3第三章强度解读课件

海上货物运输上海海事大学商船学院第三章船体受力的校核与强度保证2023/7/20青院船艺教研室齐绍江学习要求：1、船舶强度的概念2、船舶强度的种类船舶强度第一节船舶强度的概念2023/7/20第一节船舶强度的概念及分类①概念船舶是一种由板材和骨架构成的浮动建筑物。船体在重力、浮力、船体摇荡运动中的惯性力、风浪力等外力作用下，将不可避免地发生变形。为保证船舶安全，船体结构必须具有抵抗发生过大变形和破坏的能力，这种能力称为船舶强度。2023/7/20第一节船舶强度的概念及分类②分类按照外力分布和船体结构变形范围的不同，船舶强度可分为总强度和局部强度，而总强度又按外力分布及相应船体变形的不同方向，分为纵向强度和横向强度。对于营运船舶，主要应考虑船舶的总纵强度和局部强度。2023/7/203.2.1船舶纵强度的概念1、重力、浮力、载荷沿船舶纵向分布与剪力、弯矩的关系；2、船舶拱、垂变形与弯矩的关系及影响因素。

考试大纲要求第二节船舶纵强度的校核与保证2023/7/20（一）船舶产生纵向变形的原因①船舶总纵强度概念指船体整个结构抵御纵向变形或破坏的能力。将船体视为一根空心变断面且两端自由支持的梁，船舶总纵强度研究的是船体在外力作用下整个船体梁所具有的抵御纵向弯曲、剪切和扭转的能力。②船舶纵向变形的原因从整体上讲，船舶重力和浮力大小相等、方向相反并作用于同一垂线上，但这两个力沿船长方向各区段内其大小并不都是相等的，即重力和浮力沿纵向分布规律不一致，由此导致船舶纵向发生变形。2023/7/201①重力包括船体、机器设备、燃料、淡水、各种备品、压载水、所载货物等项重力。由于船体结构和各类载重分布的不连续性，重力纵向分布呈跳跃状。②浮力指船在平静水中或静置于波浪中，舷外水对船体压力的合力。浮力纵向分布也是不均匀的，它取决于船体水线下的体积和形状。③载荷及载荷曲线沿纵向上船体各区段所受重力和浮力的差值就是该区段船体上所受垂向合外力，称为载荷。不同横剖面上的载荷形成载荷随纵向位置的分布曲线，称为载荷曲线。（二）船舶纵向强度概述2023/7/201、船体纵向受力分析

（二）船舶纵向强度概述2023/7/201)浮力曲线——单位长度的船体所受的浮力，用浮力分布密度函数 b(x)表示。

2)重力曲线——单位长度的船体所受的重力，用重力分布密度函数 g(x)表示。3）载荷曲线——单位长度的船体所受的重力和浮力的差值，用载荷 分布密度函数f(x)表示。

xb(x)g(x)f(x)（二）船舶纵向强度概述2023/7/202、剪切变形和弯曲变形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

（二）船舶纵向强度概述2023/7/203、船体横剖面上的剪力和弯矩1）剪力（Shearforce）—船体横剖面两侧的船体之间通过横剖面上的纵向构件相互传递的垂向力，在数值上等于横剖面一侧的重力和浮力的差值；2）弯矩（Bendingmoment）—船体横剖面两侧的船体之间通过横剖面上的纵向构件相互传递的横向（右手法则）力矩，在数值上等于横剖面一侧的重力和浮力的差值对该剖面所取的力矩。我国规范规定，横剖面船尾一侧的船体所受的重力大于浮力，该剖面的剪力为正值；横剖面船尾一侧的船体所受的重力对剖面所取的力矩大于浮力对剖面所取的力矩，该剖面的弯矩为正值

g(x)f(x)xb(x)（二）船舶纵向强度概述2023/7/204、剪力曲线和弯矩曲线xb(x)g(x)f(x)x0SF（x）BM（x）1/4L1/4L1/2L（二）船舶纵向强度概述2023/7/205、中拱（Hogging）变形和中垂（Sagging）变形

a、中拱变形—船体中横剖面在正弯矩作用下所发生的弯曲变形，能使船舶的上甲板被拉伸，船底被压缩。b、中垂变形—船体中横剖面在负弯矩作用下所发生的弯曲变形，能使船舶的上甲板被压缩，船底被拉伸。最危险的拱垂变形的发生条件

