學(xué)習(xí)任務(wù)2 結(jié)構(gòu)的一般知識(shí)2

船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)1船體結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度

一、船體強(qiáng)度的基本概念二、船體結(jié)構(gòu)構(gòu)件三、船體結(jié)構(gòu)形式四、船體結(jié)構(gòu)2一、船體強(qiáng)度的基本概念

船體強(qiáng)度是指船體結(jié)構(gòu)抵抗各種外力作用的能力。根據(jù)作用于船體上力的性質(zhì)，船體強(qiáng)度可分為總縱彎曲強(qiáng)度(即縱向強(qiáng)度)、橫向強(qiáng)度、局部強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度四種。

船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)31.總縱彎曲強(qiáng)度

1）船體發(fā)生總縱彎曲變形的原因

作用在船體上有各種各樣力，例如船舶重力、浮力、慣性力、波浪沖擊力、螺旋槳運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的水動(dòng)壓力、機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)力、船舶靠碼頭和裝卸貨物時(shí)的碰撞力、船舶觸礁、擱淺以及進(jìn)塢時(shí)墩木的碰撞力或反作用力等等。在這些力的作用下，船舶結(jié)構(gòu)有可能會(huì)發(fā)生各種變形或破壞。其中對(duì)船體最危險(xiǎn)的是由于船舶重力和浮力引起的沿著整個(gè)船長(zhǎng)方向上發(fā)生的總縱彎曲變形和破壞?？偪v彎曲(longitudinalbending)船體上的重力、浮力合力相等，但沿船長(zhǎng)方向并不是處處相等。船舶上的總縱彎曲過大，船舶強(qiáng)度不夠時(shí)，船舶會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)5船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)6

1.總縱彎曲強(qiáng)度

1）船體發(fā)生總縱彎曲變形的原因

引起船體結(jié)構(gòu)發(fā)生縱向彎曲變形的原因，主要是由于沿船長(zhǎng)方向每一點(diǎn)上的重力和浮力分布不均勻造成的。

船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)7

2）總縱彎曲力矩和剪力

船體結(jié)構(gòu)抵抗總縱彎曲力矩和剪力作用的能力稱為船體總縱彎曲強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱縱向強(qiáng)度。

（1)總縱彎曲力矩和剪力

由于外力的作用，沿船長(zhǎng)方向分布，作用在船體上向上和向下的負(fù)荷(單位船長(zhǎng)上重力和浮力的差值)，將會(huì)產(chǎn)生一種沿船長(zhǎng)各區(qū)段上下參差不齊的變形趨勢(shì)和縱向彎曲變形趨勢(shì)，這種趨勢(shì)構(gòu)成了船體結(jié)構(gòu)內(nèi)部之間的相互作用，這種內(nèi)部之間的相互作用力稱為內(nèi)力。

內(nèi)力分為兩種，一種是由內(nèi)部上下移動(dòng)趨勢(shì)構(gòu)成的內(nèi)力，稱為剪力；另一種是由彎曲變形趨勢(shì)引起的內(nèi)力，稱為彎曲力矩。船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)8船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)9

2）總縱彎曲力矩和剪力（2)船體總縱彎曲變形的形式

船體總縱彎曲變形的形式有中拱和中垂兩種。

船舶拱垂?fàn)顟B(tài)的判斷一、中拱（Hogging）船底受壓，甲板受拉，根據(jù)船舶的吃水狀態(tài)來判斷船中實(shí)際吃水小于首尾吃水平均數(shù)二、中垂（Sagging）船底受拉，甲板受壓，根據(jù)船舶的吃水狀態(tài)來判斷船中實(shí)際吃水大于首尾吃水平均數(shù)船舶位于波浪中會(huì)加劇船舶的拱垂，尤其是船長(zhǎng)L和波長(zhǎng)λ相等時(shí)，會(huì)使船舶處于危險(xiǎn)中。船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)122）總縱彎曲力矩和剪力（3)最不利的浮力和重力的大小及分布

