第五章保证满足船舶的强度条件_海上货物运输

1、第五章第五章 船舶强度船舶强度 船体教研室船体教研室第五章第五章 船舶强度船舶强度第五章第五章 船舶强度船舶强度一、强度定义和分类一、强度定义和分类1、强度定义、强度定义v船体结构抵御内外力作用的能力。船体结构抵御内外力作用的能力。v船舶结构抵抗船体发生变形或破坏的能力。船舶结构抵抗船体发生变形或破坏的能力。2、强度分类、强度分类强度强度总强度总强度局部强度局部强度纵强度纵强度横强度横强度扭转强度扭转强度第五章第五章 船舶强度船舶强度二、总纵强度二、总纵强度(Longitudinal strength)（一）定义（一）定义 船舶结构抵抗船体沿船长方向发生弯船舶结构抵抗船体沿船长方向发生弯曲或变

2、形的能力。曲或变形的能力。（二）船体纵向弯曲或变形的原因（二）船体纵向弯曲或变形的原因 船舶所受重力和浮力沿船长方向分布船舶所受重力和浮力沿船长方向分布不一致造成。不一致造成。第五章第五章 船舶强度船舶强度 船艇是浮动的水上建筑物，它要受到各船艇是浮动的水上建筑物，它要受到各种外界力的作用，概括起来有如下几个方面种外界力的作用，概括起来有如下几个方面的力：的力：1、船体的受力与变形、船体的受力与变形1）船体的受力）船体的受力第五章第五章 船舶强度船舶强度 其就是地球对其就是地球对船艇的吸引力。其船艇的吸引力。其大小取决于船体自大小取决于船体自身重量和装载量大身重量和装载量大小。小。1.1重力（

3、重力（G）第五章第五章 船舶强度船舶强度 其就是水对船体其就是水对船体外壳的压力，其大外壳的压力，其大小与水深成正比。小与水深成正比。通常我们主要研究通常我们主要研究其分力其分力浮力浮力（F F）。浮力的大小）。浮力的大小和船艇排水体积成和船艇排水体积成正比。正比。1.2水压力水压力第五章第五章 船舶强度船舶强度1.3其它作用力其它作用力 各部分受到的各种各部分受到的各种局部作用力。主要包局部作用力。主要包括波浪冲击力、水动括波浪冲击力、水动力作用、冰块撞击力、力作用、冰块撞击力、火炮后座力等。火炮后座力等。（有时又细分为动力性载荷和偶然性载荷。）（有时又细分为动力性载荷和偶然性载荷。）第五章

4、第五章 船舶强度船舶强度 力的作用必然要引起船艇的变形。力的力的作用必然要引起船艇的变形。力的大小和作用部位的不同，船艇产生的变形大小和作用部位的不同，船艇产生的变形及变形量是不同的，而且外力的性质不同，及变形量是不同的，而且外力的性质不同，其变形也是不同的。其变形也是不同的。重力和浮力的差值称重力和浮力的差值称为负荷，正是负荷的作用产生了剪力和弯为负荷，正是负荷的作用产生了剪力和弯矩，而弯矩的作用使船舶产生变形。矩，而弯矩的作用使船舶产生变形。2）船体的变形）船体的变形第五章第五章 船舶强度船舶强度（1）静水中的总纵弯曲）静水中的总纵弯曲1、船体在静水中的受力变形、船体在静水中的受力变形第五

5、章第五章 船舶强度船舶强度对对全船全船而言：而言：重力重力=浮力浮力对对任一任一区域：区域：重力与浮力不平衡重力与浮力不平衡第五章第五章 船舶强度船舶强度第五章第五章 船舶强度船舶强度图典型的阶梯形重量曲线第五章第五章 船舶强度船舶强度船体机器淡水燃料上层建筑人员及行李货物备品图船舶的典型重量分布第五章第五章 船舶强度船舶强度船体机器淡水燃料上层建筑人员及行李货物备品图船舶的典型重量分布第五章第五章 船舶强度船舶强度第五章第五章 船舶强度船舶强度中拱弯曲中拱弯曲(hogging)中垂弯曲中垂弯曲(sagging)第五章第五章 船舶强度船舶强度（2 2）船体在静水中的扭曲）船体在静水中的扭曲 原

