第五章船舶強(qiáng)度

第五章船舶強(qiáng)度教學(xué)要求1.掌握船舶強(qiáng)度的概念和種類；2.理解船舶產(chǎn)生縱向變形的原因、拱垂變形與彎矩的關(guān)系；3.掌握利用縱強(qiáng)度曲線圖、載荷彎矩許用力矩表進(jìn)行船體縱強(qiáng)度校核的方法以及船體縱向變形的經(jīng)驗(yàn)校核方法；4.了解船體布置對船體縱向受力的影響；5.掌握改善和保證船舶縱向強(qiáng)度的具體做法。6.掌握船舶局部強(qiáng)度的校核方法和保證船舶局部強(qiáng)度不受損傷的措施。學(xué)時：4學(xué)時重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)船舶總縱強(qiáng)度的表示和校核方法；船舶局部強(qiáng)度的表示和校核方法；保證船舶總縱強(qiáng)度和局部強(qiáng)度的措施。難點(diǎn)船舶總縱強(qiáng)度的表示和校核方法；船舶局部強(qiáng)度的表示和校核方法。第五章、保證船舶強(qiáng)度船體強(qiáng)度：Strengthofship。船體結(jié)構(gòu)在規(guī)定外力作用下具有抵抗發(fā)生極度變形和損壞的能力。船體強(qiáng)度的分類：總強(qiáng)度：縱向強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、橫向強(qiáng)度局部強(qiáng)度

對于營運(yùn)船舶：主要考慮縱向強(qiáng)度和局部強(qiáng)度。船舶橫向強(qiáng)度一般都滿足要求，無需校核。扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度是針對大開口艙口船舶，如集裝箱船（問：集裝箱船設(shè)置雙層船殼的目的）如此總強(qiáng)度主要考慮縱向強(qiáng)度，故稱總縱強(qiáng)度第一節(jié)保證船舶的總縱強(qiáng)度一、總縱強(qiáng)度概述縱向強(qiáng)度(Longitudinalstrengthofship)船體結(jié)構(gòu)所具有的抵御因重力和浮力沿縱向分布不一致而造成的極度變形或損壞的能力。一、總縱強(qiáng)度概述整體平衡縱向各艙不平衡7

GBG1B1B2G3B3G4B4G5B5GRBRG6B6一、總縱強(qiáng)度概述

1．船體受力及其分布：如圖5-11、船體受力及其分布2．橫剖面上的切力和彎矩切力和彎矩分布曲線：如圖5-22．橫剖面上的切力和彎矩剪力：Shearforce

在數(shù)值上，縱向各橫剖面上的剪力等于該剖面首向或尾向一側(cè)所受重力和浮力的差值。當(dāng)剖面船尾一側(cè)的船體所受的重力大于浮力時，剖面上的切力為正；反之為負(fù)。經(jīng)驗(yàn)表明，剪力絕對值的最大值一般出現(xiàn)在距船舶首尾1/4船長處。船舶首尾端和船中附近，剪力為零。2．橫剖面上的切力和彎矩彎矩：Bendingmoment。重力對剖面所取的力矩大于浮力對剖面所取的力矩，M（x）為（+）；反之M（x）為（-）。當(dāng)首尾部重力大于浮力而中部浮力大于重力時，所出現(xiàn)的彎曲變形稱為中拱。此時對應(yīng)的彎矩曲線為正。反之為負(fù)。彎矩絕對值的最大值一般出現(xiàn)在船中處。（此時對應(yīng)點(diǎn)的剪力為零）。首尾端彎矩為零。

3．剪切變形與彎曲變形：剪切變形：船體受到切力作用使其構(gòu)件產(chǎn)生垂向位移的變形。a、剪切變形—微小長度的船體在切力作用下所發(fā)生的變形b、彎曲變形—微小長度的船體在彎矩作用下所發(fā)生的變形3．剪切變形與彎曲變形：a、剪切變形—微小長度的船體在切力作用下所發(fā)生的變形b、彎曲變形—微小長度的船體在彎矩作用下所發(fā)生的變形3．剪切變形與彎曲變形彎曲變形：船體受到彎矩作用使其縱向構(gòu)件產(chǎn)生的彎曲變形。彎曲應(yīng)力：船體構(gòu)件單位橫剖面面積上所受到的彎矩。3．剪切變形與彎曲變形拱垂變形：船體發(fā)生的總縱彎曲變形。中拱變形：Hogging當(dāng)船舶首尾部重力大于浮力而中部浮力大于重力時的船體彎曲變形。此時甲板受拉，船底受壓。當(dāng)波峰在船中時，中拱變形最大。

