第七章 船舶強(qiáng)度

1、海上貨物運(yùn)輸海上貨物運(yùn)輸 強(qiáng)度定義及分類強(qiáng)度定義及分類總縱強(qiáng)度總縱強(qiáng)度局部強(qiáng)度局部強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度1、強(qiáng)度定義、強(qiáng)度定義l船體結(jié)構(gòu)抵御內(nèi)外力作用的能力。船體結(jié)構(gòu)抵御內(nèi)外力作用的能力。l船舶結(jié)構(gòu)抵抗船體發(fā)生變形或破壞的能力。船舶結(jié)構(gòu)抵抗船體發(fā)生變形或破壞的能力。2、強(qiáng)度分類、強(qiáng)度分類強(qiáng)度強(qiáng)度總強(qiáng)度總強(qiáng)度局部強(qiáng)度局部強(qiáng)度縱強(qiáng)度縱強(qiáng)度橫強(qiáng)度橫強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度（一）定義（一）定義 船舶結(jié)構(gòu)抵抗船體沿船長(zhǎng)方向發(fā)生彎船舶結(jié)構(gòu)抵抗船體沿船長(zhǎng)方向發(fā)生彎曲或變形的能力。曲或變形的能力。（二）船體縱向彎曲或變形的原因（二）船體縱向彎曲或變形的原因 船舶所受重力和浮力沿船長(zhǎng)方向分布船舶所受重力和浮力沿船長(zhǎng)方

2、向分布不一致造成。不一致造成。l重量曲線重量曲線（Weight curve）)(xbl負(fù)荷曲線（負(fù)荷曲線（Load curve）l浮力曲線（浮力曲線（Buoyancy curve）（三）負(fù)荷曲線、剪力曲線和彎矩曲線（三）負(fù)荷曲線、剪力曲線和彎矩曲線( )p x)()()(xbxpxql彎矩曲線（彎矩曲線（Bending moment curve）l 剪力曲線的積分曲線；負(fù)荷曲線的雙剪力曲線的積分曲線；負(fù)荷曲線的雙重積分曲線。重積分曲線。l剪力曲線（剪力曲線（Shear curve）l 負(fù)荷曲線的積分曲線。負(fù)荷曲線的積分曲線。( )( )( ( )( )00 xxN xq x dxp xb x

3、dx xxxdxxqdxxNxM000)()()( 結(jié)論結(jié)論 剪力最大值約位于距首尾剪力最大值約位于距首尾L/4處；處； 彎矩最大值約位于船中處，且向彎矩最大值約位于船中處，且向 首尾逐漸減小。首尾逐漸減小。 （四）船體剪切變形（四）船體剪切變形 單位長(zhǎng)度的船體，其前后兩端受到單位長(zhǎng)度的船體，其前后兩端受到大小相等、方向相反的切力作用，則該大小相等、方向相反的切力作用，則該段船體將出現(xiàn)剪切變形。段船體將出現(xiàn)剪切變形。 （五）船體彎曲變形（五）船體彎曲變形 單位長(zhǎng)度的船體，前后兩端受到大單位長(zhǎng)度的船體，前后兩端受到大小相等，方向相反的彎矩作用，則該段小相等，方向相反的彎矩作用，則該段船體將發(fā)生彎

4、曲變形。船體將發(fā)生彎曲變形。 1、中拱（、中拱（Hogging） 船體受正彎矩作用，中部的浮力大于船體受正彎矩作用，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，船底受壓，發(fā)生中部上拱的變形。板受拉，船底受壓，發(fā)生中部上拱的變形。 2、中垂（、中垂（Sagging） 船體受負(fù)彎矩作用，中部的浮力小于船體受負(fù)彎矩作用，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；船舶上甲板受壓，船底受拉，發(fā)生中部下垂的變形。板受壓，船底受拉，發(fā)生中部下垂的變形。 3、影響船舶拱垂變形的因素、影響船舶拱垂變形的因素l船體有效構(gòu)件的尺寸

