第五章 船舶强度

1、第五章第五章 船舶强度船舶强度教学要求教学要求1.1.掌握船舶强度的概念和种类；掌握船舶强度的概念和种类； 2.2.理解船舶产生纵向变形的原因、拱垂变形与弯矩的关系；理解船舶产生纵向变形的原因、拱垂变形与弯矩的关系； 3.3.掌握利用纵强度曲线图、载荷弯矩许用力矩表进行船体纵强度校核掌握利用纵强度曲线图、载荷弯矩许用力矩表进行船体纵强度校核的方法以及船体纵向变形的经验校核方法；的方法以及船体纵向变形的经验校核方法；4.4.了解船体布置对船体纵向受力的影响；了解船体布置对船体纵向受力的影响； 5.5.掌握改善和保证船舶纵向强度的具体做法。掌握改善和保证船舶纵向强度的具体做法。 6.6.掌握船舶局

2、部强度的校核方法和保证船舶局部强度不受损伤的措施。掌握船舶局部强度的校核方法和保证船舶局部强度不受损伤的措施。学时：学时：4 4学时学时重点与难点重点与难点w 重点重点n船舶总纵强度的表示和校核方法；船舶总纵强度的表示和校核方法；n船舶局部强度的表示和校核方法；船舶局部强度的表示和校核方法；n保证船舶总纵强度和局部强度的措施。保证船舶总纵强度和局部强度的措施。w 难点难点n船舶总纵强度的表示和校核方法；船舶总纵强度的表示和校核方法；n船舶局部强度的表示和校核方法。船舶局部强度的表示和校核方法。第五章、保证船舶强度第五章、保证船舶强度w船体强度：船体强度：Strength of shipStre

3、ngth of ship。n船体结构在规定外力作用下具有抵抗发生极度变形和损坏的船体结构在规定外力作用下具有抵抗发生极度变形和损坏的能力。能力。w船体强度的分类：船体强度的分类：n总强度：纵向强度、扭转强度、横向强度总强度：纵向强度、扭转强度、横向强度n局部强度局部强度 对于营运船舶：主要考虑纵向强度和局部强度。对于营运船舶：主要考虑纵向强度和局部强度。1.1.船舶横向强度一般都满足要求，无需校核。船舶横向强度一般都满足要求，无需校核。2.2.扭转强度是针对大开口舱口船舶，如集装箱船（问：集装箱扭转强度是针对大开口舱口船舶，如集装箱船（问：集装箱船设置双层船壳的目的）船设置双层船壳的目的）3.

4、3.如此总强度主要考虑纵向强度，故称总纵强度如此总强度主要考虑纵向强度，故称总纵强度第一节第一节 保证船舶的总纵强度保证船舶的总纵强度一、总纵强度概述一、总纵强度概述w 纵向强度纵向强度( (Longitudinal strength of ship)Longitudinal strength of ship) 船体结构所具有的抵御因重力和浮力沿纵向分布不一致船体结构所具有的抵御因重力和浮力沿纵向分布不一致而造成的极度变形或损坏的能力。而造成的极度变形或损坏的能力。 一、总纵强度概述一、总纵强度概述w整体平衡整体平衡w纵向各舱不平衡纵向各舱不平衡7 GBG1B1B2G3B3G4B4G5B5GR

5、BRG6B6一、总纵强度概述一、总纵强度概述w 1船体受力及其分布：如图船体受力及其分布：如图5 -11、船体受力及其分布、船体受力及其分布2横剖面上的切力和弯矩横剖面上的切力和弯矩切力和弯矩分布曲线：如图切力和弯矩分布曲线：如图5 -22横剖面上的切力和弯矩横剖面上的切力和弯矩w 剪力：剪力：Shear forceShear force n在数值上，纵向各横剖面上的剪力等于该剖面首向或尾在数值上，纵向各横剖面上的剪力等于该剖面首向或尾向一侧所受重力和浮力的差值。向一侧所受重力和浮力的差值。n当剖面船尾一侧的船体所受的重力大于浮力时，剖面上当剖面船尾一侧的船体所受的重力大于浮力时，剖面上的切力