（1）中部空舱，首尾满舱，波峰位于船中；（2）中部满舱，首尾空舱，波谷位于船中。（二）船舶纵向强度概述2023/7/20中拱（Hogging）和中垂（Sagging）当船舶处于波浪中，且波长等于船长时，对船体最为不利2023/7/20（三）、保证船体纵强度各货舱应分配货重

为了保证船体纵强度不受损伤，应按各舱货舱容积大小成正比例地分配货重，即船舶中部容积较大的货舱多装货，而在首尾部容积较小的货舱少装货。

按各舱货舱容比分配货重

Pi——第i货舱应分配的货物重量（t）；

Vi.c.h——第i货舱的货舱容积（m3）；∑Vc.h——

全船的货舱总容积（m3）；∑Q——

全船装载货物的总重量（t）；Vi.c.h/∑Vc.h——第i货舱容积与全船货舱总容积之比，简称舱容比。2023/7/20（三）、保证船体纵强度各货舱应分配货重

在实际配积载过程中，不仅要考虑船舶的纵向受力，还要考虑船舶的稳性、吃水差以及因货物的理化特性而产生的对配积载的特殊要求等，因此各舱的实际配货重量不可能严格按照上式计算出来的数值，应允许有少量的调整，这个调整值以某舱按上式计算出来的配货重量的±10%为好。

2023/7/20舱

别第一货舱第二货舱第三货舱第四货舱货舱容积

（m3）3,2015,9694,9075,972舱

容

比

（%）15.9729.7724.4729.79应分配货重（t）1,9163,5722,9373,575允许调整值（t）192357294358允许装货重量的上下限（t）2,108/1,7243,929/3,2153,231/2,6433,933/3,217（三）、保证船体纵强度各货舱应分配货重2023/7/20船舶纵强度的校核1、许用剪力和许用弯矩的概念；2、利用船中弯矩估算法进行船舶纵强度校核的原理；3、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；4、船体纵向变形的经验校核方法。学习要求第二节船舶纵强度的校核与保证2023/7/201.校核原理：

校核剖面上承受的剪力和弯矩不大于所能承受的最大剪力和弯矩则认为满足营运安全。

1)许用剪力和许用弯矩

船舶纵向上某剖面所能承受的最大剪力和弯矩。通常根据《钢质海船入级与建造规范》中规定的参数计算，使用时从船舶资料中直接查取。

船舶资料中：

较小船舶（船长90m以下），只给出船中许用静水弯矩；中等大小船舶（船长150m以下），给出船中剖面静水和波浪中许用弯矩；大型船舶（船长150m以上），给出各横舱壁对应剖面处的静水和波浪中许用剪力和弯矩，也可能将船长分为20站，给出各站面许用值。注意：许用值每年扣除腐蚀量0.4%～0.6%，使用年限小于5年的船舶可取下限值，使用年限在10年以上时可取上限值。

（四）、船舶纵强度校核方法2023/7/20船用许用剪力和许用弯矩表2023/7/202)实际剪力和弯矩计算重力和重力矩：空船、货物、油水、常数计算浮力和浮力矩：由排水量和吃水差查取计算各站面处的剪力：自船尾(首)到该站面重力和浮力之差计算各站面处的弯矩：自船尾（首）到该站面重力矩和浮力矩之差（四）、船舶纵强度校核方法2023/7/20船中静水弯矩估算法（中小型船）⑴船中剖面实际静水弯矩计算

式中：—组成空船的各种载荷WLi对舯力矩绝对值之和

—除空船外的船上各种载荷Pi对舯力矩绝对值之和

—船体每一段浮力Bi对舯力矩绝对值之和，可由dm查取

（四）、船舶纵强度校核方法2023/7/202023/7/20船中静水弯矩估算法（中小型船）⑵船中剖面允许静水弯矩计算

式中：

——船舯剖面所能承受的最大弯矩。

——波浪附加弯矩，对特定船为常数。

——甲板剖面模数，可从船舶资料中查取，每年平均扣除腐蚀量0.4～0.6%。（四）、船舶纵强度的校核方法2023/7/20船中静水弯矩估算法（中小型船）⑶比较：

①当|M’s|≤Ms时，则满足纵强度不受损伤的要求；当|M’s|＞Ms时，则其纵强度可能会受到损伤。②当M’s＞0时，船舶呈中拱状态当M’s＜0时，船舶呈中垂状态

