海上貨物運(yùn)輸

航海學(xué)院貨運(yùn)教研室第七章船舶強(qiáng)度

（Strengthofship）

第一節(jié)保證船舶總縱強(qiáng)度第二節(jié)保證船舶局部強(qiáng)度第一節(jié)保證船舶總縱強(qiáng)度一、船體強(qiáng)度的分類二、總縱彎曲產(chǎn)生的原因三、總縱剪力和彎矩的計(jì)算四、總縱彎矩的估算五、總縱強(qiáng)度的校核六、影響總縱彎曲的因素一、強(qiáng)度定義和分類1、強(qiáng)度定義船體結(jié)構(gòu)受內(nèi)、外力作用時(shí)，船體抵抗發(fā)生變形或破壞的能力。2、強(qiáng)度分類強(qiáng)度總強(qiáng)度局部強(qiáng)度縱強(qiáng)度橫強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)承受的內(nèi)、外力內(nèi)力：局部力外力：重力、浮力、慣性力、波浪作用力、墩木的反作用力、拖帶力。船體強(qiáng)度的分類1）總縱強(qiáng)度：船舶抵抗縱向變形和破壞的能力。2）橫向強(qiáng)度：船舶抵抗橫向變形和破壞的能力。3）扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度：船舶抵抗扭轉(zhuǎn)變形和破壞的能力。4）局部強(qiáng)度：船舶抵抗局部變形和破壞的能力。3）扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度（Torsionalstrength）定義

船舶結(jié)構(gòu)抵抗船體沿船長方向發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形的能力。產(chǎn)生原因

沿船長方向單位長度重力和浮力橫向不共垂線造成的。具有甲板大開口船舶應(yīng)校核其總縱扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。如集裝箱船舶、木材船等。二、總縱彎曲產(chǎn)生的原因1、總縱彎曲變形2、船體縱向彎曲或變形的原因3、彎曲力矩及彎曲應(yīng)力4、剪切力及剪切應(yīng)力中垂變形(sagging)中拱變形(hogging)船體變形

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；船舶上甲板受壓，船底受拉，發(fā)生中部下垂的變形。

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；船舶上甲板受拉，船底受壓，發(fā)生中部上拱的變形。利用吃水判定船舶的拱垂利用吃水判定船舶的拱垂dM¤>dM：中垂變形dM¤<dM：中拱變形dM¤

＝dM：無拱垂變形首尾平均吃水：拱垂判定：拱垂值：2、總縱彎曲產(chǎn)生的原因1234567原因：船舶所受重力和浮力沿船長方 向分布不一致造成。3、船體彎矩和彎曲應(yīng)力彎曲力矩：

單位長度的船體，前后兩端受到大小相等，方向相反的彎矩作用，則該段船體將發(fā)生彎曲變形。

船體結(jié)構(gòu)的彎曲應(yīng)力彎曲力矩的大小：中和軸xDAB縱向結(jié)構(gòu)件：外板、甲板板、縱骨、縱珩最大彎曲應(yīng)力：

彎曲應(yīng)力最大值在距離中和軸最遠(yuǎn)處的龍骨板或上甲板處。中和軸xDAB彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力：

任意橫剖面處的縱向連續(xù)構(gòu)件將承受拉（壓）力作用，單位面積所受的拉（壓）力為彎曲應(yīng)力。彎曲應(yīng)力計(jì)算拉應(yīng)力壓應(yīng)力W：剖面模數(shù)彎曲應(yīng)力大小分布：中和軸處為0中和軸中和軸：通過剖面幾何形心且平行于基平面的軸線。是船體梁在彎曲過程中各個(gè)剖面轉(zhuǎn)動的軸線,特點(diǎn)：中和軸處不承受壓/拉應(yīng)力。拉應(yīng)力壓應(yīng)力中和軸xDABzNA位置：剖面模數(shù)剖面面積對中和軸的面積慣矩剖面模數(shù)最大剖面模數(shù)：W中和軸xDAB船底剖面模數(shù)：甲板剖面模數(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，也是衡量船體總縱強(qiáng)度的一個(gè)重要標(biāo)志船體參加總縱彎曲的結(jié)構(gòu)件的數(shù)目和尺寸決定。4、船體剪切力及剪切變形

任意橫剖面處的縱向連續(xù)構(gòu)件將承受剪切力，單位面積所受的剪切力為剪切應(yīng)力。剪切應(yīng)力最大值出現(xiàn)在中和軸處。W1W1Nx剪切力：剪切變形：剪切應(yīng)力：

