钢结构局部强度计算

钢结构局部强度计算 1 目 录 绪 论 4 1 强度的分类 4 2 载荷的分类 4 3 构件变形的分类 5 4 许用应力与安全因数 5 第一章 杆件的强度和稳定性计算 7 1 1 型材剖面要素的计算 7 1 1 1 型材带板 7 1 1 2 型材剖面模数与惯性矩的计算 7 1 2 拉杆和短粗压杆的强度设计 9 1 2 1 危险点的位置 9 1 2 2 强度设计 9 1 3 压杆的稳定性计算 10 1 3 1 细长杆的稳定性计算 10 1 3 2 中小柔度压杆的稳定性计算 11 1 3 3 压杆的稳定性计算 12 1 4 杆件抗弯强度计算 13 1 4 1 强度要求 13 1 4 2 常见形式的型材受力分析 13 第二章 板的强度计算 16 2 1 板的分类 16 2 2 2 刚性板的应力计算 16 2 2 1 均布载荷板内最大正应力的计算 16 第三章 区域详细设计 19 3 1 外板设计 19 3 1 1 船底板 19 3 1 2 平板龙骨 20 3 1 3 舭列板 20 3 1 4 舷侧外板 20 3 1 5 舷顶列板 22 3 2 甲板设计 22 3 2 1 强力甲板 22 3 2 2 甲板边板 23 3 2 3 下层甲板 23 3 2 4 甲板外载荷 24 3 2 5 甲板横梁的剖面模数 W 不小于下式计算所得值 25 3 2 6 甲板纵桁 26 3 2 7 甲板纵骨 26 3 3 舱壁设计 27 3 3 1 水密舱壁 27 3 3 2 非水密舱壁设计 30 3 4 舷侧骨架设计 30 3 4 1 标准间距 sb 30 3 3 4 2 横骨架式舷侧骨架设计 30 3 4 3 纵骨架式舷侧骨架设计 31 附录一 常用型材规格表 35 表 1 球扁钢 35 表 2 不等边角钢 36 表 3 不等边不等厚角钢 39 表 4 管形钢质支柱 41 表 5 瑞典 INEXA 公司球扁钢 43 表 6 挪威 FUNDIA 公司球扁钢 45 附录二 肘板尺寸 47 表 7 肘板尺寸 47 附录三 参考文献 48 4 绪 论 船体结构设计内容是 选择合适的结构材料和结构形式 决定结构的尺寸 和连接方式 在保证结构具有足够强度和安全性的前提下 使其具有最佳的技 术经济性和美观性 影响船体结构强度 结构安全性 的因素主要有两方面 载荷效应和材料性 能 长期以来 结构的安全性衡量标准都普遍采用确定性的许用应力法 该法以 预先规定的某一计算载荷为基础 利用结构剖面中的计算应力 与许用应力 相比较来检验强度是否足够 0 1 强度的分类强度的分类 船体结构强度 按作用范围可分为 总强度 区域强度 甲板强度 舱壁 强度 底板强度等 和局部强度 船体结构强度 按作用形式可分为 纵向强度 横向强度和扭转强度 0 2 载荷的分类载荷的分类 1 作用在船体结构上的载荷 按其对结构的影响可分为 总体性载荷和 局部性载荷 a 总体性载荷 是指引起整个船体变形或破坏的载荷和载荷效应 例 如 总纵弯曲的力矩 剪力 应力及纵向扭矩 b 局部性载荷 是指引起局部结构 构件的变或破坏的载荷 例如 水密试验的压力 设备不平衡造成的惯性力 局部振动等 另外 货物 油 水等重力及舷外水压 静水或波浪 既能引起引起局部 结构和构件的变形或破坏 又能引起总纵弯曲 扭转甚至船的断 5 裂 2 作用在船体结构上的载荷 按载荷随时间变化的性质可分为 不变载 荷 静变载荷 动变载荷和冲击载荷 a 不变载荷 是指在作用时间内不改变其大小的载荷 例如 静水载 荷 包括静水压力 货物压力 静水弯矩等 水密试验时的水压 等 b 静变载荷 是指载荷在作用时间内有变化 但其变化的最小周期 超过该受力结构的固有震动周期若干倍 又称准静态载荷 例如 波浪载荷 液体货物的晃动压力 航行中的甲板上浪等 c 动变载荷 是指在作用时间内的变化周期与所研究的结构响应的 固有振动周期同阶 例如 螺旋桨引起的脉动压力 局部结构的强 迫 机械 震动等 d 冲击载荷 是指在非常短的时间内突然作用的载荷 例如船底砰击 见图 0 3 构件变形的分类构件变形的分类 当构件的承载能力不能满足载荷对其产生的应力时 该构件的存在形式会 产生变化 一般情况下可以分为 屈服和断裂 屈服分为压缩 拉伸和扭转变形 0 4 许用应力与安全因数许用应力与安全因数 许用应力是由材料本身决定的 比如说钢的密度 7 85 g cm3 抗拉强度 b 1 03GPa 弹性模数 E 2 1 102 GPa 6 极限应力 材料丧失正常工作能力时的应力 jx 称为极限应力 塑性材料 的极限应力为其屈服点 s 脆性材料的极限应力为其抗拉 压 强度 b 许用应力 为保证构建安全工作 需有足够的安全储备 因此把极限应力 除以大于 1 的安全因数 n 作为材料的许用应力 记作 即 n jx 对于塑性材料 s s n 对于脆性材料 b bl n 式中 ns为屈服安全因数 nb为断裂安全因数 一般取 ns 1 2 1 5 nb 2 0 2 3 许用切应力 脆性材料 0 8 1 0 韧性材料 0 5 0 8 7 第一章 杆件的强度和稳定性计算 1 1 型材剖面要素的计算型材剖面要素的计算 1 1 1 型材带板型材带板 船体结构中大多数骨架都是焊接在钢板上的 当骨架受力发生变形时 与 它连接的板也一起参加骨架抵抗变形 因此估算骨架的承载能力 也应把一定 