①浮力的大小和分布:當(dāng)船舶在海上遇到標(biāo)準(zhǔn)波：波的形狀為坦谷波，即波峰較陡而波谷平坦，且波長(zhǎng)λ等于船長(zhǎng)L，波高H等于波長(zhǎng)λ的1／20(L≥120m時(shí))或波高等于λ／30+2m(L＜120m時(shí))，船與波的相對(duì)位置是波峰位于船中或波谷位于船中時(shí)，船舶所受到的浮力分布對(duì)船體總縱彎曲強(qiáng)度是最為不利的。②重力的大小和分布:主要決定于船舶的裝載狀態(tài)。在載重分布合理的情況下，船舶滿載出港、滿載到港、壓載出港、壓載到港，船舶重力的分布對(duì)船體總縱彎曲強(qiáng)度都是不利的分布。如果遇到標(biāo)準(zhǔn)波，則作用在船體上的彎曲力矩和剪力有可能達(dá)到最大值。船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)131)作用在船體上的力：無論是航行、停泊，還是在塢內(nèi)，船舶都會(huì)不可避免地受到各種力的作用，歸納起來主要有：重力、浮力、貨物的負(fù)載、水壓力、波浪沖擊力、扭力(如斜浪航行、貨載對(duì)縱中線左右不對(duì)稱等)、冰塊擠壓力、水阻力、推力和機(jī)械震動(dòng)力及塢墩反力等外力的作用，這些力的最終效果就是使船舶產(chǎn)生總縱彎曲、扭轉(zhuǎn)、橫向及局部變形。①總縱彎曲力矩：指作用于船體并使其沿船長(zhǎng)方向發(fā)生彎曲的力矩。由靜水總縱彎矩與波浪總縱彎矩兩部分疊加而成。靜水總縱彎矩：當(dāng)船舶正浮于靜水面上時(shí)，從表面上看，重力與浮力大小相等并處于平衡狀態(tài)，但事實(shí)上組成船體各分段的重力與浮力的最終平衡值通常是不相等的。這種

重力與浮力沿船長(zhǎng)方向的不均勻分布，在產(chǎn)生剪切應(yīng)力的同時(shí)，也產(chǎn)生了總縱彎曲力矩，使船體發(fā)生總縱彎曲。彎矩的最大值在船中附近，向首尾端逐漸減小。船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)14波浪總縱彎矩：同樣使重力與浮力沿船長(zhǎng)方向分布不均勻而產(chǎn)生總縱彎矩。且當(dāng)波長(zhǎng)與船長(zhǎng)相等或接近時(shí)，該彎矩最為顯著，對(duì)船體結(jié)構(gòu)的威脅也最大。對(duì)尾機(jī)型船而言：空載時(shí)中拱，滿載時(shí)中垂。船舶所受的最大剪切應(yīng)力位于距首尾兩端約1/4船長(zhǎng)處。②扭轉(zhuǎn)力矩：發(fā)生在斜浪航行、貨載對(duì)縱中線左右不對(duì)稱時(shí)。船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)15

總縱彎曲力矩和剪力沿船長(zhǎng)方向的分布

作用在船體上的總縱彎曲力矩和剪力沿船長(zhǎng)方向的分布規(guī)律如圖所示。

中拱彎矩剪力安全界限總縱強(qiáng)度主要由甲板板、船底板、縱向骨架形成中和軸xDAB拉應(yīng)力壓應(yīng)力總縱彎曲中離中性軸遠(yuǎn)的位置受拉壓應(yīng)力較大，一般是甲板和外底板受力最大。船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)172.橫向強(qiáng)度、局部強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度1）橫向強(qiáng)度船體橫向強(qiáng)度：指船體抵抗橫向作用力的能力。

圖1-61橫向變形

船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)18橫向作用力：水的側(cè)壓力、橫浪引起的橫搖→肋骨歪斜。

