第五章船舶强度

第五章船舶强度教学要求1.掌握船舶强度的概念和种类；2.理解船舶产生纵向变形的原因、拱垂变形与弯矩的关系；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的方法以及船体纵向变形的经验校核方法；4.了解船体布置对船体纵向受力的影响；5.掌握改善和保证船舶纵向强度的具体做法。6.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：4学时重点与难点重点船舶总纵强度的表示和校核方法；船舶局部强度的表示和校核方法；保证船舶总纵强度和局部强度的措施。难点船舶总纵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、保证船舶强度船体强度：Strengthofship。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。船体强度的分类：总强度：纵向强度、扭转强度、横向强度局部强度

对于营运船舶：主要考虑纵向强度和局部强度。船舶横向强度一般都满足要求，无需校核。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）如此总强度主要考虑纵向强度，故称总纵强度第一节保证船舶的总纵强度一、总纵强度概述纵向强度(Longitudinalstrengthofship)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。一、总纵强度概述整体平衡纵向各舱不平衡7

GBG1B1B2G3B3G4B4G5B5GRBRG6B6一、总纵强度概述

1．船体受力及其分布：如图5-11、船体受力及其分布2．横剖面上的切力和弯矩切力和弯矩分布曲线：如图5-22．横剖面上的切力和弯矩剪力：Shearforce

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。当剖面船尾一侧的船体所受的重力大于浮力时，剖面上的切力为正；反之为负。经验表明，剪力绝对值的最大值一般出现在距船舶首尾1/4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弯矩：Bendingmoment。重力对剖面所取的力矩大于浮力对剖面所取的力矩，M（x）为（+）；反之M（x）为（-）。当首尾部重力大于浮力而中部浮力大于重力时，所出现的弯曲变形称为中拱。此时对应的弯矩曲线为正。反之为负。弯矩绝对值的最大值一般出现在船中处。（此时对应点的剪力为零）。首尾端弯矩为零。

3．剪切变形与弯曲变形：剪切变形：船体受到切力作用使其构件产生垂向位移的变形。a、剪切变形—微小长度的船体在切力作用下所发生的变形b、弯曲变形—微小长度的船体在弯矩作用下所发生的变形3．剪切变形与弯曲变形：a、剪切变形—微小长度的船体在切力作用下所发生的变形b、弯曲变形—微小长度的船体在弯矩作用下所发生的变形3．剪切变形与弯曲变形弯曲变形：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拱垂变形：船体发生的总纵弯曲变形。中拱变形：Hogging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。当波峰在船中时，中拱变形最大。

3．剪切变形与弯曲变形中垂变形：Sagging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。当波谷在船中时，中垂变形最大。3．剪切变形与弯曲变形波浪中航行的弯矩变形：当波长=船长19

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4、扭转强度Torsionstrength

1）概念2）产生扭转变形的原因·船体斜置于波浪：影响最大·船舶横摇·装卸货物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）

5．改善船体强度的策略1）船舶设计建造方面：合理选择结构材料、尺寸和布局。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。二、船体总纵强度校核

1、船中实际静水弯矩校核和强度曲线图（1）依据我国《钢质海船入级与建造规范》（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。Wd—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）[σc]—材料的合成许用应力（拉力），取155MPa。Mw—《规范》规定的波浪弯矩，特定船舶为一个特定值。M’s—船中处的静水弯矩。甲板剖面模数wd和舱底板剖面模数wb弯曲应力1、船中实际静水弯矩校核和强度曲线图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。Mb—正浮时的浮力对船中所取的弯矩，为平均吃水的函数。Σ|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营运中的船舶：甲板剖面模数每年扣除腐蚀量：0.4%--0.6%5年以下取下限10年以上取上限强度曲线图如图5-5纵坐标∑︱PiXi︱为总载重量的各个组成部分对船中所取的力矩的绝对值之和。横坐标为平均型吃水。2、强度曲线的使用2、强度曲线图的使用步骤（1）在dm处作垂直于横坐标的垂直线（2）计算∑︱PiXi︱，作垂直于纵坐标的水平线（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向和范围。点划线虚线实线点划线和虚线之间：有利范围虚线和实线之间：允许范围实线之外：危险范围点划线左上方：中拱范围点划线右下方：中垂范围3、船舶总纵弯曲变形的判断根据实船吃水判断拱垂值：δ=|dж-dm|(m)δ的范围船舶强度状况结果δ＜Lbp/1200正常范围可以开航δ=Lbp/1200～Lbp/800极限范围只允许在好天气时开航δ=Lbp/800～Lbp/600危险范围不能开航δ＞Lbp/600危险值不允许长时间存在船舶总纵弯曲变形的判断三、船舶总体布置对总纵弯曲变形的影响：

1．中机船特点：重载：中拱变形较大压载：轻微中拱或中垂措施：货物：中区多装，中途少卸油水：装时先中部，后首尾；用时相反深舱：尽量不空三、船舶总体布置对总纵弯曲变形的影响2．尾机船特点：重载：大型船有中垂；普通船有轻微中拱或中垂压载：中拱变形较大措施：压载：中区为主，不单独使用首尾油水：装时先中部，后首尾；用时相反深舱：中部压载三、船舶总体布置对总纵弯曲变形的影响3．中尾机船特点：介于以上两者之间措施：满载同中机船，空载同尾机船空载（压载）中拱大。四、保证船舶总纵强度满足要求的措施1．用经验方法控制船体的总纵变形：方法：按舱容比分配各货舱的货物的重量。各货舱装货重量的计算公式：