3．剪切變形與彎曲變形中垂變形：Sagging當(dāng)船舶中部重力大于浮力而首尾部浮力大于重力時的船體彎曲變形。此時甲板受壓，船底受拉。當(dāng)波谷在船中時，中垂變形最大。3．剪切變形與彎曲變形波浪中航行的彎矩變形：當(dāng)波長=船長19

中拱船船中位于波峰，中拱加大中垂船船中位于波谷，中垂加大4、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度Torsionstrength

1）概念2）產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形的原因·船體斜置于波浪：影響最大·船舶橫搖·裝卸貨物集裝箱船和固體散貨船：艙口寬大、無中間甲板，扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度應(yīng)予以強(qiáng)固（雙層船殼）

5．改善船體強(qiáng)度的策略1）船舶設(shè)計(jì)建造方面：合理選擇結(jié)構(gòu)材料、尺寸和布局。2）貨物積載方面：保證貨物及其它載重沿縱向分布的合理性。二、船體總縱強(qiáng)度校核

1、船中實(shí)際靜水彎矩校核和強(qiáng)度曲線圖（1）依據(jù)我國《鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范》（1989年以前版本）要求船中處的甲板剖面模數(shù)不小于根據(jù)靜水彎矩和波浪附加彎矩計(jì)算的臨界值。Wd—船中處的甲板剖面模數(shù)，特定船舶為一個確定值。（船體橫剖面水平中和軸的面積慣性矩除以剖面內(nèi)計(jì)算點(diǎn)到該中和軸的距離所得的值）[σc]—材料的合成許用應(yīng)力（拉力），取155MPa。Mw—《規(guī)范》規(guī)定的波浪彎矩，特定船舶為一個特定值。M’s—船中處的靜水彎矩。甲板剖面模數(shù)wd和艙底板剖面模數(shù)wb彎曲應(yīng)力1、船中實(shí)際靜水彎矩校核和強(qiáng)度曲線圖Ml—空船重量對船中所取的重量彎矩，特定船舶為一個特定值。Mb—正浮時的浮力對船中所取的彎矩，為平均吃水的函數(shù)。Σ|PiXi|—載荷對中彎矩，總載重量的各個組成部分對船中所取的力矩。（9.81KN.m）1、船中實(shí)際靜水彎矩校核和強(qiáng)度曲線圖營運(yùn)中的船舶：甲板剖面模數(shù)每年扣除腐蝕量：0.4%--0.6%5年以下取下限10年以上取上限強(qiáng)度曲線圖如圖5-5縱坐標(biāo)∑︱PiXi︱?yàn)榭傒d重量的各個組成部分對船中所取的力矩的絕對值之和。橫坐標(biāo)為平均型吃水。2、強(qiáng)度曲線的使用2、強(qiáng)度曲線圖的使用步驟（1）在dm處作垂直于橫坐標(biāo)的垂直線（2）計(jì)算∑︱PiXi︱，作垂直于縱坐標(biāo)的水平線（3）上述垂直線與水平線相交于一點(diǎn)。據(jù)此判斷船體變形的方向和范圍。點(diǎn)劃線虛線實(shí)線點(diǎn)劃線和虛線之間：有利范圍虛線和實(shí)線之間：允許范圍實(shí)線之外：危險范圍點(diǎn)劃線左上方：中拱范圍點(diǎn)劃線右下方：中垂范圍3、船舶總縱彎曲變形的判斷根據(jù)實(shí)船吃水判斷拱垂值：δ=|dж-dm|(m)δ的范圍船舶強(qiáng)度狀況結(jié)果δ＜Lbp/1200正常范圍可以開航δ=Lbp/1200～Lbp/800極限范圍只允許在好天氣時開航δ=Lbp/800～Lbp/600危險范圍不能開航δ＞Lbp/600危險值不允許長時間存在船舶總縱彎曲變形的判斷三、船舶總體布置對總縱彎曲變形的影響：