5、、材料及分布船體有效構(gòu)件的尺寸、材料及分布l載荷配置載荷配置l船舶與波浪的相對(duì)位置關(guān)系船舶與波浪的相對(duì)位置關(guān)系 （1）船舶中拱，處于波浪中，波長(zhǎng)約等）船舶中拱，處于波浪中，波長(zhǎng)約等于船長(zhǎng)，波峰位于船中，船體中拱加劇。于船長(zhǎng)，波峰位于船中，船體中拱加劇。 （2）船舶中垂，處于波浪中，波長(zhǎng)約等）船舶中垂，處于波浪中，波長(zhǎng)約等于船長(zhǎng)，波谷位于船中，船體中垂加劇。于船長(zhǎng)，波谷位于船中，船體中垂加劇。l總縱彎曲應(yīng)力為總縱彎曲應(yīng)力為lM計(jì)算剖面的總縱彎矩計(jì)算剖面的總縱彎矩lI計(jì)算剖面對(duì)中和軸的慣性矩計(jì)算剖面對(duì)中和軸的慣性矩lZ所求應(yīng)力點(diǎn)至水平中和軸的垂直距離所求應(yīng)力點(diǎn)至水平中和軸的垂直距離lW=I/Z稱為

6、船體剖面模數(shù)，它是表征船體結(jié)構(gòu)稱為船體剖面模數(shù)，它是表征船體結(jié)構(gòu)抵抗彎曲變形能力的一種幾何特性，也是衡量抵抗彎曲變形能力的一種幾何特性，也是衡量船體總縱強(qiáng)度的一個(gè)重要標(biāo)志船體總縱強(qiáng)度的一個(gè)重要標(biāo)志ZIMWMIWz 2FIz dF l 剖面中和軸是指船體梁在彎曲過(guò)程中各剖面中和軸是指船體梁在彎曲過(guò)程中各個(gè)剖面轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線個(gè)剖面轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線,該軸通過(guò)該剖面的形該軸通過(guò)該剖面的形心并與剖面的基線平行心并與剖面的基線平行.在中和軸上剖面在中和軸上剖面的材料無(wú)拉伸變形的材料無(wú)拉伸變形,也無(wú)壓縮變形也無(wú)壓縮變形,材料處材料處于中性狀態(tài)。對(duì)于空心變斷面梁的船體，于中性狀態(tài)。對(duì)于空心變斷面梁的船體，中和軸位于船體

7、剖面的中心。中和軸位于船體剖面的中心。l甲板剖面模數(shù)甲板剖面模數(shù)wd和艙底板剖面模數(shù)和艙底板剖面模數(shù)wbdxdZIwbxbZIwbdbdwwZZ （2）經(jīng)驗(yàn)法）經(jīng)驗(yàn)法 根據(jù)有關(guān)實(shí)測(cè)資料，可以近似認(rèn)為甲板剖根據(jù)有關(guān)實(shí)測(cè)資料，可以近似認(rèn)為甲板剖面模數(shù)每年平均扣除腐蝕量約為面模數(shù)每年平均扣除腐蝕量約為0.40.6。 扣除原則：使用年限小于扣除原則：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。 nwwddnl甲板剖面模數(shù)的腐蝕修正甲板剖面模數(shù)的腐蝕修正（1） 近似公式計(jì)算法近似公式計(jì)算法（3）腐蝕極限）腐蝕極限 船長(zhǎng)大于或等于船長(zhǎng)大于或等于60

8、m的遠(yuǎn)洋干散貨船，的遠(yuǎn)洋干散貨船，船長(zhǎng)大于或等于船長(zhǎng)大于或等于90m的遠(yuǎn)洋液體貨船，在的遠(yuǎn)洋液體貨船，在船中船中40L區(qū)間強(qiáng)力甲板的剖面模數(shù)應(yīng)滿區(qū)間強(qiáng)力甲板的剖面模數(shù)應(yīng)滿足：足：ddnddnddnwwwwww800840900.類航區(qū)）：類航區(qū)）：沿海航區(qū)（沿海航區(qū)（類航區(qū)）：類航區(qū)）：近海航區(qū)（近海航區(qū)（類航區(qū)）：類航區(qū)）：無(wú)限航區(qū)（無(wú)限航區(qū)（ 1、經(jīng)驗(yàn)法（艙容比配貨法）、經(jīng)驗(yàn)法（艙容比配貨法）QVVPchichii .%)(101iiiiPPPP 艙別艙別NO.1NO.2NO.3NO.4NO.5Total貨艙容積貨艙容積3075411942105719396721090艙容比艙容比14.5

