【正文】 ，那時已經(jīng)出現(xiàn)很多修正，并對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題給予了更多的重要關(guān)注。最初建立的規(guī)范很大程度上是憑借經(jīng)驗(yàn)的。結(jié)構(gòu)尺寸實(shí)踐中證明是足夠的，這種確定尺寸的方法可以說目前仍然存在勞氏船級社搜集船舶意外事故數(shù)據(jù)，通過對這些數(shù)據(jù)分析二給出那些地方需要修改的建議。這個經(jīng)驗(yàn)過程當(dāng)然也由船級社的研究工作所支持，還有就是與其它研究結(jié)構(gòu)合作。 為了確得 根據(jù)規(guī)范建造的船舶能滿足最高標(biāo)準(zhǔn)要求，檢驗(yàn)工作伴隨著船的一生都在進(jìn)行。首先，鋼船大約一年（間隔期）檢驗(yàn) 1次。這些年度檢驗(yàn)處理相對先得項目。這些項目要求年度檢驗(yàn)，也要求驗(yàn)證船兩舷的干舷標(biāo)志。更深入的檢驗(yàn)稱為特別檢驗(yàn)，在船舶生命周期內(nèi)沒 4年檢驗(yàn) 1次，這些檢驗(yàn)包括年度檢驗(yàn)的項目是結(jié)構(gòu)尺寸，因?yàn)楦g越來越嚴(yán)重。例如，由于此原因而導(dǎo)致的板材厚度減小的地方，需要更換。在這里不可能詳細(xì)的列舉這些特別檢驗(yàn)的要求，它所在勞氏船級社鋼質(zhì)船入級與建造規(guī)范中有詳細(xì)說明。 這里對勞氏船級社的起源于發(fā)展作了一個簡要的概述，更詳細(xì) 的資料早 Archer的論文中可以找到，推薦讀者去研究規(guī)范和船名錄，以增加在此討論的讀者內(nèi)容。 勞氏船級社是最古老的船級社?，F(xiàn)在世界上其他的船級社的發(fā)展基本上也是類似的形式，這些船級社有 BV（法國） DNV(挪威 )、 ABS(美國 )、 GR(德國勞氏 )、 RIV（意大利）和 NKK(日本 )。這些船級社現(xiàn)在相互協(xié)商，在入級和發(fā)展、改進(jìn)的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)方面的共同利益取得一致。國際船級社協(xié)會（ IACS）開展咨詢活動。盡管船級社的主要功能還是船級社，但是他們現(xiàn)在做的要比這些更多。在特殊的結(jié)構(gòu)布置方面給船東和建造者一些忠告，并且總是 準(zhǔn)備審查任何新的建議，最近一些年中他們還在改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計于新的方面上發(fā)揮作用，在這些行動中，在致力于安全船舶設(shè)計改進(jìn)船體結(jié)構(gòu)中履行重要職責(zé)。 船級社業(yè)務(wù)以拓展到其它海上結(jié)構(gòu)如鉆井設(shè)備，有些船級社還在陸地結(jié)構(gòu)中做了大量工作。 政府機(jī)構(gòu) 關(guān)于船舶安全的立法是船舶登記國政府的責(zé)任。在英國這項工作最初由同業(yè)公會來執(zhí)行，而現(xiàn)在由貿(mào)易部來做。該部被授權(quán)制造一系列商船運(yùn)輸法，這些法規(guī)有100多年的歷史。