5100吨沿海散货船结构设计

1、江苏科技大学苏州理工学院2015 届毕业设计（论文）5100 吨沿海散货船结构设计系部：船舶与土木工程专业名称：船舶与海洋工程班级：11428131学号：1142813124作者 :孙文指导教师 :管义锋2015 年 5 月 25 日江苏科技大学本科生毕业论文5100 吨沿海散货船结构设计Structure design of 5100 tons coastal bulk carrier江苏科技大学苏州理工学院本科毕业设计（论文）摘要随着 21 世纪世界贸易的快速增长，中小型沿海散货船的需求也越来越大，各种散货的运输都依赖着该散货船。 而我国在建造中小型散货船方面拥有着显著的竞争优势，成为世界

2、造船大国是我们的毕生目标，我们应时刻关注散货船市场。本次课题是 5100 吨沿海散货船结构设计， 采用的是钢质海船入级规范（ 2012年）。按照 A 级航区的有关要求进行相关结构件数据计算与船中货舱区域横剖面强度校核。该船是典型的单层底双舷侧的单壳散货船船型。本文的主要内容包括：1、中小型散货船近年以来的发展状况，典型散货船的结构特点，以及在计算结构件数据时应注意的一些细节。2、5100 吨沿海散货船结构规范设计计算，及船中货仓区域横剖面的强度校核。3、根据同组总体设计同学所绘的型线图及总布置图，在 AutoCAD 中画出中横剖面图、基本结构图。关键词：散货船；规范设计；基本结构图；横剖面图I

3、江苏科技大学苏州理工学院本科毕业设计（论文）AbstractAlong with the rapid growth of world trade in the 21st century, the demand of small and medium sized coastal bulk carrier is becoming more and more big, all kinds of bulk cargo transportation are dependent on the bulk carrier. And our country in the construction of smal

4、l and medium-sized bulk carrier with a significant competitive advantage and become the worlds shipbuilding is our goal in life, we should focus on bulk carrier market.This topic is 5100 tons of coastal bulk carrier structural design, is the regulations for classification of seagoing steel ships (20

5、12). In accordance with the related requirements of A level area related structure data calculation and cross-section intensity in the cargo hold area. The ship is a typical single bottom double side single-hull bulk carrier ship type. The main contents of this article include:1、The development of s

6、mall and medium-sized bulk carrier in recent years, the structure characteristics of the typical bulk carrier, and some of the details should be paid attention to when calculating the structural data.2、5100 tons of coastal bulk carrier structural design and calculation, and warehouse area of cross-s

7、ection intensity in the ship.3、According to the overall design group students by drawing lines and general arrangement, in AutoCAD drawing section map, the basic structure.Key words ：Bulk carrier ; Specification design ; map of basic construction proflie and plan ; map of the midship sectionII江苏科技大学

8、苏州理工学院本科毕业设计（论文）目录第一章绪论 11.1研究背景 11.2散货船的现状与发展趋势11.2.1散货船发展史 11.2.2发展趋势 21.2.3散货船现状 21.3散货船的结构特点31.3.1中小型沿海散货船 31.3.2现代散货船 31.4设计方法 31.4.1规范设计法 31.4.2结构规范设计流程 31.5研究目标和内容4第二章船体结构规范设计52.1设计说明 52.1.1主要参数 52.1.2结构特点 62.2骨材的标准间距或纵骨间距62.3外板72.3.1船底板 72.3.2平板龙骨 92.3.3舭列板 92.3.4舷侧外板 92.3.5舷顶列板 112.4甲板 112.

9、4.1强力甲板 112.4.2甲板边板 122.4.3首楼甲板 122.4.4首平台甲板 122.4.5机舱平台甲板 132.4.6舱口角隅 132.5单层底 132.5.1中内龙骨 132.5.2实肋板、旁内龙骨 142.6双层底 142.6.1中桁材 142.6.2旁桁材 152.6.3纵骨架式肋板 15III江苏科技大学苏州理工学院本科毕业设计（论文）2.6.4横骨架式肋板 162.6.5尾尖舱实肋板厚度 162.6.6纵骨架式船底纵骨 162.6.7内底板及内底边板 172.6.8舭肘板 182.7双层底 182.7.1主肋骨 182.7.2舷侧纵桁 202.7.3强肋骨 202.7.

