船舶結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)-第3章

（2）船體梁概念總強(qiáng)度計(jì)算時(shí)把空心薄壁結(jié)構(gòu)看作一根實(shí)心梁，稱為等值梁或船體梁，即認(rèn)為甲板、底板和船側(cè)等結(jié)構(gòu)組成近似的工字型材剖面。把空心薄壁結(jié)構(gòu)的船體看作一根梁，可行嗎？2.計(jì)算剖面選擇

M和I與剖面位置有關(guān)。最大彎矩一般在船中，剖面一般選擇船中附近最薄弱剖面。一般艙口內(nèi)剖面薄弱。3.船體剖面模數(shù)

給定剖面，Z越大W越小。彎矩一定時(shí)，剖面模數(shù)越小，彎曲應(yīng)力越大。甲板剖面模數(shù)Wd和船底剖面模數(shù)Wb

一般，甲板剖面模數(shù)小,船底剖面模數(shù)大，甲板總彎曲應(yīng)力大。船體剖面模數(shù)是表征船體結(jié)構(gòu)抵抗彎曲變形能力的一種幾何特征，也是衡量船體強(qiáng)度的一個(gè)重要標(biāo)志。4.船體剖面幾何特性計(jì)算船體剖面幾何特性——剖面慣性矩和剖面模數(shù)船體剖面實(shí)際是一個(gè)復(fù)雜的組合剖面，因此船體剖面特性計(jì)算采用組合剖面特性計(jì)算方法。船體剖面特性計(jì)算應(yīng)包括哪些構(gòu)件？縱向強(qiáng)力構(gòu)件——縱向連續(xù)并能夠有效地傳遞抗總縱彎曲應(yīng)力的構(gòu)件，即船中0.4L范圍內(nèi)縱向連續(xù)構(gòu)件。如，甲板、外板、內(nèi)底板、縱骨和縱桁等。

——只能包括縱向強(qiáng)力構(gòu)件！船體梁剖面特性計(jì)算原理同簡(jiǎn)單型材（如工字型材）計(jì)算，可列表計(jì)算。構(gòu)件尺寸m×mm面積a(m2)高度h(m)一次矩ah二次矩ah2自身慣性矩i(m4)強(qiáng)力甲板2.5×140.0359.00.31502.835強(qiáng)力甲板邊板1.5×160.0249.00.21601.944強(qiáng)力甲板縱骨160×14/40×140.00848.90.07480.666舷頂列板1.0×160.01608.50.13601.1560.001舷側(cè)外板7.2×140.10084.40.44351.9510.435下甲板4.0×120.04805.50.26401.452舭列板R0.8,140.01760.290.00510.0010.001內(nèi)底板6.5×140.09101.00.09100.091內(nèi)底邊板1.5×160.02401.00.02400.024內(nèi)底縱骨200×10/66×150.01500.860.01290.011旁縱桁1.0×120.02400.50.01200.006中縱桁1.0×60.00600.50.00300.0010.002外底板7.2×140.10080000.001外底縱骨200×10/66×150.01500.140.00210.000上甲板縱桁腹板0.5×250.01258.750.10940.957上甲板縱桁面板0.4×250.01008.50.0850.723下甲板縱桁腹板0.5×250.01255.250.06560.346下甲板縱桁面板0.5×250.01005.00.050.25半剖面總和0.57061.909412.4140.440船體剖面左右對(duì)稱，先計(jì)算半個(gè)剖面，然后再乘2。中和軸高度：

半剖面對(duì)基線慣性矩：Izz=12.414+0.440=12.854m3整剖面特性：面積：A=2×0.5706=1.142m2對(duì)中和軸慣性矩：

I=2

(12.854-0.5706×3.3462)=12.93m4對(duì)甲板剖面模數(shù):

Wd=12.93/(9.000－3.346)=2.287m3對(duì)船底剖面模數(shù):