貿(mào)易部雇傭一些檢驗(yàn)員檢查船舶，以核實(shí)這些船是根據(jù)其規(guī)范建造的，該部關(guān)注的事項有：載重線；噸位；船長及船員 生活區(qū)；客船的水密分隔；就生設(shè)備；散糧運(yùn)輸；危險貨物。這些專題的一部分現(xiàn)在是國際規(guī)范所涵蓋的內(nèi)容，例如，載重線，噸位及客船相關(guān)的規(guī)范。其中一部分將在后面詳細(xì)討論。 載重線 將船舶裝載限制在一定吃水下的問題到現(xiàn)在已經(jīng)討論了 100年了。在 19世紀(jì)，勞氏船級社有一些簡單的規(guī)范來限制吃水，但是還沒有政府關(guān)注的強(qiáng)制規(guī)定。勞氏規(guī)則要求船舶每英尺貨艙深度允許有 3英寸的干舷。直到 19世紀(jì)后 1/4時期，這個通過了議會立法的問題才重視起來。載重線限制于賽謬爾 ?普林索爾這個名字有關(guān)。她是議會成員，提出了一項議案 ，對船舶裝載吃水做出限制。現(xiàn)在熟悉的在船上勘繪的標(biāo)志稱為普林索爾載重線，它的官方名稱是 “載重線標(biāo)志 ”。 這里不去考慮載重線發(fā)展歷史，但是很清楚水線以上的船舶體積應(yīng)該有個最小值，主要分三個原因，從后面的章節(jié)中將變得明顯。這里聲明，首先，最小干舷是當(dāng)船舶在波浪中航行時能提供儲備浮力，所以船舶在波浪中能浮起，它還得保護(hù)船舶在大量上浪時的浮力要求，于是為干貨船制定。第二，正如后將看到的，船舶在水面以上的部分越大，船的穩(wěn)性范圍也越大。第三點(diǎn)是，船舶要求有儲備浮力，因而在發(fā)生破損事故時能保持浮性，至少有足夠的時間讓船 上人員撤離船舶。 盡管最小干舷問題實(shí)際上是個水動力問題，但規(guī)范中干舷計算還算是主要依據(jù)靜水力考慮?？赡茉趯黼S著規(guī)范的發(fā)展，在干弦考慮中會計入船舶在海中的水動力影響。 干舷從一個稱為干舷甲板的甲板往下量取。干舷甲板定義為暴露在空氣中和海水中的最上層完整甲板，甲板上具有永久性的關(guān)閉措施，在甲板之下的舷側(cè)安裝有永久性水密的開口。另外，比它位置低的甲板也可以認(rèn)為是干舷甲板，只要它是永久性甲板且在首位方向和橫向均為連續(xù)的。 目前載重線公約里基本干舷以兩個表的形式給出，一是 A類船，另一位是 B類船，這些最小干弦取 決于船長。 A類船是用于裝載散裝液貨的船舶，并且貨船之具有小的裝有密封墊的開口。對于這類船的進(jìn)一步要求是船長超過 150m的和設(shè)計有空艙的船舶，必須具備當(dāng)這些空艙中的任何一個進(jìn)水后能浮起； B類船是指非 A類船。這兩類船的干舷在表 。 關(guān)于噸位丈量在近年又有進(jìn)一步的發(fā)展。 1969年，有國際政府間海事咨詢組關(guān)于船舶噸位丈量的國際會議在倫敦召開。會議結(jié)果由 Wilson出版了一份報告。該報告旨在簡化已有的噸位規(guī)范，并將總噸位和凈噸位計算量減小到公式計算，公式如下：（略） 上述公式 中的體積計算到板架的內(nèi)表面，并包括附體體積與海水連通的體積不包括在內(nèi)。 在新的噸位丈量系統(tǒng)中，以前版本的噸位標(biāo)志廢除了，盡管公式中含有吃水表明噸位隨船舶所設(shè)計的吃水而變化，在新的噸位丈量規(guī)范中，包含了上述計算船舶噸位的規(guī)則。在規(guī)范出版時（ 1973年），該規(guī)范還沒有取代原有的規(guī)范。