1．中機(jī)船特點(diǎn)：重載：中拱變形較大壓載：輕微中拱或中垂措施：貨物：中區(qū)多裝，中途少卸油水：裝時先中部，后首尾；用時相反深艙：盡量不空三、船舶總體布置對總縱彎曲變形的影響2．尾機(jī)船特點(diǎn)：重載：大型船有中垂；普通船有輕微中拱或中垂壓載：中拱變形較大措施：壓載：中區(qū)為主，不單獨(dú)使用首尾油水：裝時先中部，后首尾；用時相反深艙：中部壓載三、船舶總體布置對總縱彎曲變形的影響3．中尾機(jī)船特點(diǎn)：介于以上兩者之間措施：滿載同中機(jī)船，空載同尾機(jī)船空載（壓載）中拱大。四、保證船舶總縱強(qiáng)度滿足要求的措施1．用經(jīng)驗(yàn)方法控制船體的總縱變形：方法：按艙容比分配各貨艙的貨物的重量。各貨艙裝貨重量的計(jì)算公式：

（t）調(diào)整值約為10Pi%四、保證船舶總縱強(qiáng)度滿足要求的措施2.在安排貨物重量沿船舶縱向分布時，還應(yīng)考慮的因素：（1）貨物裝卸過程中（2）中途港裝卸貨物后（3）油水分布及使用合理壓載、波浪中航行方法等3.根據(jù)不同的船舶布置形式，合理地選配和使用油水

船型裝載狀態(tài)縱向變形油水分配及使用中機(jī)船空載中垂盡量配于首尾，先用中部中機(jī)船滿載中拱盡量配于中部，先用首尾尾機(jī)船空載中拱盡量配于中部，先用首尾尾機(jī)船滿載中垂盡量配于首尾，先用中部中尾機(jī)船空、滿載中拱盡量配于中部，先用首尾第二節(jié)、保證船舶局部強(qiáng)度船舶局部強(qiáng)度條件的概念局部強(qiáng)度(localstrength)：船體結(jié)構(gòu)具有抵抗在局部外力作用下產(chǎn)生的局部極度變形或損壞的能力。重點(diǎn)考慮的船體局部位置：甲板、平臺、艙底、艙口、首尾等。船舶必須滿足局部強(qiáng)度條件。

第二節(jié)、保證船舶局部強(qiáng)度一、表示船體局部強(qiáng)度的指標(biāo)1、均布載荷

均布載荷是指船舶不同載貨部位單位面積允許承受的最大重量，單位為KPa2、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，單位為KN。這一特定面積是指向該區(qū)域下的承重構(gòu)件（如甲板縱桁）施加集中壓力的骨材（如橫梁）之間的面積。

一、表示船體局部強(qiáng)度的指標(biāo)一、表示船體局部強(qiáng)度的指標(biāo)3、車輛甲板負(fù)荷車輛甲板載荷指在艙蓋、甲板或艙內(nèi)裝載車輛或使用車輛裝卸貨物時，甲板、艙蓋或內(nèi)底板允許承受的以特定車輪數(shù)目為前提的車輛及所載貨物的總重量。4、堆積負(fù)荷堆積負(fù)荷是指集裝箱船的甲板、艙蓋或艙底上不同的20‘或40’集裝箱底座所能承受的最大重量。堆積負(fù)荷二、確定均布載荷的經(jīng)驗(yàn)方法

（缺乏資料時用）

1、上甲板式中： Hc——甲板設(shè)計(jì)堆貨高度，重結(jié)構(gòu)船取1.5m，輕結(jié)構(gòu)船取1.2m；γc——船舶設(shè)計(jì)時選用的貨物裝載率，即艙內(nèi)貨物重量與艙容的比率，（t/m3）μ——該船的設(shè)計(jì)艙容系數(shù)，（m3/t）。二、確定均布載荷的經(jīng)驗(yàn)方法

（缺乏資料時用）2、中間甲板和艙底式中： Hd—二層艙或底艙的高度（m）γc—設(shè)計(jì)裝載率,無資料時可取γc＝0.72t/m3三、船體局部強(qiáng)度條件的校核步驟：

1、雜貨船1)計(jì)算確定單位面積的實(shí)際負(fù)荷量Pd

式中： Hci——自下而上第i層貨物之貨堆高度（m）SFi——該層貨物的積載因數(shù)（m3/t）2)計(jì)算確定擬裝部位的擬裝貨物重量∑P’以及貨物底部所跨過的骨材間距數(shù)目n

