海洋工程結(jié)構(gòu)概論第一章第二章

船舶與海洋結(jié)構(gòu)物構(gòu)造概論課程性質(zhì)——專業(yè)指定選修課授課時間——第4學期

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HarbinEngineeringUniversity第一章緒論廣義的海洋工程應(yīng)該包括整個船舶工程。海洋工程研究情況說明，即使將這船舶工程與海洋工程分為兩個學科，其所研究的內(nèi)容、范圍也是很難嚴格區(qū)別，很難彼此獨立的；而且作為結(jié)構(gòu)研究，人們更難將其嚴格區(qū)分。例如人們可以將一個運輸船舶改裝為一個石油鉆井船；一個用于軍事目的如偵察、救生潛器與用于深?？碧降臐撈鲝慕Y(jié)構(gòu)上更不會有太大的區(qū)別。

由于海洋工程中的船舶和潛器等的一般情況大家都比較熟悉，本章就不詳細介紹，本章主要介紹海洋平臺的種類如下：海洋平臺含移動式平臺和固定式平臺。移動式平臺又含坐底式平臺、自升式平臺、鉆井船、半潛式平臺、張力腿式平臺和牽索塔式平臺。HarbinEngineeringUniversity1移動式平臺移動式平臺是一種裝備有鉆井設(shè)備，并能從一個井位移到另一個井位的平臺，它可用于海上石油的鉆探和生產(chǎn)。1.1坐底式平臺坐底式平臺又叫鉆駁或插樁鉆駁，適用于河流和海灣等30m以下的淺水域。不但作業(yè)水深有限，而且也受到海底根底(平坦及堅實程度)的制約。所以這種平臺開展緩慢。HarbinEngineeringUniversity然而我國渤海沿岸的勝利油田、大港油田和遼河油田等向海中延伸的淺海海域，潮差大而海底坡度小，對于開發(fā)這類淺海區(qū)域的石油資源，坐底式平臺仍有較大的開展前途。圖右為我國自行設(shè)計建造的“勝利1號〞坐底式鉆井平臺。

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80年代初，人們開始注意北極海域的石油開發(fā)，設(shè)計、建造極區(qū)坐底式平臺也引起海洋工程界的興趣。目前已有幾座坐底式平臺用于極區(qū)，圖右即是其中一種，它可加壓載坐于海底，然后在平臺中央填砂石以防止平臺滑移，完成鉆井后可排出壓載起浮，并移至另一井位。

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圖1—3為三角形坐底式平臺

圖l—4為單立柱坐底式平臺

1.2自升式平臺又稱甲板升降式或樁腿式平臺。優(yōu)點主要是所需鋼材少、造價低，在各種海況下都能平穩(wěn)地進行鉆井作業(yè)；缺點是樁腿長度有限，使它的工作水深受到限制，最大的工作水深約在120m左右。超過此水深，樁腿重量增加很快，同時拖航時樁腿升得很高，對平臺穩(wěn)性和樁腿強度都不利，見圖右。

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1.3鉆井船鉆井船是浮船式鉆井平臺，它通常是在機動船或駁船上布置鉆井設(shè)備。平臺是靠錨泊或動力定位系統(tǒng)定位。按其推進能力，分為自航式、非自航式；按船型分，有端部鉆井、舷側(cè)鉆井、船中鉆井和雙體船鉆井；按定位分，有一般錨泊式、中央轉(zhuǎn)盤錨泊式和動力定位式。浮船式鉆井裝置船身浮于海面，易受波浪影響，但是它可以用現(xiàn)有的船只進行改裝，因而能以最快的速度投入使用。圖1—7為一鉆井船。HarbinEngineeringUniversityHarbinEngineeringUniversity圖1-71.4半潛式平臺隨著海洋石油開發(fā)的開展，作業(yè)海域已延伸到更深的海域，在深海中使用受水深限制的自升式和坐底式平臺，難以完成鉆井作業(yè)，而鉆井船由于在開闊的海域搖擺大，故作業(yè)率很低。所以搖擺性能好，在相當深的海域能進行鉆井作業(yè)的半潛式平臺就應(yīng)運而生。半潛式平臺可采用錨泊定位和動力定位，錨泊定位的半潛式平臺一般適用于200m一500m水深的海域內(nèi)作業(yè)。HarbinEngineeringUniversityHarbinEngineeringUniversity圖1-8圖1-10圖1-11圖1-9圖1—8至圖1—12所示為半潛式平臺的幾種形式。圖1-12HarbinEngineeringUniversityHarbinEngineeringUniversity1.5牽索塔式平臺牽索塔式平臺得名于它支撐平臺的結(jié)構(gòu)如一桁架式的塔，該塔用對稱布置的纜索將塔保持正浮狀態(tài)。在平臺上可進行通常的鉆井與生產(chǎn)作業(yè)。原油一般是通過管線運輸，在深水中可用近海裝油設(shè)施進行輸送。圖1—13為牽索塔式平臺。牽索塔式平臺比導(dǎo)管架平臺、重力式平臺更適合于深水海域作業(yè)，它的應(yīng)力范圍在200m—650m。

HarbinEngineeringUniversity圖1-13圖1-14

6.張力腿式平臺張力腿式平臺是利用繃緊狀態(tài)下的錨索產(chǎn)生的拉力與平臺的剩余浮力相平衡的鉆井平臺或生產(chǎn)平臺，如圖1—14所示。張力腿式平臺也是采用錨泊定位的。張力腿式平臺自1954年提出設(shè)想以來，迄今已有50年的歷史。