6、因归结为船艇在营运过程中的装载不当，原因归结为船艇在营运过程中的装载不当，会使船艇产生扭曲变形。会使船艇产生扭曲变形。第五章第五章 船舶强度船舶强度2、船体在波浪中的受力变形、船体在波浪中的受力变形（1）波浪中的总纵弯曲）波浪中的总纵弯曲波峰波谷波谷波峰第五章第五章 船舶强度船舶强度第五章第五章 船舶强度船舶强度第五章第五章 船舶强度船舶强度第五章第五章 船舶强度船舶强度压缩拉伸拉伸压缩第五章第五章 船舶强度船舶强度（2）波浪中的扭曲）波浪中的扭曲当船艇在于波浪成当船艇在于波浪成45度角时，船艇的扭转最为强烈。度角时，船艇的扭转最为强烈。第五章第五章 船舶强度船舶强度重量曲线重量曲线（Weig

7、ht curve）)(xb负荷曲线（负荷曲线（Load curve）浮力曲线（浮力曲线（Buoyancy curve）（三）负荷曲线、剪力曲线和弯矩曲线（三）负荷曲线、剪力曲线和弯矩曲线)()()(xbxpxq)( xp第五章第五章 船舶强度船舶强度弯矩曲线（弯矩曲线（Bending moment curve） 剪力曲线的积分曲线；负荷曲线的双重剪力曲线的积分曲线；负荷曲线的双重积分曲线。积分曲线。剪力曲线（剪力曲线（Shear curve） 负荷曲线的积分曲线。负荷曲线的积分曲线。dxxbxpdxxqxNxx)()()()(00 xxxdxxqdxxNxM000)()()(第五章第五章 船舶

8、强度船舶强度第五章第五章 船舶强度船舶强度第五章第五章 船舶强度船舶强度 结论结论 剪力最大值约位于距首尾剪力最大值约位于距首尾L/4处；处； 弯矩最大值约位于船中处，且弯矩最大值约位于船中处，且向向 首尾逐渐减小。首尾逐渐减小。第五章第五章 船舶强度船舶强度 （四）船体剪切变形（四）船体剪切变形 单位长度的船体，其前后两端受到单位长度的船体，其前后两端受到大小相等、方向相反的切力作用，则该大小相等、方向相反的切力作用，则该段船体将出现剪切变形。段船体将出现剪切变形。 剪切应力最大值出现在相应板材与剪切应力最大值出现在相应板材与横剖面水平中心线的交点处。横剖面水平中心线的交点处。第五章第五章

9、船舶强度船舶强度 （五）船体拱垂变形（五）船体拱垂变形 单位长度的船体，前后两端受到大单位长度的船体，前后两端受到大小相等，方向相反的弯矩作用，则该段小相等，方向相反的弯矩作用，则该段船体将发生弯曲变形。船体将发生弯曲变形。 弯曲应力的最大值出现在龙骨板或弯曲应力的最大值出现在龙骨板或上甲板。上甲板。第五章第五章 船舶强度船舶强度 1、中拱（、中拱（Hogging） 船体受正弯矩作用，中部的浮力大于船体受正弯矩作用，中部的浮力大于重力，首尾部的浮力小于重力；船舶上甲重力，首尾部的浮力小于重力；船舶上甲板受拉，船底受压，发生中部上拱的变形。板受拉，船底受压，发生中部上拱的变形。 2、中垂、中垂（