10、4舷侧纵骨 212.7.5首尖舱内的加强 232.8双层底 252.8.1计算压头 252.8.2甲板横梁 252.8.3甲板纵骨 272.8.4甲板纵桁 272.8.5强横梁 282.9支柱302.9.1机舱支柱 302.10 底边舱 322.10.1斜板 322.10.2斜板纵骨322.10.3非水密隔壁322.10.4水密隔壁332.11 顶边舱 332.11.1斜板和舱口垂向列板 332.11.2斜板纵骨332.11.3非水密隔壁342.11.4水密隔壁342.12 舱壁 352.12.1FR4舱壁 352.12.2FR7 舱壁 362.12.3FR29 舱壁 372.12.4FR79

11、 舱壁 392.12.5FR129 舱壁 392.12.6FR134 舱壁 412.12.7制荡舱壁422.13 首、尾柱，球鼻首432.13.1 5.80m 水线以下区域的板厚 432.13.2钢板焊接尾柱 432.13.3球鼻首 432.14.5舱口围板432.15 舷墙及栏杆 432.15.1栏杆 43IV江苏科技大学苏州理工学院本科毕业设计（论文）2.15.2舭龙骨 442.16 强度校核 44第三章本船设计原理 473.1 设计的过程 473.2 本船体结构特点分析 47结语 52致谢 53参考 文 献 54附录V江苏科技大学苏州理工学院本科毕业设计（论文）第一章绪论1.1研究背景散

12、货船作为当今世界的主流船型之一，其在常规船型的需求量上始终占主导地位，散货船在人们的生产生活中扮演者重要的角色。 散货船未来发展趋势主要表现在近海航行、江海联运、快速便捷，造船成本低， 相反使用年限长， 国际散货贸易发达。在我国近海、 沿海一带，散货船有着相当大的发展空间。 自从进入 21 世纪以来，社会高速发展，我国较长的海岸线和较多内河河流资源使内地和沿海内外船舶贸易得到了迅猛发展， 航运事业随之水涨船高。 适宜江海直达、 近海航行的散货船受到我国中、小型航运企业的关注。科学技术日新月异， 船舶不断的更新换代、 新型船舶倍出， 对船舶设计产生很大的影响。在计算机以及互联网的普及下， 船舶技

13、术得到了更好的交流与学习， 船舶设计发生了重大改革。 对于近海航行的散货船的研究却是不多的， 当然也有存在， 而且都反映了相当不错的发展前景。民用船舶的结构设计主要是根据船舶检验部门或船级社颁布的有关规范来进行设计的，而且现有的规范也都比较成熟。21 世纪以来，船舶规范对于船体结构计算技术的发展起着举足轻重的作用。选择沿海散货船结构设计作为毕业设计题目， 考虑到如今中小型近海散货船的热门趋势，且今后可能成为行业发展的方向， 此时便有所研究与学习， 是我对这方面船舶有了全新的认识，结构特点也有所了解，对今后自我发展有所帮助。1.2散货船的现状与发展趋势1.2.1散货船发展史我国船舶载运散货历史悠

14、久， 可以追溯到秦代内河船舶的粮食运输。而到元代时，中国船舶运输有内河发展到海上运输。铁矿、煤矿运输出现于 20 世纪初。第二次世纪大战之前，散货船主要运输铁矿以及煤矿等， 而二战后散货船应用范围大幅大扩大，由铁、煤矿到水泥、化肥、粮食、糖等。从此之后散货船数量快速增长，规模不断扩大。20 世纪 50 年代之前没有专用散货船，因发生较多海损事故，逐步形成了现在广1江苏科技大学苏州理工学院本科毕业设计（论文）泛运用的专用散货船结构形式。如今，散货船偏于双壳化， 虽然双壳体散货船的空船重量相较于单壳散货船增加许多，因其材料的增加制造成本也提高许多，但双壳化有效的保护了货舱，起到双层保护的作用。目前