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2固定式平臺固定式平臺一般是平臺固定一處不能整體移動。

1.混凝土重力式平臺這種平臺的重量可達數(shù)十萬噸，正是依靠自身的巨大重量，平臺直接置于海底。現(xiàn)在已有大約20座混凝土重力式平臺用于北海，如圖1—15(a)。

2．鋼質(zhì)導(dǎo)管架式平臺鋼質(zhì)導(dǎo)管架式平臺通過打樁的方法固定于海底，它是目前海上油田使用最廣泛的一種平臺，如圖1—15(b)。HarbinEngineeringUniversity圖1-15圖1-16HarbinEngineeringUniversity第二章船體結(jié)構(gòu)海洋工程結(jié)構(gòu)物可以分為移動式和固定式兩種，移動式海洋工程結(jié)構(gòu)大都有一個封閉箱體結(jié)構(gòu)，以保證能提供足夠的浮力，漂浮于海面或海中一定深度。這種封閉的箱形殼體結(jié)構(gòu)，實際上是一般艙舶的主體結(jié)構(gòu)，也是其它海洋平臺的主要局部，我們稱之為船體或沉墊(平臺中)。本章主要介紹船舶主體結(jié)構(gòu)。HarbinEngineeringUniversity2.1船體的結(jié)構(gòu)組成船體結(jié)構(gòu)是一個復(fù)雜的空間系統(tǒng)，它是由板和骨架(交叉體系)組成的。由鋼板及骨架構(gòu)成的根本構(gòu)件稱為板架。船底、船側(cè)、甲板和艙壁等板架組成整個船體。鋼板上必須設(shè)置骨架，否那么要滿足強度和穩(wěn)定性的要求，就得把鋼板的厚度大大增加，這樣不僅板太厚不經(jīng)濟，而且不易制造。因此船體上的板離不開骨架，通過骨架使所有的板架能很好地相互連接、相互支持并傳遞載荷。HarbinEngineeringUniversity

2.1.1外板

一、外板的分布

外板指船底部、舭部、舷部外殼板，由許多塊鋼板焊接而成。由于船體沿肋骨圍長的曲率變化較大，鋼板的長邊通常沿船長方向布置，便于加工成型。鋼板橫向的接縫稱為端接縫，縱向的接縫稱為邊接縫。鋼板逐塊端接而成的連續(xù)長板條稱為列板。組成船體外板的各列板的名稱，如圖2—7所示。HarbinEngineeringUniversity圖2-7外板組成HarbinEngineeringUniversity

二、外板的厚度外板上的各塊鋼板因其所在位置的不同，受力也就不同。為了在保證強度的前提下減輕結(jié)構(gòu)重量，外板厚度沿船長方向及肋骨圍長而變化，視其所在位置分別選取不同的厚度。一般說來，在船中0.4L區(qū)域內(nèi)的外板厚度較大，離首尾端0.075L區(qū)域內(nèi)的外板較薄，在兩者之間的過渡區(qū)域，其板厚可由中部逐漸向兩端過渡，如右圖所示。HarbinEngineeringUniversity

三、外板的接縫

HarbinEngineeringUniversity圖2-9外板的邊接縫圖2-10外板的并板形式

2.1.2甲板板

一、甲板板的布置為了簡化工藝，甲板板沿船長方向布置，通常以其邊接縫平行于甲板中線，這樣的布置方式只有甲板邊板的舷側(cè)邊緣須加工成曲線邊，其余的板均可保持直線邊縫，既省加工，又便于焊接，這是現(xiàn)時普遍采用的布置方式。如圖2—11所示。

HarbinEngineeringUniversity圖2-11甲板板的布置

二、甲板開口處的加強及甲板間斷處的結(jié)構(gòu)1．甲板開口處的加強當船體總縱彎曲時，在甲板開口的角隅處將產(chǎn)生嚴重的應(yīng)力集中現(xiàn)象。由于在中部0.4L區(qū)域以內(nèi)船體承受的總縱彎曲應(yīng)力較大，故必須對一些開口給予加強或補償。甲板上的人孔開口，應(yīng)做成圓形或長軸沿船長方向布置的橢圓形，以緩和應(yīng)力集中的程度。HarbinEngineeringUniversity矩形大開口的長邊通常沿船長方向布置。由于大開口的角隅處應(yīng)力集中較嚴重，故角隅應(yīng)做成圓形、橢圓形或拋物線形。圓形角隅的半徑不得小于開口寬的1/20到1/10，同時在開口角隅處的甲板板要用加厚板或復(fù)板給予加強。加厚板的厚度應(yīng)較甲板板厚增加4mm。常用的加厚板形式如圖2—12(a)和(b)所示。如果艙口的角隅采用橢圓形或拋物線形，那么可不必將角隅處的甲板板加厚，但須符合圖2—12(c)規(guī)定的要求。

