对集装箱船舶结构的分析与研究

1、专科毕业设计（论文）设计题目： 对集装箱船舶结构的分析与研究 系 部： 船舶与港口工程系 专 业： 船舶工程（船体） 班 级： 船 姓 名： 学 号： 指导教师： 职 称 2020年 1 6月 南京摘要 当今海上运输，集装箱船起到了无可替代的地位. 集装箱船舶节约装卸劳动力，保证运输质量，装卸效率高。集装箱船舶经历了六代的发展已日渐成熟。本文通过集装箱船舶的船体结构与集装箱布置进行了分析，得出怎样才能使船体结构强度增加，如何增加集装箱数量进行了进一步的分析。本文第一部分描述了集装箱船舶在海运方面的作用及重要性。第二部分概述了集装箱船舶在国内外几十年内的发展。第三部分对集装箱船舶的舷侧结构，甲板

2、结构，舱口结构等部分进行了分析并做出改进。第四部分对集装箱船舶结构的改进做出一定的总结。关键词 重要性 分类 结构 改进 AbstractToday's sea transport, container ships played an irreplaceable position. Container ship loading and unloading labor savings, guarantee quality of transport, handling and high efficiency.Container ship through six generations of

3、 development has gradually matured.This paper container container ship hull structure and layout are analyzed, drawn how to make the hull to increase structural strength, how to increase the number of containers carried out further analysis.This paper describes the first part of the container ship i

4、n the role and importance of the sea. Part II outlines the container ship development at home and abroad for decades.The third part of the container ship side structure, deck structure, part of the hatch structure were analyzed and make improvements. The fourth part of the container ship's struc

5、ture to make some improvements in the summary.Keywords Importance Classification Structure Improve目 录1. 绪论12. 集装箱船舶的发展12.1集装箱船舶概述12.2集装箱船舶的分类13集装箱船舶的结构分析23.1集装箱船舶的结构特点23.2集装箱船舶采用舷边舱33.3集装箱船舶甲板外飘而需采取的措施34. 集装箱船舶结构设计上做出的改进34.1货舱结构构件的布置与集装箱布置的关系34.2舱口角隅的设计64.3横舱壁的结构64.4集装箱箱角的加强64.5舱口围板的结构处理74.6艏部的结构设计7

6、结论8致谢9参考文献101. 绪论 第一艘集装箱船是美国于1957年用一艘货船改装而成的。它的装卸效率比常规杂货船大10倍，停港时间大为缩短，并减少了运货装卸中的货损量。首先，可以节约装卸劳动力，减少运输费用。一般货船采用单件或小型组合件形式装运，费力又费时。集装箱船采用国际统一规格的集装箱运输货物，打破了一捆、一包单件装卸的传统形式，大大减轻装卸工人劳动强度，加快了装卸速度，减少人工装卸费用。 第二，利用集装箱船运输，可以减少货物的损耗和损失，保证运输质量。这是因为货物在生产工厂里就装进一只只集装箱，中途经公路、铁路、水上运输，均不开箱，可把货物直接运到用户手中。这样，可减少货物在运输途中损

7、耗和遗失，还可节约包装费用。 第三，集装箱船装卸效率高。一艘集装箱船的货物装卸速度大约是相同吨位的普通货船三倍左右，而大型高速集装箱船的装卸速度差不多是同吨位普通货船的45倍。这样，可减少船舶停靠码头时间，加快船舶周转，提高船舶、车辆及其它交通工具的利用率。 集装箱船舶在海运中占据着举足轻重的地位，它使繁琐的货物运输变的单元化，高效益，高效率。安全、迅速、简便、价廉让集装箱船舶得到迅猛的发展。2.集装箱船舶的发展2.1集装箱船舶概述集装箱船的结构和形状跟常规货船有明显不同。它外形狭长，单甲板，上甲板平直，货舱口达船宽的70-80，上层建筑位于船尾或中部靠后，以让出更多的甲板堆放集装箱，甲板一船

8、堆放24层，舱内可堆放39层集装箱。集装箱船装卸速度高，停港时间短，大多采用高航速，通常为每小时2023海里。近年来为了节能，一般采用经济航速，每小时18海里左右。在沿海短途航行的集装箱船，航速每小时仅10海里左右。近年来，美国，英国，日本等国进出口的杂货约有70-90使用集装箱运输。集装箱轮完全是一种新型的船。它没有内部甲板，机舱设在船尾，船体其实就是一座庞大的仓库，可达300米长，再用垂直导轨分为小舱。当集装箱下舱时，这些集装箱装置起着定位作用，船在海上遇到恶劣天气时，它们又可以牢牢地固定住集装箱。因为集装箱都是金属制成，而且是密封的，里面的货物不会受雨水或海水的侵蚀。集装箱船一般停靠专用