宽度的板计算在骨架剖面中 即作为它的组成部分来计算骨架梁的剖面积 惯 性矩和剖面模数等几何要素 这部分板称为带板或附连翼板 带板有效面积 A 10fbt cm 式中 f 0 3 L b 2 3 但是不大于 1 b 主要构件支撑面积平均宽度 m L 主要构件的长度 m t 带板的平均厚度 mm 此外法国 挪威等国家的规范规定 计算带板时要考虑相邻构件的影响 常见的型材带板面积见附录一 1 1 2 型材剖面模数与惯性矩的计算型材剖面模数与惯性矩的计算 剖面对中和轴的惯性矩为 fff f ff f ff I 21 2 2121 12 3 型材面板的剖面模数为 2 24 6 2 12 1 1 1 ff ffff fh h I W 型材带板的剖面模数为 f2 f1 f O O 8 2 24 6 1 21 2 2 2 ff ffff fh h I W 式中 剖面中和轴至参考轴的距离为 fff h ff h 21 2 1 2 规律 1 只要剖面高度 h 不变 增加带板面积虽然可以增加剖面模数 但增加 得极为缓慢 就是说带板的变化对剖面模数影响不大 而且从节约材 料 经济 的观点来看 也不是上选 2 增加不对称型材最小剖面模数的最有效办法是增加腹板高度 或者腹 板高度不变时 增加小翼板的剖面积 常见截面的剖面模数可参考表 1 1 和附录一 常用型材规格表以及其他材 料手册 表 1 1 常见截面的惯性矩和抗弯截面系数表 图 形 型心 位置 惯性矩 cm4抗弯截面系数 cm3 e h 2 Ix hb 12 Iy bh 12 Wx bh 6 Wy hb 6 e H 2 Ix BH bh 12 Iy HB hb 12 Wx BH 6 bh 6H Wy HB 6 hb 6B 9 e H 2 Ix BH bh 12 Iy H h B h B h 12 Wx BH 6 bh 6H Wy H h B h B h 6B e D 2Ix Iy D4 64Wx Wy D3 32 x e D 2Ix Iy D4 d4 64 Wx Wy D3 1 4 32 d D e h 3Ix bh3 36Wx bh 12 1 2 拉杆和短粗压杆的强度设计拉杆和短粗压杆的强度设计 1 2 1 危险点的位置危险点的位置 一般来说危险点是指危险截面上具有最大应力的点 杆件在轴向拉伸或压缩时 最大轴力所在截面或尺寸最小的截面都可能是 危险截面 由于拉压杆横截面上的正应力是均匀分布的 所以危险截面上的任 何一点都是危险点 1 2 2 强度设计强度设计 如图所示 当构件受到纵向拉伸或压缩时 该构件的强度校核标准为 max 强度满足 A FN max max 强度不满足 需要加强 A FN max 当次要区域结构受到不变载荷时 FF Comment y1 10 max 100 5 强度满足 可以不做加强 式中 FN max 最大载荷 N A 受力构件最小横截面积 mm2 max 最大工作应力 N mm2 许用应力 一般在静载情况下 杆件的抗拉强度要小于抗压强度 1 3 压杆的稳定性计算压杆的稳定性计算 1 3 1 细长杆的稳定性计算细长杆的稳定性计算 细长压杆往往在因强度不足而破坏以前 就因为它不能维持直线形状而失 去正常工作能力 这是和强度问题截然不同的一类问题 即稳定性问题 压杆丧失其直线形状的平稳而过渡为曲线形状的现象 称为丧失稳定 简 称失稳 这种使压杆直线状态的平衡开始由稳定转变为不稳定的轴向压力的极 限值 称为压杆的临界载荷 用 Fcr表示 由欧拉公式可得 Fcr 2 2 l EI 式中 系数 称为长度因数 I 压杆失稳时截面对其中性轴的惯性矩 E 弹性模量 GPa 一般低碳钢取值 200 220 合金钢取值 190 220 压杆在临界载荷作用下 其横截面上的平均应力称为压杆的临界应力 用 cr 表示 即 11 cr Al EI A Fcr 2 2 几种常见的细长中心压杆的临界载荷与长度因数见表 1 2 表 1 2 常见的细长中心压杆的临界载荷与长度因数 支持 方式 两端固定 一端固定 一端铰支 两端铰支 一端固定 一端自由 挠曲轴形状 Fcr Fcr Fcr Fcr cr F 2 2 5 0 l EI 2 2 7 0 l EI 2 2 l EI 2 2 4l EI 0 50 71 02 0 因为压杆截面的惯性的惯性半径 A I i 所以有 cr 2 2 i l E 令 i l 则有 cr 2 2 E 式中 称压杆的柔度 或细长比 越大 即杆越细长 则临界应力越小 压杆越容易失稳 令 p p E 则只有 p 时 欧拉公式才成立 这类压杆称为大柔度杆 即细长杆 1 3 2 中小柔度压杆的稳定性计算中小柔度压杆的稳定性计算 当压杆的 p 但大于某一界限值 S 时 称其中柔度杆 其临界应力公 式为 ba cr 12 式中 a b 为与材料性能有关的常数 单位为 MPa 几种常用材料的 a b 值见表 1 3 表 1 3 常用材料的 a b 材料 a MPa a MPb p S Q235 钢 ab MP372 as MP235 3041 1210061 6 优质碳素钢 ab MP471 as MP306 4612 568 硅钢 ab MP510 as MP353 5773 744 铬钼钢 9805 296550 铸铁 332 21 453 强铝 3732 14500 