船體強度與結(jié)構(gòu)設(shè)計第3章

船體強度與結(jié)構(gòu)設(shè)計

第3章

船體結(jié)構(gòu)局部強度計算

ShipStrengthandStructuralDesign1

第3章船體結(jié)構(gòu)局部強度計算ShipStrengthandStructuralDesign目的研究船體各局部結(jié)構(gòu)受到局部載荷時的強度問題。要求掌握船體局部強度計算力學(xué)模型的建立方法，從而完成典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算。2

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3.1局部強度計算的力學(xué)模型

3.2船體骨材的帶板

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算第3章船體結(jié)構(gòu)局部強度計算3

第3章船體結(jié)構(gòu)局部強度計算ShipStrengthandStructuralDesign船體在外力作用下除發(fā)生總縱彎曲變形外，各局部結(jié)構(gòu)也會因受到局部載荷的作用而發(fā)生變形、失穩(wěn)或破壞。船體的局部強度是指船體局部結(jié)構(gòu)或個別構(gòu)件對局部載荷的抵抗能力。有時船體的總縱強度雖能保證，但局部強度不一定能保證。如在超過局部構(gòu)件承載能力的外力作用下，局部構(gòu)件也可能發(fā)生破壞或嚴(yán)重變形。

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第3章船體結(jié)構(gòu)局部強度計算ShipStrengthandStructuralDesign船體的主體結(jié)構(gòu)主要由船底、甲板、舷側(cè)和艙壁組成，在外載荷的作用下，傳統(tǒng)的船體結(jié)構(gòu)局部強度的計算，是把船體結(jié)構(gòu)分離成各種板架、剛架、連續(xù)梁和板來進行計算。因此，局部強度又可分為板架的強度、肋骨剛架的強度、骨材的強度和板的強度。5

第3章船體結(jié)構(gòu)局部強度計算ShipStrengthandStructuralDesign應(yīng)當(dāng)指出，把船體結(jié)構(gòu)分離成各種板架、剛架、連續(xù)梁和板進行結(jié)構(gòu)分析，是帶有一定近似性的。因為船體結(jié)構(gòu)各構(gòu)件之間是彼此連接和相互支持的，各構(gòu)件之間的相互連接在計算中是用簡化的邊界條件來表達的，這顯然是帶有一定近似性的。

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3.1局部強度計算的力學(xué)模型ShipStrengthandStructuralDesign第3章船體結(jié)構(gòu)局部強度計算7

3.1局部強度計算的力學(xué)模型知識點結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型或計算模型的概念，建立結(jié)構(gòu)計算模型的原則，影響計算模型的主要因素，構(gòu)件幾何尺寸的簡化；骨材支承條件的簡化，模型化的關(guān)鍵；結(jié)構(gòu)處理模型化，載荷模型化，水頭高度。

ShipStrengthandStructuralDesign8在進行船體結(jié)構(gòu)局部強度的計算時，首先應(yīng)根據(jù)實際結(jié)構(gòu)的受力情況和變形特點，對實際結(jié)構(gòu)進行抽象和簡化，得到力學(xué)模型；然后對這個力學(xué)模型進行內(nèi)力分析并進行強度校核。ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型9所謂力學(xué)模型，就是描述實際結(jié)構(gòu)的、經(jīng)過簡化的計算模型。因為實際結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的，完全按結(jié)構(gòu)的實際情況進行力學(xué)分析是不可能的，也是不必要的。因此，對實際結(jié)構(gòu)進行力學(xué)分析之前，必須對結(jié)構(gòu)加以簡化，忽略不重要的細節(jié)，表現(xiàn)實際結(jié)構(gòu)的主要力學(xué)特征。而且，力學(xué)模型的建立也與外載荷和許用應(yīng)力的選擇有關(guān)。內(nèi)力計算的精度應(yīng)該和外載荷的精度相匹配，如果外載荷有很大的近似性，就沒必要過分追求內(nèi)力計算的精度。

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3.1局部強度計算的力學(xué)模型10船體局部強度和總縱強度一樣，也是一種相對強度。外力、內(nèi)力和許用應(yīng)力的一致性是相對強度的基本出發(fā)點。既然力學(xué)模型是結(jié)構(gòu)計算中用以代替實際結(jié)構(gòu)的一個模型，它必須滿足下列要求：（1）反映實際結(jié)構(gòu)的工作性能；（2）便于計算。

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3.1局部強度計算的力學(xué)模型11建立力學(xué)模型的原則實際結(jié)構(gòu)往往比較復(fù)雜，各部分之間存在著多種多樣的聯(lián)系。如何對各種聯(lián)系進行合理的簡化，是建立結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的一個重要問題。要對各種聯(lián)系進行簡化，就要分析這些聯(lián)系的性質(zhì)，找出決定這些聯(lián)系的性質(zhì)的主要因素。從后面的分析中可以看出：決定聯(lián)系的性質(zhì)的主要因素是結(jié)構(gòu)各部分剛度的比值，即結(jié)構(gòu)各部分的相對剛度。

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3.1局部強度計算的力學(xué)模型建立力學(xué)模型的原則12力學(xué)模型的建立受各種因素的影響，雖然有一般規(guī)律可以遵循，但在運用時要注意靈活性。

影響力學(xué)模型的主要因素有下列幾點：（1）結(jié)構(gòu)的重要性對重要結(jié)構(gòu)應(yīng)采用比較精確的力學(xué)模型。（2）設(shè)計階段在初步設(shè)計階段，可采用比較粗糙的力學(xué)模型，在技術(shù)設(shè)計階段再采用比較精確的力學(xué)模型。（3）計算問題的性質(zhì)一般來說，對結(jié)構(gòu)進行靜力計算時，可以采用比較復(fù)雜的力學(xué)模型；對結(jié)構(gòu)進行動力計算和穩(wěn)定性計算時，由于問題比較復(fù)雜，可以采用比較簡單的力學(xué)模型。

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3.1局部強度計算的力學(xué)模型建立力學(xué)模型的原則13（4）計算工具使用的計算工具愈先進，采用的力學(xué)模型就可以更精確些。用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)方法（解析法、力法、位移法和能量法）進行船體結(jié)構(gòu)局部強度的計算時，通常將船體結(jié)構(gòu)簡化為板架、剛架、連續(xù)梁和板來進行計算，而且載荷也只能取比較簡單的情況。如果用有限元法進行計算，則可以采用更接近于實際情況的空間桿系模型和立體艙段模型。盡管現(xiàn)在已廣泛采用有限元法計算船體結(jié)構(gòu)的局部強度，但是傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)方法在結(jié)構(gòu)設(shè)計的初期階段仍然是行之有效的方法。

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3.1局部強度計算的力學(xué)模型建立力學(xué)模型的原則14構(gòu)件幾何尺寸的簡化為了便于計算，在建立力學(xué)模型時，需要對實際結(jié)構(gòu)的幾何要素（如跨距、寬度、帶板尺寸、剖面模數(shù)等）作一些簡化處理。（1）板架板架計算時，其長度、寬度取相應(yīng)的支持構(gòu)件之間的距離。例如，船底板架和甲板板架的長度取橫艙壁之間的距離，寬度取為船寬。（3）在計算構(gòu)件的剖面要素時應(yīng)包括帶板（附連翼板）的影響。