（四）、船舶纵强度的校核方法2023/7/20强度曲线图校核法尽管大多数船上都有利用船舶静水弯矩进行纵向受力校核的资料，但用这种方法进行纵强度的校核，往往感到很麻烦。如果船上配有强度曲线图，则纵向受力校核的问题就变得很简单了。强度曲线图校核法实际上是由船中弯矩估算法演变而成的。（四）、船舶纵强度的校核方法2023/7/20强度曲线图校核法

(1)强度曲线图的组成与说明纵坐标表示各载荷（不包括空船重量）对船中力矩的绝对值之和∑|Pi·Xi|（＝|MF|＋|MA|），横坐标表示船舶平均型吃水dM。图中有5条曲线，分别表示船体的不同受力情况：

①中间的一条曲线（点划线），表示船体所受的静水弯矩为零值，是船体受力的理想状态；

②中间左右两边的两条曲线（虚线），表示船体所受的静水弯矩等于空船状态时静水弯矩的中拱及中垂边界线；（四）、船舶纵强度的校核方法2023/7/20“Q”轮强度曲线图2023/7/20强度曲线图校核法

(1)强度曲线图的组成与说明③外面左右两边的两条曲线（实线），表示船舶根据规范规定所能承受的最大静水弯矩的中拱及中垂边界线。

图中不同的部位，表示船舶纵向受力的范围或变形的状态。

①点划线与虚线之间的部位，表示船舶在该装载状态时，纵向受力满足要求，应力处于有利的中拱或中垂范围；（四）、船舶纵强度的校核方法2023/7/20“Q”轮强度曲线图2023/7/20强度曲线图校核法

(1)强度曲线图的组成与说明

②虚线与实线之间的部位，表示船舶在该装载状态时，纵向受力尚能满足要求，应力处于允许的范围；③超出实线以外的部位，表示船舶在该装载状态时，纵向受力超过规范的规定，应力处于危险的状况，此时应调整船舶的装载；④位于点划线左侧，表示船舶处于中拱状态；⑤位于点划线右侧，表示船舶处于中垂状态。（四）、船舶纵强度的校核方法2023/7/20中拱中垂允许有利dM2)强度曲线图使用方法2023/7/20强度曲线图校核法(2)强度曲线图的使用

根据某装载状态的船舶平均型吃水dM，在强度曲线图的横坐标轴上找到相应的点A；再根据各载荷（包括空船、货物、油水等）对船中力矩的绝对值之和∑|Pi·Xi|，在纵坐标轴上找到相应的点

B；过这两点分别作纵坐标轴和横坐标轴的垂直线交于O点；此点所处的部位就表示船舶纵向受力所处的范围及船舶变形的情况。（四）、船舶纵强度的校核方法中拱中垂允许有利dM2023/7/20“Q”轮强度曲线图2023/7/20载荷弯矩许用力矩表校核法（L≤90m或均匀装载）载荷弯矩许用力矩表是根据纵向受力校核公式计算出船体静水许用弯矩Ms值后，经处理转换而来的数据表。（四）、船舶纵强度的校核方法2023/7/20当观测到的船舶首尾平均吃水dM（只有纵倾）或六面平均吃水（既有纵倾又有横倾）比船中部的平均吃水d¤M大时，可以判定船舶当时处于中拱状态；当观测到的船舶首尾平均吃水dM（只有纵倾）或六面平均吃水（既有纵倾又有横倾）比船中部的平均吃水d¤M小时，则可以判断船舶当时处于中垂状态。

d¤M与dM差值的绝对值---船舶的拱垂值（五）船体纵向变形的经验校核2023/7/20在装卸货期间，对于万吨级的船舶，如船舶的拱垂值超过0.10m时，应引起注意；超过0.20m时，应及时查找原因并采取相应措施；当船舶的拱垂值超过0.30m时，应立即停止装卸货物，此时船体纵向强度已处在极为不利的状态下，有必要调整各舱的装卸进度或装卸计划。船舶正常的拱垂值为LBP／1,200；极限的拱垂值为LBP／800；危险的拱垂值为LBP／600。LBP为船舶垂线间长（m）。