10、Sagging） 船体受负弯矩作用，中部的浮力小于船体受负弯矩作用，中部的浮力小于重力，首尾部的浮力大于重力；船舶上甲重力，首尾部的浮力大于重力；船舶上甲板受压，船底受拉，发生中部下垂的变形。板受压，船底受拉，发生中部下垂的变形。第五章第五章 船舶强度船舶强度 3、影响船舶拱垂变形的因素、影响船舶拱垂变形的因素v船体有效构件的尺寸、材料及分布船体有效构件的尺寸、材料及分布v载荷配置载荷配置v船舶与波浪的相对位置关系船舶与波浪的相对位置关系 （1）船舶中拱，处于波浪中，波长约等）船舶中拱，处于波浪中，波长约等于船长，波峰位于船中，船体中拱加剧。于船长，波峰位于船中，船体中拱加剧。 （2）船舶中垂

11、，处于波浪中，波长约）船舶中垂，处于波浪中，波长约等等于船长，波谷位于船中，船体中垂加剧。于船长，波谷位于船中，船体中垂加剧。第五章第五章 船舶强度船舶强度第五章第五章 船舶强度船舶强度根据有关实测资料，可以近似认为船舶每年根据有关实测资料，可以近似认为船舶每年平均扣除腐蚀量约为平均扣除腐蚀量约为0.40.6。 扣除原则：使用年限小于扣除原则：使用年限小于5年年的船舶取的船舶取下限下限，使用年限使用年限10年年以上的船舶取以上的船舶取上限上限。第五章第五章 船舶强度船舶强度一、校核原理一、校核原理许用静水弯矩及静水切力许用静水弯矩及静水切力LBP 90m的船舶，通常只校核计算船中剖面上的船舶，

12、通常只校核计算船中剖面上的静水弯矩。的静水弯矩。SSMMwwMMSSMM 90m150m的船舶，需要校核重要剖面的的船舶，需要校核重要剖面的剪力和弯矩。剪力和弯矩。sisiMM.wiwiMM.sisiNN.wiwiNN. 影响影响MS因素：营运时间长短、因素：营运时间长短、LBP、B、夏季满、夏季满载时的方形系数载时的方形系数Cb(不得小于不得小于0.6)、剖面模数、剖面模数Wd 。第五章第五章 船舶强度船舶强度二、校核方法二、校核方法1、船中弯矩估算法、船中弯矩估算法船中剖面实际静水弯矩船中剖面实际静水弯矩MS 的计算的计算 影响因素：装载排水量影响因素：装载排水量 、船舶类型、船舶类型、

13、LBP、计算状态时的方形系数计算状态时的方形系数Cb。)(.BPiimHSLCxPxWmWM 21819第五章第五章 船舶强度船舶强度2、强度曲线图法、强度曲线图法（1）适用条件）适用条件 船长小于船长小于90m或者装载或者装载均匀，不需要校核静水均匀，不需要校核静水切力时，可以使用该法。切力时，可以使用该法。（2）曲线图的构成）曲线图的构成v纵坐标：载荷对船中力纵坐标：载荷对船中力矩的绝对值之和。矩的绝对值之和。v横坐标：平均型吃水。横坐标：平均型吃水。第五章第五章 船舶强度船舶强度v点划线点划线v虚线虚线v实线实线v点划线和虚线之间：有利范围点划线和虚线之间：有利范围v虚线和实线之间：允许

14、范围虚线和实线之间：允许范围v实线之外：危险范围实线之外：危险范围v点划线左上方：中拱范围点划线左上方：中拱范围v点划线右下方：中垂范围点划线右下方：中垂范围0SMSLSMMSSMM第五章第五章 船舶强度船舶强度 5、船舶吃水校核法、船舶吃水校核法（1）利用吃水判定船舶的拱垂）利用吃水判定船舶的拱垂vdM dM：中垂变形：中垂变形vdM dM：中拱变形：中拱变形vdM dM：无拱垂变形：无拱垂变形（2）利用吃水判定拱垂的变形大小）利用吃水判定拱垂的变形大小MMdd船中船中 第五章第五章 船舶强度船舶强度（3）利用拱垂差的大小校核总纵强度）利用拱垂差的大小校核总纵强度1200BPL 正常拱垂值：