15、主流船偏于双壳化，但一些中小型船任选择单壳。1.2.2发展趋势1 ）双壳化现有散货船多为单壳体， 但事故频发。 双壳体船的优点： 双舷侧结构起到保护货舱防止减小冲击损失的作用； 刚度更好， 更好的防止破坏和货舱进水； 且可用底边舱作为压载水舱， 不需要另行设置； 货舱底部平整大大方便的货物的卸载， 效率得到明显的提高；且减少货舱涂层的维护和保养费用。2 ）大型化扩大运输能力的方法之一便是增大载货量， 90 年代到现在散货船载货量不断增大，从曾经的中小型散货船到现如今的大型散货船， 世界贸易的增长对运输业起着促进作用。之后散货船建造主流将会是中大型双壳散货船。3 ）快速性即提高服务航速4 ）多用

16、途化如兼顾装载一些集装箱，尤其是一些中小型散货船5 ）使用年限加长6）环保世界上很多发达国家与发展中国家都意识到船舶环保意识，已确立制定了一些有关的环保法规，以降低船舶破损后产生的污染。7 ）自动化性能增强1.2.3散货船现状世界散货船队中单壳散货船占绝大比重，因为单壳散货船单壳舷侧结构比较脆弱，容易引发一些不必要的事故。对于降低散货船突发事故的发生，越来越多的船舶设计公司更趋向于双壳散货船，如今双壳散货船逐步被发开，越来越多的船东都考虑双壳散货船。2江苏科技大学苏州理工学院本科毕业设计（论文）1.3散货船的结构特点1.3.1中小型沿海散货船该船型散货船一般为单舷侧结构， 并且设置有顶边舱与底

17、边舱， 且底边舱也可作为压载水舱， 船舶抗沉性因此增加。 底部为双层底结构， 内底边板向上倾斜方便货物集中，便于散货、干货的抓取卸载。 船尾设有支柱支撑上层结构， 船首设有蛇形面板，使双层底得以过渡。1.3.2现代散货船多用途化、绿色环保化、 自动化已成为当今人们所追求的目标。 多用途化体现在该船型即可装载散货、杂货，也可以放置集装箱，用途广泛。用双壳结构替代原来的单壳结构， 对货舱加了一层保护层。 机舱一般放在船尾， 使货舱有更大更宽敞的空间装卸。1.4设计方法1.4.1规范设计法目前中小型船舶均采用的结构设计均按照船舶建造规范进行设计。 并且在计算过程中加以强度计算与校核。 一般来说，这种

18、方法较为简便， 一般中小型较为简单的船舶均可采用此种方法。 但一些特种船舶、 存在特殊结构形式的船舶还应当按照结构力学所学知识进行校核。1.4.2结构规范设计流程如下图流程所示， 一般是根据母型船和设计要求来确定选取的规范， 之后根据所选规范来进行结构设计。 然后根据总体设计所给船舶主要要素， 来初步确定双层底高，以及其他主要构件的尺寸，并画出草图。通过不断的修改、绘制、计算反复调整不断完善计算。 使计算书与中横剖面图、 基本结构图相对应。 并且要经常与总体设计的同学交流，不断完善结构设计。3江苏科技大学苏州理工学院本科毕业设计（论文）图 1-1结构规范设计流程1.5研究目标和内容本次设计采用

19、双层底结构，因为是5100 吨沿海中小型散货船，所以舷侧设为单舷侧结构，为了增加载货量。设计期间绘制相关的结构图纸。按照 CCS2012钢质海船入级规范对该散货船进行结构规范设计，先绘制结构草图、最后在 AutoCAD 上绘制正确的中横剖面图及基本结构图。主要任务：分析散货船结构特点； 对货舱中横剖面先绘制草图； 计算出该船所必须的结构的尺寸， 并加以强度校核； 待计算书与草图逐步修改完成之后， 绘制中横剖面图和基本结构图；再之后整理毕业论文，做好答辩的准备。4江苏科技大学苏州理工学院本科毕业设计（论文）第二章船体结构规范设计2.1设计说明本船货舱区域的甲板、舷侧（单舷侧）以及双层底均为纵骨架