2）局部強(qiáng)度：船體結(jié)構(gòu)抵抗局部外力作用的能力。

船體除發(fā)生整體結(jié)構(gòu)的變形或破壞外，還會(huì)發(fā)生僅在局部外力作用下局部結(jié)構(gòu)的變形或破壞。局部作用力：有波浪沖擊力、推力、機(jī)械震動(dòng)力、機(jī)器與設(shè)備的重力及塢墩反力等外力的作用。船舶抵抗橫向變形，一般是舷側(cè)外板、肋骨、肋板、橫梁等橫向構(gòu)件形成，船舶橫向強(qiáng)度都滿足要求，屬于免檢范圍。船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)202.橫向強(qiáng)度、局部強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度

3）扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度

扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度是指整個(gè)船體結(jié)構(gòu)抵抗扭轉(zhuǎn)變形和破壞的能力。

當(dāng)船舶斜置于波浪中，或首尾貨艙內(nèi)的貨物堆放在不同的舷側(cè)一邊時(shí)，以及由于其它原因產(chǎn)生的首尾左右不對(duì)稱的作用力，都會(huì)使船舶所受到的重力和浮力不能對(duì)稱且均勻地分布，于是會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩，使船體發(fā)生扭曲變形.扭轉(zhuǎn)變形

橫向彎曲-扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度(torsionstrength)波浪使舷側(cè)兩側(cè)橫向壓力不均，使船體出現(xiàn)扭曲扭曲過程中，對(duì)船舶的結(jié)構(gòu)穩(wěn)性造成較大的影響。Container,PCTC（尾跳影響）,BulkCarrier等船型，因無中間甲板，且甲板上有大艙口，要注意船舶的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，必要時(shí)要予以加強(qiáng)。船舶局部因?yàn)槭艿捷^大外載影響，出現(xiàn)一定范圍的高應(yīng)力區(qū)，可能使船舶出現(xiàn)破壞。局部載荷（LocalLoad）上圖都為船舶局部破壞后出現(xiàn)的危機(jī)，尤其以右圖中船舶觸礁后，船底出現(xiàn)破壞。在多數(shù)情況下僅導(dǎo)致船體局部結(jié)構(gòu)破壞;但有時(shí)局部破壞，也會(huì)造成全船斷裂局部載荷(Localstrenss~)波浪拍擊時(shí)作用力較大，主要在船舶首尾波浪會(huì)形成較明顯的沖擊，特別是船舶擱淺時(shí)，會(huì)將船舶繼續(xù)推向淺水區(qū)船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)243.對(duì)船體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與建造要求1)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，保持可靠的水密性，并能滿足營(yíng)運(yùn)上的要求；2)構(gòu)件本身應(yīng)有良好的連續(xù)性，避免應(yīng)力集中，同時(shí)應(yīng)能保證安裝在其上的機(jī)械設(shè)備具有良好的工作性能；3)應(yīng)有合理的施工工藝，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短船臺(tái)建造周期，降低成本；4)充分考慮整個(gè)船體的美觀和今后維修保養(yǎng)的方便性。