HarbinEngineeringUniversityHarbinEngineeringUniversity圖2-12艙口角隅處的加強圖2-13矩形大開口處的加強圖2-14甲板開口套環(huán)加強2．甲板間斷處的結(jié)構(gòu)上甲板以下的各層甲板假設(shè)有在機艙、貨艙等處被切斷，這些甲板盡管對保證船體總縱強度的作用不大，但因甲板間斷處的結(jié)構(gòu)連續(xù)性被破壞，在甲板突變的地方可能產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。應(yīng)如圖2—15所示進行結(jié)構(gòu)加強。HarbinEngineeringUniversity圖2-15平臺甲板末端處的結(jié)構(gòu)2.1.3骨架形式船體中沿船長方向布置的構(gòu)件稱為縱向構(gòu)件，如縱骨、縱桁等；沿船寬方向布置的構(gòu)件稱為橫向構(gòu)件，如橫梁、肋板等。如果船體結(jié)構(gòu)的某一局部(如船底、舷側(cè)、甲板等)，橫向構(gòu)件布置得密、間距小，而縱向構(gòu)件布置得稀、間距大，那么這一局部結(jié)構(gòu)的布置方式稱為橫骨架式，如圖2—16(a)所示；如果船體結(jié)構(gòu)的某一局部縱向構(gòu)件布置得密，間距小，而橫向構(gòu)件布置得稀、間距大，那么這一局部結(jié)構(gòu)的布置方式稱為縱骨架式，如圖2—16(b)；如果縱橫向構(gòu)件布置的間距接近相等，這種骨架稱為縱橫骨架式，如圖2—16(c)。HarbinEngineeringUniversityHarbinEngineeringUniversity圖2-16船體骨架形式2.1.4板架船體各局部的結(jié)構(gòu)除個別構(gòu)件之外，一般均由板材與型材按一定的結(jié)構(gòu)要求組合并鞏固連接而成，由這些板材與型材組成的船體各局部的平面結(jié)構(gòu)稱板架結(jié)構(gòu)，如圖2—18為典型板架結(jié)構(gòu)。各板架結(jié)構(gòu)所在的位置與作用不同，結(jié)構(gòu)各異，組成構(gòu)件的名稱也就各不相同。HarbinEngineeringUniversity圖2-18板架結(jié)構(gòu)一、底部板架結(jié)構(gòu)的根本構(gòu)件如圖2—19及圖2—20所示。外底板(船底板)是船體兩側(cè)舭部之間的船底外板的總部。船底中央的一列板稱平板龍骨；平板龍骨左右兩側(cè)的列板稱龍骨翼板；舭部的列板稱舭列板；其余各列板均稱船底板。內(nèi)底板是內(nèi)底鋪板的總稱。其中，內(nèi)底板左右兩側(cè)與外板相連接的列板稱內(nèi)底邊板；其余各列板均稱內(nèi)底板。HarbinEngineeringUniversityHarbinEngineeringUniversity圖2-19單底結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件HarbinEngineeringUniversity圖2-20雙底結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件船底的縱向型材根據(jù)單底船與雙底船的區(qū)分而有不同的名稱。在單底船上，位于船體中央平板龍骨上的縱向大型材稱中內(nèi)龍骨；在中內(nèi)龍骨左右兩側(cè)的縱向大型材稱旁內(nèi)龍骨，如圖2—19所示。

在雙底船上，位于船體中央平板龍骨上的縱向大型材稱中底桁；在中底桁左右兩側(cè)的縱向大型材稱旁底桁，如圖2—20所示。

HarbinEngineeringUniversityHarbinEngineeringUniversity當船底板架結(jié)構(gòu)為縱骨架式時，外底板上的縱向小型材稱船底縱骨；在內(nèi)底板下外表的小型材稱內(nèi)底縱骨。船底的橫向型材總稱為肋板。根據(jù)其作用與結(jié)構(gòu)的不同，可細分為主肋板、框架(組合)肋板、水密(油密)肋板。此外，為減小船舶在航行中的橫搖，在舭板的外外表縱向安置的板狀結(jié)構(gòu)稱舭龍骨。二、舷側(cè)板架結(jié)構(gòu)的根本構(gòu)件舷側(cè)的橫向型材：肋骨是支持外板與保持船形的橫向骨架的總稱。根據(jù)其結(jié)構(gòu)強度尺寸、所在位置及作用等的不同，可細分為強肋骨、主肋骨、中間肋骨、甲板間肋骨與尖艙肋骨等。舷側(cè)的縱向型材：在舷側(cè)板上縱向安置的尺寸較大的型材稱舷側(cè)縱桁。尺寸較小的型材稱舷縱骨。通常在縱骨架式結(jié)構(gòu)中才有舷縱骨。HarbinEngineeringUniversity三、甲板板架結(jié)構(gòu)的根本構(gòu)件如圖2—19，圖2—20中所示。甲板是由板與型材組成的板架結(jié)構(gòu)的總稱。甲板左右兩側(cè)與舷頂列板相連接的一列甲板板稱甲板邊板。四、艙壁板架結(jié)構(gòu)的根本構(gòu)件如圖2—2l所示，艙壁板架由艙壁板及艙壁型材構(gòu)成。艙壁型材：橫艙壁板上垂直或水平安置的小型材稱扶強材；垂直安置的大型材稱豎桁，通常在艙壁中央安置；在艙壁上水平安置的大型材稱水平桁。

HarbinEngineeringUniversityHarbinEngineeringUniversity圖2-21艙壁構(gòu)件HarbinEngineeringUniversity圖2-23典型橫剖面圖2.2底部結(jié)構(gòu)船體底部結(jié)構(gòu)由底部板與骨架組成。它是整個船體與平臺結(jié)構(gòu)的根底。有些船體(沉墊)只有一層底部，稱為單底船。有的船體在底部骨架上再鋪設(shè)一層保持緊密的鋼板，形成第二層底部板，稱為雙底船。雙層底除了底板外，還有一層內(nèi)底板，當?shù)撞吭谟|礁或擱淺等意外情況下遭到破損時，雙層底能保證船舶的平安。雙層底艙的空間可裝載燃油、潤滑油和淡水，或用作壓載水艙。除油船外，大多數(shù)海船從首尖艙艙壁到層尖艙艙壁都采用雙層底，小型船舶僅在機艙等局部區(qū)域采用雙層底。HarbinEngineeringUniversity

、底部的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)底部的骨架形式及底部是否有內(nèi)底兩種情況，底部的結(jié)構(gòu)形式分為四種類型，即單底橫骨架式、單底縱骨架式、雙底橫骨架式與雙底縱骨架式。