但是，當(dāng)有足夠的成員在公約上簽字時，各國政府就著手準(zhǔn)備國內(nèi)的規(guī)范（在英國是通過貿(mào)易部）。 新的丈量規(guī)范大大地簡化了以前采用了很長時間的復(fù)雜規(guī)則。然后也留下了爭議；在這個過程中隱藏在噸位評估之后的基本概念卻丟失了，至少不在明顯了。 根據(jù)本章所述的規(guī)范而計算的船舶噸位現(xiàn)在已被國際航行船舶所接受，船舶噸位登記在噸位證書上。然而，還有一些特殊的噸位，計算方法有點(diǎn)不同，登記在一個單獨(dú)的證書上。它們是船舶通過蘇伊士運(yùn)河和巴拿馬運(yùn)河的噸位證書。前者現(xiàn)在沒有什么用處，因?yàn)樘K伊士運(yùn)河已經(jīng)關(guān)閉了若干年了，但是在過去通過蘇伊士運(yùn)河的費(fèi)用是基于蘇伊士運(yùn)河噸位。類似地，使用巴拿馬運(yùn)河的費(fèi)用根據(jù)巴拿馬運(yùn)河噸位計算。 用于運(yùn)輸旅客的船舶須滿足非常嚴(yán)格的安全規(guī)范要求。出于這個目的，客船定義載客超過 12人的船舶，并頒發(fā)滿足規(guī)范要 求的客船證書?，F(xiàn)在，客船規(guī)范是在本世紀(jì)各種國際會議總結(jié)出的成果和說明。盡管世界各海運(yùn)因在 1912年之前就有客船規(guī)范，但直到那年泰坦尼克號沉沒世界上才對客船安全問題引起重視。泰坦尼克號首航時撞上冰山使多個船艙破損最終沉沒而損失很多生命。在這次災(zāi)難之后，因?yàn)榭痛茡p后的浮性問題成分立法者腦中的魔影，所以英國同業(yè)公會成立了一個“艙壁委員會 ”來核查客船的強(qiáng)度和艙壁的位置。破損后進(jìn)水的技術(shù)問題將在后討論。 考慮到客船安全是國際范圍上研究的主題，所以在泰坦尼克號海難之后，于1914年召開了一次國際會議。但由于第一次世 界大戰(zhàn)的爆發(fā)而未能進(jìn)一步討論，盡管那次會議的成果在戰(zhàn)爭期間有出版，然而知道 1929年，召開了另一次國際會議。到了 1932年一些主要海運(yùn)國家在 “國際海上人命安全公約 ”上簽字。因?yàn)楣s已經(jīng)聲明與載重體和噸位相關(guān)聯(lián)，所以由簽約國履行，其內(nèi)容體現(xiàn)在各國制定的法律中。 1932年的公約在 1948年和 1960年的會議上討論，并根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)做了一定的修訂。另一次會議大概將在 1976年舉行，預(yù)期在整個安全評價方面作出重大修改。 SOLAS公約不僅關(guān)心客船的水密分隔及破損條件下的相關(guān)安全問題，而且還關(guān)注其他安全方面問題，例如 ，探火、滅火和防火機(jī)器與電氣裝置，救生設(shè)備如救生艇及施放方法，無線電報和無線電換，航行安全，谷物與危險貨物運(yùn)輸，以及與核動力船舶相關(guān)規(guī)則。 第七課平衡與穩(wěn)性 在第二章，根據(jù)力與力矩的平衡定義靜平衡條件。根據(jù)牛頓運(yùn)動定律，如果作用在物體上的合力和力矩為零，則物體將保持靜止或勻速運(yùn)動。 穩(wěn)性的概念更復(fù)雜一些。這里人們關(guān)心的是當(dāng)物體受到一個力或力矩作用后，能否回到它原有的靜平衡狀態(tài)，從力系平衡的定義角度講，包括沒有加速度和減速度，靜平衡定義為：處于靜止?fàn)顟B(tài)的物體即為靜平衡。 