3）確認(rèn)滿足船體局部強(qiáng)度條件：式中，pd和P分別為該部位的均布載荷和集中載荷

三、船體局部強(qiáng)度條件的校核步驟：2、集裝箱船1)根據(jù)船舶資料查取具體裝載位置集裝箱底座上的堆積負(fù)荷Ps

2)根據(jù)積載計(jì)劃計(jì)算確定堆裝在該底座上的各層集裝箱重量之和Pc

式中： Pi——自下而上第i層集裝箱的總重量（t）3)比較。若Pc<=Ps，則該底座局部結(jié)構(gòu)的安全有保證四、保證滿足船舶局部強(qiáng)度條件的措施1）考慮船齡2）加橫跨骨材的襯墊3）艙蓋上不裝重貨4）注意局部強(qiáng)度的校核例題：某輪No.2貨艙二層艙擬裝鋼板（SF=0.45m3/t）,堆高2m，底艙先裝一層鋼管（SF=1.6m3/t）,堆高4m，再裝一層箱貨（SF=0.9m3/t）,堆高2.5m。已知二層艙高3.5m，底艙艙高8m。試校核該艙的局部強(qiáng)度。

例題解：底艙的許用負(fù)荷：Pd1=0.72×Hd1=0.72×8=5.76m3/t=7.06×Hd1=7.06×8=56.51kPa二層艙的許用負(fù)荷：Pd2=0.72×Hd2=0.72×3.5=2.52m3/t=7.06×Hd2=7.06×3.5=24.72kPa例題底艙的實(shí)際負(fù)荷：P1=H11/SF11+H12/SF12=4/1.6+2.5/0.9=5.27m3/t=51.7kPa二層艙的實(shí)際負(fù)荷：P2=H2/SF2=2/0.45=4.41m3/t=43.56kPa底艙：因?yàn)镻1＜Pd1，滿足局部強(qiáng)度要求；二層艙：因?yàn)镻2＞Pd2，不滿足局部強(qiáng)度要求

總結(jié)1.掌握船舶強(qiáng)度的概念和種類2.船舶產(chǎn)生縱向變形的原因、拱垂變形與彎矩的關(guān)系；3.縱強(qiáng)度曲線圖、載荷彎矩許用力矩表進(jìn)行船體縱強(qiáng)度校核的方法以及船體縱向變形的經(jīng)驗(yàn)校核方法；4.船體布置對船體縱向受力的影響；5.保證船舶縱向強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)方法。6.掌握船舶局部強(qiáng)度的校核方法。第5章檢測題波谷在船中時，船舶的受力情況是：A.甲板受拉，船底受拉B．甲板受拉，船底受壓C．甲板受壓，船底受壓D．甲板受壓，船底受拉第5章檢測題船舶強(qiáng)度曲線圖中，點(diǎn)劃線右側(cè)的區(qū)域，表示船舶在______中呈______變形。DA．波浪，中拱B．靜水，中拱C．波浪，中垂D．靜水，中垂第5章檢測題已知某船裝載后，首吃水8.5米,尾吃水9.5米,中部吃水8.90米,則該船呈________變形，其值為________厘米。DA．中拱，5B．中垂，5C．中拱，10D．中垂，10第5章檢測題尾機(jī)型船在空船壓載航行時為減緩縱向變形，在油水安排及使用時，應(yīng)采取的措施有：AA．先裝中部，后裝首尾部，先用首尾部油水B．先裝首尾部，后裝中部，先用首尾部油水C．先裝中部，后裝首尾部，先用中部油水D．先裝首尾部，后裝中部，先用首尾部油水第5章檢測題根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，正常的中拱或中垂數(shù)據(jù)為型長的：BA．1/600B．1/800C．1/1000D．1/1200第5章檢測題利用強(qiáng)度曲線進(jìn)行強(qiáng)度校核時，強(qiáng)度曲線圖的縱坐標(biāo)表示：AA．載荷（不包括空船重量）對船中力矩的絕對值B．載荷（包括空船重量）對船中力矩的絕對值C．船舶所受的靜水彎矩D．船舶所受的波浪彎矩第5章檢測題某輪的Lbp=120m,中部平均吃水dm=9.0m,首尾平均吃水dm=8.0m,則拱垂變形為D_________。A.有利范圍內(nèi) B.正常范圍內(nèi)C.極限范圍內(nèi) D.危險范圍內(nèi)第5章檢測題某船在實(shí)際裝載時由計(jì)算靜水彎矩Ms/值為負(fù)值，若Ms/的絕對值小于該船允許承受的最大靜水彎矩Ms則說明該船：CA、處于中拱狀態(tài)，強(qiáng)度不受損；B、處于中拱狀態(tài)，強(qiáng)度受損；C、處于中垂?fàn)顟B(tài)，強(qiáng)度不受損；D、處于中后期狀態(tài)，強(qiáng)度受損第5章檢測題在船舶強(qiáng)度曲線圖中位于點(diǎn)劃線與虛線之間的區(qū)域表示：AA、