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2.2.1.1橫骨架式底部結(jié)構(gòu)

一、單底橫骨架式底部結(jié)構(gòu)1．單底橫骨架式底部結(jié)構(gòu)形式如圖2—26所示。這種底部結(jié)構(gòu)由中內(nèi)龍骨、主肋板、旁內(nèi)龍骨組成。

HarbinEngineeringUniversity圖2-26單底橫骨架式底部結(jié)構(gòu)

2．各組成構(gòu)件的布置

(1)主肋板：這是單底船底部骨架中橫向構(gòu)件。應(yīng)按每檔肋骨位置設(shè)置，一般其間距應(yīng)為0.5m一0.7m，隨船的大小和肋板所在的區(qū)域不同而改變。主肋板通常作成T型，也可用折邊板，但因剖面形狀不對稱，其抗彎強度與剛度均比T型材差，一般用于較小船舶。HarbinEngineeringUniversity(2)中內(nèi)龍骨：它通常是連續(xù)貫穿船長(僅在首尾端可在肋板處間斷)，除參與總縱彎曲及底部板架的局部彎曲而在總縱強度及局部強度中起作用之外，還起著聯(lián)系肋板，防止其歪倒及承受塢墩木反力的作用。通常它的高度與主肋板相同，但其面板面積至少為肋板面板面積的1.5倍。HarbinEngineeringUniversity

(3)旁內(nèi)龍骨：在中內(nèi)龍骨兩側(cè)可布置1—2根，間距盡可能均勻分布，在首尾兩端可逐漸減小間距。它起著聯(lián)系肋板，防止其歪傾，承受和分散偶然性集中載荷的作用，并將其傳遞到更多的肋板上。通常它是間斷地設(shè)置在肋板之間。旁內(nèi)龍骨的尺寸一般以主肋板為準，取同樣的高度及厚度。

HarbinEngineeringUniversity3．各構(gòu)件的連接〔1〕舭部節(jié)點：主肋板與肋骨下端一般采用舭肘板連接。常用的連接形式如圖2-27所示。HarbinEngineeringUniversity圖2-27舭部節(jié)點形式〔2〕橫艙壁處的節(jié)點：內(nèi)龍骨與橫艙壁相交時，通常有以下幾種連接形式，如圖2-28所示。①用帶有面板或折邊的肘板將內(nèi)龍骨與艙壁連接。肘板的厚度與內(nèi)龍骨腹板厚度相同，高度為(1一1.5)h。中內(nèi)龍骨的面板通常在艙壁處間斷，而腹板那么可連續(xù)，也可間斷。旁內(nèi)龍骨通常是間斷的，如圖2—28(a)所示。②將內(nèi)龍骨的面板在一個肋距內(nèi)逐漸加寬一倍，與艙壁連接，而腹板仍與上述相同，圖2—28(b)所示。③將內(nèi)龍骨的腹板在一個肋距內(nèi)逐漸升高至1.5h，直接與艙壁連接，如圖2—28(c)所示。HarbinEngineeringUniversityHarbinEngineeringUniversity圖2-28龍骨與橫艙壁的連接二、雙底橫骨架式底部結(jié)構(gòu)主尺度較大的船，在船中局部的底部骨架上鋪設(shè)有內(nèi)底板，兩端的局部與上述單底結(jié)構(gòu)相同。設(shè)置內(nèi)底的目的在于提高船的抗沉性以增強船舶的生命力；此外在底艙內(nèi)還可裝油、裝水，也可起壓載艙的作用，提高船的穩(wěn)性。為便于施工及使用、維修，內(nèi)底與外底之間必須有一定高度，根據(jù)當前的工藝條件，此高度不得小于0.7m。HarbinEngineeringUniversity

1．雙底橫骨架式底部結(jié)構(gòu)形式：這種底部結(jié)構(gòu)通常由肋板、中底桁及旁底桁組成，如圖2—29。肋板一般有主肋板、水密肋板、組合肋板三種形式，如圖2—30所示。HarbinEngineeringUniversity圖2-29雙底橫骨架式底部結(jié)構(gòu)

2、各構(gòu)件的布置與結(jié)構(gòu)

(1)主肋板：肋板的間距與肋骨間距一致，在受力較大的區(qū)域，如機艙區(qū)域及支柱、推力軸承等處，應(yīng)每一肋距均安置主肋板。其它區(qū)域至少2—4個肋距設(shè)置一檔主肋板，與組合肋板交替布置。主肋板由鋼板制作，如圖2—30(a)所示。由于有內(nèi)底，肋板的高度與內(nèi)底一致，僅肋板的厚度須由強度計算確定。圖2-30肋板結(jié)構(gòu)HarbinEngineeringUniversity

(2)組合肋板：通常用幾塊肘板組合而成，如圖2—30(c)所示。為減小組合肋板的跨距，在其跨中應(yīng)安置中間撐柱。大型船采用組合肋板，可有效減少鋼材重量。

(3)水密或油密肋板：如圖2—30(b)所示。通常在橫艙壁下面安置，其它位置應(yīng)根據(jù)分艙的需要確定。其厚度至少與主肋板相同或加厚1—2mm以防腐蝕損耗。當其高度大于0．9m時應(yīng)設(shè)垂直加強筋，間距不大于0.9m。HarbinEngineeringUniversity

(4)中底桁：如圖2—29中所示。中底桁的高度即雙層底的高度，高度較大時需用加強筋(垂直或水平安置)加強，以防止喪失穩(wěn)定性。由于它被計入船體梁剖面，參與總縱強度，故在船體中段通常是作成連續(xù)的，而首尾端部可作成間斷的。為減小底艙的自由液面，在船體中段雙層底區(qū)域內(nèi)，中底桁腹板上一般不允許開孔。在首尾端部，腹板上允許開減輕孔，但開孔的高度不應(yīng)超過腹板高度一半，長度不應(yīng)超過肋距一半。HarbinEngineeringUniversity

