【正文】 第一章 船舶適航性 1 第三節(jié) 船體結(jié)構(gòu)與強度 一、船體強度的基本概念 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) 五、船體首、尾端結(jié)構(gòu) 六、機爐艙結(jié)構(gòu)的加強、基座和軸隧 第一章 船舶適航性 2 一、船體強度的基本概念 船體強度 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)，船體強度可分為 總縱彎曲強度 (即縱向強度 )、橫向強度、局部強度和扭轉(zhuǎn)強度 四種。 第一章 船舶適航性 3 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 、 螺旋槳運轉(zhuǎn)時的水動壓力 、 機器運轉(zhuǎn)時的振動力 、 船舶靠碼頭和裝卸貨物時的碰撞力 、 船舶觸礁 、 擱淺以及進(jìn)塢時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)有可能會發(fā)生各種變形或破壞 。 其中對船體最危險的是由于船舶重力和浮力引起的沿著整個船長方向上發(fā)生的總縱彎曲變形和破壞 。 第一章 船舶適航性 4 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 ， 主要是由于沿船長方向每一點上的 重力和浮力分布不均勻 造成的 。 第一章 船舶適航性 5 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度 ， 簡稱 縱向強度 。 （ 1)總縱彎曲力矩和剪力 由于外力的作用 ， 沿船長方向分布 ， 作用在船體上向上和向下的負(fù)荷 (單位船長上重力和浮力的差值 )， 將會產(chǎn)生一種沿船長各區(qū)段上下參差不齊的變形趨勢和縱向彎曲變形趨勢 ， 這種趨勢構(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)部上下移動趨勢構(gòu)成的內(nèi)力 ， 稱為 剪力 ；另一種是由彎曲變形趨勢引起的內(nèi)力 ， 稱為 彎曲力矩 。 第一章 船舶適航性 6 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 。 第一章 船舶適航性 7 2）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 λ 等于船長 L，波高 H等于波長 λ 的 1／ 20( L≥ 120m時 )或波高等于 λ ／30+2m(L＜ 120m時 )， 船與波的相對位置是 波峰位于船中或波谷位于船中 時 ， 船舶所受到的浮力分布對船體總縱彎曲強度是最為不利的 。 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 ， 船舶重力的分布對船體總縱彎曲強度都是不利的分布 。 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 。 第一章 船舶適航性 8 1)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、貨載對縱中線左右不對稱等 )、冰塊擠壓力、水阻力、推力和機械震動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，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 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 重力與浮力沿船長方向的不均勻分 布，在產(chǎn)生剪切應(yīng)力的同時，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。 第一章 船舶適航性 9 波浪總縱彎矩： 同樣使重力與浮力沿船長方向分布不均勻而產(chǎn)生總縱彎矩。且當(dāng)波長與船長相等或接近時，該彎矩最為顯著，對船體結(jié)構(gòu)的威脅也最大。 對尾機型船而言： 空載時中拱，滿載時中垂。船舶所受的最大剪切應(yīng)力位于距首尾兩端約 1/4船長處。 ② 扭轉(zhuǎn)力矩： 發(fā)生在 斜浪航 行、貨載對縱中線左右不 對稱時。 第一章 船舶適航性 10 （ 4)總縱彎曲力矩和剪力沿船長方向的分布 作用在船體上的總縱彎曲力矩和剪力沿船長方向的 分布規(guī)律 如圖 160所示 。 第一章 船舶適航性 11 、局部強度和扭轉(zhuǎn)強度 1） 橫向強度 船體 橫向強度 ：指船體抵抗橫向作用力的能力 。 圖 161 橫向變形 第一章 船舶適航性 12 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、機械震動力、機器與設(shè)備的重力及塢墩反力 等外力的作用。 第一章 船舶適航性 13 、局部強度和扭轉(zhuǎn)強度 3） 扭轉(zhuǎn)強度 扭轉(zhuǎn)強度 是指整個船體結(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 ， 以及由于其它原因產(chǎn)生的首尾左右不對稱的作用力 ， 都會使船舶所受到的重力和浮力不能對稱且均勻地分布 ， 于是會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩 ， 使船體發(fā)生扭曲變形 . 圖 162 扭轉(zhuǎn)變形 第一章 船舶適航性 14 1)具有 足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性 ，保持可靠的水密性，并能滿足營運上的要求； 2)構(gòu)件本身 應(yīng)有良好的連續(xù)性，避免應(yīng)力集中 ，同時應(yīng)能保證安裝在其上的機械設(shè)備具有良好的工作性能； 3)應(yīng)有 合理 的施工工藝 ， 以提高勞動生 產(chǎn)率，減輕勞 動強度，縮短 船臺建造周期， 降低成本； 4)充分考慮整 個 船體的美觀 和今后維修 保 養(yǎng)的方便性 。 第一章 船舶適航性 15 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)中的每一個加工單元，如一塊鋼板、一根角鋼都是一個構(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)的不同強度作用可分為 縱向構(gòu)件和橫向構(gòu)件 。 第一章 船舶適航性 16 1)主要構(gòu)件： 船體的主要支撐構(gòu)件稱為主要構(gòu)件 ， 如強肋骨 、 舷側(cè)縱桁 、 強橫梁 、 甲板縱桁 、 實肋板 、船底桁材 、 艙壁桁材等 。 2)次要構(gòu)件： 一般是指板的扶強構(gòu)件 ， 如肋骨 、 縱骨 、 橫梁 、 艙壁扶強材 、 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)橫向強度的構(gòu)件稱為橫向構(gòu)件 ， 有：橫梁 、 強橫梁 、 肋骨 、 肋板 、 梁肘板 、 舭肘板 、 橫艙壁等 。 第一章 船舶適航性 17 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 。 第一章 船舶適航性 18 三、船體結(jié)構(gòu)形式 ： 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)簡單、建造容易、橫向強 度和局部強度好，艙容利用 率較高且便于裝卸，橫向剛 性比縱向剛性大。總縱強度 主要由外板、內(nèi)底板、甲板 板及縱向構(gòu)件保證，較長的 船則需加厚鋼板來保證總縱 強度，因此增加了船舶的自 重。主要用于對總縱強度要 求不高的沿海中小型船和內(nèi) 河船。 第一章 船舶適航性 19 ： 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 了船體的總縱強度 (總 縱強度好 )，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， 載貨量相對減少 )，且裝 卸不便。該結(jié)構(gòu) 常見于 大型油船和礦砂船。 第一章 船舶適航性 20 ： 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)。 混合骨架式 綜合 了縱、橫二種 骨架形式的優(yōu)點，既保證了總 縱強度，又有較好的橫向強度， 同時也減輕了結(jié)構(gòu)重量，簡化 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，在連接 節(jié)處易產(chǎn)生較