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3.1局部強度計算的力學(xué)模型構(gòu)件幾何尺寸的簡化15（2）肋骨剛架肋骨剛架計算時，其長度、寬度取組成肋骨剛架的梁的中和軸線的交點之間的距離，用中和軸線代替實際構(gòu)件。一般不考慮梁拱和舭部的彎曲，由于肘板和開孔的存在而引起的構(gòu)件剖面的變化一般也不考慮，即在內(nèi)力計算時把每個構(gòu)件看作是等值梁。但在計算梁的剖面模數(shù)時必須考慮肘板的影響。如圖所示。

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3.1局部強度計算的力學(xué)模型構(gòu)件幾何尺寸的簡化16骨材支承條件的簡化把局部結(jié)構(gòu)或構(gòu)件從整體結(jié)構(gòu)中分離出來進行局部強度計算，需要考慮相鄰構(gòu)件的影響，這種影響通過局部結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的邊界條件來描述

。在船體結(jié)構(gòu)局部強度計算中，通常采用4種邊界條件：ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型骨材支承條件的簡化17（1）自由支持在剛性支座上即自由支持端，又稱鉸支端或簡支端，它不允許端部發(fā)生撓度，而對端部的轉(zhuǎn)角無限制，如圖所示。由于端部能自由轉(zhuǎn)動，因此端部剖面的彎矩為零而剪力不等于零。這樣，自由支持在剛性支座上的端點的撓度和彎矩都等于零。

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3.1局部強度計算的力學(xué)模型骨材支承條件的簡化18（2）剛性固定在剛性支座上即剛性固定端，它阻止端部發(fā)生撓度和轉(zhuǎn)動，如圖所示。因此，剛性固定端處的撓度和轉(zhuǎn)角都為零，而彎矩和剪力不等于零。

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3.1局部強度計算的力學(xué)模型骨材支承條件的簡化19（3）彈性支座如果自由支持端在受力后將發(fā)生一個正比于支座力的撓度，那么這個支座稱作彈性支座，如圖所示。假設(shè)支座受到的作用力是，支座在力作用下發(fā)生的位移是，則和之間的關(guān)系可以表示為

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3.1局部強度計算的力學(xué)模型式中稱作彈性支座的柔性系數(shù)，稱作彈性支座的剛性系數(shù)。

骨材支承條件的簡化20（4）彈性固定端如果固定端發(fā)生有一個正比于端部彎矩的轉(zhuǎn)角，則此固定端稱作彈性固定端，如圖所示。ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型骨材支承條件的簡化21假設(shè)固定端受到的彎矩是，固定端發(fā)生的轉(zhuǎn)角是，則和之間的關(guān)系是式中稱作彈性固定端的柔性系數(shù)，稱作彈性固定端的剛性系數(shù)。

局部結(jié)構(gòu)或構(gòu)件采用何種邊界條件，要根據(jù)所關(guān)心的結(jié)構(gòu)（計算結(jié)構(gòu)）與相鄰結(jié)構(gòu)之間的相對剛度以及計算結(jié)構(gòu)受力后的變形特點來確定。ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型骨材支承條件的簡化22ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型例：船底縱骨，如圖所示。船底縱骨在船底均布水壓作用下產(chǎn)生彎曲變形，由于實肋板的剛度遠大于船底縱骨，實肋板可以看作是船底縱骨的剛性支座；另外船底縱骨的變形以肋板為支點左右對稱；因此在計算船底縱骨的強度時可以把船底縱骨簡化為兩端剛性固定的單跨梁。

骨材支承條件的簡化23ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型例：甲板縱骨，如圖所示。甲板縱骨在船舶中垂彎曲時受軸向壓力的作用，在計算甲板縱骨的穩(wěn)定性時，根據(jù)其變形特點，可以把甲板縱骨簡化為兩端自由支持的單跨梁。

骨材支承條件的簡化24ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型例：肋骨剛架，如圖所示。船體結(jié)構(gòu)中的剛架大多是由橫梁、肋骨和肋板組成的肋骨剛架。剛架中桿件的相交點稱作剛架的節(jié)點。由于肋板剛度遠大于肋骨，所以肋骨下端可以看作是剛性固定；如果甲板上沒有外載荷，那么肋骨剛架可以進一步簡化為彈性固定的單跨梁。

骨材支承條件的簡化25ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型例：剛架，如圖所示。如果僅關(guān)心承受載荷的構(gòu)件，可以把這個構(gòu)件從結(jié)構(gòu)中分割出來，看成一個具有彈性固定的單跨梁，也就是說把這個構(gòu)件的相鄰部分看作是這個構(gòu)件的彈性固定端。

骨材支承條件的簡化26ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型例：兩跨梁，如圖所示。如果僅關(guān)心承受載荷的梁AB，梁BC可以看作是梁AB的彈性固定端；假設(shè)梁AB的轉(zhuǎn)動剛度遠大于梁BC的轉(zhuǎn)動剛度，那么梁AB的B支座可以簡化為自由支持。骨材支承條件的簡化27ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型例：兩跨梁，如圖所示。如果僅關(guān)心承受載荷的梁BC，梁AB可以看作是梁BC的彈性固定端；假設(shè)梁AB的轉(zhuǎn)動剛度遠大于梁BC的轉(zhuǎn)動剛度，那么梁BC的B支座可以簡化為剛性固定。

骨材支承條件的簡化28ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型當(dāng)相鄰梁的轉(zhuǎn)動剛度相差20倍以上時，計算模型可以按極限情況簡化處理，誤差在5%以內(nèi)。一般來說，當(dāng)彈性固定端的轉(zhuǎn)動剛度遠大于所支承構(gòu)件的轉(zhuǎn)動剛度時，彈性固定端可以簡化為剛性固定。反之，當(dāng)彈性固定端的轉(zhuǎn)動剛度遠小于所支承構(gòu)件的轉(zhuǎn)動剛度時，彈性固定端可以簡化為自由支持。

骨材支承條件的簡化29ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型例：板架船體結(jié)構(gòu)中，相互交叉的梁系稱作板架，板架受垂直于桿系平面的載荷作用而彎曲。板架中梁的交叉點稱作板架的節(jié)點。船體結(jié)構(gòu)中的板架，其周界大都是矩形的，兩個方向的梁大都是正交的，并且兩個方向的梁的數(shù)目一般是不相等的。其中數(shù)目較多的一組梁稱作主向梁，與其交叉的數(shù)目較少的梁稱作交叉構(gòu)件。

骨材支承條件的簡化30ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型板架在橫艙壁處的固定條件取決于相鄰板架的剛度、跨度和載荷之比。通常引入橫艙壁的支座固定系數(shù)來考慮相鄰板架的影響。如圖所示。