(5)旁底桁：如圖2—29中所示。其數(shù)量由船寬而定，在機艙區(qū)域應(yīng)結(jié)合機座位置確定其位置。旁底桁通常是間斷的，其厚度與該區(qū)域的主肋板相同。旁底桁上可根據(jù)需要開入孔與減輕孔，開孔高度不得大于旁底桁高度一半，長度不得超過肋距一半。在靠近橫艙壁處與中底桁一樣不允許開孔，因該處的剪切力較大。旁底桁雖然是間斷地安置于肋板之間，但在向首尾兩端延伸過程中可以在橫向剛性構(gòu)件上轉(zhuǎn)折或結(jié)束。端部結(jié)束時應(yīng)逐漸降低高度，減小剖面，不應(yīng)突然終止以免引起應(yīng)力集中。HarbinEngineeringUniversity

2.2.1.2縱骨架式底部結(jié)構(gòu)這種骨架形式的底部板架結(jié)構(gòu)由中底桁(中內(nèi)龍骨)、旁底桁(旁內(nèi)龍骨)、主肋板及縱骨組成。由于船的類型、用途及主尺度不同，又有單底結(jié)構(gòu)與雙底結(jié)構(gòu)之分。

HarbinEngineeringUniversityHarbinEngineeringUniversity圖2-31單底縱骨架式底部結(jié)構(gòu)1．縱骨架式單底結(jié)構(gòu)：如圖2—3l所示。這種結(jié)構(gòu)形式廣泛應(yīng)用于小型船舶及大中型船舶雙層底區(qū)域以外的底部結(jié)構(gòu)。在小型船舶上縱骨間距為0.3m一0.6m，考慮到焊接變形和施工方便起見，最小間距不得小于0.25m—0.4m，視船舶大小而定。旁內(nèi)龍骨的間距一般約為lm一2m，每舷有l(wèi)一3根，隨船寬大小而定。2．縱骨架式雙底結(jié)構(gòu)：如圖2—32所示。這種結(jié)構(gòu)形式用于大、中、小各型船的雙層底區(qū)域。肋骨間距通常約為1.0m一2.0m，內(nèi)底及外底板上的縱骨間距約為0.4m一0.7m，最小不得小于0.3m。在這種底部結(jié)構(gòu)中，肋板通常均為主肋板，很少采用組合肋板。因為組合肋板強度較差，不能支持縱骨。圖2-32雙底縱骨架式底部結(jié)構(gòu)HarbinEngineeringUniversity

3．各構(gòu)件的布置與結(jié)構(gòu)

(1)中底桁(中內(nèi)龍骨)與旁底桁(旁內(nèi)龍骨)

中底桁是水密的連續(xù)構(gòu)件。其兩側(cè)應(yīng)設(shè)置一對通達鄰近縱骨的肘板來加強它的剛性。水密的中底桁在肘板與肋板之間還應(yīng)設(shè)垂直的加強筋。

旁底桁的布置應(yīng)考慮在船長方向保持延續(xù)，見圖2—33。船中區(qū)域旁底桁平行于中線面布置，靠近首尾區(qū)域隨著船寬減小，旁底桁改為折線形布置，并逐漸減少旁底桁的數(shù)目，旁底桁的折點應(yīng)放在橫艙壁或主肋板處。HarbinEngineeringUniversity(2)箱形中底桁有些船舶在雙層底中線面處設(shè)置箱形中底桁，這是一道沿船長方向水密的內(nèi)部通道。箱形中底桁主要用于集中布置管系，防止管系穿過貨艙而阻礙裝貨。機艙前端壁開有水密裝置的人孔便于人員進入箱形中底橫檢查，此外，箱形中底桁應(yīng)設(shè)通向露天甲板的應(yīng)急出口。HarbinEngineeringUniversity圖2-33底縱桁與縱骨的布置圖圖2-34箱形中底桁箱形中底桁是由兩道水密的側(cè)板(底縱桁)和內(nèi)外底板、骨材等組成，如圖2—34所示。橫骨架式結(jié)構(gòu)的箱形中底桁的每個肋位上應(yīng)設(shè)環(huán)形框架或底部橫骨和內(nèi)底橫骨。橫骨的跨度中央設(shè)間斷的縱向骨材。縱骨架式結(jié)構(gòu)的箱形中底桁在每檔主肋板處設(shè)置環(huán)形框架或內(nèi)、外底橫骨。與側(cè)板連接的橫骨端部其腹板高度應(yīng)增大。箱形中底桁有兩種結(jié)構(gòu)布置形式，如圖2—35所示。其中，圖(a)為一道側(cè)板位于中線面上，另一側(cè)板偏向船的一舷，采用環(huán)形框架的形式；圖(b)為對稱于中線面的箱形中底桁，采用內(nèi)、外底橫骨的形式。HarbinEngineeringUniversityHarbinEngineeringUniversity圖2-35箱形中底桁的不同形式(3)縱骨縱骨分為內(nèi)底縱骨和底部縱骨，沿船長方向和中底桁平行，并在船寬方向均勻設(shè)置。為了使縱骨連續(xù)貫穿，在肋板上開切口讓縱骨通過，切口的大小和形狀與所用的骨材有關(guān)，開口的尺寸在有關(guān)標準中有具體的規(guī)定。圖2—36所示為骨材穿過板材的通用節(jié)點形式，其中圖(a)為扁鋼；圖(b)為球扁鋼；圖(c)為不等邊角鋼；圖(d)為T型材。在切口處骨材腹板的一側(cè)與板材焊接。在承受較大載荷處，切口應(yīng)采用具有襯板形式的節(jié)點，見圖2-37。HarbinEngineeringUniversityHarbinEngineeringUniversity圖2-36骨材穿過非水密構(gòu)件的節(jié)點形式圖2-37具有襯板的非水密切口縱骨與水密肋板連接有兩種形式：一種是縱骨切斷，用肘板與水密肋板連接，見圖2-38，其中圖(a)適用于球扁鋼和不等邊角鋼；圖(b)適用于T型材的縱骨。另一種是縱骨穿過水密肋板，用襯板封焊起來，見圖2—39。前一種是普遍采用的方法，后一種較少采用，但當船長大于200m時，必須采用縱骨通過水密肋板的結(jié)構(gòu)形式。