船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)25二、船體結(jié)構(gòu)構(gòu)件1)船體結(jié)構(gòu)構(gòu)件：指船體結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)加工單元，如一塊鋼板、一根角鋼都是一個(gè)構(gòu)件。2)結(jié)構(gòu)構(gòu)件分類：（1）按其用途可分為主要構(gòu)件和次要構(gòu)件；（2）按其在船體結(jié)構(gòu)中所承擔(dān)的不同強(qiáng)度作用可分為縱向構(gòu)件和橫向構(gòu)件。船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)261)主要構(gòu)件：船體的主要支撐構(gòu)件稱為主要構(gòu)件，如強(qiáng)肋骨、舷側(cè)縱桁、強(qiáng)橫梁、甲板縱桁、實(shí)肋板、船底桁材、艙壁桁材等。2)次要構(gòu)件：一般是指板的扶強(qiáng)構(gòu)件，如肋骨、縱骨、橫梁、艙壁扶強(qiáng)材、組合肋板的骨材等。3）縱向構(gòu)件：在船體結(jié)構(gòu)中，承擔(dān)總縱彎曲強(qiáng)度的構(gòu)件稱為縱向構(gòu)件，有：甲板縱桁、甲板縱骨、舷側(cè)縱桁、舷側(cè)縱骨、船底縱桁、船底縱骨、中內(nèi)龍骨、旁內(nèi)龍骨、甲板、內(nèi)底板、縱向艙壁、船體外板等。4）橫向構(gòu)件：在船體結(jié)構(gòu)中承擔(dān)橫向強(qiáng)度的構(gòu)件稱為橫向構(gòu)件，有：橫梁、強(qiáng)橫梁、肋骨、肋板、梁肘板、舭肘板、橫艙壁等。船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)27三、船體結(jié)構(gòu)型式

船舶：由主船體、上層建筑和許多其他各種設(shè)備所組成。

船體（主船體）：是指上甲板以下包括船底、舷側(cè)、甲板、艙壁和首尾等結(jié)構(gòu)所組成的水密空心結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)全部由板材和骨架組成，即由鋼板、各種型鋼、鑄件和鍛件等組成。

船體結(jié)構(gòu)形式：按結(jié)構(gòu)中骨架的排列方式可分為橫骨架式船體結(jié)構(gòu)、縱骨架式船體結(jié)構(gòu)和混合骨架式船體結(jié)構(gòu)三種。船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)28船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)29三、船體結(jié)構(gòu)形式1.橫骨架式：主船體中的橫向構(gòu)件排列密，尺寸小，縱向構(gòu)件排列間距大，尺寸大。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、建造容易、橫向強(qiáng)度和局部強(qiáng)度好，艙容利用率較高且便于裝卸，橫向剛性比縱向剛性大?？偪v強(qiáng)度主要由外板、內(nèi)底板、甲板板及縱向構(gòu)件保證，較長(zhǎng)的船則需加厚鋼板來保證總縱強(qiáng)度，因此增加了船舶的自重。主要用于對(duì)總縱強(qiáng)度要求不高的沿海中小型船和內(nèi)河船。

船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)302.縱骨架式：是指主船體中的縱向構(gòu)件排列密尺寸小，橫向構(gòu)件排列間距大尺寸大。由于縱向構(gòu)件的增多大大提高了船體的總縱強(qiáng)度(總縱強(qiáng)度好)，可選用較薄的板材，使船舶自重減輕，但施工建造比較復(fù)雜，由于橫向構(gòu)件尺寸的加大使貨艙艙容得不到充分利用而影響載貨量(艙容利用率低，載貨量相對(duì)減少)，且裝卸不便。該結(jié)構(gòu)常見于大型油船和礦砂船。船舶結(jié)構(gòu)一般知識(shí)313.縱橫混合骨架式：主船體中的一部分結(jié)構(gòu)采用縱骨架式另一部分結(jié)構(gòu)采用橫骨架式。通常船中部位的強(qiáng)力甲板和船底結(jié)構(gòu)因所受的總縱彎矩大，采用縱骨架式，下甲板、舷側(cè)及受總縱彎矩較小，施工不便和波浪沖擊力較大的首、尾部采用橫骨架式結(jié)構(gòu)。左圖船底和上甲板采用了縱骨架式，二層甲板和舷側(cè)采用了橫骨架式結(jié)構(gòu)?；旌瞎羌苁骄C合了縱、橫二種骨架形式的優(yōu)點(diǎn)，既保證了總縱強(qiáng)度，又有較好的橫向強(qiáng)度，同時(shí)也減輕了結(jié)構(gòu)重量，簡(jiǎn)化施工工藝，充分利用了艙容和方便裝卸。但在縱橫構(gòu)件交界處結(jié)構(gòu)的連續(xù)性較差，在