直线公式也有一定的适用范围 即压杆的临界应力不超过材料的屈服点 s 塑性材料 或抗拉强度 b 脆性材料 例如 对于塑性材料 在使用直线 公式时 则要求 scr ba 或 s s b a 所以 s p 就是直线公式的有效适用范围 对于脆性材料 只需用 b 代替 s 就可以得到脆性材料适用直线公式的最小柔度值 1 3 3 压杆的稳定性计算压杆的稳定性计算 稳定条件 w cr n F F 或 w cr n 式中 w n 为稳定安全因数 见表 1 4 表 1 4 常见的安全因数 实际 压杆 金属结 构中的 压杆 磨床油 缸活塞 杆 高速发 动机挺 杆 机床丝 杆 精密丝 杆 水平长 丝杠 低速发 动机挺 杆 冶金设 备压杆 w n1 8 3 02 52 52 5 4 4 44 64 8 13 1 4 杆件抗弯强度计算杆件抗弯强度计算 1 4 1 强度要求强度要求 max W Mmax 式中 W 剖面模数 W I h mm I 中和轴的惯性矩 mm4 h 危险点到中和轴的距离 M 力矩 M FL F 力 N L 力臂 1 4 2 常见形式的型材受力分析常见形式的型材受力分析 表 1 5 常见形式的型材受力分析 条件简 图要素 两端自由支持 跨度内受集 中应力 R1 p b L R2 p a L x a Mmax Pab L x L 2 Mmax PL 4 跨度内受均 布载荷 R1R2 Q x z o R1 R2 Q 2 M 0 5QL x L x2 L2 x 1 2 Mmax 0 125QL 部分跨度受 均布载荷 R1R2 Q x z o R1 Qb 2L R2 Q 1 b 2L Mmax 0 125Qb 1 a L 2 14 跨度内某段 受均布载荷 R1R2 Q x z o R1 Q 2L b 2c R2 Q 2L b 2a x a b M Q 2L b 2c x a Q 2b x a x a b M Q 2L b 2c 2L x Q a b 2 x L 2 a c Mmax Q 2L b 8 一端受集中 应力 R1 P L a L R2 Pa L x a M Px a x a L M Pa L x a L x a L M 0 两端受集中 应力 R1 R2 P1 x z o P2 R1 P1 a P1 P2 L R2 P2 a P2 P1 L x a M P1x a x a L M P1a a P1 P2 x a L 受均布载荷 R1 R2 Q L 2a 2 x a M Qx2 2 a x a L M Qa2 2 Q L x x a 2 两端刚性固定 跨度内受集 中应力 P x z o M1 Pab2 L2 M2 Pa2b L2 跨度内受均 布载荷 Q x z o M QL 1 6x L 6x L 12 M QL 24 M1 M2 QL 12 15 部分跨度受 均布载荷 M1 Qa2 6 8a L 3a2 L2 12 M2 Qa3 4 3a L 12L 跨度内某段 受均布载荷 M1 2mq 3L3 abL 2b a ab m2 M2 2mq 3L3 abL 2a b ab m2 a b M1 M2 Qm 3L2 4m2 12L Comment y2 16 第二章 板的强度计算 2 1 板的分类板的分类 船体的平板一般受到两种类型的载荷 一是垂直于板面的横向载荷 它导 致板发生弯曲 二是作用在板平面内的载荷 即板平面内的拉力或压力 在这两种载荷作用下 板的剖面上将产生两种应力 作用在板平面内沿板 厚度均匀分布的应力称为悬链应力 a 或称为中面应力 沿板厚为线性分布的 应力称为弯曲应力 b 板内总应力即为两者之和 如图 2 1 所示 图 2 1 按照板在弯曲时所形成的应力状态的特征 可将板划分为 1 刚性板 是指弯曲时悬链应力可以忽略的板 又称为 绝对刚性板 2 有限刚性板 是指弯曲时悬链应力与弯曲应力可以比拟 同时计及这 两类应力的板为 柔性板 3 绝对柔性板 是指悬链应力比弯曲应力大得多 以至 可以将弯曲应力忽略不计的板 2 2 刚性板的应力计算刚性板的应力计算 2 2 1 均布载荷板内最大正应力的计算均布载荷板内最大正应力的计算 垂直于 x 轴剖面上下表面的正应力 N mm2 1 6M1 t2 垂直于 y 轴剖面上下表面的正应力 N mm2 2 6M2 t2 式中 M1 板中心处平行 y 轴的剖面上的最大弯矩 M2 板中心处平行 x 轴的剖面上的最大弯矩 M1 和 M2 的取值可参考 承受均布载荷钢板弯曲要素表 2 1 2 2 2 3 ox y z 17 表 2 1 四周自由支持的板 2 a 2 b 2 a 2 b 2 a 2 b a 0 2 b 2 a b 0 x 0 x a y 0 y b M1M2N1N2R1R2 k1 3 4 Et pb K2pb K3pb K4pbK5pb K6pb K7pab a bk1K2K3K4K5K6K7 1 00 04430 04790 04790 3380 3380 2500 250 1 10 05300 04940 05530 3460 360 1 20 06160 05010 06260 3520 3800 2600 285 1 30 06970 05040 06930 3570 397 1 40 07700 05060 07530 3610 4110 2650 310 1 50 08430 