HarbinEngineeringUniversity圖2-38縱骨在水密肋板處間斷圖2-39縱骨在水密肋板處穿過

(4)肋板圖2—40為大型貨船的肋板結(jié)構(gòu)，其中：圖(a)為主肋板結(jié)構(gòu)，在受力較大處，如主機基座縱桁端部、支柱與橫艙壁下等位置必須設(shè)置主肋板。圖(b)為肋板間結(jié)構(gòu)，每個肋位上須設(shè)置緊靠內(nèi)底邊板的內(nèi)側(cè)肘板，使同一肋位上的肋肘板獲得可靠的支撐。

HarbinEngineeringUniversity圖2-40大型貨船肋板結(jié)構(gòu)

(5)舭肘板縱骨架式和橫骨架式雙層底的舭肘板有著相似之處。舭肘板應(yīng)在每個肋位上設(shè)置，其厚度與主肋板相同。圖2—41為雙層底舭肘板的結(jié)構(gòu)形式。HarbinEngineeringUniversity圖2-41雙層底舭肘板結(jié)構(gòu)形式

2.2.1.3內(nèi)底板結(jié)構(gòu)

1．內(nèi)底板和內(nèi)底邊板內(nèi)底板是雙層底上的水密鋪板。圖2—42為內(nèi)底邊板結(jié)構(gòu)。圖(a)為水平式內(nèi)底邊板。圖(b)為下傾式內(nèi)底邊板。圖(c)為上傾式內(nèi)底邊板。HarbinEngineeringUniversity圖2-42內(nèi)底邊板的形式

2．雙層底端部的過渡結(jié)構(gòu)雙層底中斷時應(yīng)以逐漸交替變窄的方式過渡到單底，通常將它轉(zhuǎn)變?yōu)橹袃?nèi)龍骨和旁內(nèi)龍骨上面的鋸齒狀的舌形面板，舌形面板的延伸長度應(yīng)不小于雙層底高度的兩倍或不小于3個肋距。內(nèi)底邊板也向單底延伸，其寬度可逐漸減小，見圖2—43。

HarbinEngineeringUniversity圖2-43雙層底端部過度結(jié)構(gòu)2.3舷側(cè)結(jié)構(gòu)2.3.1舷側(cè)結(jié)構(gòu)形式舷側(cè)結(jié)構(gòu)通常有三種類型，即橫骨架式舷側(cè)結(jié)構(gòu)、縱骨架式舷側(cè)結(jié)構(gòu)及混合骨架式舷側(cè)結(jié)構(gòu)，分別表達于下：HarbinEngineeringUniversity1．橫骨架式舷側(cè)結(jié)構(gòu)(1)由普通肋骨組成的舷側(cè)結(jié)構(gòu)：(稱為單一肋骨制舷側(cè)結(jié)構(gòu))。(2)由普通肋骨與強肋骨交替布置并設(shè)置舷側(cè)縱桁組成交替肋骨制的舷側(cè)結(jié)構(gòu)，如右圖2—46所示。HarbinEngineeringUniversity

2.縱骨架式舷側(cè)結(jié)構(gòu)(1)由舷側(cè)縱骨與強肋骨組成的舷側(cè)結(jié)構(gòu)，如圖2—47所示。(2)由縱骨、強肋骨與舷側(cè)縱桁組成的舷側(cè)結(jié)構(gòu)，如圖2—48所示。HarbinEngineeringUniversity圖2-47由縱骨與強肋骨組成的舷側(cè)結(jié)構(gòu)圖2-48由縱骨、強肋骨與舷側(cè)縱桁組成的舷側(cè)結(jié)構(gòu)

3．混合骨架式舷側(cè)結(jié)構(gòu)在某些船上為了在保證強度和剛度的條件下力求獲得最小重量的船體結(jié)構(gòu)，將舷側(cè)分為幾個區(qū)域，根據(jù)各區(qū)域的受力特點采用不同的結(jié)構(gòu)形式。雖然在保證強度、減輕結(jié)構(gòu)重量上這種結(jié)構(gòu)形式有較大的好處，但是在結(jié)構(gòu)上與制造工藝上卻復(fù)雜了，尤其是在結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變區(qū)域，如不妥善設(shè)計，極易產(chǎn)生應(yīng)力集中而引起損壞，這已為實踐所證明。所以，中小船舶上如在重量上不能獲得較大的好處時，一般不采用這種混合骨架式舷側(cè)結(jié)構(gòu)。HarbinEngineeringUniversity2.3.2舷側(cè)構(gòu)件的布置與結(jié)構(gòu)一、肋骨1．肋骨的布置橫骨架式肋骨間距一般取整數(shù)值，通常取450、500、550、600、650、700。大局部船取500。為了工藝上方便，中小船舶肋距一般取等距，大型船舶中部一般取等距，首端、尾端肋距大些。2．肋骨的結(jié)構(gòu)(1)肋骨的形式與尺寸肋骨的尺寸由強度計算確定。為使舷側(cè)結(jié)構(gòu)外觀整齊，建造工藝方便起見，各區(qū)域的肋骨剖面尺寸應(yīng)力求統(tǒng)一不變，以減少型材的規(guī)格品種。HarbinEngineeringUniversity