單位長度的船體，其前后兩端受到大小相等、方向相反的切力作用，則該段船體將出現(xiàn)剪切變形。Nx剪切應(yīng)力計(jì)算中和軸xDAB剪切應(yīng)力其中：N—總縱剪力

I—面積慣矩

b—ZA高度處水平線上構(gòu)件厚度的總和

S—剖面上或下邊緣與ZA高度線之間所圍面積 對中和軸的面積靜矩總縱剪應(yīng)力：最大剪應(yīng)力？在中和軸處三、總縱剪力和彎矩的計(jì)算3、負(fù)荷曲線（Loadcurve）5、彎矩曲線（Bendingmomentcurve）4、剪力曲線（Shearcurve）1、重量曲線（Weightcurve）2、浮力曲線（Buoyancycurve）示例實(shí)例總縱剪力和彎矩的計(jì)算示例結(jié)論總縱剪力和彎矩的計(jì)算實(shí)例5t5tdXXOBACDOBACDOBACD0.5t/m1t/m1.5t/m2.5t-2.5t12.5t.m-0.5t/m0.5t/m結(jié)論剪力最大值Nmax：彎矩最大值Mmax

：XOBACD2.5t-2.5t12.5t.m0.5t/m結(jié)論

位于距首尾L/4剖面的中和軸處； 位于船中剖面的上甲板處。

位于距首尾L/4的剖面處； 位于船中剖面處。剪應(yīng)力最大值τmax：彎曲應(yīng)力最大值σmax

： 四、船中靜水彎矩估算1、基本估算式：總縱彎曲的原因？最大彎矩的位置？WFWAΔAΔFBABFGFGAδΔxi五、船舶總縱強(qiáng)度校核1、彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力法2、許用彎矩/剪切力法3、百分比校核法4、強(qiáng)度曲線圖法5、船舶吃水校核法1、彎曲應(yīng)力和切應(yīng)力法—材料的許用彎曲應(yīng)力—材料的許用剪切應(yīng)力計(jì)算的最大彎曲應(yīng)力：計(jì)算的最大剪切應(yīng)力：其中：材料的許用彎曲應(yīng)力1、船用鋼材：一般強(qiáng)度鋼 伸縮率：高強(qiáng)度鋼 伸縮率：2、影響許用彎曲應(yīng)力的因素：材料的力學(xué)性能；海波與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算波高的差異；剛才腐耗和船舶使用年限；船底和甲板尚需計(jì)及局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響；結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；3、許用彎曲應(yīng)力大小：2、許用彎矩/剪切力法[M]—許用彎矩由于若則：由于若則：[N]—許用彎矩3、百分比校核法

目前的裝載計(jì)算機(jī)對船舶總縱強(qiáng)度的校核多采用此方法。一般分港內(nèi)和海上兩種狀態(tài)校核。

分?jǐn)?shù)系數(shù)：許用彎矩校核：船中彎矩估算：（1）繪制原理4、強(qiáng)度曲線圖法（2）曲線圖的使用因?yàn)椋核裕狠d重彎矩：許用載重彎矩：強(qiáng)度曲線圖曲線圖的使用曲線圖的構(gòu)成縱坐標(biāo)：載荷對船中力矩的絕對值之和。橫坐標(biāo)：平均型吃水。強(qiáng)度曲線的使用點(diǎn)劃線虛線實(shí)線點(diǎn)劃線和虛線之間：有利范圍虛線和實(shí)線之間：允許范圍實(shí)線之外：危險(xiǎn)范圍點(diǎn)劃線左上方：中拱范圍點(diǎn)劃線右下方：中垂范圍（1）適用條件船長小于90m或者裝載均勻，不需要校核靜水切力時(shí)，可以使用該法。（2）使用方法：縱坐標(biāo)：載荷對船中力矩的絕對值之和。橫坐標(biāo)：平均型吃水。（3）區(qū)域劃分：[有利范圍）[正常范圍）[極限范圍）[危險(xiǎn)范圍有利拱垂范圍：正常拱垂范圍：極限拱垂范圍：危險(xiǎn)拱垂范圍：5、利用拱垂差的大小校核總縱強(qiáng)度拱垂值：注意