Wb=12.93/3.346=3.864m3縱向強(qiáng)力構(gòu)件上有開口，計(jì)算時(shí)應(yīng)扣除嗎？中國(guó)規(guī)范規(guī)定計(jì)算船體梁剖面模數(shù)時(shí)開口扣除要求，如：①如甲板開口長(zhǎng)度(首尾方向)超過(guò)2.5m，或者寬度超過(guò)1.2m

或0.04B(取其較小者)，應(yīng)扣除其剖面積。②若縱骨或縱桁的開孔(如減輕孔、流水孔、焊縫處的單個(gè)扇形孔)高度不超過(guò)腹板高度的25%，則在計(jì)算船體梁剖面模數(shù)時(shí)不必扣除其面積。4.總彎曲應(yīng)力計(jì)算（1）彎曲應(yīng)力總彎曲應(yīng)力計(jì)算公式：

已知MS=－140100

kN.mMW=－202800kN.mM=MS

+MW

=－（140100+202800）

=－342900kN.m

（中垂）如果MW=+202800kN.m，M=？下甲板應(yīng)力：

船底板應(yīng)力：直接利用甲板模數(shù)計(jì)算主甲板總彎曲應(yīng)力：

如何校核總強(qiáng)度？找出最大總彎矩計(jì)算最大彎曲應(yīng)力與許用應(yīng)力比較第2節(jié)總彎曲時(shí)剪應(yīng)力計(jì)算1剪應(yīng)力計(jì)算

剪切應(yīng)力公式：

其中：N為計(jì)算剖面剪力；

S為求剪應(yīng)力點(diǎn)一側(cè)剖面積對(duì)中和軸靜力矩；

t

為求剪應(yīng)力點(diǎn)板的總厚度。對(duì)指定剖面，N和I是一定值，剪應(yīng)力隨S

/t變化。一般情況，中和軸處船側(cè)板應(yīng)力最大。

總剪力N=12100kN,中和軸之上剖面積對(duì)中和軸的靜矩S=0.832m3,中和軸處船側(cè)板總厚度t=0.028m。

靜力矩計(jì)算構(gòu)件尺寸m×mm面積a(m2)高度h(m)距中和軸h-3.346一次矩m3強(qiáng)力甲板2.5×140.0359.05.6540.198強(qiáng)力甲板邊板1.5×160.0249.05.6540.136強(qiáng)力甲板縱骨160×14/40×140.00848.95.5540.047舷頂列板1.0×160.01608.55.1540.082舷側(cè)外板7.2×140.10084.41.0540.106下甲板4.0×120.04805.52.1540.103上甲板縱桁腹板0.5×250.01258.755.4040.068上甲板縱桁面板0.4×250.01008.55.1540.051下甲板縱桁腹板0.5×250.01255.251.9040.024下甲板縱桁面板0.5×250.01005.01.6540.017總和N=0.8322開式剖面結(jié)構(gòu)和閉式剖面結(jié)構(gòu)

開式剖面結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力直接按上述公式計(jì)算。

閉式剖面結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力按上述公式計(jì)算結(jié)果不太準(zhǔn)確，應(yīng)按照剪流理論計(jì)算。規(guī)范給出典型船體剖面類型剪應(yīng)力計(jì)算公式。作業(yè)1.方駁剖面如圖，型寬8m，型深2.5m，甲板、舷側(cè)和縱壁板厚10mm，底板厚12mm，甲板縱桁300×10/150×12(T)，底縱桁400×10/150×12(T)，計(jì)算中剖面對(duì)甲板和船底模數(shù)。2.如果中垂靜水彎矩MS＝－6210kN.m，分別計(jì)算甲板和船底板總彎曲應(yīng)力。第3節(jié)許用應(yīng)力許用應(yīng)力：在預(yù)計(jì)的各種工況下，船體結(jié)構(gòu)所容許承受的最大應(yīng)力值。中國(guó)規(guī)范規(guī)定:許用總彎曲應(yīng)力：[σ]=175/K，N/mm2許用剪切應(yīng)力：[σ]=110/K，N/mm2K——材料換算系數(shù)按照規(guī)范的許用應(yīng)力校核強(qiáng)度，靜水彎矩、波浪彎矩，總彎曲應(yīng)力、剪切應(yīng)力等也必須按照規(guī)范規(guī)定的方法計(jì)算，這樣強(qiáng)度比較才有意義。第4節(jié)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性——屈曲強(qiáng)度校核