15、正常拱垂值：800BPL 极限拱垂值：极限拱垂值：600BPL 危险拱垂值：危险拱垂值：1200BPL 有利拱垂范围：有利拱垂范围：8001200BPBPLL 正常拱垂范围：正常拱垂范围：第五章第五章 船舶强度船舶强度 注意注意 船舶处于有利和正常拱垂范围，可以开船舶处于有利和正常拱垂范围，可以开航；航； 船舶处于极限拱垂范围，只能好天气开船舶处于极限拱垂范围，只能好天气开航；航； 船舶处于危险拱垂范围，不能开航。船舶处于危险拱垂范围，不能开航。600800BPBPLL 极限拱垂范围：极限拱垂范围：600BPL 危险拱垂范围：危险拱垂范围：第五章第五章 船舶强度船舶强度1、不同机舱位置的普通货

16、船的弯矩特性曲线、不同机舱位置的普通货船的弯矩特性曲线（七）船舶布置对纵向受力影响（七）船舶布置对纵向受力影响 及改善措施及改善措施第五章第五章 船舶强度船舶强度 2、拱垂大小比较、拱垂大小比较v满载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较满载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较尾机船尾机船中后机船中后机船中机船中机船尾机船尾机船中后机船中后机船中机船中机船 空载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较空载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较 中后机船空载状态与满载状态的弯矩比较中后机船空载状态与满载状态的弯矩比较空载状态空载状态满载状态满载状态 第五章第五章 船舶强度船舶强度 3、改善措施、改善措施（1）中机船满载

17、状态）中机船满载状态货物配置：按舱容比分配货物，在舱容允货物配置：按舱容比分配货物，在舱容允许的条件下，中区货舱应按装货重量的上许的条件下，中区货舱应按装货重量的上限值装，首尾货舱按下限值装；中途港货限值装，首尾货舱按下限值装；中途港货物不应过分集中于中区货舱。物不应过分集中于中区货舱。油水分配及使用：油水应自中区向首尾装油水分配及使用：油水应自中区向首尾装载；使用时应自首尾向中区。载；使用时应自首尾向中区。正确使用位于中区的深舱和冷藏舱：不应正确使用位于中区的深舱和冷藏舱：不应空舱。空舱。第五章第五章 船舶强度船舶强度（2）尾机船压载状态）尾机船压载状态v压载安排：尽量使用接近中区的压载舱，

18、压载安排：尽量使用接近中区的压载舱，可以使用但切忌单独使用首尾部压载舱。可以使用但切忌单独使用首尾部压载舱。v油水分配及使用：同中机船满载状态。油水分配及使用：同中机船满载状态。v正确使用位于中区的深舱：应作为压载正确使用位于中区的深舱：应作为压载舱使用。舱使用。（3）中后机船压载状态）中后机船压载状态 同尾机船压载状态同尾机船压载状态第五章第五章 船舶强度船舶强度 1、舱容比配货法、舱容比配货法QVVPchichii .%)(101iiiiPPPP 舱别舱别NO.1NO.2NO.3NO.4NO.5Total货舱容积货舱容积3075411942105719396721090舱容比舱容比14.5

19、819.5319.9627.1218.81100Pi1955261926763636252213408调整值调整值196262268364252上下限上下限范围范围2151175928812357294424084000327227742270实际装载中保证局部强度措施实际装载中保证局部强度措施 第五章第五章 船舶强度船舶强度2 2、降低所装货物的单位负荷；、降低所装货物的单位负荷； 3 3、配载时，尽量使货物重量均布，、配载时，尽量使货物重量均布，重货尽可能不扎位装载重货尽可能不扎位装载 ；4 4、舱盖上不装载重货；、舱盖上不装载重货；5 5、有些船舶船龄较大，甲板因锈蚀、有些船舶船龄较大，