骨材支承條件的簡化31ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型式中：計算板架上的載荷強度；：相鄰兩個艙板架上的平均載荷強度；：計算板架的跨距；：相鄰兩個艙板架的平均跨距。

骨材支承條件的簡化32ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型如果，則認(rèn)為板架在橫艙壁處是剛性固定的；如果，則認(rèn)為板架在橫艙壁處是自由支持的。在大多數(shù)情況下，板架在橫艙壁處可以認(rèn)為是剛性固定的，在舷側(cè)處可以認(rèn)為是自由支持的。在確定板架兩向梁的支承關(guān)系時，應(yīng)該以它們的相對剛度來判斷。在結(jié)構(gòu)力學(xué)中分析板架的常用方法是把板架兩個方向的梁在相交節(jié)點處拆開，如果忽略梁的扭轉(zhuǎn)，則把兩向梁拆開之后，它們之間的相互作用力就是集中力，然后用變形連續(xù)條件建立方程來求解這些集中力。

骨材支承條件的簡化33ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型考慮在縱橫艙壁之間的船底板架，如圖所示。由三根肋板（主向梁）和一根中內(nèi)龍骨（交叉構(gòu)件）組成，板架上受到均布載荷（此處是單位面積的載荷），肋板的長度和剖面慣性矩分別是和，中內(nèi)龍骨的長度和剖面慣性矩分別是和。

骨材支承條件的簡化34ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型首先說明一下外載荷的分配問題，由于假定外載荷由船底板傳給船底縱骨，再由船底縱骨傳至肋板，因此通常認(rèn)為板架上的外載荷全部由肋板（主向梁）承受。現(xiàn)在把板架的主向梁與交叉構(gòu)件在相交節(jié)點處拆開，并代以節(jié)點力。由于載荷和結(jié)構(gòu)的對稱性，故。主向梁上的外載荷。

骨材支承條件的簡化35ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型左邊一根主向梁與交叉構(gòu)件在節(jié)點1處撓度相等的方程式是

中間一根主向梁與交叉構(gòu)件在節(jié)點2處撓度相等的方程式是

骨材支承條件的簡化36ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型聯(lián)立求解上述兩個方程，得到

式中：主向梁和交叉構(gòu)件的相對剛度。

骨材支承條件的簡化37ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型如果交叉構(gòu)件的剛度遠大于主向梁的剛度，即，那么，此時交叉構(gòu)件對主向梁的作用相當(dāng)于剛性支座。如果，即，那么，此時交叉構(gòu)件不僅不支持中間一根主向梁，反而會加重中間一根主向梁的負擔(dān)，因此是一種不合理的設(shè)計。所以在確定交叉構(gòu)件的尺寸時必須考慮它與主向梁的相對剛度。

骨材支承條件的簡化38ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型在有多根交叉構(gòu)件的板架的情況下，當(dāng)主向梁和交叉構(gòu)件的相對剛度滿足如下條件時，說明兩向梁是互相支持的，必須進行板架計算，不能將一個方向的梁簡化為另一個方向的梁的剛性支座。

式中：主向梁之間的平均距離；：交叉構(gòu)件的長度和剖面慣性矩；：主向梁的長度和剖面慣性矩；：系數(shù)，與交叉構(gòu)件的數(shù)目和主向梁的支座固定系數(shù)有關(guān)。

骨材支承條件的簡化39ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型彈性固定端考慮雙甲板船的上甲板橫梁與甲板間肋骨，如圖所示，假定甲板間肋骨下端是自由支持的。

骨材支承條件的簡化40ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型把橫梁和肋骨在相交的支座1處切開，加上未知彎矩，并建立支座1處的轉(zhuǎn)角連續(xù)方程：

上式與橫梁在左端為彈性固定時的轉(zhuǎn)角表達式：

完全相同。

骨材支承條件的簡化41ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型由此可知，甲板間肋骨相當(dāng)于橫梁的彈性固定端，彈性固定端的柔性系數(shù)是，僅與甲板間肋骨的尺寸和結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。

骨材支承條件的簡化42ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型分析上述結(jié)果可以得到幾點推論：（1）甲板間肋骨（0-1桿）能夠作為橫梁（1-2桿）的彈性固定端是因為將它們拆開后0-1桿的1端僅受到彎矩作用，并且此彎矩與該端的轉(zhuǎn)角始終同方向并成正比，即。顯然，如果0-1桿上還有外載荷，則對0-1桿來說不會存在有的關(guān)系，因此上述彈性固定端的存在只有桿0-1上沒有外載荷時才可能。骨材支承條件的簡化43ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型由此可知，實際結(jié)構(gòu)中桿件的彈性固定端是與其相鄰的不受外載荷的桿件作用的結(jié)果；換句話說，受載桿與不受載桿相連時，不受載桿就相當(dāng)于受載桿的彈性固定端。

（2）為了計算彈性固定端的柔性系數(shù)，只需把受載桿與不受載桿在相交處切開并加上相互作用的彎矩，計算不受載桿在彎矩作用處的轉(zhuǎn)角，與的比值就是柔性系數(shù)。

骨材支承條件的簡化44ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型（3）柔性系數(shù)的數(shù)值主要取決于不受載桿的桿長和剖面慣性矩，而與不受載桿端點的固定情況關(guān)系不大。如果桿0-1的0端改為剛性固定端，則可算得，從而，此柔性系數(shù)的數(shù)值和0端為自由支持時相差不大。骨材支承條件的簡化45ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型（4）在實際的船體結(jié)構(gòu)中，甲板間肋骨還與下甲板橫梁和艙內(nèi)主肋骨相連。這些骨材將影響到甲板間肋骨下端的固定程度。但由上面的分析可知，甲板間肋骨下端的固定程度對上甲板橫梁的影響不大，所以在實際計算中可以不考慮下甲板橫梁和艙內(nèi)主肋骨對上甲板橫梁的影響。這一結(jié)論說明，在桿系分析中，如果要計算某一根桿件，事實上只需考慮與它相鄰的那些桿件的影響而無需考慮遠離此桿的其它桿件對它的作用。

骨材支承條件的簡化46ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型彈性固定端的固定系數(shù)如果桿系中所有的桿上都有外力，那么我們無法把其中某一根桿件化為另一桿的彈性固定端，因為柔性系數(shù)無法求出。這時為了實際結(jié)構(gòu)的分析需要，可以引入一個關(guān)于彈性固定端固定程度的定義，稱作固定系數(shù)，它是彈性固定端剖面的彎矩與假想為剛性固定端時剖面的彎矩之比，用來表示：

骨材支承條件的簡化47ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型根據(jù)此定義，如果，即，表示是自由支持端；如果，即，表示是剛性固定端。因此，在0到1之間變化。對于一般的結(jié)構(gòu)，如果需要總是可以求出固定系數(shù)。

骨材支承條件的簡化48ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型例如對于三跨梁（假設(shè)）