（五）船体纵向变形的经验校核极限正常危险可以开航好天开航不许开航有利极限正常危险可以开航好天开航不许开航有利在装卸货期间，对于万吨级的船舶，如船舶的拱垂值超过0.10m时，应引起注意；超过0.20m时，应及时查找原因并采取相应措施；当船舶的拱垂值超过0.30m时，应立即停止装卸货物，此时船体纵向强度已处在极为不利的状态下，有必要调整各舱的装卸进度或装卸计划。船舶正常的拱垂值为LBP／1,200；极限的拱垂值为LBP／800；危险的拱垂值为LBP／600。LBP为船舶垂线间长（m）。

极限正常危险可以开航好天开航不许开航有利2023/7/20

1.按舱容比分配各舱货物重量2.根据机舱不同位置适当调整中区货舱货物分配量3.应考虑中途港装卸货物对强度的影响4.均衡装卸各舱货物，合理安排装卸顺序（配合压载水的排放）5.油水的合理分布和使用6.吃水差调整时兼顾船舶拱垂状态的改善7.合理压载8.避免船舶在波浪中的纵谐摇（六）减少船舶纵向弯曲力矩的措施2023/7/20减缓船舶拱垂变形的其他措施

减缓中拱变形减缓中垂变形货物分配船中区货舱适当多配货，多配目的港货。船首尾舱适当多配货，多配目的港货。油水配置与使用尽量多配置于中区舱柜内，并最后消耗。尽量多配置于首尾舱柜内，并最后消耗。压载水舱的选择选在漂心前或后第一压载舱起打压载水。选首或尾压载水舱打压载水。深舱及冷藏舱利用船中区若设有，则应尽量用作装货。船首尾若设有，则应尽量用作装货。2023/7/201、船体局部强度、均布载荷、集中载荷的概念2、各载货部位允许载荷的确定3、各载货部位实际均布载荷的计算4、保证船舶局部强度不受损伤的措施考试大纲要求第三节船体局部强度的校核与保证2023/7/20一、船体局部强度及许用负荷量的定义（一）、局部强度定义

船体各部分结构在外力作用下具有抵抗局部变形和损坏的能力称为局部强度。对营运船舶来说，主要应考虑甲板、平台、舱底及舱口盖等载货部位的局部强度。（二）、许用负荷量载货部位局部强度所允许的载荷重量的极值称为该位置处的许用负荷量。根据载荷的分布情况及特征，实际营运中有以下几种形式的许用负荷量表示方法：第三节船体局部强度的校核与保证2023/7/20（二）、许用负荷量①均布载荷均布载荷是作用在载荷部位上货物重力均匀分布在某一较大面积上，如固体散货或液体散货均匀装于舱室内，使甲板或舱底所受压力相同。由于均布载荷时载货部位上各处压力相同，因此，将载货部位单位面积上允许承受的最大重量定义为均布载荷条件下的许用负荷量Pd，单位为9.81kPa。第三节船体局部强度的校核与保证2023/7/20（二）、许用负荷量②集中载荷集中载荷是指货物重力集中作用在一个较小的特定面积上，如重大件货的底脚、支架等。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（如甲板纵骨和横梁）之间的面积。由于集中载荷时货重作用在一特定面积上，因此，将载货部位特定面积上允许承受的最大重量定义为集中载荷条件下的许用负荷量P，单位为ｔ。第三节船体局部强度的校核与保证2023/7/20（二）、许用负荷量③车辆载荷车辆载荷是指载车部位上的车辆及其所载货物的重量集中作用在特定数目的车轮上，如铲车及其所铲起的货物、拖车及其上面的集装箱等。④集装箱载荷集装箱载荷是指每一箱位底座上允许承载该堆集装箱的最大重量PC，单位为t。第三节船体局部强度的校核与保证2023/7/20二、各载货部位允许载荷的确定（一）、查阅船舶资料船舶各载货部位的许用负荷量一般可以从船舶局部强度计算书中查取，有的船舶也列在装载手册中。小型船舶许用负荷量给出的方式比较简单，一般不区别甲板的有关部位，甚至不区别集中载荷还是均布载荷。第三节船体局部强度的校核与保证部位上甲板二层甲板内底板上甲板舱盖二层舱舱盖均布载荷1.752.5～3.57.51.75NO.1舱4.0其他舱3.5车辆载荷4个前轮10t2个前轮2t4个前轮10t2个前轮10t2023/7/20二、各载货部位允许载荷的确定（一）、查阅船舶资料大型船舶各层甲板许用负荷量常分舱、分部位按集中载荷和均布载荷给出。舱底板许用负荷量则以舱为单位给出，而二层甲板和上甲板许用负荷量则以舱为单位按不同部位给出，一般分为舱口盖、舱口外和舱口间3个部位。第三节船体局部强度的校核与保证部