船舶處于有利和正常拱垂范圍：船舶處于極限拱垂范圍：船舶處于危險(xiǎn)拱垂范圍：注意可以開航；只能好天氣開航；不能開航。[有利范圍）[正常范圍）[極限范圍）[危險(xiǎn)范圍六、影響船舶拱垂變形的因素1、重力分布對拱垂變形的影響：（1）船舶布置（2）積載方案2、浮力分布對拱垂變形的影響：（1）船舶形狀（2）船舶與波浪的相對位置3、船體有效構(gòu)件的尺寸、材料及分布（1）船舶布置對總縱強(qiáng)度的力影響a、不同機(jī)艙位置的普通貨船的彎矩特性曲線中機(jī)船中后機(jī)船尾機(jī)船d彎矩0中拱中垂b、不同機(jī)艙位置的普通貨船的彎矩比較b、不同機(jī)艙位置的普通貨船的彎矩比較滿載狀態(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（2）積載方案對總縱強(qiáng)度的影響a、經(jīng)驗(yàn)法（艙容比配貨法）艙別NO.1NO.2NO.3NO.4NO.5Total貨艙容積3075411942105719396721090艙容比％14.5819.5319.9627.1218.81100Pi1955261926763636252213408調(diào)整值196262268364252上下限范圍2151175928812357294424084000327227742270b、隔艙裝載：應(yīng)用：提高總縱強(qiáng)度的方法

提高總縱強(qiáng)度方法（1）中拱狀態(tài)：中機(jī)船滿載狀態(tài)尾機(jī)船壓載狀態(tài)中后機(jī)船壓載狀態(tài)合理分配載重，提高船舶總縱強(qiáng)度：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)按裝貨重量的上限值裝，首尾貨艙按下限值裝；中途港貨物不應(yīng)過分集中于中區(qū)貨艙。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)。正確使用位于中區(qū)的深艙和冷藏艙：不應(yīng)空艙。（2）中垂?fàn)顟B(tài)：反之（2）波浪對總縱彎曲的影響a、船舶中垂， 波谷位于船中， 危險(xiǎn)。WXWXb、船舶中拱， 波峰位于船中， 危險(xiǎn)波長等于船長，船舶與波浪的相對位置關(guān)系：標(biāo)準(zhǔn)波：甲板剖面模數(shù)的腐蝕修正

甲板剖面模數(shù)每年平均扣除腐蝕量約為0.4～0.6％。（1）近似公式計(jì)算法中和軸xDAB（2）經(jīng)驗(yàn)法：使用年限小于5年的船舶取下限，使用年限10年以上的船舶取上限。（3）腐蝕極限：（3）腐蝕極限船長大于或等于60m的遠(yuǎn)洋干散貨船，船長大于或等于90m的遠(yuǎn)洋液體貨船，在船中40％L區(qū)間強(qiáng)力甲板的剖面模數(shù)應(yīng)滿足：無限航區(qū)（Ι類航區(qū)）：近海航區(qū)（Π類航區(qū)）：沿海航區(qū)（Ⅲ類航區(qū)）：第二節(jié)保證船舶局部強(qiáng)度一、定義船舶結(jié)構(gòu)抵抗船體局部發(fā)生變形或破壞的能力。船舶局部結(jié)構(gòu)抵抗內(nèi)外力作用的能力。二、核算部位艙口蓋、上甲板、中間甲板、底艙底板、平臺。三、核算指標(biāo)及核算方法四、實(shí)際負(fù)荷量的計(jì)算五、允許負(fù)荷量的確定六、保證局部強(qiáng)度不受損傷的措施三、負(fù)荷量的表示及校核方法

載箱部位上作用在箱底座處的集裝箱總重量（kN）。校核方法均布載荷pd：集中載荷P：車輛載荷Pv

：堆積負(fù)荷Pc

：單位面積允許承受的最大重量（kPa）。

某一較小特定面積上允許承受的最大重量（kN）。

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載貨物的總重量（kN）。甲板實(shí)際負(fù)荷量甲板允許負(fù)荷量局部強(qiáng)度的校核方法

均布載荷pd：集中載荷P：車輛載荷Pv

：堆積負(fù)荷Pc

：原則：四、實(shí)際負(fù)荷量的計(jì)算（2）集中載荷：（Concentratedload）（1）均布載荷（Evendistributedload）（3）集裝箱載荷：（Containerload）五、允許負(fù)荷量的確定1、查取局部強(qiáng)度計(jì)算書

部位載荷上甲板中間甲板內(nèi)底板上甲板艙口蓋二層甲板艙口蓋均布載荷（kPa）17.1624.72~31.173.5717.26第一貨艙9.24其他貨艙34.34車輛載荷（kN）98.1kN/4個(gè)前輪68.7kN/2個(gè)前輪98.1kN/4個(gè)前輪98.1kN/2個(gè)前輪集中載荷和集裝箱載荷的允許負(fù)荷量同理可查得。2、經(jīng)驗(yàn)法2、經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法（均布載荷pd）中間甲板和內(nèi)底板上甲板六、保證局部強(qiáng)度不受損傷的措施按