05000 08120 3630 424 1 60 09060 04930 08620 3660 4350 2670 332 1 70 09640 04860 09080 3670 444 1 80 10170 04790 09480 3680 4520 2710 347 1 90 10640 04710 09850 3690 459 2 00 11060 04640 10170 3700 4650 2720 364 3 00 13360 04040 11850 3710 4930 2720 410 4 00 14000 03840 12350 3710 4980 2720 435 5 00 14160 03750 12460 3710 5000 2720 452 0 14220 03750 12500 3710 5000 2720 500 表 2 2 四周刚性固定的板 2 a 2 b 2 a 2 b 2 a 2 b a 0 2 b 2 a b 0 x 0 x a y 0 y b M1M2N1N2R1R2 k1 3 4 Et pb K2pb K3pb K4p b K5p b K6pb K7pab a bk1K2K3K4K5K6K7 1 00 01380 02290 02290 05130 05170 2500 250 1 10 01650 02340 02640 05380 05540 2530 271 1 20 01910 02310 02990 05540 06120 2550 290 1 30 02100 02240 03270 05630 06680 2560 306 1 40 02270 02150 03400 05680 07140 2560 320 1 50 02410 02040 03680 05700 07530 2550 332 1 60 02510 01930 03810 05710 07840 2550 343 1 70 02600 01820 03420 05710 08070 2540 352 1 80 02670 01740 04010 05710 08210 2530 360 1 90 02720 01650 04070 05710 08260 2520 367 2 00 02760 01520 04120 05710 08290 2520 374 18 3 00 02790 01430 04150 05710 08320 2510 412 4 00 02820 01390 04170 05710 08330 2510 432 5 00 02840 01390 04170 05710 08330 2500 450 0 02840 01390 04170 05710 08330 2500 500 表 2 3 两对边自由支持 两对边刚性固定的板 a ba b 2 a 2 b 2 a 2 b 2 a 2 b 2 a 2 b M1M2M1M2 y x o k1pb k2pb x y o k1pa k2pa a bk1k2b ak1k2 1 00 03320 02441 00 03320 0244 1 10 03700 03091 10 03560 0230 1 20 04010 03771 20 03740 0216 1 30 04260 04471 30 03880 0202 1 40 04460 05171 40 03990 0189 1 50 04600 05851 50 04060 0172 1 60 04690 06501 6 1 70 04740 07111 7 1 80 04760 07681 8 1 90 04760 08211 9 2 00 04740 08692 00 04210 0142 3 00 04210 11443 0 4 00 03900 12234 0 5 00 03790 12435 0 0 03750 1250 0 04170 0125 由表格数据可知 局部结构的强度是否满足要求 主要取决于以下几点 1 保证板格在载荷作用下具有足够强度 材料的选择 作用于板上的载 荷导致板开始屈服 并不标志板的承载能力丧失或破坏 板可能承载 比这大几倍的载荷 然后才以任意一明显方式破坏 或其变形大得不 可容许 而扶强材的承载能力一般要比板低的多 并且作用在板上的 力大多会传到扶强材上 所以板的极限破坏几乎不可能发生 2 板格的比例 如果作用在板格上的载荷导致扶强才的屈服 这时就需 要调整板格比例 增加加强筋 19 第三章 区域详细设计 3 1 外板设计外板设计 船体外板由平板龙骨 船底板 舭列板 舷侧列板和舷顶列板等组成 海 船规范 将外板划分为中部 0 4L 离船端 0 075L 以及中间过渡部分三大区域 并按横骨架式和纵骨架式分别给出了最小厚度计算值 3 1 1 船底板船底板 船底板是指由平板龙骨至舭列板之间的外板 在海船中部 0 4L 区域内船底 板厚度不应小于一下公式计算值 1 船底为横骨架式时 mm b FLsEt 110 072 0 1 1 mm b Fhdst 12 0 7 2 船底为纵骨架式时 mm b FLsEt 230 043 0 1 1 mm b Fhdst 6 5 12 式中 s 肋骨间距和纵骨间距 m 计算时 取值不小于 0 001 6L 0 5 m