第7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(lèi)強(qiáng)度定義及分類(lèi)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(lèi)、強(qiáng)度分類(lèi)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(xiàn)重量曲線(xiàn)（Weight curve）)(xp)(xb負(fù)荷曲線(xiàn)（負(fù)荷曲線(xiàn)（Load curve）浮力曲線(xiàn)（浮力曲線(xiàn)（Buoyancy curve）（三）負(fù)荷曲線(xiàn)、剪力曲線(xiàn)和彎矩曲線(xiàn)（三）負(fù)荷曲線(xiàn)、剪力曲線(xiàn)和彎矩曲線(xiàn))()()(xbxpxql彎矩曲線(xiàn)（彎矩曲線(xiàn)（Bending moment curve） 剪力曲線(xiàn)的積分曲線(xiàn)；負(fù)荷曲線(xiàn)的雙重剪力曲線(xiàn)的積分曲線(xiàn)；負(fù)荷曲線(xiàn)的雙重(二二次次)積分曲線(xiàn)。積分曲線(xiàn)。dxxbxpdxxqxNxx)()()()(00剪力曲線(xiàn)（剪力曲線(xiàn)（Shear curve） 負(fù)荷曲線(xiàn)的積分曲線(xiàn)。負(fù)荷曲線(xiàn)的積分曲線(xiàn)。 xxxdxxqdxxN

3、xM000)()()( 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。 剪切應(yīng)力最大值出現(xiàn)在相應(yīng)板材與剪切應(yīng)力最大值出現(xiàn)在相應(yīng)板材與橫剖面水平中心線(xiàn)的交點(diǎn)處。橫剖面水平中心線(xiàn)的交點(diǎn)處。 （五）船體拱垂變形（五）船體拱垂變形 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

4、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)生彎曲變形。船體將發(fā)生彎曲變形。 彎曲應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在龍骨板或彎曲應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在龍骨板或上甲板。上甲板。 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

5、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、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。（六）剖面模數(shù)（六）剖面模數(shù)wx 船體剖面

6、模數(shù)，它是表征船體結(jié)構(gòu)抵抗船體剖面模數(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，也是衡量船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)志體總縱強(qiáng)度的一個(gè)重要標(biāo)志I Ix 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z z 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zIxxl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lIx 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zIMMxxl中和軸中和軸 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(xiàn)個(gè)剖面轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線(xiàn),該軸通過(guò)該剖面的形心

7、并該軸通過(guò)該剖面的形心并與剖面的基線(xiàn)平行與剖面的基線(xiàn)平行.在中和軸上剖面的材料無(wú)在中和軸上剖面的材料無(wú)拉伸變形拉伸變形,也無(wú)壓縮變形也無(wú)壓縮變形,材料處于中性狀態(tài)。材料處于中性狀態(tài)。對(duì)于空心變斷面梁的船體，中和軸位于船體對(duì)于空心變斷面梁的船體，中和軸位于船體剖面的中心。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)wbdxdzIbxbzIdbdbdbzz （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

8、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。nddnl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 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14.5819.5319.9627.1218.81100Pi1955261926763636252213408調(diào)整值調(diào)整值196262268364252上下限上下限范圍范圍2151

9、175928812357294424084000327227742270（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。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彎矩。剪力和彎矩。sisiMM.wiwiMM.sisiNN.wiwiNN.3、強(qiáng)度曲線(xiàn)圖法、強(qiáng)度曲線(xiàn)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