如果物體受到 一個外力干擾作用，并當(dāng)外力消失是恢復(fù)到初時位置，那么就說它處于穩(wěn)定平衡。這種情況的一個例子就是一個在面朝上的碗中的小球，如圖 （ a）所示，當(dāng)小球受到一個干擾后，總是最終回到他的靜止位置。圖 （ b）表示的是中性平衡狀態(tài)（隨遇平衡）。當(dāng)小球受到外力作用而運(yùn)動又受到外力（包括摩擦阻力）作用而停止，它將在水平面上的任何點(diǎn)處于平衡狀態(tài)。圖 （ c）表示是不穩(wěn)定平衡，小球處在面朝下的碗中的頂部。平衡位置處的任何一個小的擾動將導(dǎo)致小球沿碗滾落。 對于浮體，穩(wěn)定平衡條件表現(xiàn)為當(dāng)船受外力作用傾斜時，能夠恢復(fù)到原先 正浮狀態(tài)，中性平衡表現(xiàn)為一個均勻圓柱浮體浮在水面上，當(dāng)外加力引起的運(yùn)動停止時，圓柱體也就停止于任何位置，穩(wěn)定不平衡常常出現(xiàn)這樣的例子，當(dāng)一個小孩子試圖一個洋娃娃放在浮于浴盆中的玩具船上時，松手后玩具船傾斜直到傾覆或于洋娃娃脫離，之后玩具船又恢復(fù)到它的正浮狀態(tài)。 考慮一艘船正浮于靜止的水面上，為了保持靜止或平衡，必須無不平衡力或力矩作用在船上。有兩種力在維持船的平衡狀態(tài)，它們必須數(shù)值上精確的相等，且方向相反。 垂力作用于一點(diǎn)或垂心，船體的所有力可以說集中在該點(diǎn)上垂力總是垂直向下的 作用線通過力的中心浮力認(rèn)為在起作用，該力總是垂直向上，當(dāng)船橫傾時，浮體水下形狀發(fā)生變化，于是浮心位置也移動了。 現(xiàn)在，當(dāng)船舶受到外部傾斜力矩作用而橫傾時，浮心位置也從船體縱中面移出去，通常重力作用與浮力作用線之間有一個距離。這兩個大小相等方向相反的作用力的距離，構(gòu)成了一個力偶，即作用力（排水量）與該距離的乘積。在圖 （ a）中，這個力矩使船恢復(fù)至正浮位置，該力矩稱為復(fù)原力矩，兩條作用線之間的距離稱為復(fù)原力臂（ GM） 現(xiàn)在假設(shè)當(dāng)船舶產(chǎn)生一個小的橫傾時，垂心在這個位置移動至向上。浮力作用線經(jīng)過垂心，在新位 置上，沒有不平衡力，或換句話說，船舶有零力臂或零力矩。在圖 （ a）中船舶處于中性平衡，復(fù)原力臂和復(fù)原力矩均為零。 如果船舶重心往上移動一點(diǎn)，如圖 ，當(dāng)船舶有一個小的橫傾后，兩條作用線的方向與圖 （ a）的相反。在著種情況下，力矩方向不會使船舶恢復(fù)到正浮位置，而是使船繼續(xù)傾斜。此時，船舶具有負(fù)的復(fù)原力矩，或傾覆力矩，及負(fù)的傾斜力臂（ GZ） 這三種情況解釋浮力與重力，以及它們作用線相對位置，為三種基本的平衡狀態(tài)。 在第 3章討論的穩(wěn)心 M，定義為通過傾斜物體或船體浮心的垂直線， 與船舶橫傾角趨于零時的鉛垂線的交點(diǎn)，這個交點(diǎn)位于船舶正浮時代重力作用線與浮力作用線上。 因此，從前面幾節(jié)中很容易看出當(dāng)穩(wěn)心位于重心之上，如圖 （ a）所示，那么船舶傾斜時就有復(fù)原力矩，船舶處于穩(wěn)定平衡。 當(dāng)穩(wěn)心與重心重合，如圖 （ b），則沒有 力矩產(chǎn)生，船舶處于中性平衡。 