9、819.5319.9627.1218.81100Pi1955261926763636252213408調(diào)整值調(diào)整值196262268364252上下限上下限范圍范圍2151175928812357294424084000327227742270（六）船舶總縱強(qiáng)度的校核方法（六）船舶總縱強(qiáng)度的校核方法2、靜水彎矩及靜水切力法、靜水彎矩及靜水切力法LBP 90m的船舶，通常只校核計(jì)算船中的船舶，通常只校核計(jì)算船中剖面上的靜水彎矩。剖面上的靜水彎矩。SSMMwwMMSSMMl 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彎矩。剪力和彎矩。sisiMM.wiwiMM.sis

10、iNN.wiwiNN.l船中剖面靜水許用彎矩船中剖面靜水許用彎矩MS的計(jì)算的計(jì)算wCdSMwM310 221070819).(.bBPwCBFLM 影響影響MS因素：營(yíng)運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)短、因素：營(yíng)運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)短、LBP、B、夏、夏季滿載時(shí)的方形系數(shù)季滿載時(shí)的方形系數(shù)Cb(不得小于不得小于0.6)、剖、剖面模數(shù)面模數(shù)Wd 。l船中剖面實(shí)際靜水彎矩船中剖面實(shí)際靜水彎矩MS 的計(jì)算的計(jì)算l l影響因素：裝載排水量影響因素：裝載排水量 、船舶類型、船舶類型、 LBP、計(jì)算狀態(tài)時(shí)的方形系數(shù)、計(jì)算狀態(tài)時(shí)的方形系數(shù)Cb。)(.BPiimHSLCxPxWmWM 21819l船舶各剖面實(shí)際剪力和彎矩的計(jì)算公式船舶各剖面實(shí)際

11、剪力和彎矩的計(jì)算公式l（1）計(jì)算各剖面的重力和重力矩）計(jì)算各剖面的重力和重力矩l（2）計(jì)算各剖面的浮力和浮力矩）計(jì)算各剖面的浮力和浮力矩l（3）計(jì)算各剖面的實(shí)際剪力）計(jì)算各剖面的實(shí)際剪力l（4）計(jì)算各剖面的實(shí)際彎矩）計(jì)算各剖面的實(shí)際彎矩BiiiGiiiiiMlWMBMBWSF 3、百分比校核法、百分比校核法 目前的裝載計(jì)算機(jī)對(duì)船舶總縱強(qiáng)度的校目前的裝載計(jì)算機(jī)對(duì)船舶總縱強(qiáng)度的校 核多采用主要剖面的實(shí)際剪力和彎矩與該核多采用主要剖面的實(shí)際剪力和彎矩與該 剖面的許用剪力和彎矩的比值是否超過(guò)剖面的許用剪力和彎矩的比值是否超過(guò)100來(lái)確定縱強(qiáng)度是否滿足要求。來(lái)確定縱強(qiáng)度是否滿足要求。 一般分港內(nèi)和海上兩

12、種狀態(tài)校核。一般分港內(nèi)和海上兩種狀態(tài)校核。%100100SSSSNNMM，4、強(qiáng)度曲線圖法、強(qiáng)度曲線圖法（1）適用條件）適用條件 船長(zhǎng)小于船長(zhǎng)小于90m或者裝載或者裝載均勻，不需要校核靜水均勻，不需要校核靜水切力時(shí)，可以使用該法。切力時(shí)，可以使用該法。（2）曲線圖的構(gòu)成）曲線圖的構(gòu)成l縱坐標(biāo)：載荷對(duì)船中力縱坐標(biāo)：載荷對(duì)船中力矩的絕對(duì)值之和。矩的絕對(duì)值之和。l橫坐標(biāo)：平均型吃水。橫坐標(biāo)：平均型吃水。l點(diǎn)劃線點(diǎn)劃線l虛線虛線l實(shí)線實(shí)線l點(diǎn)劃線和虛線之間：有利范圍點(diǎn)劃線和虛線之間：有利范圍l虛線和實(shí)線之間：允許范圍虛線和實(shí)線之間：允許范圍l實(shí)線之外：危險(xiǎn)范圍實(shí)線之外：危險(xiǎn)范圍l點(diǎn)劃線左上方：中拱范圍