（t）调整值约为10Pi%四、保证船舶总纵强度满足要求的措施2.在安排货物重量沿船舶纵向分布时，还应考虑的因素：（1）货物装卸过程中（2）中途港装卸货物后（3）油水分布及使用合理压载、波浪中航行方法等3.根据不同的船舶布置形式，合理地选配和使用油水

船型装载状态纵向变形油水分配及使用中机船空载中垂尽量配于首尾，先用中部中机船满载中拱尽量配于中部，先用首尾尾机船空载中拱尽量配于中部，先用首尾尾机船满载中垂尽量配于首尾，先用中部中尾机船空、满载中拱尽量配于中部，先用首尾第二节、保证船舶局部强度船舶局部强度条件的概念局部强度(localstrength)：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。重点考虑的船体局部位置：甲板、平台、舱底、舱口、首尾等。船舶必须满足局部强度条件。

第二节、保证船舶局部强度一、表示船体局部强度的指标1、均布载荷

均布载荷是指船舶不同载货部位单位面积允许承受的最大重量，单位为KPa2、集中载荷

集中载荷是指某一特定面积上允许承受的最大重量，单位为KN。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。

一、表示船体局部强度的指标一、表示船体局部强度的指标3、车辆甲板负荷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特定车轮数目为前提的车辆及所载货物的总重量。4、堆积负荷堆积负荷是指集装箱船的甲板、舱盖或舱底上不同的20‘或40’集装箱底座所能承受的最大重量。堆积负荷二、确定均布载荷的经验方法

（缺乏资料时用）

1、上甲板式中： Hc——甲板设计堆货高度，重结构船取1.5m，轻结构船取1.2m；γc——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，（t/m3）μ——该船的设计舱容系数，（m3/t）。二、确定均布载荷的经验方法

（缺乏资料时用）2、中间甲板和舱底式中： Hd—二层舱或底舱的高度（m）γc—设计装载率,无资料时可取γc＝0.72t/m3三、船体局部强度条件的校核步骤：

1、杂货船1)计算确定单位面积的实际负荷量Pd

式中： Hci——自下而上第i层货物之货堆高度（m）SFi——该层货物的积载因数（m3/t）2)计算确定拟装部位的拟装货物重量∑P’以及货物底部所跨过的骨材间距数目n

3）确认满足船体局部强度条件：式中，pd和P分别为该部位的均布载荷和集中载荷

三、船体局部强度条件的校核步骤：2、集装箱船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Ps

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和Pc

式中： Pi——自下而上第i层集装箱的总重量（t）3)比较。若Pc<=Ps，则该底座局部结构的安全有保证四、保证满足船舶局部强度条件的措施1）考虑船龄2）加横跨骨材的衬垫3）舱盖上不装重货4）注意局部强度的校核例题：某轮No.2货舱二层舱拟装钢板（SF=0.45m3/t）,堆高2m，底舱先装一层钢管（SF=1.6m3/t）,堆高4m，再装一层箱货（SF=0.9m3/t）,堆高2.5m。已知二层舱高3.5m，底舱舱高8m。试校核该舱的局部强度。

例题解：底舱的许用负荷：Pd1=0.72×Hd1=0.72×8=5.76m3/t=7.06×Hd1=7.06×8=56.51kPa二层舱的许用负荷：Pd2=0.72×Hd2=0.72×3.5=2.52m3/t=7.06×Hd2=7.06×3.5=24.72kPa例题底舱的实际负荷：P1=H11/SF11+H12/SF12=4/1.6+2.5/0.9=5.27m3/t=51.7kPa二层舱的实际负荷：P2=H2/SF2=2/0.45=4.41m3/t=43.56kPa底舱：因为P1＜Pd1，满足局部强度要求；二层舱：因为P2＞Pd2，不满足局部强度要求

总结1.掌握船舶强度的概念和种类2.船舶产生纵向变形的原因、拱垂变形与弯矩的关系；3.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；4.船体布置对船体纵向受力的影响；5.保证船舶纵向强度的经验方法。6.掌握船舶局部强度的校核方法。第5章检测题波谷在船中时，船舶的受力情况是：A.甲板受拉，船底受拉B．甲板受拉，船底受压C．甲板受压，船底受压D．甲板受压，船底受拉第5章检测题船舶强度曲线图中，点划线右側的区域，表示船舶在______中呈______变形。DA．波浪，中拱B．静水，中拱C．波浪，中垂D．静水，中垂第5章检测题已知某船装载后，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。DA．中拱，5B．中垂，5C．中拱，10D．中垂，10第5章检测题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：AA．先装中部，后装首尾部，先用首尾部油水B．先装首尾部，后装中部，先用首尾部油水C．先装中部，后装首尾部，先用中部油水D．先装首尾部，后装中部，先用首尾部油水第5章检测题根据经验，正常的中拱或中垂数据为型长的：BA．1/600B．1/800C．1/1000D．1/1200第5章检测题利用强度曲线进行强度校核时，强度曲线图的纵坐标表示：AA．载荷（不包括空船重量）对船中力矩的绝对值B．载荷（包括空船重量）对船中力矩的绝对值C．船舶所受的静水弯矩D．船舶所受的波浪弯矩第5章检测题某轮的Lbp=120m,中部平均吃水dm=9.0m,首尾平均吃水dm=8.0m,则拱垂变形为D_________。A.有利范围内 B.正常范围内C.极限范围内 D.危险范围内第5章检测题某船在实际装载时由计算静水弯矩Ms/值为负值，若Ms/的绝对值小于该船允许承受的最大静水弯矩Ms则说明该船：CA、处于中拱状态，强度不受损；B、处于中拱状态，强度受损；C、处于中垂状态，强度不受损；D、处于中后期状态，强度受损第5章检测题在船舶强度曲线图中位于点划线与虚线之间的区域表示：AA、