當(dāng)穩(wěn)心位于重心之下，如圖 （ c）就形成了負(fù)的或傾覆力矩，船舶處于不穩(wěn)定平衡。 考慮到穩(wěn)心與船舶平衡狀態(tài)的 相互關(guān)心，有必要知道，穩(wěn)心定義實(shí)際上只在船舶橫傾角早 0到 710范圍內(nèi)才有效。超過這個范圍，浮力作用線與船縱中面的 交點(diǎn)就沒有意義。因而采用穩(wěn)心與重心相對位置作為穩(wěn)性指標(biāo)只限于小的傾斜角。很明顯，穩(wěn)性本身不會僅限于這樣一個范圍。因此人們必須區(qū)別在往一傾斜角度下的總體穩(wěn)性與小傾角的初穩(wěn)性（ ⊙ 10） ：初穩(wěn)性度量 穩(wěn)性高度，包括橫向的和縱向的，定義為重心至橫穩(wěn)心或縱穩(wěn)心的距離，在正浮平衡位置上鉛垂線量取。 在圖 ，穩(wěn)性高度為 GM，船舶重心 G或 G1，除非特別聲明，穩(wěn)性和穩(wěn)心高指的是橫穩(wěn)性高。如果討論縱穩(wěn)性，那么相應(yīng)的穩(wěn)性高記為 GML，稱為縱穩(wěn)性高。 如果 M在 G點(diǎn)之上，那么穩(wěn)性高是正的。如果 M在 G之 下，那么 GM是負(fù)的。 GM是初穩(wěn)性的 度量，或者死船舶抵抗從正浮位置傾斜的能力。船舶具有正的GM則不能在正浮，并且不具備初穩(wěn)性。有些船出現(xiàn)負(fù)的 GM是因?yàn)樨浳锲x中心，船在正浮位置上是不穩(wěn)定的 ，隨著傾斜角出現(xiàn)，船體水下形狀改變，該船將向左舷橫傾或向右舷橫傾直到它達(dá)到新的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。 因?yàn)榭v穩(wěn)心 ML總是離船相當(dāng)高（圖 ），可以說在正常條件下縱穩(wěn)性高 GML不可能出現(xiàn)負(fù)值?？v穩(wěn)性將在下一章討論。 由前面討論的重力和浮力構(gòu)成的力偶在數(shù)量上是船舶重量與兩個力線的乘積。；兩個作用力線間的距離 通常稱為復(fù)原力臂（ GZ）。當(dāng)船舶重量或排水量是常數(shù)時，我們可以采用 GZ作為度量船舶在各種傾斜角度下靜穩(wěn)性的尺度。 對于小角度傾斜（即傾斜時浮力作用線與船中心線的交點(diǎn)在 M點(diǎn)處） GZ=GMSIN⊙ (71) 復(fù)原力矩 =△ GZ RM=△ GM SIN⊙ (72) 其中 ⊙ 是橫傾角，單位是度（圖 ） 因而， GM值可用來比較同類型同尺度船舶的初穩(wěn)性。 穩(wěn)性范圍的定義是從平衡位置向左舷或向右舷傾斜的角度，單位是度。在平衡位置船 舶是靜平衡的。 該范圍的幅度主要取決于船寬、干舷、與甲板的上層建筑水密完整性以及重心位置。這個范圍表明正復(fù)原力臂的范圍，并不意味傾斜是安全的不會翻船，理論上，穩(wěn)性范圍表示船舶逐漸傾斜到一個角度不會傾覆，水也是靜止的，在任何傾角下傾斜力矩都沒有超過復(fù)原力矩。復(fù)原力臂曲線也表明復(fù)原力臂最大值所對應(yīng)的傾角。穩(wěn)性范圍、最大復(fù)原力臂、出現(xiàn)的傾角以及曲線下面積對評估船舶穩(wěn)性都是至關(guān)重要的元素。 第 8課 阻力 前言 浮在靜水中的船舶受到垂直于浸水表面的靜水力作用，在解決浮力和穩(wěn)性問題已經(jīng)指出，壓力 的合力是垂直向上的，正好等于作用在船