20、式结构，本船艏艉结构均为横骨架式。本计算书按照CCS2012 钢质海船入级规范（以下简称海规）进行计算与校核。2.1.1 主要参数船舶主要参数总长 LOA95.52m垂线间长 LWL88.40m设计水线长 LPP91.17m型宽 B15.60m型深 D7.30m设计吃水 d5.80m梁拱0.16m肋距0.60m主尺度比：LB5.86 5BD2.13 2.5Cb 0.78 0.6本船可以按照 CCS2012 钢质海船入级规范进行计算与校核。5江苏科技大学苏州理工学院本科毕业设计（论文）2.1.2结构特点图 2-1 侧视图该散货船货舱区域为纵骨架式结构，由顶边舱、底边舱、双层底构成；船首船尾机舱等

21、其他区域均为横骨架式结构。货舱区域因纵骨架式， 纵向提高抗弯能力， 船体总纵强度增加，板架更加稳定。其他区域横骨架式，横向强度好，施工方便，建造成本低。图 2-2货舱中横剖面图该散货船是典型的单壳中小型沿海散货船，双层船底与底边舱相连， 甲板与下方斜板形成顶边舱， 以预防散货随波浪发生倾斜，使船舶失稳。双层底设有向上倾斜的内底边板，以便于散货集中在货舱中央，方便船东卸货。2.2骨材的标准间距或纵骨间距标准肋骨或纵骨间距：（海规1.2.8.1）6江苏科技大学苏州理工学院本科毕业设计（论文）s 0.0016 L 0.5 0.668（2-1 ）本船取： s0.6m ( 非货舱区域 )（ 2-2 ）s

22、0.64m （货舱区域）（ 2-3 ）系数 C 值 :C 10.75 (300 L 37.67（2-4 ）) 21002.3外板2.3.1船底板1） 船中 0.4L 区域当船底为纵骨架式时， 船中 0.4L 区域内船底板厚度 t 应大于下面两式计算所得数值：（海规 2.3.1.3）t10.043s L230 Fbmmt25.6s dh1 Fbmm（ 2-5 ）（ 2-6 ）式中 :s 纵骨间距 , m , 计算时取值应大于纵骨标准间距；d 吃水 , m ；L 船长 , m , 计算时取不大于 190m ；Fb 、 h1 见（海规 2.3.1.2）Fb系数，取 Fb 0.9h10.26C , 计

23、算时取不大于 0.2d ；C 系数；见 (海规 2.2.3.1)货舱区域其他板材标准肋骨或纵骨间距Sb ，应满足下面计算所得之值：Sb0.0016L 0.5m ，且不大于 0.7m0.001688.40 0.50.64所以取纵骨间距 s 0.6m（2-7 ）h10.26C0.26 7.671.99取不大于 0.2d 0.2 5.81.16 （2-8 ）所以取 h11.167江苏科技大学苏州理工学院本科毕业设计（论文）t10.043S( L230)Fb0.0430.6(88.40230) 1 8.78mm（2-9 ）t25.6S (dh1) Fb5.60.64(5.81.16)19.47mm(2

24、-10)式中：S0.64mF1d5.8mC7.67L88.40 m h11.16b本船实取船底板厚度：t10 mm2） 离船端 0.075 L 区域t2 (0.035L 6)s(0.035 88.40 6) 1 9.09mm（ 2-11 ）Sb实取船体船体尾部区域的板厚：t 10 mm3） 横向加强范围的边线高于基线0.014B0.014 15.600.218m纵向加强范围的端线距首垂线的长度：X(0.65Cb )L(0.650.7826 )88.40 20.22 m（ 2-12 ）224） 从距首垂线 9.17m（即 X0.125L ）到距首垂线 20.22m（即 X ）之间：t cc1 (