6、为正；反之为负。的切力为正；反之为负。n经验表明，剪力绝对值的最大值一般出现在距船舶首尾经验表明，剪力绝对值的最大值一般出现在距船舶首尾1/41/4船长处。船舶首尾端和船中附近，剪力为零。船长处。船舶首尾端和船中附近，剪力为零。2横剖面上的切力和弯矩横剖面上的切力和弯矩弯矩：弯矩：Bending momentBending moment。w 重力对剖面所取的力矩大于浮力对剖面所取的力矩，重力对剖面所取的力矩大于浮力对剖面所取的力矩，M M（x x）为）为（+ +）；反之）；反之M M（x x）为（）为（- -）。）。w 当首尾部重力大于浮力而中部浮力大于重力时，所出现的弯曲变形当首尾部重力大于

7、浮力而中部浮力大于重力时，所出现的弯曲变形称为称为中拱中拱。此时对应的弯矩曲线为正。反之为负。此时对应的弯矩曲线为正。反之为负。w 弯矩绝对值的最大值一般出现在弯矩绝对值的最大值一般出现在船中船中处。（此时对应点的剪力为处。（此时对应点的剪力为零）。首尾端弯矩为零。零）。首尾端弯矩为零。 3剪切变形与弯曲变形：剪切变形与弯曲变形：剪切变形：剪切变形：w船体受到切力作用使其构件产生垂向位移的变形。船体受到切力作用使其构件产生垂向位移的变形。3剪切变形与弯曲变形：剪切变形与弯曲变形：3剪切变形与弯曲变形剪切变形与弯曲变形w 弯曲变形：船体受到弯矩作用使其纵向构件产生的弯曲变形。弯曲变形：船体受到弯

8、矩作用使其纵向构件产生的弯曲变形。弯曲应力：船体构件单位横剖面面积上所受到的弯矩。弯曲应力：船体构件单位横剖面面积上所受到的弯矩。3剪切变形与弯曲变形剪切变形与弯曲变形拱垂变形：船体发生的总纵弯曲变形。拱垂变形：船体发生的总纵弯曲变形。中拱变形：中拱变形：HoggingHoggingw 当船舶首尾部重力大于浮力而中部浮力大于重力时的船体弯曲变形。当船舶首尾部重力大于浮力而中部浮力大于重力时的船体弯曲变形。此时甲板受拉，船底受压。此时甲板受拉，船底受压。w 当波峰在船中时，中拱变形最大。当波峰在船中时，中拱变形最大。 3剪切变形与弯曲变形剪切变形与弯曲变形中垂变形：中垂变形：SaggingSag

9、gingw 当船舶中部重力大于浮力而首尾部浮力大于重力时的船体弯曲变形。当船舶中部重力大于浮力而首尾部浮力大于重力时的船体弯曲变形。此时甲板受压，船底受拉。此时甲板受压，船底受拉。w 当波谷在船中时，中垂变形最大。当波谷在船中时，中垂变形最大。3剪切变形与弯曲变形剪切变形与弯曲变形波浪中航行的弯矩变形：w 当波长当波长= =船长船长19 中拱船船中位于波峰，中拱加大中拱船船中位于波峰，中拱加大中垂船船中位于波谷，中垂加大中垂船船中位于波谷，中垂加大4、扭转强度、扭转强度Torsion strength 1 1）概念）概念 2 2）产生扭转变形的原因）产生扭转变形的原因 船体斜置于波浪：影响最大