d 吃水 m L 船长 m 计算时 横骨架式 L 不大于 200m 纵骨架式 L 不大于 190m h1 h1 0 26C 计算时取值不大于 0 26d C 系数 当 L 90m 时 42041 0 LC 当 90 L 300m 100 300 75 10 2 3 L C 20 E 其中 S 为船底桁材或龙骨间距 m 2 2 1 S s E 折减系数 为龙骨处的总纵弯曲应力 b F b b F b N mm2 弯曲许用应力 N mm2 对于外板应不小于 0 7 对于船长 小于 65m 的船舶 1 b F 3 1 2 平板龙骨平板龙骨 平板龙骨的厚度规范规定不小于船底板的厚度加 2mm 并同时规定 平板龙骨的宽度 b 应在整个船长内保持不变 而且应不小于按下式计算值 B 900 3 5L mm 式中 L 为船长 m 另外 平板龙骨的宽度不必大于 1800mm 3 1 3 舭列板舭列板 舭列板厚度均应不小于相邻的船底板厚度 当船底和舷侧采用纵骨架式 且舭部不设纵骨时 该处的横向强力构件或相当舭肘板的间距 S 不超过下 值 mm r t Dr t S 2 6 108 式中 D 型深 m r 舭部半径 mm t 舭列板厚度 mm 应满足于 t r 165 t t1 其中 t1是与舭列板相邻船底板的厚度 mm 3 1 4 舷侧外板舷侧外板 舷侧为横骨架式时 船中部 0 4L 区域内舷侧外板厚度 t 应不小于下述规定 21 1 距基线 3 4 D 以上时 应不小于 mm d FLst 110 06 0 1 mm 22 2 4hdst 2 距基线 1 4 D 以下 舭列板除外 时 应不小于下值 mm b FLsEt 110 072 0 1 1 mm b Fhdst 3 6 12 3 距基线 1 4 D 以下和距基线 3 4 D 区域内 板厚 t 用内插法求得 舷侧为纵骨架式时 船中部 0 4L 区域内舷侧外板厚度 t 应不小于下述规定 1 距基线 1 2 D 以上时 应不小于 mm d FLst 110 06 0 1 mm 22 2 4hdst 2 距基线 1 4 D 以下时 应不小于下值 mm b FLst 110 06 0 1 mm b Fhdst 4 5 12 上述各式中 s 肋骨或纵骨间距 m 计算时 取值不小于 0 001 6L 0 5 m d 吃水 m L 船长 m 计算时 不大于 200m h2 h2 0 5C 计算时取值不大于 0 36d C 同前 b F 1 h 22 E 其中 S 为舷侧纵桁间距 m 2 2 1 S s E 折减系数 为甲板处的总纵弯曲应力 N mm2 为 d F d d F d 弯曲许用应力 N mm2 对于甲板应不小于 0 7 对于船长小于 65m 的船舶 1 b F 3 距基线 1 2 和距基线 1 4 D 以上时 板厚 t 用内插法求得 3 1 5 舷顶列板舷顶列板 1 在船中部 0 4L 区域内的舷侧列板厚度 应不小于相邻舷侧外板的厚度 且在任何情况下均不得小于强力甲板边板厚度的 0 8 倍 同时不小于下 式计算值 横骨架式 mm d FLsEt 110 085 0 1 1 mm 75 05 1 2 Lst 纵骨架式 mm d FLst 110 06 0 1 mm 75 9 0 2 Lst 2 船中 0 4L 以外的舷顶列板 逐渐过渡到端部的舷侧外板厚度 3 舷顶列板的宽度不小于 b 800 5L mm 但不必大于 1800mm 3 2 甲板设计甲板设计 甲板包括强力甲板 甲板边板与下层甲板等 3 2 1 强力甲板强力甲板 1 在船中 0 4L 区域内 开口边线外强力甲板厚度 t 除应符合中剖面模数 要求外 还不得小于下值 横骨架式 d FLsEt 110 085 0 1 1 1 mm 23 75 05 1 2 Lst mm 纵骨架式 d FLst 110 06 0 11 mm 75 9 0 2 Lst mm 式中 s 横梁或纵骨间距 m 计算时取值不小于 0 0016L 0 5 m L1 船长 L m 计算取值不必大于 200m Fd 折算系数 2 2 1 S s E 其中 S 为甲板总桁间距 m 当甲板开口宽度小于 0 4B 时 则开口边线外强力甲板的厚度 在满足剖面 模数要求下 可适当减薄 2 在开口边线以内及离穿端 0 075L 区域内 无论是横骨架式还是纵骨架 式 强力甲板厚度 t 应不小于按下列计算所得之值 75 9 0 Lst mm 式中符号意义同前 值得一提的是 对离穿端部 0 075L 区域内 骨材间距 s 应不小于 0 6m 对锚机 绞车和吊座下甲板应采用加厚板 一般增厚在 2 6mm 3 2 2 甲板边板甲板边板 甲板边板厚度应不小于强力甲板的厚度 甲板边板的宽度 在船中 0 4L 区域内 应不小于 6 8L 500 mm 但不 必大于 1800mm 而在船端 应不小于船中部宽度的 65 3 2 3 下层甲板下层甲板 1 第二甲板 24 在船中 0 4L 区域内舱口边线外的甲板厚度应不小于按下列计算所得值 t 12s mm 在离船端 0 075L 区域及开口边线内的甲板厚度 t 应不小于按下列计算所得 值 t 10s mm 式中 s 为横梁或纵骨间距 m 计算时取值不小于 0 0016L 0 5 m 2 第三甲板和平台甲板的厚度应不得小于 75 9 0 Lst 3 