25、1.8 26d1 ) se14.460.95(1.826 1.932)0.600.74313.84mm （2-13 ）Lsb88.400.64式中： c7.30.081L7.30.08188.4014.46c11.2s1.20.640.952l21.28e2 f120.228 10.7430.05C b 0.050.782620.22f0.22888.40实取： t14mm5） 距首垂线 2.54m （即 X0.2L ）到首垂线9.17m（即 X0.125L ）之间：t 0.95cc1 (1.826dse14.46261.9320.6 11 )0.950.95(1.8)15.56mm（ 2-1

26、4 ）Lsb88.400.64式中： c7.3 0.081L7.30.08188.4014.46c1s1.20.640.951.221.282le1.0实取： t17mm6） 距首垂线 2.54m （即 X0.2L ）到首垂线：8江苏科技大学苏州理工学院本科毕业设计（论文）t 0.95cc1 (1.826dse14.460.7(1.826 1.9320.6 11 )0.95)11.43mm（ 2-15 ）Lsb88.400.64式中： c7.3 0.081L7.30.08188.4014.46c1s1.20.600.71.220.602le1.0实取： t14mm2.3.2平板龙骨平板龙骨的宽

27、度 b 应按照下式计算，取大于计算所得之值：( 海规 2.3.2.1)b 900 3.5L900 3.5 88.40 1209.40mm（ 2-16 ）式中 : L 88.40m。平板龙骨的宽度应小于 1800mm 。 且在整个船长内平板龙骨的宽度保持不变。可用船底板厚度加 2mm所得之值作为的平板龙骨厚度 t ：（海规 2.3.2.2）tt船底板 2 12mm（ 2-17 ）本船实取 : b1800mmt12mm满足要求2.3.3舭列板rF b当货舱区域均纵骨架式，。舭列板的厚度mm（ Fb 为船底折减系数， K L 165K L为材料系数， r为舭部半径） , 且相邻船底板厚度应大于计算出

28、来的数值：（海规2.3.3.1）rF b14001（ 2-18 ）165K L1658.48mm1实取舭列板板厚：t10 mm2.3.4舷侧外板2.3.4.1船中 0.4L 区域内舷侧外板舷侧为纵骨架式时， 应按下列规定来确定船中0.4L 区域内舷侧外板厚度t ：（海规 2.3.4.3）9江苏科技大学苏州理工学院本科毕业设计（论文）1、距基线 1 D 以上的舷侧外板的厚度t 应大于以下公式计算所得数值：2t1s L110)F0.060.64 (88.40 110) 1 7.63mm0.06 (b（ 2-19 ）t24.2s (dh2 ) 4.20.645.80 2.09 7.55mm（ 2-2

29、0 ）式中： s 纵骨间距， m , 计算时取值应大于纵骨标准间距； s0.64mL 船长， L88.40md 吃水， d5.80 mFd ,Fb 由海规 2.2.5.7）可知取 Fd 1、 Fb1h1 见（海规 2.3.1.2）； h1 2.04h2 见（海规 2.3.4.2）， h20.5C ，计算时取小于或等于0.36d ；h20.57.67 3.825 ，取不大于0.36d 0.36 5.802.09所以取 h22.09实取： t12mm2、距基线 1 D 以下的舷侧外板厚度 t 应大于按照以下公式计算所得数值：4t1s L110)Fb0.060.64 (88.40 110)mm0.0

30、6 (1 7.63（ 2-21 ）t25.4s (dh1) Fb5.4 0.64 (5.80 2.04) 19.68mm（ 2-22 ）3、距基线 1 D 和距基线 1 D 之间的舷侧外板厚度 t ，根据规范要求，上述1 和 2 中 t 224用内插法求得，但应大于2 中的 t1 ，考虑舷侧垂向板块数量，故取为同一值：本船实取： t12mm 满足要求2.3.4.2底边舱与顶边舱之间的舷侧外板t L1 288.401 29.40 mm（ 2-23 ）综合 2.3.5.12.3.5.2计算数值，货舱区域的舷侧外板厚度取：t 12 mm2.3.4.3离船端 0.075L 区域内 （海规 2.3.1.