10、法。切力時(shí)，可以使用該法。（2）曲線(xiàn)圖的構(gòu)成）曲線(xiàn)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(xiàn)點(diǎn)劃線(xiàn)l虛線(xiàn)虛線(xiàn)l實(shí)線(xiàn)實(shí)線(xiàn)l點(diǎn)劃線(xiàn)和虛線(xiàn)之間：有利范圍點(diǎn)劃線(xiàn)和虛線(xiàn)之間：有利范圍l虛線(xiàn)和實(shí)線(xiàn)之間：允許范圍虛線(xiàn)和實(shí)線(xiàn)之間：允許范圍l實(shí)線(xiàn)之外：危險(xiǎn)范圍實(shí)線(xiàn)之外：危險(xiǎn)范圍l點(diǎn)劃線(xiàn)左上方：中拱范圍點(diǎn)劃線(xiàn)左上方：中拱范圍l點(diǎn)劃線(xiàn)右下方：中垂范圍點(diǎn)劃線(xiàn)右下方：中垂范圍 4、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

11、 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（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 極限拱垂值：極限拱垂值：600BPL 危險(xiǎn)拱垂值：危險(xiǎn)拱垂值：1200BPL 有利拱垂范圍：有利拱垂范圍：8001200BPBPLL 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(kāi)船舶處于有利和正常拱垂范圍，可以開(kāi)航；航； 船舶處于極限拱垂范圍，只能好天氣開(kāi)船舶處于極限拱垂范圍，只能好天氣開(kāi)航；航； 船舶處于危險(xiǎn)拱垂范圍，不能開(kāi)航。船舶處于危險(xiǎn)拱垂范圍，不

12、能開(kāi)航。600800BPBPLL 極限拱垂范圍：極限拱垂范圍：600BPL 危險(xiǎn)拱垂范圍：危險(xiǎn)拱垂范圍：（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

13、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(chē)輛載荷車(chē)輛載荷Pv ：載車(chē)部位允許承受的以特定：載車(chē)部位允許承受的以特定 車(chē)輪數(shù)目為前提的車(chē)輛及所車(chē)輪數(shù)目為前提的車(chē)輛及所 載貨物的總重量（載貨物的總重量（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）。）。ddvvccppPPPPPP （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(shū)、查取局部強(qiáng)度計(jì)算

14、書(shū) 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(chē)輛載荷車(chē)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 ddcddHFSHHP81981981

15、9.dddHHP067720819.dddHHP771121819.2、經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法（均布載荷、經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法（均布載荷Pd）l上甲板上甲板一一艙艙艙艙口口蓋蓋二二艙艙艙艙口口蓋蓋艙艙口口間間甲甲板板艙口外甲板艙口外甲板（2）集中載荷：（）集中載荷：（Concentrated load）SPPd819.iidFShP. 819nWP819.icPP 819.（六）實(shí)際負(fù)荷量的計(jì)算（六）實(shí)際負(fù)荷量的計(jì)算（1）均布載荷（）均布載荷（Even distributed load）（3）集裝箱載荷：（）集裝箱載荷：（Container load）（八）保證局部強(qiáng)度不受損傷的措施（八）保證局部強(qiáng)度不受損傷的措施l按船舶腐蝕程度確定允許負(fù)荷量；按船舶腐蝕程度確定允許負(fù)荷量；l艙內(nèi)貨物重量分布應(yīng)均勻；艙內(nèi)貨物重量分布應(yīng)均勻；l裝載重大件貨物時(shí)應(yīng)加襯墊；裝載重大件貨物時(shí)應(yīng)加襯墊；l自動(dòng)艙蓋上不能裝貨或只能裝輕貨；自動(dòng)艙蓋上不能裝貨或只能裝輕貨；l固體散貨應(yīng)合理平艙；固體散貨應(yīng)合理平艙；l裝載重貨時(shí)應(yīng)限制其落底速度。裝載重貨時(shí)應(yīng)限制其落底速度。dddPPSPPSSPPmin（七）最小襯墊面積（七）最小襯墊面積Smin的確定的確定l定義定義 船舶結(jié)構(gòu)抵抗船體沿船長(zhǎng)方向發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形的船舶結(jié)構(gòu)抵抗船體沿船長(zhǎng)方向發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形的能力。能力。l產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因 沿船長(zhǎng)方向單位長(zhǎng)度重