船體在彎曲過(guò)程中，受壓作用的構(gòu)件并不一定能保持穩(wěn)定，充分發(fā)揮作用。如果不能充分發(fā)揮作用，則船體的抗彎能力將打折扣。

（1）受壓作用構(gòu)件破壞形式屈服破壞——塑性變形失穩(wěn)破壞——屈曲破壞①受壓桿的屈曲破壞②受壓板格的屈曲破壞

縱骨理想彈性桿屈曲應(yīng)力計(jì)算——兩端簡(jiǎn)支單跨桿歐拉應(yīng)力:其中:i——包括帶板的骨材剖面慣性矩；

（2）桿件穩(wěn)定性及臨界應(yīng)力計(jì)算例題甲板結(jié)構(gòu)，強(qiáng)橫梁間距2.4m，縱骨間距0.8m，甲板厚14mm，縱骨16b球扁鋼，材料屈服應(yīng)力σs=235N/mm2，E=2.06×105N/mm2。

16b球扁鋼剖面積21.16cm2，自身慣性矩527cm4，重心軸9.75cm。包括帶板的剖面慣性矩2489cm4。

歐拉應(yīng)力超過(guò)屈服極限，修正后得臨界（屈曲）應(yīng)力。當(dāng)壓縮應(yīng)力達(dá)到σcr=214N/mm2時(shí)，甲板縱骨連同帶板將發(fā)生像壓桿一樣的失穩(wěn)。（3）板的穩(wěn)定性及臨界應(yīng)力計(jì)算縱、橫骨架式板格

甲板和船底板歐拉應(yīng)力按四邊自由支持，單向受壓板計(jì)算。①縱骨架式甲板：②橫骨架式甲板：由于③四邊受剪應(yīng)力作用板歐拉應(yīng)力：

板歐拉應(yīng)力與板厚度和短邊寬度有關(guān)。橫骨架式板歐拉應(yīng)力約為縱骨架板格的四分之一。哪種骨架形式甲板穩(wěn)定性好?“瑪麗”號(hào)事故？橫骨架式板歐拉應(yīng)力近似為：例題中甲板板格

甲板板格臨界應(yīng)力σcr=179N/mm2臨界應(yīng)力計(jì)算校核骨材和板的穩(wěn)性時(shí)，一般先按理想彈性材料來(lái)計(jì)算，然后考慮超出胡克定律的影響，最后得到判斷構(gòu)件是否失穩(wěn)的臨界失穩(wěn)應(yīng)力。（4）中國(guó)船級(jí)社《鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范》屈曲強(qiáng)度計(jì)算船長(zhǎng)大于等于90m

的船舶，受船體梁彎曲和剪切應(yīng)力作用的板格及縱向構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行屈曲強(qiáng)度校核。①

柱屈曲模式縱骨理想彈性屈曲應(yīng)力：式中：Ia

——縱骨慣性矩，cm4；包括帶板；

A——縱骨橫截面面積，cm2，包括帶板；

l——縱骨跨距，m。該式實(shí)際由壓桿穩(wěn)定的歐拉公式推導(dǎo)出：②受壓板格的理想彈性屈曲應(yīng)力：式中：E——材料彈性模量，N/mm2；s——板格的短邊長(zhǎng)度，m；tb——板的厚度，mm；KC——系數(shù)：對(duì)于與縱骨架式板:KC≈4

對(duì)于橫骨架式板:KC≈1注意規(guī)范規(guī)定的單位！如何衡量板和縱骨是否滿足屈曲強(qiáng)度要求