13、點(diǎn)劃線左上方：中拱范圍l點(diǎn)劃線右下方：中垂范圍點(diǎn)劃線右下方：中垂范圍0SMSLSMMSSMM 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ldM dM：中垂變形：中垂變形ldM dM：中拱變形：中拱變形ldM dM：無(wú)拱垂變形：無(wú)拱垂變形（2）利用吃水判定拱垂的變形大?。├贸运卸ü按沟淖冃未笮Mdd船船中中 （3）利用拱垂差的大小校核總縱強(qiáng)度）利用拱垂差的大小校核總縱強(qiáng)度1200BPL 正正常常拱拱垂垂值值：800BPL 極極限限拱拱垂垂值值：600BPL 危險(xiǎn)拱垂值：危險(xiǎn)拱垂值：1200BPL 有有利利拱拱垂垂范范圍圍：8001200BPBPL

14、L 正常拱垂范圍：正常拱垂范圍： 注意注意 船舶處于有利和正常拱垂范圍，可以開船舶處于有利和正常拱垂范圍，可以開航；航； 船舶處于極限拱垂范圍，只能好天氣開船舶處于極限拱垂范圍，只能好天氣開航；航； 船舶處于危險(xiǎn)拱垂范圍，不能開航。船舶處于危險(xiǎn)拱垂范圍，不能開航。600800BPBPLL 極極限限拱拱垂垂范范圍圍：600BPL 危險(xiǎn)拱垂范圍：危險(xiǎn)拱垂范圍： 6、百分制校核法、百分制校核法（1）將最大靜水許用彎矩作為）將最大靜水許用彎矩作為100；（2）將船舶各項(xiàng)重量以艙為單位除）將船舶各項(xiàng)重量以艙為單位除100， 然后分別乘預(yù)先確定的分?jǐn)?shù)系數(shù)得然后分別乘預(yù)先確定的分?jǐn)?shù)系數(shù)得 到分?jǐn)?shù)值；到分?jǐn)?shù)值

15、；（3）將各計(jì)算分?jǐn)?shù)值相加得到分?jǐn)?shù)值和；）將各計(jì)算分?jǐn)?shù)值相加得到分?jǐn)?shù)值和；（4）若該分?jǐn)?shù)值和不超過(guò)）若該分?jǐn)?shù)值和不超過(guò)100，則說(shuō)明船，則說(shuō)明船 舶舶 的總縱強(qiáng)度符合要求。的總縱強(qiáng)度符合要求。1、不同機(jī)艙位置的普通貨船的彎矩特性曲線、不同機(jī)艙位置的普通貨船的彎矩特性曲線（七）船舶布置對(duì)縱向受力影響（七）船舶布置對(duì)縱向受力影響 及改善措施及改善措施 2、拱垂大小比較、拱垂大小比較l滿載狀態(tài)下三種類型船舶所受的彎矩比較滿載狀態(tài)下三種類型船舶所受的彎矩比較尾尾機(jī)機(jī)船船中中后后機(jī)機(jī)船船中中機(jī)機(jī)船船尾尾機(jī)機(jī)船船中中后后機(jī)機(jī)船船中中機(jī)機(jī)船船l 空載狀態(tài)下三種類型船舶所受的彎矩比較空載狀態(tài)下三種類型船舶所受

16、的彎矩比較l 中后機(jī)船空載狀態(tài)與滿載狀態(tài)的彎矩比較中后機(jī)船空載狀態(tài)與滿載狀態(tài)的彎矩比較空空載載狀狀態(tài)態(tài)滿滿載載狀狀態(tài)態(tài) 3、改善措施、改善措施（1）中機(jī)船滿載狀態(tài)）中機(jī)船滿載狀態(tài)l貨物配置：按艙容比分配貨物，在艙容允貨物配置：按艙容比分配貨物，在艙容允許的條件下，中區(qū)貨艙應(yīng)按裝貨重量的上許的條件下，中區(qū)貨艙應(yīng)按裝貨重量的上限值裝，首尾貨艙按下限值裝；中途港貨限值裝，首尾貨艙按下限值裝；中途港貨物不應(yīng)過(guò)分集中于中區(qū)貨艙。物不應(yīng)過(guò)分集中于中區(qū)貨艙。l油水分配及使用：油水應(yīng)自中區(qū)向首尾裝油水分配及使用：油水應(yīng)自中區(qū)向首尾裝載；使用時(shí)應(yīng)自首尾向中區(qū)。載；使用時(shí)應(yīng)自首尾向中區(qū)。正確使用位于中區(qū)的深艙和冷