10、船体斜置于波浪：影响最大 船舶横摇船舶横摇 装卸货物装卸货物w集装箱船和固体散货船：舱口宽大、无中间甲板，扭转强度应予以集装箱船和固体散货船：舱口宽大、无中间甲板，扭转强度应予以强固（双层船壳）强固（双层船壳） 5改善船体强度的策略改善船体强度的策略w 1 1）船舶设计建造方面：合理选择结构材料、尺寸和布局。）船舶设计建造方面：合理选择结构材料、尺寸和布局。w 2 2）货物积载方面：保证货物及其它载重沿纵向分布的合理性。）货物积载方面：保证货物及其它载重沿纵向分布的合理性。二、船体总纵强度校核二、船体总纵强度校核w 1、船中实际静水弯矩校核和强度曲线图w （1）依据n我国钢质海船入级与建造规范

11、（1989年以前版本）要求船中处的甲板剖面模数不小于根据静水弯矩和波浪附加弯矩计算的临界值。nWd船中处的甲板剖面模数，特定船舶为一个确定值。（船体横剖面水平中和轴的面积惯性矩除以剖面内计算点到该中和轴的距离所得的值）nc材料的合成许用应力（拉力），取155MPa。 nMw规范规定的波浪弯矩，特定船舶为一个特定值。 nMs船中处的静水弯矩。l甲板剖面模数甲板剖面模数wd和舱底板剖面模数和舱底板剖面模数wbdxdZIwbxbZIwbdbdwwZZ1、船中实际静水弯矩校核和强度曲线图w Ml空船重量对船中所取的重量弯矩，特定船舶为一个特定值。 w Mb正浮时的浮力对船中所取的弯矩，为平均吃水的函数

12、。 w |PiXi|载荷对中弯矩，总载重量的各个组成部分对船中所取的力矩。（9.81KN.m）1、船中实际静水弯矩校核和强度曲线图w 营运中的船舶：营运中的船舶：w 甲板剖面模数每年扣除腐蚀量：甲板剖面模数每年扣除腐蚀量：0.4%-0.6%0.4%-0.6%w 5 5年以下取下限年以下取下限w 1010年以上取上限年以上取上限强度曲线图强度曲线图如图如图5-55-5纵坐标纵坐标P Pi iX Xi i为总载重量为总载重量的各个组成部分对船中所取的各个组成部分对船中所取的力矩的的力矩的绝对值绝对值之和。之和。横坐标为平均型吃水。横坐标为平均型吃水。2、强度曲线的使用2、强度曲线图的使用、强度曲线

13、图的使用步骤步骤n（1 1）在）在dmdm处作垂直于横坐标的垂直线处作垂直于横坐标的垂直线n（2 2）计算）计算P Pi iX Xi i，作垂直于纵坐标的水平线，作垂直于纵坐标的水平线n（3 3）上述垂直线与水平线相交于一点。据此判断船体变形的方）上述垂直线与水平线相交于一点。据此判断船体变形的方向和范围。向和范围。点划线点划线w 虚线虚线w 实线实线w 点划线和虚线之间：有利范围点划线和虚线之间：有利范围w 虚线和实线之间：允许范围虚线和实线之间：允许范围w 实线之外：危险范围实线之外：危险范围w 点划线左上方：中拱范围点划线左上方：中拱范围w 点划线右下方：中垂范围点划线右下方：中垂范围3

14、、船舶总纵弯曲变形的判断、船舶总纵弯曲变形的判断根据实船吃水判断根据实船吃水判断 拱垂值：拱垂值：=|d-dm| (m)的范围的范围船舶强度状况船舶强度状况结果结果L Lbpbp/1200/1200正常范围正常范围可以开航可以开航= L= Lbpbp/1200/1200L Lbpbp/800/800极限范围极限范围只允许在好天气时开航只允许在好天气时开航= L= Lbpbp/800/800L Lbpbp/600/600危险范围危险范围不能开航不能开航L Lbpbp/600/600危险值危险值不允许长时间存在不允许长时间存在船舶总纵弯曲变形的判断船舶总纵弯曲变形的判断三、船舶总体布置对总纵弯曲变