(2)肋骨兩端的連接肋骨與兩端構(gòu)件連接有直接焊接、加肘板、加過渡板、端部尺寸加大等形式。普通肋骨的上端與甲板橫梁連接，一般用肘板連接，肘板高度一般是肋骨與甲板橫梁高度大者的1.5—2.0倍，肘板可以與所連接的構(gòu)件對接，也可以搭接。橫斷面尺寸小的肋骨，連接肘板可以不折邊，其尺寸較大時，采用折邊肘板剛度更大些，見圖2—50。HarbinEngineeringUniversityHarbinEngineeringUniversity圖2-50肋骨與橫梁的連接肋骨下端與肋板的連接，一般可以用肘板連接，可以對接，也可搭接。由于肋板尺寸較大，連接肋板一般采用折邊肘板或“T〞形斷面肘板，肘板與肋骨、肋板可以對接，也可搭接。也可以不采用肘板，將肋骨端部腹板尺寸加大與肋板連接，見圖2—51。

HarbinEngineeringUniversity圖2-51肋骨與肋板〔或內(nèi)底板〕的連接HarbinEngineeringUniversity(3)強肋骨與甲板橫梁的連接。這種結(jié)構(gòu)連接形式可以采取肋板連接的方法，也可采取無肘板對接的方法，見圖2—52。圖2-52強肋骨與橫梁的連接

(4)肋骨在中間甲板處的連接肋骨與中間甲板相交，有斷開與穿過兩種情況，其相交節(jié)點處同樣需采取加強措施，其方法與以上肋骨端部連接方式類似，見圖2—53。HarbinEngineeringUniversity圖2-53肋骨在中間甲板處的連接(5)混合骨架式的肋骨連接當甲板與底部為縱骨架式結(jié)構(gòu)，舷側(cè)為橫骨架式結(jié)構(gòu)時，普通肋骨處船體橫剖面內(nèi)并沒有甲板橫梁與肋板，為防止產(chǎn)生“硬點〞及應(yīng)力集中，肋骨的兩端需用肘板或半梁連接到兩端縱骨上，這樣肋骨傳來外力傳到縱骨上，再均勻分散到甲板或底板上，見圖2—54。HarbinEngineeringUniversity圖2-54中間肋骨在上、下端的固定二、舷側(cè)縱桁的結(jié)構(gòu)舷側(cè)縱桁與普通肋骨相交時，在其腹板上開口讓肋骨連續(xù)通過，并在腹板下面用肘板連接肋骨，其厚度與腹板厚度相同，肘板應(yīng)與肋骨腹板同在一平面內(nèi)對準。肘板的高度約為縱桁腹板高度一半。如圖2-55所示。舷側(cè)縱桁與艙壁相交時通常是斷在艙壁的兩側(cè)，并用肘板連接于艙壁上。肘板的長度不小于縱桁腹板高度的2倍，如以下圖所示。HarbinEngineeringUniversityHarbinEngineeringUniversity圖2-55舷側(cè)縱桁與肋骨的連接三、縱骨縱骨架式舷側(cè)結(jié)構(gòu)的縱骨，其沿船體縱向布置最好平行底部縱骨?？v骨與強肋骨相連接，一般穿過強肋骨腹板，有時在上部與強肋骨面板間加小肘板?？v骨與艙壁相連時，可穿過，也可以斷開。穿過水密艙壁時需加外板密封，穿過非水密艙壁那么不用密封。斷開時，那么必需用肘板與艙壁進行連接，一般連接方式與底部縱骨連接方式根本一致。HarbinEngineeringUniversity2.4甲板結(jié)構(gòu)2.4.1甲板的梁拱與脊弧甲板橫向的拱度稱為梁拱，目的在于迅速排除甲板上的積水。通常梁拱高度定為(1/50一1/100)B(B為船寬)，此拱度沿船長保持不變。梁拱的形式有多種，如圖2—57所示。HarbinEngineeringUniversity圖2-57甲板梁拱形式2.4.2甲板的結(jié)構(gòu)形式1．橫骨架式甲板結(jié)構(gòu)①由普通橫梁組成的甲板結(jié)構(gòu)，普通橫梁與甲板縱桁組成的結(jié)構(gòu)形式經(jīng)常被采用。②由橫梁、強橫梁及甲板縱桁組成的甲板結(jié)構(gòu)：如圖2—58所示。這種結(jié)構(gòu)形式與交替肋骨制的舷側(cè)結(jié)構(gòu)形式也是相匹配應(yīng)用的。HarbinEngineeringUniversityHarbinEngineeringUniversity圖2-58橫骨架式甲板結(jié)構(gòu)

2．縱骨架式甲板結(jié)構(gòu)由甲板縱骨、強橫梁及甲板縱衍組成的甲板結(jié)構(gòu)，如圖2—59所示。

HarbinEngineeringUniversity圖2-59縱骨架式甲板結(jié)構(gòu)

3．混合骨架式甲板結(jié)構(gòu)一些甲板大開口的船舶，在甲板大開口之間的區(qū)域采用橫骨架式結(jié)構(gòu)，而開口兩邊到舷側(cè)的甲板為縱骨架式結(jié)構(gòu)，如圖2—60所示。

HarbinEngineeringUniversity圖2-60混合骨架式甲板結(jié)構(gòu)