2 4 甲板外载荷甲板外载荷 作用于甲板板架上的货物 设备 人员等横向载荷 是甲板骨架设计的计 算载荷 规范把这种各层甲板上所受的横向载荷通常以计算压头高度 h 来表示 1 露天强力甲板计算压头高头 150 3100 1000 2 20 1 0 dD L h m 式中 L 船长 m D 型深 m d 吃水 m 2 其他位置甲板计算压头高度 按表 3 1 选取 表 3 1 不同位置甲板计算压头 甲板名称与位置计算压头 m 距艏垂线 0 075L 以前的露天强力和艏楼甲 板 纵桁 强横梁 h0 3 纵骨 横梁 1 5 h0 距艏垂线 0 075L 0 15L 以前的露天强力和 艏楼甲板 纵桁 强横梁 h0 2 纵桁 横梁 1 25h0 距艉垂线 0 075L 以后的露天强力和艉楼甲 板 纵桁 强横梁 h0 1 纵骨 横梁 1 1 h0 露天强力甲板装载甲板货区域 距艏垂线 0 075L 以前 距艏垂线 0 075L 0 15L 之间 距艏垂线 0 15L 以后 货物甲板 0 49p 0 3 4 81p 0 3 0 37p 0 3 3 63p 0 3 0 14p 0 3 3 63p 0 3 0 14p 但不小于甲板间的平均高度 25 船舶仓库 2 0 机舱平台 修理间 机舱物料间 2 60 居住甲板 1 20 上层建筑甲板 1 0 居住甲板和上层建筑甲板的露天部分增加 h0 1 2 注 1 表中 p 为设计负荷 Kn m2 当装载率 v 大于 0 72m3 t 时 对 应的甲板计算压头高度应乘以 v 0 72 2 货物甲板舱口盖上的计算压头高头 取 h Hs 1 0 但不小于甲板间 高 Hs 为舱口盖板至上一层甲板的舱口围板上缘的距离 m 3 对于船长小于 90m 的船舶 艏艉端区域的甲板纵桁和甲板强横梁计 算压头高度可作适当减小 但不得小于相同位置的纵骨或横梁的计算压头高度 3 2 5 甲板横梁的剖面模数甲板横梁的剖面模数 W 不小于下式计算所得值不小于下式计算所得值 2 321 shlCDdCCW cm3 对于露天甲板 2 BshlW cm3 式中 C1 系数 由横梁所在区域甲板 包括桥楼和艉楼甲板 的总层数 决定 见表 3 2 表 3 2 系数取值表 层数 123 4 艉楼甲板 C121 331 050 931 33 C2 C3 系数 见表 3 3 表 3 3 系数取值表 甲板位置 C2C3 距艏垂线 0 075L 以前的露天 强力甲板和 艏楼甲板 0 80 54B 距艏垂线 0 075L 0 15L 露天 强力甲板和 艏楼甲板 0 8 与舷侧相连接的衡量 0 36B 其他 横梁 0 33B 距艏垂线 0 15L 露天 强力甲板和艏楼甲 板 0 54 同上 短桥楼和艉楼甲板 0 14 同上 货物甲板及其他 0 404 0 生活区甲板 0 524 0 26 D 型深 m d 吃水 m B 船宽 m 当 B 大于 21 5m 时 取 21 5m s 横梁间距 m l 横梁跨距 m h 计算压头高度 m 3 2 6 甲板纵桁甲板纵桁 甲板纵桁是纵向强构件 并作为横梁或强横梁的刚性支座 其剖面模数不小 于下值 2 75 4 bhlW cm3 式中 b 甲板纵桁支撑面积的平均宽度 m h 甲板的计算压头高度 m l 甲板纵桁跨距 m 当甲板纵桁受集中载荷时 还应不小于下式所得值 CPlW102 0 cm3 式中 P 集中载荷 kN C 系数 按表 3 4 选取 其中 a 为 P 的作用点至纵桁两支点间较 远的距离 m l 甲板纵桁跨距 m 表 3 4 系数 C a l0 940 900 850 800 750 700 600 50 C1 443 365 687 368 649 209 6010 27 3 2 7 甲板纵骨甲板纵骨 甲板纵骨一般用扁钢或球扁钢制成 露天 强力甲板纵骨剖面模数不小于 下值 2 1shl CW cm3 422 32 10 LslCshCW cm3 式中 s 纵骨间距 m h 甲板计算压头高度 m l 纵骨跨距 m C1 C2 C3 系数 按表 3 5 确定 表 3 5 甲板纵骨剖面模数计算系数 C1 C2 C3 序号甲板纵骨位置区域 C1C2C3 1 距艏垂线 0 075L 以前 12 563 57 8 2 距艏垂线 0 075L 0 15L 12 5577 2 开口线外 948 56 23 距艏垂线 0 15L 处 开口线内 7 5405 5 开口线外见备注 4 距艏垂线 0 15L 0 3L 开口线内 7 5405 5 开口线外 10 5 5 船中部 0 4L 区域 开口线内 7 5405 5 开口线外见备注 6 距艉垂线 0 075L 0 3L 开口线内 7 5405 5 7 距艉垂线 0 075L 以后 7 5405 5 注 该处甲板纵骨的剖面模数 W 可由船中部和端部甲板纵骨的剖面模数作 直线过渡决定 货物甲板纵骨剖面模数 W 不小于下式计算所得值 当船长 L 90m 时 sLshlW6 05 2 2 cm3 当船长 L 90m 时 2 5shlW cm3 28 3 3 舱壁设计舱壁设计 3 3 1 水密舱壁水密舱壁 水密横舱壁的设置需要满足船舶抗沉性和强度的要求 水密纵舱壁沿船长 方向布置 一般平行于纵中剖面 其强度要求如下 1 平面水密舱壁板的厚度 t 应不小于按下列式计算所得值 hst2 