15、形的影响：三、船舶总体布置对总纵弯曲变形的影响：1 1中机船中机船n特点：重载：中拱变形较大特点：重载：中拱变形较大 压载：轻微中拱或中垂压载：轻微中拱或中垂n措施：货物：中区多装，中途少卸措施：货物：中区多装，中途少卸n 油水：装时先中部，后首尾；用时相反油水：装时先中部，后首尾；用时相反n 深舱：尽量不空深舱：尽量不空 三、船舶总体布置对总纵弯曲变形的影响三、船舶总体布置对总纵弯曲变形的影响2 2尾机船尾机船w 特点：特点：n重载：大型船有中垂；普通船有轻微中拱或中垂重载：大型船有中垂；普通船有轻微中拱或中垂n 压载：压载： 中拱变形较大中拱变形较大w 措施：措施：n压载：中区为主，不单独

16、使用首尾压载：中区为主，不单独使用首尾n油水：装时先中部，后首尾；用时相反油水：装时先中部，后首尾；用时相反n深舱：中部压载深舱：中部压载三、船舶总体布置对总纵弯曲变形的影响三、船舶总体布置对总纵弯曲变形的影响3 3中尾机船中尾机船w 特点：介于以上两者之间特点：介于以上两者之间w 措施：满载同中机船，空载同尾机船措施：满载同中机船，空载同尾机船 空载（压载）中拱大。空载（压载）中拱大。四、保证船舶总纵强度满足要求的措施四、保证船舶总纵强度满足要求的措施1 1用经验方法控制船体的总纵变形：用经验方法控制船体的总纵变形：w 方法：方法： 按舱容比分配各货舱的货物的重量。按舱容比分配各货舱的货物的

17、重量。w 各货舱装货重量的计算公式：各货舱装货重量的计算公式： （t t）w 调整值约为调整值约为10P10Pi i% % 调整值QVVPchchii四、保证船舶总纵强度满足要求的措施四、保证船舶总纵强度满足要求的措施w 2. 2. 在安排货物重量沿船舶纵向分布时，还应考虑的因素：在安排货物重量沿船舶纵向分布时，还应考虑的因素：n（1 1）货物装卸过程中）货物装卸过程中n（2 2）中途港装卸货物后）中途港装卸货物后n（3 3）油水分布及使用）油水分布及使用 n合理压载、波浪中航行方法等合理压载、波浪中航行方法等3.3.根据不同的船舶布置形式，合理地选配和使用油水根据不同的船舶布置形式，合理地选

18、配和使用油水第二节、第二节、保证船舶局部强度保证船舶局部强度船舶局部强度条件的概念船舶局部强度条件的概念局部强度局部强度( (local strength)local strength)：w 船体结构具有抵抗在局部外力作用下产生的局部极度变形或损坏的船体结构具有抵抗在局部外力作用下产生的局部极度变形或损坏的能力。能力。w 重点考虑的船体局部位置：甲板、平台、舱底、舱口、首尾等。重点考虑的船体局部位置：甲板、平台、舱底、舱口、首尾等。w 船舶必须满足局部强度条件。船舶必须满足局部强度条件。 第二节、第二节、保证船舶局部强度保证船舶局部强度w 一、表示船体局部强度的指标一、表示船体局部强度的指标

19、n1 1、均布载荷均布载荷 l均布载荷是指船舶不同载货部位均布载荷是指船舶不同载货部位单位面积单位面积允许承受的最大重允许承受的最大重量，单位为量，单位为KPaKPa n2 2、集中载荷集中载荷 l集中载荷是指集中载荷是指某一特定面积某一特定面积上允许承受的最大重量，单位为上允许承受的最大重量，单位为KNKN。这一特定面积是指向该区域下的承重构件（如甲板纵桁）。这一特定面积是指向该区域下的承重构件（如甲板纵桁）施加集中压力的骨材（如横梁）之间的面积。施加集中压力的骨材（如横梁）之间的面积。 一、表示船体局部强度的指标一、表示船体局部强度的指标一、表示船体局部强度的指标w 3 3、车辆甲板负荷、

