) 結(jié)構(gòu)防腐7) 有限航區(qū)船舶8) 結(jié)構(gòu)布置6.2第二章 船體

8、結(jié)構(gòu)1) 一般規(guī)定l 適用范圍：主要適用于干貨船；適用的基本結(jié)構(gòu)形式為多層甲板或單 層甲板且設(shè)有單層底或雙層底,以及正常尺度的艙口布置；l 圖紙資料：主要橫剖面圖；基本結(jié)構(gòu)圖；首、尾柱結(jié)構(gòu)圖等2) 總縱強(qiáng)度l 一般要求：適用于船長大于等于 65m的船舶；L/B5； B/D2.5及Cb0.6；不滿足以上尺度要求則應(yīng)采用直接計算確定。l 設(shè)計靜水彎矩和設(shè)計靜水切力：按出港和到港情況，并應(yīng)考慮燃料、淡水和貯藏品等對不同裝載和壓載工況沿船長計算各橫剖面的靜水彎矩Ms和靜水切力Fsl 波浪彎矩和波浪切力 l 船體梁剖面特性計算l 船體梁彎曲強(qiáng)度l 船體梁剪切強(qiáng)度l 屈曲強(qiáng)度l 裝載手冊和裝載儀3) 外板

9、l 船底板：從穩(wěn)定性和局部強(qiáng)度的角度出發(fā)，分別規(guī)定了中部船底板板厚的取值。t1 = 0.043s (L+230) t2 = 5.6s船端0.075L區(qū)域：t = (0.035L+6) 船首底板加強(qiáng)參考()。l 平板龍骨：寬度b=900+3.5L，厚度不應(yīng)小于船底板厚度加2mml 舭列板：參照中部船底板板厚取值l 舷側(cè)外板：中部區(qū)域分縱、橫骨架式，分別計算距基線D/4、3D/4以上和以下的板厚；l 舷頂列板：寬度應(yīng)不小于：b=800+5L；在中部區(qū)域分縱、橫骨架式計算厚度；且舷頂列板的厚度可逐漸向兩端過渡到端部的舷側(cè)外板厚度。 l 局部加強(qiáng)：與尾柱連接的外板、軸轂處的包板以及多推進(jìn)器尾軸架托掌固

10、定處的外板厚度須加強(qiáng)；錨鏈筒處的外板及下方塊板應(yīng)予加厚或用復(fù)板l 外板開口l 舭龍骨：如在船體上安裝有舭龍骨時,舭龍骨應(yīng)連接在一根連續(xù)的扁鋼上4) 甲板l 一般要求：適用于縱骨架式和橫骨架式的各層甲板l 強(qiáng)力甲板：開口邊線外的厚度，除應(yīng)符合總縱強(qiáng)度要求的中剖面模數(shù)要求外,還分縱、橫骨架式，要滿足穩(wěn)定性和局部強(qiáng)度的要求；在開口邊線以內(nèi)及離船端0.075L區(qū)域內(nèi)的強(qiáng)力甲板規(guī)定了最小厚度l 甲板邊板：分別規(guī)定了在船中部區(qū)域和在端部的寬度，其厚度應(yīng)不小于強(qiáng)力甲板厚度。l 甲板開口：規(guī)定了不同形狀的開口角隅的尺寸要求以及相應(yīng)的板厚l 甲板負(fù)荷不超過40kPa的下甲板和平臺甲板l 2.4.6 升高甲板：l

11、 上層建筑端部：見本章l 甲板敷蓋5) 單層底l 適用范圍：本節(jié)規(guī)定適用于500總噸以下或船長不大于 76m 的橫骨架式單層底的船舶。l 中內(nèi)龍骨：船端0.075L區(qū)域中內(nèi)龍骨t = 0.05L+5.5，A=0.52L；機(jī)艙中內(nèi)龍骨t = 0.06L+6.2+1，A = 0.65L+2l 旁內(nèi)龍骨：機(jī)艙旁龍骨(2.5.3.1)；其它區(qū)域(.1)(2.15.1.1)l 肋板：高度h=42(B+d) 70；厚度t=0.01h+3；面板剖面積A=4.8d 3l 舭肘板：舭肘板厚度等于肋板厚度。舭肘板應(yīng)有面板或折邊。l 流水孔6) 雙層底l 一般要求：規(guī)定了雙層底中斷處船底縱向骨架的連續(xù)性；中斷區(qū)域的