9、的货运码头，用码头上专门的大型吊车装卸，其效率可达每小时10002400吨，比普通杂货船高3070倍。因此为现代船运业所普遍采用。2.2集装箱船舶的分类集装箱船可分为部分集装箱船、全集装箱船和可变换集装箱船三种： a.部分集装箱船 仅以船的中央部位作为集装箱的专用舱位，其他舱位仍装普通杂货。 b.全集装箱船 指专门用以装运集袋箱的船舶。它与一般杂货船不同，其货舱内有格栅式货架，装有垂直导轨，便于集装箱沿导轨放下，四角有格栅制约，可防倾倒。集装箱船的舱内可堆放三至九层集装箱，甲板上还可堆放三至四层。 c.可变换集装箱船 其货舱内装载集装箱的结构为可拆装式的。因此，它既可装运集装箱，必要时也可装运

10、普通杂货。 集装箱船航速较快，大多数船舶本身没有起吊设备，需要依靠码头上的起吊设备进行装卸。这种集装箱船也称为吊上吊下船。技术进步：船舶大型化、高速化；港口机械的大跨度、高行速。3集装箱船舶的结构分析3.1集装箱船舶的结构特点集装箱船舶最为突出的特点是它所装的都是标准规格的集装箱，因此使得它的结构和一般的货船大不相同。它采用垂向直壁式结构，并且它的的货舱口宽度几乎和货舱宽度一样大，舷边只留了很小宽度的甲板边板。而这样的开口明显对船的抗弯、抗扭和横向强度不利。为了消弱这些的不足，集装箱船在结构上通常采用以下加强措施：a. 采用具有水密舷边舱的双舷侧；b. 增加甲板板和舷侧板的厚度；c. 加大两个

11、货舱口之间的舱口端横梁和甲板横梁的尺寸。由于货舱的开口大，为了保证强度，必须采用相应的加强措施。由于装卸方便的要求，从抗扭强度上考虑，最方便的就是在舷侧设内纵壁和抗扭箱；从稳性角度考虑，最方便的就是在舷侧设置压载水舱。3.2集装箱船舶采用舷边舱集装箱船货舱区域的舷侧都拥有双层壳板，其货舱载货的有效宽度和货舱宽度也相差不多。内舷侧纵壁对甲板大开口造成的总纵强度的削弱做了补偿。此外，舷边舱还能提高船体的抗沉性和用作压载水舱。舷边舱内一般设置平台甲板，对增加总纵强度和刚度都有帮助，同时，平台甲板还可用作人员通道。集装箱船舷侧多采用纵骨架式，有些船舶将上层平台甲板以下采用横骨架式，上层平台与甲板间采用

12、箱形结构作为抗扭箱，以提高船舶的抗扭强度和总纵强度。3.3 集装箱船舶甲板外飘而需采取的措施由于集装箱船甲板外飘、航速快，船体受到波浪的冲击力比较大，造成的冲荡应力也比较大，加上总纵合成应力也比较大，所以船体内结构所受的弯矩值也就大，所选取的构件尺寸也应较大。和一般货船比，所受应力较大，疲劳问题更严重，从而对上甲板的设计与施工，舱口围板的设计与施工都提出了比较高的要求。4.集装箱船舶结构设计上做出的改进4.1货舱结构构件的布置与集装箱布置的关系典型的货舱集装箱布置应合理、紧凑。它对集装箱船的主尺度、货舱及货舱开口大小、船体结构强度等有着很大的影响。通常每个货舱口纵向布置有2个20 ft或1个4

13、0 ft的集装箱。对于中大型集装箱船来说,考虑到纵向集装箱与横舱壁之间的间隙以及箱与箱之间的间隙,舱口间纵向间距一般分为16个肋骨间距。若肋间距是790 mm,舱口间距则为12.64 m;若肋间距是780 mm,舱口间距则为12.48 m。对于中型集装箱船舶来说,舱口间距12.48 m偏小,而取肋距800 mm则偏大,一般为790 mm的肋距。其强肋骨间距通常为4档肋骨间距,即3.16 m。 一般舱口的宽度为集装箱列数乘以箱宽,再加上集装箱横向间的间隙和集装箱与纵舱壁之间的间隙。集装箱横向间的间隙则取决于导轨的形式,而集装箱与纵舱壁之间的间隙则取决于舱口角隅的大小。舱的深度为集装箱层数乘以箱高