31、4）(0.0356)s88.406)19.09t(0.035mmLsb（ 2-24）实取：尾部 t 10mm10江苏科技大学苏州理工学院本科毕业设计（论文）2.3.4.4 距首垂线 0.15L前外板 （海规 2.15.2）t9.68 (1 15%) 11.13mm（ 2-25 ）实取舷侧外板厚度： t 12mm2.3.5舷顶列板1） 舷顶列板的宽度：（海规2.3.5.1）b 800 5L 800 88.4051242 mm，且应小于或等于1800 mm 。（2-26 ）本船实取： b 1800mm2） 舷侧为纵骨架式时，船中0.4L区域内的舷顶列板的厚度 t 应大于下列公式计算所得数值：t10

32、.06s(L1110)Fd0.06 0.64 (88.40 110)7.62mm（ 2-27 ）t20.9sL750.90.64 88.40 75 7.36mm（ 2-28 ）式中： s 0.64m L88.40mFd1根据海规 2.3.5.4 其厚度不小于强力甲板边板的厚度的0.8 倍。实取舷顶列板规格：1218002.4甲板2.4.1强力甲板2.4.1.1船中 0.4L 区域内开口线以外的强力甲板的厚度t ，不仅应当满足下列公式计算数值还应符合剖面模数要求（海规 2.4.2.1）t10.06s(L1110) Fd0.060.64(88.40110) 7.62mm（ 2-29 ）t20.9s

33、 L750.90.6488.40757.36mm（ 2-30 ）式中： s 纵骨间距， s0.64L 船长， m ；L88.40m， L1LFd 系数； Fd111江苏科技大学苏州理工学院本科毕业设计（论文）实取开口边线外强力甲板厚度：t14 mm2.4.1.2开口边线以内及离船端0.075L 区域内在 0.075 L 开口边线以内且为船端区域内的强力甲板的厚度t应大于下列公式计，算所得数值：t 0.9s L 75 0.9 0.6 88.40 75 6.90mm（ 2-31 ）实取船端 0.075 L 区域内且在开口边线以内的强力甲板的厚度： t10mm2.4.2甲板边板在船中 0.4L 区域

34、内的强力甲板边板的宽度b 应不小于按下式计算：（海规2.4.3.1）强力甲板边板的宽度不小于：6.8L5001102.12mm厚度 t 大于等于强力夹板厚度：t14mm实取货仓区域的甲板边板厚度 t14mm2.4.3 首楼甲板首楼甲板板厚度 t ：（海规 2.17.5.5）t (0.02L 6)s（ 2-32 ）0.02 88.4 6 7.77mmsb式中： L 船长， m ；s 甲板纵骨或横梁间距， m ，计算时取值应不小于 sb ；sb 甲板纵骨或横梁的标准间距，m ；实取首楼甲板厚度：t10mm2.4.4首平台甲板1、平台甲板的厚度t ，应大于按下列公式计算所得数值：（海规）2.4.5.

35、2t 10s mm ，且不小于 6mmt 10s 100.60 6mm（ 2-33 ）2、按下式计算深舱甲板（或平台）板的厚度t 的最小值：（海规 2.13.8.1）12江苏科技大学苏州理工学院本科毕业设计（论文）t 3.95sh 3.5mm式中： s 纵骨或横梁间距， m ； s0.60m海水密度取1.025；t 3.95sh 3.53.950.601.025 1.65 6.58mm实取厚度： t 8mm2.4.5机舱平台甲板 （海规 2.4.52.13.8）t10s100.606mmt 3.95s h3.53.950.601.025 1.65 6.58mm实取厚度： t8mm（ 2-34 ）（ 2-35 ）（ 2-36 ）（ 2-37 ）2.4.6舱口角隅由于机炉舱、 货舱开口形成圆形的角隅， 根据规范应增加厚板， 且舱口宽度与角隅半径之比应大于20，且强力甲板厚度增加 4mm为加厚板厚度。（海规2.4.4.2）R1 L18840442mm（ 2-38 ）2020实取货舱舱口角隅半径：R 500mm加板厚： t 14mm2.5单层底2.5.1中内龙骨中内龙骨与肋板的高度相一致， 腹板厚度 t