2.4.3甲板結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置與結(jié)構(gòu)

一、橫梁橫梁間距與肋骨一樣，并且與肋骨、肋板布置在同一鉛垂平面。橫梁尺寸由強度計算確定。與橫荷重h(水柱高)，肋距S，跨距l(xiāng)大小有關(guān)。橫梁應(yīng)盡可能統(tǒng)一規(guī)格，以利于建造。普通橫梁一般采用球扁鋼，不等邊角鋼，而強橫梁一般是采用T型鋼。HarbinEngineeringUniversity二、甲板縱桁甲板縱桁一般盡可能連續(xù)，甲板縱桁如果可以作為橫梁的支座，可以減小橫梁的跨距，從而減小橫梁尺寸。橫梁與甲板縱桁相交，橫梁穿過甲板縱桁腹板，并在橫梁上緣與甲板縱桁面板間加肘板或?qū)M梁在縱桁處的腹板加大與甲板縱桁面板相連。標準要求甲板縱桁被橫梁穿過后，其腹板剩余高度要大于開孔高度。因此，甲板縱桁腹板高度要大于橫梁高度1一1.6倍，見圖2—61。

HarbinEngineeringUniversity圖2-61橫梁與甲板縱桁的連接

2.5艙壁結(jié)構(gòu)

2.5.1概述船舶上由于總體布置(艙室劃分、艙室布置等)、抗沉性、船體強度及使用要求等的需要，在船體內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的橫艙壁與縱艙壁。

2.5.2平面艙壁平面艙壁由艙壁板和骨架組成。圖2—65所示為水密平面艙壁結(jié)構(gòu)。HarbinEngineeringUniversityHarbinEngineeringUniversity圖2-65水密平面艙壁結(jié)構(gòu)一、艙壁板艙壁板由許多塊鋼板并排焊接而成，其列板布置形式可分為水平和垂直兩種，如圖2-66所示。當艙壁板沿水平方向布置時，單塊鋼板自下而上地排成板列。這種布置的優(yōu)點是各列艙壁板可取不同的厚度，因為艙壁下端列板承受的水壓力最大，而且易腐蝕，應(yīng)取厚些；位于其上的列板隨著深度的減小而逐漸減薄。在大型船舶上，上下板列的厚度差異顯著，故一般都采用水平布置，以到達減輕重量、節(jié)省鋼材的目的。

HarbinEngineeringUniversity圖2-66艙壁板的布置形式

二、艙壁骨架

1．垂直扶強材扶強材間距一般在600mm一900mm之間，但防撞艙壁的扶強材間距不得大于600mm。扶強材應(yīng)盡可能均勻布置，且與底部及甲板的縱向構(gòu)件對準。在甲板縱桁底下須設(shè)置加大尺寸的垂直扶強材，它起著支柱的作用，支撐甲板縱桁。扶強材僅安裝在艙壁的一側(cè)，根據(jù)布置上及使用方面需要而定。扶強材末端的連接形式可分為三類，如圖2—67所示。HarbinEngineeringUniversityHarbinEngineeringUniversity圖2-67扶強材末端的連接

2.水平桁如圖2—68所示，艙壁上設(shè)置一道由焊接T型材做成的水平桁，它支撐著尺寸較小的垂直扶強材。當深艙或液艙的深度較大且艙壁采用垂直扶強材時，須設(shè)水平桁作為垂直扶強材的中間支座，使其跨度減小，以減小扶強材的剖面尺寸。

HarbinEngineeringUniversity圖2-68帶有水平桁的平面艙壁3.水平扶強材在狹窄的艙壁上，其高度比寬度大得多，且艙壁平面內(nèi)左右舷方向的受力又較大時，那么可考慮采用水平扶強材以代替垂直扶強材。4．豎桁豎桁的作用與水平桁相似，可作為水平扶強材的中間支座。豎桁對承受艙壁平面上下方向的壓縮力有較大的作用。當舷側(cè)結(jié)構(gòu)采用縱骨架式時，艙壁應(yīng)采用水平扶強材和豎桁的結(jié)構(gòu)，這時，艙壁的水平扶強材與舷側(cè)縱骨一一對應(yīng)。

HarbinEngineeringUniversity

2.5.3槽形艙壁

一、槽形艙壁除平面艙壁外，還采用槽形艙壁。圖2—69所示為槽形艙壁結(jié)構(gòu)。HarbinEngineeringUniversity圖2-69槽形艙壁結(jié)構(gòu)槽形艙壁的剖面形狀如圖2—70所示。其中，以梯形剖面應(yīng)用較廣，有的槽形艙壁上，也有采用弧形剖面的。槽形艙壁的槽形體也有垂直和水平布置兩種。橫艙壁的槽形體通常采用垂直布置。油船上的縱艙壁因參與總縱彎曲，那么槽形體常采用縱向水平布置。HarbinEngineeringUniversity圖2-70槽形艙壁剖面形狀HarbinEngineeringUniversity圖2-72壓筋艙壁圖2-71加裝框架的槽形艙壁HarbinEngineeringUniversity圖2-72槽形艙壁端部的連接2.6首尾端結(jié)構(gòu)

2.6.1首尾端形狀根據(jù)船舶的不同類型和性能要求，常見的首尾端的型式有以下幾種：

1．船首形狀(1)側(cè)視形狀船首形狀見圖2—77圖(a)為直立型首。圖(b)為前傾型首圖(c)為飛剪型首，又稱伸長甲板式船首圖(d)為破冰型首圖(e)為球鼻型首HarbinEngineeringUniversity圖2-77船首側(cè)面形狀〔2〕橫剖面形狀：從橫剖面看，如圖2—78所示，船首有以下形狀：(a)直