20、车辆甲板负荷 n车辆甲板载荷指在舱盖、甲板或舱内装载车辆或使用车辆装卸车辆甲板载荷指在舱盖、甲板或舱内装载车辆或使用车辆装卸货物时，甲板、舱盖或内底板允许承受的以货物时，甲板、舱盖或内底板允许承受的以特定车轮数目为前特定车轮数目为前提的车辆及所载货物的总重量。提的车辆及所载货物的总重量。 w 4 4、堆积负荷、堆积负荷 n堆积负荷是指集装箱船的甲板、舱盖或舱底上不同的堆积负荷是指集装箱船的甲板、舱盖或舱底上不同的2020或或4040集装箱集装箱底座底座所能承受的最大重量。所能承受的最大重量。 堆积负荷堆积负荷二、确定均布载荷的经验方法二、确定均布载荷的经验方法（缺乏资料时用）（缺乏资料时用）

21、w 1 1、上甲板、上甲板 w 式中：式中：H Hc c甲板设计堆货高度，重结构船取甲板设计堆货高度，重结构船取1.5m1.5m，轻结构，轻结构船取船取1.2m1.2m； w c c船舶设计时选用的货物装载率，即舱内货物重量与舱容的船舶设计时选用的货物装载率，即舱内货物重量与舱容的比率，（比率，（t/mt/m3 3） w 该船的设计舱容系数，（该船的设计舱容系数，（m m3 3/t/t）。）。kPaHHPCCCd81. 981. 9二、确定均布载荷的经验方法（缺乏资料时用）w 2 2、中间甲板和舱底、中间甲板和舱底 w 式中：式中：H Hd d二层舱或底舱的高度（二层舱或底舱的高度（m m）

22、w c c设计装载率设计装载率, ,无资料时可取无资料时可取c c0.72t/m0.72t/m3 3kPaHPcdd81. 9三、船体局部强度条件的校核步骤：三、船体局部强度条件的校核步骤： w 1 1、杂货船、杂货船 n1)1)计算确定单位面积的实际负荷量计算确定单位面积的实际负荷量P Pd d 式中：式中：H Hcici自下而上第自下而上第i i层货物之货堆高度（层货物之货堆高度（m m） nSFSFi i该层货物的积载因数（该层货物的积载因数（m m3 3/t/t） w 2) 2) 计算确定拟装部位的拟装货物重量计算确定拟装部位的拟装货物重量P P以及货物底部所跨过以及货物底部所跨过的的

23、骨材间距数目骨材间距数目n n w 3 3）确认满足船体局部强度条件：）确认满足船体局部强度条件：w 式中，式中，p pd d和和P P分别为该部位的均布载荷和集中载荷分别为该部位的均布载荷和集中载荷 kPaSFHPniicid1 81. 9 PnPPPdd三、船体局部强度条件的校核步骤：w 2 2、集装箱船、集装箱船 n1)1)根据船舶资料查取具体装载位置集装箱底座上的堆积负荷根据船舶资料查取具体装载位置集装箱底座上的堆积负荷P Ps s n2)2)根据积载计划计算确定堆装在该底座上的各层集装箱重量之根据积载计划计算确定堆装在该底座上的各层集装箱重量之和和P Pc c 式中：式中：PiPi自

24、下而上第自下而上第i i层集装箱的总重量（层集装箱的总重量（t t） 3) 3)比较。若比较。若Pc=PsPc=Ps，则该底座局部结构的安全有保证，则该底座局部结构的安全有保证 )(1tPPniiC四、保证满足船舶局部强度条件的措施四、保证满足船舶局部强度条件的措施w 1）考虑船龄）考虑船龄w 2）加横跨骨材的衬垫）加横跨骨材的衬垫w 3）舱盖上不装重货）舱盖上不装重货w 4）注意局部强度的校核）注意局部强度的校核例题：例题：w 某轮某轮No.2No.2货舱二层舱拟装钢板（货舱二层舱拟装钢板（SF=0.45 mSF=0.45 m3 3/t/t）, ,堆高堆高2 m2 m，底舱先，底舱先装一层钢