4 mm 且不小于 5 5mm s 扶强材间距 m h 在舷侧处由列板下缘量到舱壁甲板的垂直距离 m 但不小于 2 5m 2 平面水密舱壁扶强材的剖面模数 W 应不小于按下列式计算所得值 2 CshlW cm3 式中 s 扶强材间距 m h 在舷侧处由扶强材跨距中点量到舱壁甲板的垂直距离 m 但不小于 2m l 扶强材跨距 m 当设有桁材时 为扶强材末端与桁材之间或桁材与桁 材之间的距离 C 系数 按照下面情况选取 当扶强材端部不连接或与无扶强材的板直接连接时 C 6 当扶强材端部用肘板连接 扶强材端部直接同纵向勾结搭接 扶强材端 部直接同纵骨架势甲板板 或内底板 连接 且扶强材和纵骨的腹板在同一个 剖面内 扶强材端部同甲板或纵桁腹板直接连接 但甲板或纵桁另一边应具有 与之相连且与该扶强材在同一直线上的至少为相同剖面的相邻构件时 C 3 3 舱壁桁材 29 舱壁桁材是扶强材的中间刚性支撑 其强度要求如下 桁材剖面模数 W 和惯性矩 I 应不小于下列计算所得值 2 6 6 bhlW cm3 WlI5 2 cm4 式中 b 由桁材支撑的面积的宽度 m h 在舷侧处 由桁材跨距中点处量至舱壁甲板的垂直距离 m 但不小于 2m l 桁材跨距 m 桁材腹板高度应不小于被支撑舱壁扶强材腹板高度的 2 5 倍 腹板厚度不 得小于舱壁板在桁材处的厚度 面板厚度应不大于腹板高度或面板厚度的 35 倍 4 槽形舱壁 船舶的平行中体 型线变化不大的舱壁较适宜应用槽形舱壁 槽形舱壁的 剖面形状通常分为矩形 梯形 三角形和弧形等 以下介绍应用最为广泛的梯形 剖面 槽形尺寸之间应符合下列关系要求 mm 2 3 Chlbatdw 式中 h 在舷侧处由槽形跨距中点量到舱壁甲板的垂直距离 m 但不小 于 2m l 槽形跨距 即支撑点之间的距离 m tdSba w 如下图所示 30 C 系数 按表 3 6 取值 槽形斜面部分与平面部分的夹角 x 40 当槽形舱壁跨距超过 15m 时 在跨距中点处应设置隔板 槽形舱壁板的厚度 t 应符合平面的水密舱壁板厚度 t 的要求 且应符合下式 要求 t a 70 mm 式中 a 取值如上图 表 3 6 槽形舱壁端部固定情况系数 C 上端 下端 直接同甲板连接甲板上有对应连接件 直接与内底板连接 5 043 84 有对应支撑 5 043 84 3 3 2 非水密舱壁设计非水密舱壁设计 非水密支撑舱壁的舱壁板厚应不小于 s 80 mm s 为扶强材间距 单位为 mm 其最小厚度在下层货舱内为 7mm 在甲板间舱内为 6mm 船长小于 90m 时 最小厚度为 5mm 舱壁扶强材腹板高度最小值 货舱内 150mm 甲板间舱 100mm 船长小于 90mm 时 上面区域值分别为 100mm 和 75mm 3 4 舷侧骨架设计舷侧骨架设计 3 4 1 标准间距标准间距 sb 肋骨或舷侧纵骨标准间距 sb按下式计算 sb 1 6L 500 mm 31 式中 L 为船长 但不大于 200m 3 4 2 横骨架式舷侧骨架设计横骨架式舷侧骨架设计 1 主肋骨 主肋骨的剖面模数 W 不小于甲板肋骨间距 且不小于下式计算值 2 1sdl CcW cm3 式中 s 肋骨间距 m d 吃水 m l D D d C 45 1 65 0 2 c1 系数 当 L 90 米时 取 1 05 当 L 90 米时 取 1 D 型深 m 肋骨跨距 m 不小于lD 2 强肋骨 强肋骨的剖面模数 W 应不小于下式计算值 2 5shlW cm3 式中 s 强肋骨间距 m 强肋骨跨距 m l h 强肋骨跨距中点至船中部上甲板边线的垂直距离 m 3 舷侧纵桁 舷侧纵桁的剖面模数 W 应不小于下式计算值 2 8 7 bhlW cm3 32 式中 b 舷侧纵桁支撑的宽度 m 舷侧纵桁跨距 m l h 舷侧纵桁跨距中点至船中部上甲板边线的垂直距离 m 3 4 3 纵骨架式舷侧骨架设计纵骨架式舷侧骨架设计 纵骨架势舷侧主要由舷侧纵骨 强肋骨组成 舷侧纵骨 舷侧纵骨的剖面模数 W 应不小于下式计算值 2 9shlW cm3 式中 s 纵骨间距 m 纵骨跨距 m l h 纵骨至船中部上甲板边线的垂直距离 m 纵骨架式强肋骨 强肋骨的剖面模数 W 应不小于下式计算值 2 10shlW cm3 式中 s 强肋骨间距 m 强肋骨跨距 m l h 强肋骨中点至船中部上甲板边线的垂直距离 m 3 5 上层建筑设计 3 5 1 上建甲板骨架设计 1 甲板板 艏楼甲板厚度应不小于下值 33 c b t s s Lt 602 0 mm 式中 L 船长 m 取值不大于 100m s 甲板纵骨或横梁间距 m 计算时取值不小于 sb sb 甲板纵骨或横梁的标准间距 m 可根据规范取值 tc 对于上建或甲板室内部干燥处的甲板 取 1 其他情况取 0 除艏楼外 上建和甲板室的甲板厚度 t 应不小于 5mm 且不小于下式计 算值 c b t s s CLt 02 0 mm 式中 C 系数 在第一层 C 5 5 在第二层 C 5 0 在第三层 C 4 5 其他值同上 2 甲板骨架 甲板室甲板纵骨或横梁剖面模数 W 应不小于下式计算值 2 5shlW cm3 且不小于 25s 式中 s 甲板纵骨或横梁间距 m l 甲板纵骨或横梁跨距 m h 计算压头 m 在第一层 h 0 9m 在第二层 h 0 6m 在第三层 