位上甲板舱口外上甲板舱口间二层舱舱口盖二层舱甲

板底

舱舱口盖底

舱内底板轴隧平台允许均布载荷Pd（kPa）19.6217.2020.6035.1632.2474.6829.16允许集中载荷P（kN）98.0031.5036.3572.3470.5581.502023/7/202023/7/202023/7/20二、各载货部位允许载荷的确定（二）、经验公式1)上甲板允许均布载荷Pd：

式中：HC——允许堆货高度（m），对重结构船HC取1.5m，对轻结构船HC取1.2m

γC——船舶设计时选用的货物装载率，在数值上取设计舱容系数的倒数（t／m3）

SFC

——

设计装运货物的积载因数（m3／t），在数值上取设计舱容系数在无全船积载因数S.F资料的情况下，对于重结构的船舶来说，其上甲板允许均布负荷不得超过10.6kPa，对于轻结构的船舶来说，其上甲板允许均布负荷不得超过8.48kPa

第三节船体局部强度的校核与保证2023/7/20二、各载货部位允许载荷的确定（二）、经验公式2)中间甲板和底舱内底板允许均布载荷Pd：

式中:SFC取设计舱容系数值，γC取设计舱容系数倒数值。

如缺少设计舱容系数资料，根据我国规范，取γC＝0.72t／m3、

SFC＝1.4m3／t

。对满足建造规范规定的重货加强要求的船舶底舱，可取γC＝1.2t／m3、SFC＝0.83m3／t第三节船体局部强度的校核与保证2023/7/20二、各载货部位允许载荷的确定（二）、经验公式2)中间甲板和底舱内底板允许均布载荷Pd：

甲板间舱或底舱允许装载货物的总重量P可以按下列近似公式确定：

式中：Vc.hi.——甲板间舱或底舱的货舱容积（m3）第三节船体局部强度的校核与保证2023/7/20三、实际负荷量的计算1.集中载荷

⑴当货件的重量分布均匀且支撑点对称，则各支撑点处的压力为货件总重与支撑点数目的比值

⑵当同一货件下各支撑点处的压力不同时，每个骨材上的实际负荷为P′=9.81W/n

n货件底部支撑面积所横跨的骨材数目

W对重量均匀分布时为货件总重，对重量非均匀分布时为某支撑点所分担的货件重量第三节船体局部强度的校核与保证2023/7/20三、实际负荷量的计算2.甲板实际均布载荷：1）

式中：P’——甲板受载面上承受的货物总重量（t）A

——

受载甲板的总面积（m3）2）当同一受载面积配装了积载因数不同的若干票货物

式中：Hc.i——第i票货物在舱内堆装的高度（m）

SFi——第i票货物包括亏舱的积载因数（m3／t）第三节船体局部强度的校核与保证2023/7/20集中载荷均布载荷集装箱载荷满足局部强度的条件：货物装载后载货部位的实际负荷量不大于相应部位的许用负荷量，即：第三节船体局部强度的校核与保证2023/7/20五、保证船体局部强度不受损伤的措施

1.如在上甲板或舱内配置重大件货物，货位应选在跨过甲板下有横梁、支柱或加强材处，按要求加以衬垫。

2.为了防止货舱舱盖因长期负重而变形漏水，非加强结构的舱口盖上最好不要配置重货。第三节船体局部强度的校核与保证2023/7/20五、保证船体局部强度不受损伤的措施

3.钢板类货物应配置在舱内最低层，利用其来均布载荷。对于一些积载因数较小的捆扎货，如铜锭、铝锭、铅块等，在实际堆装时，应控制其堆高，但堆码仍应紧密，以防货物移位。

4.对老龄船舶，甲板厚度可能因锈蚀等原因而变薄，允许均布载荷降低。

5.对某些堆装部位，如怀疑实际均布载荷超过允许均布载荷，则一定要进行局部受力的校核。第三节船体局部强度的校核与保证2023/7/20第二节船体局部受力的校核与强度保证

例1：某船NO.2底舱均布载荷时的许用载荷量Pd=15.7*9.81kPa,