，如圖所示，此梁每個跨度上都有載荷，在分析中間跨度的梁時，可以先算出支座1和2處的剖面彎矩：

骨材支承條件的簡化49ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型因為，因此固定系數(shù)是

于是可以把中間跨度的梁看作是兩端彈性固定的單跨梁來看待。

骨材支承條件的簡化50ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型小結(jié)小結(jié)確定結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型時，必須從實際出發(fā)，分清主次。所謂從實際出發(fā)，就是要全面的考慮結(jié)構(gòu)的布置和構(gòu)造，了解結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的實際情況；所謂分清主次，就是要對結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的影響因素進行分析，區(qū)分主要因素和次要因素，由此引出結(jié)構(gòu)各部分相對剛度這個重要概念。超靜定結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，取決于各部分的相對剛度，計算簡化來源于剛度的簡化（相對剛度大的簡化成無窮大剛度，相對剛度小的簡化成零剛度）。利用相對剛度這個概念，可以定量地分析各種簡化條件，并在不同的簡化條件下確定相應(yīng)的力學(xué)模型。

51ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型小結(jié)為了便于確定結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，歸納出下述幾條以供參考：（1）交叉梁系的載荷的傳遞方式取決于兩個方向的剛度比值。如果兩個方向的剛度接近，則載荷為雙向傳遞；如果兩個方向的剛度相差很大，則載荷沿著剛度大的方向傳遞，這時的交叉梁系可簡化成單向體系，例如對板可簡化成板條梁，對板架可簡化成連續(xù)梁。（2）結(jié)構(gòu)中兩個互相聯(lián)系的部分，如果剛度相差較大，則整個結(jié)構(gòu)可以分開計算。例如肋骨剛架就可以把它在舭部節(jié)點處分開。

52ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型小結(jié)（3）一個空間結(jié)構(gòu)往往包含許多平面單元，而各平面單元之間又存在著空間聯(lián)系。如果平面單元本身剛度大，而空間聯(lián)系的剛度小，則可以從空間結(jié)構(gòu)中取出平面單元，按平面結(jié)構(gòu)進行計算。例如，從船體結(jié)構(gòu)中取出肋骨剛架進行計算。（4）當(dāng)彈性固定端的轉(zhuǎn)動剛度比所支承構(gòu)件的轉(zhuǎn)動剛度大得多時，彈性固定端可以簡化成剛性固定；反之，當(dāng)彈性固定端的轉(zhuǎn)動剛度比所支承構(gòu)件的轉(zhuǎn)動剛度小得多時，彈性固定端可以簡化成自由支持。53ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型對稱結(jié)構(gòu)的簡化對稱結(jié)構(gòu)的簡化由于船體結(jié)構(gòu)一般都是左右對稱的，例如船體中的肋骨剛架一般是對稱于中縱剖面的，充分利用對稱性的特點可以簡化結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型。（1）如果結(jié)構(gòu)和載荷都是對稱的，可取一半結(jié)構(gòu)進行計算，在對稱面的各節(jié)點處施加適當(dāng)?shù)募s束。（2）如果結(jié)構(gòu)和載荷具有雙重對稱性，則可取1/4結(jié)構(gòu)進行計算，在對稱面的各節(jié)點處施加相應(yīng)的約束。（3）如果結(jié)構(gòu)對稱而載荷不對稱，可以將不對稱的載荷分解為對稱的載荷和反對稱的載荷兩種情況分別計算，然后疊加。

54ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型對稱結(jié)構(gòu)的簡化例：對稱結(jié)構(gòu)、對稱載荷的剛架，如圖所示。

根據(jù)其變形情況可知，在剛架的對稱節(jié)點處，節(jié)點的轉(zhuǎn)角以及彎矩大小相等、方向相反；在對稱軸線上，轉(zhuǎn)角和剪力都等于零，但撓度和彎矩都不等于零。

55ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型對稱結(jié)構(gòu)的簡化例：對稱結(jié)構(gòu)、對稱載荷的剛架，如果在對稱軸處有支柱，如圖所示。

此時剛架的對稱節(jié)點的轉(zhuǎn)角以及彎矩大小相等，方向相反；對稱軸線上的節(jié)點的撓度和轉(zhuǎn)角等于零，但剪力和彎矩均不等于零，從而可以把剛架在對稱軸處作為剛性固定。

56ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型對稱結(jié)構(gòu)的簡化例：對稱結(jié)構(gòu)、反對稱載荷的剛架，如圖所示。

根據(jù)其變形情況可知，在剛架的對稱節(jié)點處，節(jié)點的轉(zhuǎn)角以及彎矩大小相等、方向相同；在對稱軸線上，撓度和彎矩都等于零，但轉(zhuǎn)角和剪力都不等于零，因此可以把剛架在對稱軸處看作是自由支持在剛性支座上。57ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型對稱結(jié)構(gòu)的簡化例：對稱結(jié)構(gòu)、反對稱載荷的剛架，如果在對稱軸上有支柱，如圖所示。

對稱軸線上的節(jié)點的撓度等于零，但轉(zhuǎn)角、剪力和彎矩都不等于零。

58ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型載荷的簡化載荷的簡化載荷對結(jié)構(gòu)計算起著決定性的作用。由于船舶實際受載的復(fù)雜性，因此載荷的計算有一定的近似性。選擇載荷的原則是：選擇船舶在營運中可能遇到的較危險的和經(jīng)常性的載荷，并且能夠用有限個參數(shù)來描述實際的載荷。確定載荷時應(yīng)考慮的問題：（1）作用在結(jié)構(gòu)上的載荷工況；（2）載荷的性質(zhì)和載荷的類型；（3）載荷的大小以及施加在哪些構(gòu)件上；（4）載荷的組合和搭配。

59ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型載荷的簡化由于是在線彈性范圍內(nèi)進行強度校核，因此在復(fù)雜載荷作用時可以應(yīng)用疊加原理，即將復(fù)雜載荷分解為簡單載荷分別計算，然后將應(yīng)力疊加。局部強度的載荷主要包括貨物重量和水的壓力，一般不考慮結(jié)構(gòu)自重的影響，因為后者與前者相比可以忽略不計。

60ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型載荷的簡化水壓力可以用兩種載荷情況來考慮：（1）把船舶靜置于波浪上的靜水壓力作為計算載荷，這時的水頭高度是式中：吃水；：計算波高。（2）當(dāng)船舶在波浪中搖擺時，船舶傾斜的同時還受到波浪沖擊的動力作用，此時舷側(cè)浸水至甲板邊線，所以水頭高度可以認(rèn)為是型深，即61ShipStrengthandStructuralDesign