h 0 45m 3 5 2 上建端壁设计 1 上建端壁板的厚度 t 应不小于下式计算值 hst3 mm 34 对下层 0 501 0 min Lt mm 对其他层 0 401 0 min Lt mm 且不小于 5mm 式中 s 扶强材间距 m L h 意义同上 2 上建端壁扶强材剖面模数 W 应不小于下式计算值 2 5 3 shlW cm3 3 5 3 上建侧舱壁的设计 上建舷侧外板厚度 t 应不小于下式计算值 b s s Lt 5 5028 0 mm 式中 L 船长 m s 肋骨或纵骨间距 m 计算时取值应不小 sb sb 肋骨或纵骨的标准间距 m 35 附录一 常用型材规格表 表表 1 球扁钢球扁钢 型 材带 板 型 钢 号 高 度 H m m 球 宽 B m m 厚 度 t1 m m 剖面 积 A1 mm 2 重量 W1 kg cm 1 惯性 矩 Ix1 cm4 重心轴 X1 X1 距 离 Y1 cm 对 X X 轴的惯 性矩 Ix mm4 对 X X 轴的最 小剖面 模数 Wx cm3 带板 面积 cm 2 5 050164 02 872 256 963 1349 129 1770 5 555174 53 482 7310 2 0 3 3866 1411 3770 6 060195 04 273 3515 0 0 3 7493 1814 9070 7 070215 05 063 9724 1 0 4 40143 219 9870 8 080225 05 844 5836 2 3 5 07209 325 9370 9 090245 57 035 5255 6 0 5 65303 133 9070 10100266 08 636 7685 2 2 6 29445 345 6570 12120306 511 1 5 8 751587 55787 169 0870 14a14033714 0 5 11 052748 821296100 270 14b14035916 8 5 13 253218 551439112 970 16a16036817 9 6 14 14689 952035141 670 16b160381021 1 6 16 65279 752240158 670 18a18040922 2 0 17 472411 153017192 370 18b180421125 8 0 20 283710 813254210 670 36 20a200441027 3 6 21 48107812 404851269 0105 20b200461231 3 6 24 60126512 065247294 7105 22a220481132 8 2 25 80161113 506708346 6105 22b220501337 2 2 29 20179513 207162375 0105 24a240521238 7 5 30 40223214 709008437 6105 24b240541443 5 5 34 20254214 359580471 6105 27a270551243 8 2 34 4326516 6012552556 1105 27b270571449 2 2 38 6351516 3013277595 1105 37 表表 2 不等边角钢不等边角钢 型 材带 板 型 钢 号 高度 H mm 球宽 B mm 厚度 t1 mm 剖面 积 A1 mm2 惯性 矩 Ix1 cm4 重心轴 X1 X1 距离 Y1 cm 对 X X 轴的惯 性矩 Ix mm4 对 X X 轴的最 小剖面 模数 Wx cm3 带板 面积 cm2 31 431 272 008 122 6424 3 23020 41 861 611 969 983 2624 42 885 813 0232 797 5324 4 5 34530 64 188 152 9443 5710 2924 54 8317 44 0690 6916 5324 65 7220 34 00102 118 94246 46040 87 4425 33 92122 523 4524 56 1134 95 11172 526 0524 67 2541 05 08195 430 15247 5 57550 89 4752 44 98234 937 6824 67 8550 65 44239 135 1124 810 364 95 36322 545 82368 5 58055 1012 678 25 28369 953 9736 68 7872 46 12329 543 8936 811 593 26 04444 657 26369 69060 1014 11135 95509 967 6136 813 51356 89643 677 1836 10 7 510075 1016 71636 80739 291 8236 815 62298 151007103 436 12 312080 1019 22798 071157123 336 817 22978 921288124 836 13 913090 1021 33628 841481149 636 2 5 1 6251631 160 71 644 811 8326 31 491 522 129 452 8926 3 2