12、中桁材和旁桁材、內(nèi)底板向單層底過渡的要求；人孔、減輕孔、流水孔和透氣孔的設(shè)定l 中桁材：中桁材高度 h0 = 25B+42d+300，船中部 0.4L區(qū)域內(nèi)厚度t = 0.0077h0+4，爐艙內(nèi)中桁材厚度應(yīng)較船中部 0.4L區(qū)域內(nèi)中桁材增厚 2.5mm；船端 0.075L區(qū)域內(nèi),中桁材厚度可比中部 0.4L區(qū)域內(nèi)減少 2mm。l 箱形中桁材：中桁材可用箱形中桁材(管隧)代替。l 橫骨架式旁桁材：厚度可比中桁材厚度減少 3mm。水密旁桁材厚度應(yīng)較旁桁材厚度增厚 2mm。l 橫骨架式實肋板：(2.6.11.2)(2.6.5.1)l 橫骨架式水密肋板：厚度較貨艙實肋板厚度增加 2mm,但一般不必大

13、于 15mm。l 組合肋板：橫骨架式雙層底未設(shè)實肋板的肋位上，應(yīng)設(shè)置組合肋板。規(guī)定了組合肋板船底骨材、內(nèi)底骨材的剖面模數(shù)的要求。l 輕型肋板：橫骨架式雙層底在不設(shè)置實肋板的肋位上,可設(shè)置輕型肋板以代替組合肋板。輕型肋板腹板厚度不小于所在區(qū)域?qū)嵗甙搴穸?。l 橫骨架式內(nèi)底板及內(nèi)底邊板：貨艙區(qū)()(2.6.9.1)(2.6.9.2)(2.22.3.2) t=0.04L+5s+2.1機(jī)艙區(qū)()(2.6.9.1) t=0.055L+4.8船端部0.075L區(qū)域內(nèi)的厚度為船中部0.4L區(qū)域內(nèi)厚度的0.9倍。l 縱骨架式船底桁材l 縱骨架式肋板l 縱骨架式船底縱骨l 縱骨架式內(nèi)底板及內(nèi)底邊板l 鏟車在艙內(nèi)裝

14、卸貨物的加強(qiáng)l 舭肘板7) 舷側(cè)骨架l 一般要求：肋骨或舷側(cè)縱骨的最大間距應(yīng)不大于 1.0m。l 肋骨：規(guī)定了主肋骨和普通肋骨的剖面模數(shù)的要求l 舷側(cè)縱桁：規(guī)定了舷側(cè)縱桁的剖面模數(shù) W 和剖面慣性矩 I，設(shè)置和連接要求。l 橫骨架式強(qiáng)肋骨：按照是否支持舷側(cè)縱桁，給出了尺寸的計算方法l 舷側(cè)縱骨：按照船長不同位置規(guī)定了縱骨的剖面模數(shù)要求l 縱骨架式強(qiáng)肋骨：按照船長不同位置規(guī)定了最小剖面模數(shù)要求8) 甲板骨架l 一般要求：甲板的計算壓頭應(yīng)符合表 2.8.1.1 的規(guī)定。l 甲板橫梁：規(guī)定了甲板橫梁設(shè)置及剖面模數(shù)的要求l 橫骨架式甲板縱桁：規(guī)定了甲板縱桁設(shè)置及剖面模數(shù)、慣性矩的要求l 橫骨架式強(qiáng)橫梁

15、：規(guī)定了甲板縱桁的強(qiáng)橫梁設(shè)置及剖面模數(shù)的要求l 甲板縱骨：規(guī)定了強(qiáng)力甲板縱骨、貨物甲板縱骨、居住甲板和上層建筑甲板縱骨的最小剖面模數(shù)和連接l 縱骨架式甲板縱桁：規(guī)定了支持強(qiáng)橫梁的甲板縱桁的剖面慣性矩l 縱骨架式強(qiáng)橫梁：規(guī)定了強(qiáng)橫梁的設(shè)置和剖面模數(shù)、慣性矩的要求l 艙口甲板縱桁：規(guī)定了不同甲板處艙口甲板縱桁的剖面模數(shù)、慣性矩l 艙口端橫梁：規(guī)定了其設(shè)置與剖面模數(shù)、慣性矩的要求9) 懸臂梁l 一般要求：懸臂梁是從舷邊延伸至其所支持的艙口甲板縱桁的甲板強(qiáng)橫梁l 懸臂梁：規(guī)定了計算剖面處的剖面模數(shù)和慣性矩l 支持肋骨：支持肋骨在計算剖面處的剖面模數(shù)l 結(jié)構(gòu)要求：懸臂梁的具體設(shè)置和尺寸規(guī)定10) 支柱l