17、藏艙：不應(yīng)正確使用位于中區(qū)的深艙和冷藏艙：不應(yīng)空艙?？张?。（2）尾機(jī)船壓載狀態(tài)）尾機(jī)船壓載狀態(tài)l壓載安排：盡量使用接近中區(qū)的壓載艙，壓載安排：盡量使用接近中區(qū)的壓載艙，可以使用但切忌單獨(dú)使用首尾部壓載艙?？梢允褂玫屑蓡为?dú)使用首尾部壓載艙。l油水分配及使用：同中機(jī)船滿載狀態(tài)。油水分配及使用：同中機(jī)船滿載狀態(tài)。l正確使用位于中區(qū)的深艙：應(yīng)作為壓載正確使用位于中區(qū)的深艙：應(yīng)作為壓載艙使用。艙使用。（3）中后機(jī)船壓載狀態(tài)）中后機(jī)船壓載狀態(tài) 同尾機(jī)船壓載狀態(tài)同尾機(jī)船壓載狀態(tài)（一）定義（一）定義l船舶結(jié)構(gòu)抵抗船體局部發(fā)生變形或破壞船舶結(jié)構(gòu)抵抗船體局部發(fā)生變形或破壞的能力。的能力。l船舶局部結(jié)構(gòu)抵抗內(nèi)外力

18、作用的能力。船舶局部結(jié)構(gòu)抵抗內(nèi)外力作用的能力。（二）主要計(jì)算（校核）部位（二）主要計(jì)算（校核）部位 艙口蓋、上甲板、中間甲板、底艙底艙口蓋、上甲板、中間甲板、底艙底板、平臺(tái)。板、平臺(tái)。（三）允許負(fù)荷量的表示方法（三）允許負(fù)荷量的表示方法l均布載荷均布載荷Pd：?jiǎn)挝幻娣e允許承受的最大重：?jiǎn)挝幻娣e允許承受的最大重 量（量（kPa）。）。l集中載荷集中載荷P：某一較小特定面積上允許承：某一較小特定面積上允許承 受的最大重量（受的最大重量（kN）。）。l車輛載荷車輛載荷Pv ：載車部位允許承受的以特定：載車部位允許承受的以特定 車輪數(shù)目為前提的車輛及所車輪數(shù)目為前提的車輛及所 載貨物的總重量（載貨物的

19、總重量（kN）。）。l堆積負(fù)荷堆積負(fù)荷Pc ：載箱部位上作用在箱底座處：載箱部位上作用在箱底座處 的集裝箱總重量（的集裝箱總重量（kN）。）。ccvvddPPPPPPPP（四）局部強(qiáng)度的校核方法（四）局部強(qiáng)度的校核方法甲板實(shí)際負(fù)荷量甲板實(shí)際負(fù)荷量 甲板允許負(fù)荷量甲板允許負(fù)荷量 （五）允許負(fù)荷量的確定（五）允許負(fù)荷量的確定 1、查取局部強(qiáng)度計(jì)算書、查取局部強(qiáng)度計(jì)算書 部位部位 載荷載荷 上甲上甲板板中間甲板中間甲板內(nèi)底板內(nèi)底板上甲上甲板板艙口艙口蓋蓋二層甲板艙口二層甲板艙口蓋蓋均布載荷均布載荷（kPa）17.1624.7231.173.5717.26第一貨艙第一貨艙 9.24其他貨艙其他貨艙 34.34車輛載荷車輛載荷（kN）98.1kN/4個(gè)前個(gè)前輪輪68.7kN/2個(gè)前個(gè)前輪輪98.1kN/4個(gè)前個(gè)前輪輪98.1kN/2個(gè)前個(gè)前輪輪v集中載荷和集裝箱載荷的允許負(fù)荷量同理可集中載荷和集裝箱載荷的允許負(fù)荷量同理可查得。查得。l中間甲板和內(nèi)底板中間甲板和內(nèi)底板 ).(.5121819819819或FSHHPcccd