3.1局部強度計算的力學(xué)模型載荷的簡化將水頭高度乘以水的重度就得到單位面積上的水壓力：

作用在船底板架上的計算載荷由貨物重量和水壓力之差來確定。危險載荷并不一定發(fā)生在滿載吃水工況，需要找出各種裝載情況下的壓力差的最大值作為危險載荷

。

62

3.2船體骨材的帶板ShipStrengthandStructuralDesign第3章船體結(jié)構(gòu)局部強度計算63

3.2船體骨材的帶板知識點帶板的概念，穩(wěn)定性帶板寬度，彎曲帶板寬度

ShipStrengthandStructuralDesign64ShipStrengthandStructuralDesign

3.2船體骨材的帶板船體結(jié)構(gòu)中絕大多數(shù)骨材都是焊接在鋼板上的，當(dāng)骨材受力發(fā)生變形時，與它連接的板也一起參與變形。因此，為了估算骨材的承載能力，應(yīng)該計入一部分與骨材相連的板，即把這部分板作為骨材的組成部分來計算骨材的剖面積、慣性矩和剖面模數(shù)。這部分板稱作帶板。帶板的厚度取附連板的厚度，如附連板厚度不同，則取其平均厚度。針對骨材的具體計算要求，帶板的寬度有兩種不同的定義和數(shù)值：（1）考慮骨材穩(wěn)定性時的穩(wěn)定性帶板寬度；（2）考慮骨材彎曲時的強度帶板寬度。

65ShipStrengthandStructuralDesign

3.2船體骨材的帶板穩(wěn)定性帶板寬度穩(wěn)定性帶板寬度對于船體結(jié)構(gòu)中的板，它的四周由骨材支持，并且骨材的臨界應(yīng)力遠大于板的臨界應(yīng)力，因此當(dāng)板受壓失穩(wěn)時，骨材尚未失穩(wěn)，它對板還起著支持作用，使板的周界不能自由彎曲和趨近。

如果一塊受壓板的板邊能夠自由趨近的話，那么板失穩(wěn)后板邊將達到圖（a）中的虛線位置，

66ShipStrengthandStructuralDesign

3.2船體骨材的帶板穩(wěn)定性帶板寬度但實際上板邊不能自由趨近，因此板中部的纖維將被拉長，即產(chǎn)生有中面拉應(yīng)力，導(dǎo)致板中的應(yīng)力分布如圖（b）所示；受壓的板邊的壓應(yīng)力不再是均勻分布，板邊緣的壓應(yīng)力大于板中部的壓應(yīng)力；非受壓的板邊原來無應(yīng)力，而現(xiàn)在出現(xiàn)了自身平衡的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。

67ShipStrengthandStructuralDesign

3.2船體骨材的帶板穩(wěn)定性帶板寬度下圖進一步畫出了板在受壓方向剖面中的應(yīng)力隨著外載荷變化的情形。圖中1表示板尚未失穩(wěn)，即外壓力小于板的臨界應(yīng)力，此時板中的壓應(yīng)力是均勻分布的；2表示外壓力已大于板的臨界應(yīng)力，板已經(jīng)屈曲，此時板中的壓應(yīng)力不再是均勻分布的，在板邊緣的壓應(yīng)力大于板中部的壓應(yīng)力；

68ShipStrengthandStructuralDesign

3.2船體骨材的帶板穩(wěn)定性帶板寬度3表示外壓力繼續(xù)增加，此時板中的壓應(yīng)力分布的不均勻程度更為明顯，即板邊緣的壓應(yīng)力與板中部的壓應(yīng)力之間的差別更大。

69ShipStrengthandStructuralDesign

3.2船體骨材的帶板穩(wěn)定性帶板寬度板失穩(wěn)后，板邊緣的壓應(yīng)力大于板中部的壓應(yīng)力的這種現(xiàn)象稱作板后屈曲時的應(yīng)力重新分布。這個現(xiàn)象說明與骨材相連的那部分板（板的邊緣）起著更大的作用，承擔(dān)了外載荷的絕大部分，而離骨材較遠的板（板的中部）相對來說承擔(dān)的載荷就小得多。

70ShipStrengthandStructuralDesign

3.2船體骨材的帶板穩(wěn)定性帶板寬度既然板屈曲后板邊緣的應(yīng)力大于板中部的應(yīng)力，并且板越接近于極限狀態(tài)，這種差別越大；那么在極限狀態(tài)時，可以假設(shè)板的載荷完全由板邊緣的一定寬度的板來承擔(dān)。假設(shè)該部分板每邊的寬度是，總共寬度是，如圖所示，71ShipStrengthandStructuralDesign

3.2船體骨材的帶板穩(wěn)定性帶板寬度則此部分板的臨界應(yīng)力可以計算如下：

式中是板厚。當(dāng)板達到極限狀態(tài)時，令，得

72ShipStrengthandStructuralDesign

3.2船體骨材的帶板穩(wěn)定性帶板寬度從而可以求出板邊緣那部分板的寬度

，將和的數(shù)值代入后，得

將和代入上述公式，得

這就是船體強度計算中所采用的骨材的穩(wěn)定性帶板寬度。

73ShipStrengthandStructuralDesign

3.2船體骨材的帶板強度帶板寬度強度帶板寬度骨材彎曲時的強度帶板寬度問題比較復(fù)雜，它與骨材受到的載荷、骨材兩端的支持情況以及跨度有關(guān)。雖然有一些理論研究，但使用起來很不方便。我國《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》規(guī)定：“普通骨材的帶板寬度取骨材間距；強骨材帶板寬度取強骨材跨距的1/6，但不小于負荷平均寬度，亦不小于普通骨材間距。若骨材僅一側(cè)有帶板時，則帶板寬度取上述規(guī)定的50%。”負荷平均寬度：承受載荷的帶板的平均寬度，即相鄰平行強骨材間距之和的一半。

74ShipStrengthandStructuralDesign

3.2船體骨材的帶板強度帶板寬度我國《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》規(guī)定：主要構(gòu)件帶板的有效剖面積應(yīng)按下列各式確定，但取值不小于面板剖面積：（1）安裝在平板上式中：系數(shù)，等于；：主要構(gòu)件所支承的面積的平均寬度，m；：主要構(gòu)件的長度，m；：帶板的平均厚度，mm；75ShipStrengthandStructuralDesign

3.2船體骨材的帶板強度帶板寬度（2）安裝在槽形板上且與槽形平行的（3）安裝在槽形板上且與槽形成直角的式中：槽形板平面部分的寬度，m；：槽形板厚度，mm；：主要構(gòu)件面板寬度，m；：主要構(gòu)件面板厚度，m；

76ShipStrengthandStructuralDesign

3.2船體骨材的帶板強度帶板寬度我國《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》規(guī)定：次要構(gòu)件的帶板寬度，取為1個骨材間距。主要構(gòu)件是指縱桁、強肋骨、強橫梁等主要支持骨材。主要構(gòu)件所支承的面積的平均寬度：承受載荷的帶板的平均寬度，即相鄰平行主要骨材間距之和的一半；主要構(gòu)件的長度：主要骨材的跨距。次要構(gòu)件是指肋骨、縱骨、橫梁、扶強材等次要骨材。

77ShipStrengthandStructuralDesign

3.2船體骨材的帶板強度帶板寬度例：根據(jù)《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》的規(guī)定，計算某貨船上甲板強橫梁和船底中桁材的帶板的有效面積，如圖所示。（1）上甲板強橫梁已知強橫梁所支承的面積的平均寬度，強橫梁的長度，帶板的厚度