16、 支柱的載荷：給出了支柱所受的載荷公式 l 支柱的剖面積：規(guī)定了支柱的最小剖面積 Al 支柱的壁厚：規(guī)定了支柱的最小壁厚11) 非水密支承艙壁l 一般要求：規(guī)定了艙壁最小厚度以及艙壁扶強(qiáng)材的剖面積、扶強(qiáng)材腹板的最小高度12) 水密艙壁l 一般要求：規(guī)定了水密艙壁的數(shù)目和設(shè)置要求l 防撞艙壁：計算防撞艙壁構(gòu)件時,其h值應(yīng)為相應(yīng)規(guī)定高度的1.25 倍l 平面艙壁板：規(guī)定了平面艙壁板的最小厚度l 平面艙壁扶強(qiáng)材：艙壁扶強(qiáng)材的剖面模數(shù)l 對稱槽形艙壁：規(guī)定了最小厚度和剖面模數(shù)l 雙層板艙壁l 桁材：規(guī)定了最小剖面模數(shù)和腹板高度l 水密艙壁臺階13) 深艙l 一般要求：定義為雙層底以外的壓載艙、船用水艙

17、、貨油艙(例如植物油艙)及閃點不低于 60的燃油艙等。規(guī)定了隔離艙的設(shè)置。l 平面艙壁：規(guī)定了艙壁板厚度和艙壁扶強(qiáng)材的剖面模數(shù)、慣性矩l 對稱槽形艙壁l 雙層板艙壁l 桁材： 規(guī)定了最小剖面模數(shù)和腹板高度l 橫骨架式舷側(cè)：規(guī)定了舷側(cè)肋骨與縱桁的剖面模數(shù)和剖面慣性矩l 縱骨架式舷側(cè)：規(guī)定舷側(cè)縱骨剖面模數(shù)，強(qiáng)肋骨剖面模數(shù)和慣性矩l 甲板及其骨架：規(guī)定了甲板厚度以及甲板骨架的最小剖面模數(shù)和慣性矩l 船底骨架：規(guī)定了深艙橫骨架式單底的骨架布置以及龍骨剖面模數(shù)l 縱艙壁或制蕩艙壁：規(guī)定了縱艙壁或制蕩艙壁的布置14) 首尾柱、球鼻首、尾軸架、掛舵臂l 首柱：分別規(guī)定了矩形首柱的最小面積和鋼板焊接首柱的厚度

18、l 無舵柱的尾柱：對推進(jìn)器柱和尾框底骨的尺寸進(jìn)行了規(guī)定l 雙推進(jìn)器船推進(jìn)器柱：規(guī)定了推進(jìn)器柱的尺寸l 球鼻首：要求與首尖艙結(jié)構(gòu)組成一個整體，并進(jìn)行加強(qiáng)l 尾軸架l 掛舵臂15) 船端加強(qiáng)l 首尖艙內(nèi)的加強(qiáng)l 首尖艙外的舷側(cè)加強(qiáng)l 船首底部的加強(qiáng)l 尾尖艙內(nèi)的加強(qiáng)l 尾尖艙上面的舷側(cè)加強(qiáng)16) 主機(jī)基座及軸隧l 主機(jī)基座：規(guī)定了基座的布置以及構(gòu)件尺寸l 軸隧：規(guī)定了軸隧板和扶強(qiáng)材的尺寸17) 上層建筑及甲板室l 2.17.1一般要求l 計算壓頭l 上層建筑端壁和甲板室圍壁：規(guī)定了壁板最小厚度和扶強(qiáng)材剖面模數(shù)l 上層建筑的側(cè)壁：規(guī)定了各樓舷側(cè)外板厚度l 甲板：規(guī)定了各樓甲板厚以及上層建筑的甲板骨架尺寸l 上層建筑的局部加強(qiáng)l 甲板室的局部加強(qiáng)l 2.17.8 升高甲板l 機(jī)艙棚l 擋浪板18) 直升機(jī)甲板l 一般要求l 圖紙資料l 直升機(jī)甲板的布置l 設(shè)計工況l 直升機(jī)甲板板l 直接計算強(qiáng)度驗證19) 舷墻及欄桿l 一般要求：在露天干舷甲板以及在上層建筑和甲板室甲板的露天部分均應(yīng)裝設(shè)舷墻或欄桿l 舷墻：對舷墻高度、厚度作出了規(guī)定。舷墻應(yīng)用帶折邊的肘板加強(qiáng)。l 欄桿：對欄桿高度、欄桿的橫桿間距作出了規(guī)定；20) 艙口和艙口蓋l 一