25、管（装一层钢管（SF=1.6 mSF=1.6 m3 3/t /t ）, ,堆高堆高4 m4 m，再装一层箱货（，再装一层箱货（SF=0.9 SF=0.9 m m3 3/t /t ）, ,堆高堆高2.5 m2.5 m。已知二层舱高。已知二层舱高3.5 m3.5 m，底舱舱高，底舱舱高8 m8 m。试校核。试校核该舱的局部强度。该舱的局部强度。 例题例题w 解：解：w 底舱的许用负荷：底舱的许用负荷：P Pd1d1=0.72=0.72H Hd1d1=0.72=0.728=5.76 m8=5.76 m3 3/t/t =7.06 =7.06H Hd1d1=7.06=7.068=56.51 8=56.5

26、1 kPakPaw 二层舱的许用负荷：二层舱的许用负荷：P Pd2d2=0.72=0.72H Hd2d2=0.72=0.723.5=2.52 m3.5=2.52 m3 3/t/t =7.06 =7.06H Hd2d2=7.06=7.063.5=24.72 3.5=24.72 kPakPa例题例题w 底舱的实际负荷：底舱的实际负荷： P P1 1=H=H1111/SF/SF1111+ H+ H1212/SF/SF1212 =4/1.6+2.5/0.9=5.27 m =4/1.6+2.5/0.9=5.27 m3 3/t =51.7 /t =51.7 kPakPaw 二层舱的实际负荷：二层舱的实际负

27、荷： P P2 2=H=H2 2/SF/SF2 2 =2/0.45=4.41 m =2/0.45=4.41 m3 3/t =43.56 /t =43.56 kPakPaw 底舱：因为底舱：因为P P1 1P Pd1d1，满足局部强度要求；，满足局部强度要求；w 二层舱：因为二层舱：因为P P2 2P Pd2d2，不满足局部强度要求，不满足局部强度要求 总结1.1.掌握船舶强度的概念和种类掌握船舶强度的概念和种类 2.2.船舶产生纵向变形的原因、拱垂变形与弯矩的关系；船舶产生纵向变形的原因、拱垂变形与弯矩的关系； 3.3.纵强度曲线图、载荷弯矩许用力矩表进行船体纵强度校纵强度曲线图、载荷弯矩许用

28、力矩表进行船体纵强度校核的方法以及船体纵向变形的经验校核方法；核的方法以及船体纵向变形的经验校核方法；4.4.船体布置对船体纵向受力的影响；船体布置对船体纵向受力的影响； 5.5.保证船舶纵向强度的经验方法。保证船舶纵向强度的经验方法。 6.6.掌握船舶局部强度的校核方法。掌握船舶局部强度的校核方法。第5章 检测题w 波谷在船中时，船舶的受力情况是：nA.甲板受拉，船底受拉 nB甲板受拉，船底受压 nC甲板受压，船底受压 nD甲板受压，船底受拉第5章 检测题w 船舶强度曲线图中，点划线右側的区域，表示船舶在_中呈_变形。DnA波浪，中拱 nB静水，中拱 nC波浪，中垂 nD静水，中垂第5章 检测题w 已知某船装载后，首吃水8.5米,尾吃水9.5米,中部吃水8.90米,则该船呈_变形，其值为_厘米。DnA中拱， 5 nB中垂， 5 nC中拱， 10 nD中垂， 10第5章 检测题w 尾机型船在空船压载航行时为减缓纵向变形，在油水安排及使用时，应采取的措施有：AnA先装中部，后装首尾部，先用首尾部油水nB先装首尾部，后装中部，先用首尾部油水nC先装中部，后装首尾部，先用中部油水nD先装首尾部，后装中部，先用首