78ShipStrengthandStructuralDesign

3.2船體骨材的帶板強度帶板寬度帶板的有效面積79ShipStrengthandStructuralDesign

3.2船體骨材的帶板強度帶板寬度（2）船底中桁材已知中桁材所支承的面積的平均寬度，中桁材的長度，上翼板的厚度，下翼板的厚度，上翼板上的縱骨的面積，下翼板上的縱骨的面積。80ShipStrengthandStructuralDesign

3.2船體骨材的帶板強度帶板寬度上翼板的平均厚度

下翼板的平均厚度

81ShipStrengthandStructuralDesign

3.2船體骨材的帶板強度帶板寬度上翼板的有效面積

下翼板的有效面積

82

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算ShipStrengthandStructuralDesign第3章船體結(jié)構(gòu)局部強度計算83

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算知識點船底結(jié)構(gòu)（船底外板、船底縱骨、船底板架）的強度計算，甲板結(jié)構(gòu)（甲板板架、甲板縱骨）的強度計算，船側(cè)結(jié)構(gòu)（舷側(cè)外板、舷側(cè)板架）的強度計算，艙壁結(jié)構(gòu)（平面艙壁板、平面艙壁板架、皺折艙壁）的強度計算。

ShipStrengthandStructuralDesign84ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算肋骨剛架為了校核橫梁及肋骨的局部強度，必須分析肋骨剛架。（1）力學(xué)模型在分析底部板架或肋板時通常忽略貨艙肋骨對肋板的彈性支持作用，即認(rèn)為肋板在舷側(cè)處為簡支，則計算大為簡化，其結(jié)果是偏于安全的。

85ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算肋骨剛架對肋骨剛架進行分析后會發(fā)現(xiàn)，在舭部節(jié)點處的彎矩是等于或大于貨艙肋骨在舭部剛性固定時所得到的彎矩。盡管舭部處的彎矩很大，但由于在舭部有大肘板，因此舭部處一般沒有強度問題。肋骨強度校核時危險截面取在大肘板的上緣，此處的彎矩和舭部作為剛性固定時舭部節(jié)點處的彎矩幾乎是一樣大。所以計算貨艙肋骨時其底部可取為剛性固定，這樣力學(xué)模型就可以大為簡化了，如圖所示。

86ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算肋骨剛架（2）載荷的搭配船舶是在多種工況下工作的，橫梁和肋骨在不同載荷搭配的情況下，應(yīng)力和變形是各不相同的，對于某個構(gòu)件來說，在某一載荷情況下可能是處于危險狀態(tài)。于是在分析肋骨剛架時，首先就有一個載荷搭配的問題。對于不同的構(gòu)件，載荷的選擇應(yīng)該以對該構(gòu)件最嚴(yán)重的載荷搭配為前提。

87ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算肋骨剛架（a）在分析貨艙肋骨時，取上甲板橫梁不承受載荷，下甲板橫梁也不承受載荷，肋骨承受水頭高度等于波面高度、但不大于型深的載荷，如圖所示。

88ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算肋骨剛架（b）在分析上甲板橫梁時，取上甲板橫梁承受載荷，下甲板橫梁不承受載荷，肋骨承受水頭高度等于波面高度的載荷，如圖所示。

89ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算肋骨剛架（c）在分析下甲板橫梁時，上、下甲板橫梁均承受載荷，肋骨承受水頭高度等于波面高度的載荷，如圖所示。

90ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算肋骨剛架（d）在分析貨艙肋骨在靜水中的強度時，上、下甲板橫梁均不承受載荷，肋骨承受水頭高度等于滿載吃水的載荷，如圖所示

。

91ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算肋骨剛架例：考慮單甲板船在艙口部位的肋骨剛架，如圖所示。92ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算肋骨剛架在計算時首先將肋骨剛架在節(jié)點1、2、3、4處切開并加上相應(yīng)的彎矩，使剛架成為5根兩端自由支持并受到相應(yīng)載荷的單跨梁，然后列出節(jié)點轉(zhuǎn)角連續(xù)的方程進行求解。假定所討論的肋骨剛架是左右對稱的，因此，所以未知彎矩只有兩個。節(jié)點1和2處的轉(zhuǎn)角連續(xù)的方程分別是

93ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算肋骨剛架式中分別表示作用在橫梁、肋骨和肋板上的載荷。

94ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算肋骨剛架求解上述兩個方程，得到

95ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算肋骨剛架式中由此可見，肋骨兩端的彎矩和都和甲板上的載荷有關(guān)，當(dāng)增加時增加但減小，且當(dāng)時最小，最大。

96ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算肋骨剛架肋骨跨中的最大彎矩一般隨的減小而增大。一般肋骨的校核剖面選在跨中部，因為肋骨下端的彎矩雖然更大，但因該處有肘板，剖面模數(shù)也更大。由此可以得出結(jié)論，在校核肋骨強度時應(yīng)選取甲板上不承受載荷的情況作為計算狀態(tài)。因此，對肋骨剛架來說，并不是把肋骨剛架上可能受到的外載荷全部考慮在內(nèi)就是危險狀態(tài)，而應(yīng)進行分析后確定一個對所計算的構(gòu)件來說是最不利的載荷狀態(tài)。

97ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算肋骨剛架如果肋板的剛性比肋骨大很多，即，這時，因此

98ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算肋骨剛架上述彎矩對應(yīng)于如下的肋骨剛架，即肋骨下端是剛性固定的情形。

99ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算船底結(jié)構(gòu)船底結(jié)構(gòu)船底是船體梁的下翼板，受到很大的總縱彎曲應(yīng)力；此外還承受著機器重量、貨物重量、壓載水及舷外水壓力等橫向載荷。船底外板船底板被船底骨架分成矩形板格，在板的外表面上作用著均布水壓力。由于相鄰板格的結(jié)構(gòu)以及所承受的載荷均對稱于支承周界

，所以通?？梢哉J(rèn)為船底板的四邊是剛性固定的。

100ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算船底外板均布載荷作用下四邊剛性固定板的求解比較復(fù)雜，下面直接給出這種板的結(jié)果。如圖所示，均布載荷作用下長邊為，短邊為的四邊剛性固定矩形板的撓度和彎矩的計算公式是

101ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算船底外板板中點的撓度是

板中點，與短邊平行的剖面中的彎矩

板中點，與長邊平行的剖面中的彎矩

102ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算船底外板板短邊中點的彎矩

板長邊中點的彎矩

以上公式中的系數(shù)隨板的邊長比而變化，如圖所示。103ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算船底外板根據(jù)以上公式求出板的彎矩之后，板上下表面的彎曲應(yīng)力可以按下式計算上式表明，當(dāng)為正時（板中點），板的上表面為壓應(yīng)力，下表面為拉應(yīng)力；當(dāng)為負時（板邊上），板的上表面為拉應(yīng)力，下表面為壓應(yīng)力。這里假定載荷方向向下，即沿方向作用。

104ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算船底外板由上圖可見，的數(shù)值比都要大，因此不論板的邊長比是多少，板總是在長邊中點的彎矩最大，因此該處應(yīng)力也最大。當(dāng)相當(dāng)大時，，由此得到長邊中點剖面的最大彎曲應(yīng)力是

105ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算船底外板對于縱骨架式船體板，當(dāng)邊長比相當(dāng)大時，取，分別求得沿船長方向跨度中點剖面和支座剖面中的彎曲應(yīng)力是106ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算船底外板對于橫骨架式船體板，如圖所示，假設(shè)短邊長度是，則當(dāng)邊長比相當(dāng)大時，取，分別求得沿船長方向跨度中點剖面和支座剖面中的彎曲應(yīng)力是

107ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算船底外板例：計算船底板中的最大彎曲應(yīng)力、沿船長方向的最大彎曲應(yīng)力以及板的最大撓度。該船底板是縱骨架式板，長邊長度是，短邊長度是，板厚，計算水頭高度取為型深。

解：當(dāng)時，板上單位面積的水壓力是

板的最大彎曲應(yīng)力始終發(fā)生于長邊中點

108ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算船底外板板沿長邊方向的最大彎曲應(yīng)力

當(dāng)時，查圖得，板中點的最大撓度

109ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算船底縱骨船底縱骨船底縱骨由肋板支持，由于縱骨自身結(jié)構(gòu)以及所承受的載荷均對稱于肋板，所以可以把縱骨看作兩端剛性固定在肋板上的單跨梁進行計算，如圖所示。

110ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算船底縱骨其支座剖面和跨中的彎矩按下式計算

式中：縱骨跨距；：縱骨間距；：載荷強度，分別取中拱和中垂時的水壓力。

111ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算船底縱骨縱骨的彎曲應(yīng)力是

式中：彎矩（跨中或支座）

；：剖面模數(shù)（縱骨自由翼板或帶板）

。

112ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算船底縱骨例：雙層底肋板間距2.25m，縱骨間距0.75m。底縱骨為22a球扁鋼，底板厚18mm。計算水頭高度取為吃水，計算縱骨的帶板的彎曲應(yīng)力。

解：水壓力22a球扁鋼的剖面積是32.82cm2，慣性矩1611cm4，形心13.5cm。帶板寬度取縱骨間距，即0.75m，帶板的剖面模數(shù)?？v骨跨距取肋板間距，即2.25m。

113ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算船底縱骨支座彎矩：跨中彎矩：支座處縱骨的帶板的彎曲應(yīng)力：跨中處縱骨的帶板的彎曲應(yīng)力：114ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算船底板架船底板架船底一般都是由多根交叉構(gòu)件和很多主向梁組成的板架。對于橫骨架式板架，主向梁（實肋板）承受肋板間距范圍內(nèi)的載荷，交叉構(gòu)件只承受節(jié)點反力；對于縱骨架式板架，載荷通過縱骨傳給實肋板，交叉構(gòu)件也只承受節(jié)點反力。船底板架由于其結(jié)構(gòu)較強，又比強力甲板靠近船體剖面的中和軸，因此在船體中拱變形時，船底板架不容易失穩(wěn)，其主要問題是強度問題。船底板架在舷側(cè)處通常看作為自由支持；在橫艙壁處看作為剛性固定。115ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算船底板架作用在板架上的載荷是船底外板上的水壓力和艙內(nèi)貨物重量之差。在確定作用在船底外板上的水壓力時，應(yīng)該注意到板架彎曲應(yīng)力要和總縱彎曲應(yīng)力進行合成，而且應(yīng)該是同一計算狀態(tài)下的應(yīng)力合成，因此水壓力的選取應(yīng)該與總縱彎曲應(yīng)力的計算狀態(tài)相對應(yīng)。在校核船體中部剖面在中拱或中垂?fàn)顟B(tài)的強度時，靜水壓力值必須按照船舶在中拱或中垂?fàn)顟B(tài)時，船底板架在波面下的水深來確定，在艙長范圍內(nèi)可以認(rèn)為是均勻分布的，同時應(yīng)該考慮在計算區(qū)域內(nèi)底板上貨物可能產(chǎn)生的最不利的壓力。艙內(nèi)壓力一般也認(rèn)為是均勻的。116ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算船底板架對于艙長很短的船底板架（例如，艙長與板架計算寬度之比小于0.8時），為了簡化處理可以把板架的整體強度問題轉(zhuǎn)化為中桁材的強度問題。中桁材可以看作是兩端剛性固定的單跨梁，

式中：作用在中桁材上的載荷；：載荷強度；：縱桁間距；：縱桁跨度。

117ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算船底板架中桁材的彎曲應(yīng)力是

式中：彎矩（跨中或支座）；

：剖面模數(shù)（外底板或內(nèi)底板）。

118ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算甲板結(jié)構(gòu)甲板結(jié)構(gòu)最上層連續(xù)甲板是船體梁的上翼板，它對保證船體總縱強度起著重要的作用，所以又稱強力甲板。下甲板主要承受貨物重量，首先應(yīng)保證其局部強度。

無論哪一層甲板都要承受均布的橫向載荷。對于上層露天甲板如果不用來載貨的話，則認(rèn)為它承受的是甲板上浪的水壓力?！秶鴥?nèi)航行海船建造規(guī)范》規(guī)定：貨物載荷小于8.5kPa時，距首垂線以后露天強力甲板的計算水頭高度是。

119ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算甲板結(jié)構(gòu)不小于按下式計算的值，但應(yīng)不小于1.20m，也不必大于1.50m：

式中：船長，m；：型深，m；：吃水，m。

如果上層露天甲板的貨物載荷大于8.5kPa，距首垂線以后露天強力甲板的計算水頭高度是。

120ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算甲板結(jié)構(gòu)對于軍用艦艇，由于干舷較低，又經(jīng)常在比較惡劣的海況下航行與戰(zhàn)斗，故上甲板計算載荷除了要考慮結(jié)構(gòu)本身重量和固定在甲板上的重量（如火炮、彈藥等）之外，還要考慮艦艇使用條件下可能出現(xiàn)的偶然載荷，如人員的集中、炮口氣浪壓力、飛濺到甲板上的舷外水的重量以及艦艇搖擺時的慣性力的作用等。

121ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算甲板結(jié)構(gòu)其計算水頭高度

的表達式是

式中：正常排水量時艦艇的水線長度，m；：計算剖面處的干舷高度，需要考慮首樓及尾樓對干舷的修正，m；

，是計算剖面距船舯的距離（舯前為正，舯后為負）。當(dāng)按上述公式計算的水頭高度小于0.5m時，應(yīng)取0.5m作為計算水頭高度。

122ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算橫骨架式甲板板架橫骨架式甲板板架甲板板架承受總縱彎曲和橫向載荷的雙重作用，雖然這兩種作用不一定會疊加，但甲板板架應(yīng)該具有承擔(dān)這兩種作用的能力。上甲板在抵抗總縱彎曲時作用最大，下面就主要分析上甲板。對于具有大開口的甲板板架，自艙口縱圍壁到舷邊的甲板的連續(xù)部分是承載的主要部分，根據(jù)其受力特點，可以取這部分為代表，進行板架分析，認(rèn)為橫梁是彈性固定在甲板縱桁（艙口縱圍壁）和舷側(cè)上的，如圖所示。

123ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算橫骨架式甲板板架因為甲板是橫骨架式的，橫向骨材較密，而這個局部板架的長度一般遠大于自身的寬度，根據(jù)這一特點，可以把板架的整體強度問題轉(zhuǎn)化為甲板橫梁的強度問題。

124ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算橫骨架式甲板板架如果取橫梁端部的固定系數(shù)，則橫梁跨中的彎矩是

式中：甲板上的載荷強度；：橫梁間距；：橫梁跨度（艙口縱圍壁至舷邊的距離）。

125ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算縱骨架式甲板板架縱骨架式甲板板架對于縱骨架式甲板板架，由于甲板載荷是通過甲板板傳給甲板縱骨，再傳給橫梁，最后傳到甲板縱桁，因此可以認(rèn)為甲板縱桁承受全部外載荷，艙口端橫梁不承受外載荷。對于具有大開口的甲板板架，如圖所示，甲板縱桁簡化為兩端剛性固定在橫艙壁上，中間有彈性支座（艙口端橫梁）的階梯形變剖面的連續(xù)梁；艙口端橫梁簡化為自由支持在舷側(cè)，而剛性固定在縱中剖面處，如圖所示。

126ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算縱骨架式甲板板架127ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算縱骨架式甲板板架假設(shè)艙口端橫梁的尺寸是：艙口處剖面慣性矩是，長度是；艙口外剖面慣性矩是，長度是。甲板縱桁的尺寸是：艙口處剖面慣性矩是，長度是；艙口外剖面慣性矩是，長度是。甲板縱桁上受均布載荷。

128ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算縱骨架式甲板板架129ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算縱骨架式甲板板架甲板縱桁和艙口端橫梁的計算步驟如下：（1）首先計算艙口端橫梁作為甲板縱桁的彈性支座的柔性系數(shù)。艙口端橫梁是一個階梯形變剖面梁，如圖所示，下面計算它在節(jié)點力作用下的撓度。130ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算縱骨架式甲板板架求解時在梁的剖面變化處加上一個柔性系數(shù)為的彈性支座，然后列出兩個轉(zhuǎn)角連續(xù)方程和彈性支座反力為零的方程：

131ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算縱骨架式甲板板架求解方程組得到

于是艙口端橫梁作為甲板縱桁的彈性支座的柔性系數(shù)。

132ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算縱骨架式甲板板架（2）利用對稱條件，列出甲板縱桁在支座1和2處的轉(zhuǎn)角連續(xù)方程以及在支座2處的方程：

133ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算縱骨架式甲板板架求解方程組得到

：

于是彈性支座的反力是

這就是艙口端橫梁受到的節(jié)點力。

134ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算縱骨架式甲板板架（3）計算艙口端橫梁的彎矩。

135ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算縱骨架式甲板板架艙口區(qū)強橫梁一般可以簡化為自由支持在甲板縱桁上，并且彈性固定在舷側(cè)上，如圖所示。

艙口區(qū)強橫梁在舷側(cè)的彈性固定端的柔性系數(shù)可以按下式確定式中：與強橫梁相連的肋骨的跨度；：肋骨的剖面慣性矩。

136ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算縱骨架式甲板板架艙口區(qū)強橫梁在彈性固定端的彎矩是

137ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算甲板縱骨甲板縱骨作用在甲板縱骨上的力，除了橫向載荷外還有總縱彎曲產(chǎn)生的軸向力，它對甲板縱骨的彎曲有一定的影響，必須把甲板縱骨作為復(fù)雜彎曲梁來計算。考慮到結(jié)構(gòu)和載荷的對稱性，甲板縱骨可以簡化為兩端剛性固定在強橫梁上，承受均布載荷及軸向力作用的單跨梁，如圖所示。

138ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算甲板縱骨139ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算甲板縱骨軸向拉力對縱骨彎曲產(chǎn)生有利的影響，而軸向壓力產(chǎn)生不利的影響。當(dāng)為壓力時，甲板縱骨支座和跨中剖面處的彎矩分別是

式中，是甲板縱骨（包括帶板）的剖面慣性矩。

140ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算舷側(cè)結(jié)構(gòu)舷側(cè)結(jié)構(gòu)舷側(cè)結(jié)構(gòu)與船底結(jié)構(gòu)連接在一起，保證船舶具有一定的浮性。因此，舷側(cè)結(jié)構(gòu)應(yīng)保證船體具有水密性和承受水壓力的能力。141ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算舷側(cè)結(jié)構(gòu)舷側(cè)板架的計算載荷在船體總縱強度計算時，是把船靜置在所謂標(biāo)準(zhǔn)波浪上的，所以在舷側(cè)板架計算時，載荷也應(yīng)取相應(yīng)的位置，即水壓力是與波浪在計算剖面處的舷側(cè)所達到的最高水平相適應(yīng)。此時，舷側(cè)最低處的計算水頭高度是

式中：吃水，m；：計算波高，m。在一般情況下應(yīng)不小于計算剖面處的型深。

142ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算舷側(cè)結(jié)構(gòu)如果需要考慮船舶搖擺和舷外水的動力影響，計算載荷應(yīng)該按偶然性載荷考慮，此時舷側(cè)最低處的計算水頭高度是

式中：計算剖面處的型深，m；

143ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算舷側(cè)外板舷側(cè)外板由于水線附近的外板承受較大的波浪沖擊且腐蝕比較嚴(yán)重，而且容易遭受碰撞等意外載荷，因此在計算舷側(cè)外板的局部強度時把載荷取為均布的，并以舭列板上緣的水壓力作為計算載荷，如圖所示。

144ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算舷側(cè)外板由于結(jié)構(gòu)和載荷都對稱，在計算舷側(cè)外板的強度時可以將其看作是四邊剛性固定在支承周界上，因此計算公式與前面講過的船底外板的計算公式完全一樣。

145ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算舷側(cè)板架舷側(cè)板架舷側(cè)板架從它的功能和受力特點來看，比較適合采用橫骨架式。因為橫骨架式舷側(cè)板架對建造工藝、擴大艙容以及防碰撞和傳遞垂向作用力等都是有利的。146ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算舷側(cè)板架下面考慮由一根舷側(cè)縱桁和多根肋骨組成的舷側(cè)板架，如圖所示。

147ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算舷側(cè)板架對于所討論的板架，假設(shè)外載荷由板傳給主向梁，所以在計算時可以認(rèn)為外載荷全部由主向梁承受；此外還假定所有主向梁是等剖面梁、尺寸相同并且等間距布置，各主向梁端點的固定情況相同并且各主向梁上的外力分布規(guī)律相同。

148ShipStrengthandStructuralDesign

3.3典型船體結(jié)構(gòu)的局部強度計算舷側(cè)板架首先將主向梁和交叉構(gòu)件在節(jié)點處分開，考慮坐標(biāo)為的、承受外載荷為的任意一根主向梁，它所受到的節(jié)點反力是，節(jié)點撓度是，于是在外載荷和節(jié)點反力共同作用下，有