14、,再加上集装箱垂向间的间隙,同时也应考虑到舱口盖的变形。当船确定了型深的时候,可以根据以上要求确定舱口围板的高度。甲板以上的集装箱一般比舱内的集装箱多12列。中间的直接放在舱口盖上,舷侧的则放在集装箱箱柱上面,并能保证有足够的高度以便于人员通行。对集装箱布置的了解,将有利于结构构件的布置。因为横剖面结构构件的布置是根据集装箱的布置来确定的。a.双层底构件的布置。每一列集装箱旁边应设有一道旁桁材。现在集装箱船的设计中,要求一道旁桁材支撑相邻的两个集装箱的箱脚,旁桁材通常设在其中一个箱脚的下面,则只需考虑另一个箱脚下的加强对结构的影响。旁桁材的间距通常是一个集装箱的宽度再加上集装箱横向间的间隙,旁

15、桁材的间距通常是相等的。而旁桁材之间通常设有23根纵骨,这样纵骨间距可以定下来了。b.舷侧构件的布置。和双层底构件的布置相类似,平台间距为集装箱高度再加上箱层间隙的高度。平台间一般设有23根纵骨。最上面的抗扭箱平台通常称为二甲板,它在集装箱船中起着很大的作用。由于二甲板以上的抗扭箱构件离中和轴的距离较远,应力也随之增大。为满足要求,而又不选用太厚的钢板,一般情况下我们选用高强度钢。如果冰区等级较低同时以下舷侧均采用纵骨架式,则舷侧除了二甲板及双层底外一般不需要设平台;冰区等级较高则舷侧采用横骨架式较为方便,其纵舱壁的构件为纵骨架式,我们将在舷侧增设几个平台予以支撑。构件的布置确定之后,我们就可

16、以根据构件间的间距进行构件的计算和图纸的绘制工作。 4.2舱口角隅的设计考虑为了装更多的集装箱,集装箱船通常设计成大的货舱开口和狭长的甲板条的船舶,这使得船体的水平弯曲、扭转效应、横向强度在其总纵强度中所占有的比例明显上升,舱口角隅处也会有明显的应力集中。而随着货舱开口的宽度增加,应力集中也越明显,在机舱前端壁为纵横构件的交汇处,应力集中达到了最大。一般船舶货舱上甲板角隅采用抛物线型,椭圆型,圆弧型。邻近机舱处的甲板角隅的应力集中最大,若设计成抛物线型等常规形式,则需要很大的圆弧半径,这要求集装箱与纵舱壁、横舱壁的间隙更大,也会影响到船舶布置的合理性,所以通常该角隅设计成负半径的结构形式。而舱

17、口角隅的大小也将影响到集装箱的布置,以及构件的布置,应及早考虑。4.3横舱壁的结构每列集装箱在货舱口端通常要设置导轨架,因此在横舱壁上要设置支撑导轨架的水平加强肘板。也可将导轨的加强位置设在横舱壁的平台处,这样结构将省去加强的工作。但不管怎样,在横舱壁的设计过程中应先考虑好导轨加强位置。横舱壁的设计中另一个棘手的难题就是理清风道、梯道的位置,并要考虑好舱口围板加强所要占用的地方。集装箱船通常要满足澳大利亚通道的要求,要到达任意箱位。若舱内装有冷藏箱,则对通风设备的要求将加大,并时刻关注甲板条上的设备布置,保证通道的要求。集装箱船横舱壁的设计是一个整体工作,需要各专业之间相互配合、同步协调、共同

18、设计。4.4集装箱箱角的加强双层底和平台在集装箱下方需要针对箱角进行加强。这需要确定加强形式、每个箱角的堆重,并对加强构件进行强度校核。正如前面所讲的,集装箱有一个箱角直接支撑在旁桁材上,我们只需对另一个箱角增加构件加强。如图4可以看出,该结构的计算模型很简单,可看作是一端刚性固定,另一端自由支持的简支梁。外力看作是一段均布载荷,其载荷大小为箱角的受力除以箱角的腹板长度。通过结构力学的相关知识可以很方便地求出所需加强构件的尺寸。箱角加强是一个很复杂的工作,它要求我们对每个箱角进行核对,特别是装有非标准集装箱的时候,其箱角往往相当复杂,要求我们有足够的耐心和细心。4.5舱口围板的结构处理集装箱船的纵向舱口围板由于参与总纵强度,而且是连续的,并且采用了等级较高的高强度钢。而横向舱口围板只需考虑其局部载荷,一般板厚较薄,也不需要用高强度钢。在纵横舱壁交界处,则要求全焊透。纵向舱口围板的纵骨应保持连续,并且在末端做较小角的削斜,使纵向应力可以得到有效的消除。除舱口围板的肘板外,纵骨应避免与别的构件的焊接,确保其纵向受力的连续,避免产生硬点。在舱口围板的局部加强中,应考虑好定位销的加强方式。4.6艏部的结构设计为了获得更大的空间,装更多的集装箱,集装箱船的艏部线