20、甲板因锈蚀等原因而变薄，强度降低，使用时等原因而变薄，强度降低，使用时应适当减少装载量。应适当减少装载量。 第五章第五章 船舶强度船舶强度三、三、 局部强度局部强度（Local strength）（一）定义（一）定义v船舶结构抵抗船体局部发生变形或破坏船舶结构抵抗船体局部发生变形或破坏的能力。的能力。v船舶局部结构抵抗内外力作用的能力。船舶局部结构抵抗内外力作用的能力。（二）主要计算（校核）部位（二）主要计算（校核）部位 舱口盖、上甲板、中间甲板、底舱底舱口盖、上甲板、中间甲板、底舱底板、平台。板、平台。第五章第五章 船舶强度船舶强度（三）允许负荷量的表示方法（三）允许负荷量的表示方法v均布载

21、荷均布载荷Pd：单位面积允许承受的最大重：单位面积允许承受的最大重 量（量（kPa）。）。v集中载荷集中载荷P：某一较小特定面积上允许承：某一较小特定面积上允许承 受的最大重量（受的最大重量（kN）。）。v车辆载荷车辆载荷Pv ：载车部位允许承受的以特定：载车部位允许承受的以特定 车轮数目为前提的车辆及所车轮数目为前提的车辆及所 载货物的总重量（载货物的总重量（kN）。）。v堆积负荷堆积负荷Pc ：载箱部位上作用在箱底座处：载箱部位上作用在箱底座处 的集装箱总重量（的集装箱总重量（kN）。）。第五章第五章 船舶强度船舶强度 ccvvddPPPPPPPP（四）局部强度的校核方法（四）局部强度的校

22、核方法甲板实际负荷量甲板实际负荷量 甲板允许负荷量甲板允许负荷量 第五章第五章 船舶强度船舶强度 （五）允许负荷量的确定（五）允许负荷量的确定 1、查取局部强度计算书、查取局部强度计算书 部位部位 载荷载荷 上甲上甲板板中间甲板中间甲板内底板内底板上甲上甲板板舱口舱口盖盖二层甲板舱口二层甲板舱口盖盖均布载荷均布载荷（kPa）17.1624.7231.173.5717.26第一货舱第一货舱 9.24其他货舱其他货舱 34.34车辆载荷车辆载荷（kN）98.1kN/4个个前轮前轮68.7kN/2个个前轮前轮98.1kN/4个个前轮前轮98.1kN/2个个前轮前轮v集中载荷和集装箱载荷的允许负荷量同

23、理可集中载荷和集装箱载荷的允许负荷量同理可查得。查得。第五章第五章 船舶强度船舶强度v中间甲板和内底板中间甲板和内底板 ).(.5121819819819或FSHHPcccd ddcddHFSHHP819819819.dddHHP067720819.dddHHP771121819.2、经验公式计算法（均布载荷、经验公式计算法（均布载荷Pd）l上甲板上甲板第五章第五章 船舶强度船舶强度（2）集中载荷：（）集中载荷：（Concentrated load）SPPd819.iidFShP. 819nWP819.icPP 819.（六）实际负荷量的计算（六）实际负荷量的计算（1）均布载荷（）均布载荷（E

24、ven distributed load）（3）集装箱载荷：（）集装箱载荷：（Container load）第五章第五章 船舶强度船舶强度（八）保证局部强度不受损伤的措施（八）保证局部强度不受损伤的措施v按船舶腐蚀程度确定允许负荷量按船舶腐蚀程度确定允许负荷量；v舱内货物重量分布应均匀；舱内货物重量分布应均匀；v装载重大件货物时应加衬垫；装载重大件货物时应加衬垫；v自动舱盖上不能装货或只能装轻货；自动舱盖上不能装货或只能装轻货；v固体散货应合理平舱；固体散货应合理平舱；v装载重货时应限制其落底速度。装载重货时应限制其落底速度。dddPPSPPSSPPmin（七）最小衬垫面积（七）最小衬垫面积Smin的确定的确定第五章第五章 船