第7章 船舶强度

1、海上货物运输海上货物运输 第一篇第一篇 第七章第七章 船舶强度船舶强度（Strength of ship）强度定义及分类强度定义及分类总纵强度总纵强度局部强度局部强度扭转强度扭转强度1、强度定义、强度定义l船体结构抵御内外力作用的能力。船体结构抵御内外力作用的能力。l船舶结构抵抗船体发生变形或破坏的能力。船舶结构抵抗船体发生变形或破坏的能力。2、强度分类、强度分类强度强度总强度总强度局部强度局部强度纵强度纵强度横强度横强度扭转强度扭转强度（一）定义（一）定义 船舶结构抵抗船体沿船长方向发生弯船舶结构抵抗船体沿船长方向发生弯曲或变形的能力。曲或变形的能力。（二）船体纵向弯曲或变形的原因（二）船体

2、纵向弯曲或变形的原因 船舶所受重力和浮力沿船长方向分布船舶所受重力和浮力沿船长方向分布不一致造成。不一致造成。重量曲线重量曲线（Weight curve）)(xp)(xb负荷曲线（负荷曲线（Load curve）浮力曲线（浮力曲线（Buoyancy curve）（三）负荷曲线、剪力曲线和弯矩曲线（三）负荷曲线、剪力曲线和弯矩曲线)()()(xbxpxq弯矩曲线（弯矩曲线（Bending moment curve） 剪力曲线的积分曲线；负荷曲线的双重剪力曲线的积分曲线；负荷曲线的双重(二二次次)积分曲线。积分曲线。dxxbxpdxxqxNxx)()()()(00剪力曲线（剪力曲线（Shear c

3、urve） 负荷曲线的积分曲线。负荷曲线的积分曲线。 xxxdxxqdxxNxM000)()()( 结论结论 剪力最大值约位于距首尾剪力最大值约位于距首尾L/4处；处； 弯矩最大值约位于船中处，且向弯矩最大值约位于船中处，且向 首尾逐渐减小。首尾逐渐减小。 （四）船体剪切变形（四）船体剪切变形 单位长度的船体，其前后两端受到单位长度的船体，其前后两端受到大小相等、方向相反的切力作用，则该大小相等、方向相反的切力作用，则该段船体将出现剪切变形。段船体将出现剪切变形。 剪切应力最大值出现在相应板材与剪切应力最大值出现在相应板材与横剖面水平中心线的交点处。横剖面水平中心线的交点处。 （五）船体拱垂变

4、形（五）船体拱垂变形 单位长度的船体，前后两端受到大单位长度的船体，前后两端受到大小相等，方向相反的弯矩作用，则该段小相等，方向相反的弯矩作用，则该段船体将发生弯曲变形。船体将发生弯曲变形。 弯曲应力的最大值出现在龙骨板或弯曲应力的最大值出现在龙骨板或上甲板。上甲板。 1、中拱（、中拱（Hogging） 船体受正弯矩作用，中部的浮力大于船体受正弯矩作用，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，船底受压，发生中部上拱的变形。板受拉，船底受压，发生中部上拱的变形。 2、中垂、中垂（Sagging） 船体受负弯矩作用，中部的浮力小于船体受负弯矩作

5、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，首尾部的浮力大于重力；船舶上甲板受压，船底受拉，发生中部下垂的变形。板受压，船底受拉，发生中部下垂的变形。 3、影响船舶拱垂变形的因素、影响船舶拱垂变形的因素l船体有效构件的尺寸、材料及分布船体有效构件的尺寸、材料及分布l载荷配置载荷配置l船舶与波浪的相对位置关系船舶与波浪的相对位置关系 （1）船舶中拱，处于波浪中，波长约等）船舶中拱，处于波浪中，波长约等于船长，波峰位于船中，船体中拱加剧。于船长，波峰位于船中，船体中拱加剧。 （2）船舶中垂，处于波浪中，波长约等）船舶中垂，处于波浪中，波长约等于船长，波谷位于船中，船体中垂加剧。于船

6、长，波谷位于船中，船体中垂加剧。（六）剖面模数（六）剖面模数wx 船体剖面模数，它是表征船体结构抵抗船体剖面模数，它是表征船体结构抵抗弯曲变形能力的一种几何特性，也是衡量船弯曲变形能力的一种几何特性，也是衡量船体总纵强度的一个重要标志体总纵强度的一个重要标志I Ix 计算剖面对中和轴的惯性矩计算剖面对中和轴的惯性矩z z 所求应力点至水平中和轴的垂直距离所求应力点至水平中和轴的垂直距离zIxxl总纵弯曲应力为总纵弯曲应力为lM 计算剖面的总纵弯矩计算剖面的总纵弯矩lIx 计算剖面对中和轴的惯性矩计算剖面对中和轴的惯性矩zIMMxxl中和轴中和轴 剖面中和轴是指船体梁在弯曲过程中各剖面中和轴是指

7、船体梁在弯曲过程中各个剖面转动的轴线个剖面转动的轴线,该轴通过该剖面的形心并该轴通过该剖面的形心并与剖面的基线平行与剖面的基线平行.在中和轴上剖面的材料无在中和轴上剖面的材料无拉伸变形拉伸变形,也无压缩变形也无压缩变形,材料处于中性状态。材料处于中性状态。对于空心变断面梁的船体，中和轴位于船体对于空心变断面梁的船体，中和轴位于船体剖面的中心。剖面的中心。l甲板剖面模数甲板剖面模数wd和舱底板剖面模数和舱底板剖面模数wbdxdzIbxbzIdbdbdbzz （2）经验法）经验法 根据有关实测资料，可以近似认为甲板剖根据有关实测资料，可以近似认为甲板剖面模数每年平均扣除腐蚀量约为面模数每年平均扣除

8、腐蚀量约为0.40.6。 扣除原则：使用年限小于扣除原则：使用年限小于5年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甲板剖面模数的腐蚀修正甲板剖面模数的腐蚀修正（1） 近似公式计算法近似公式计算法 1、经验法（舱容比配货法）、经验法（舱容比配货法）QVVPchichii .%)(101iiiiPPPP 舱别舱别NO.1NO.2NO.3NO.4NO.5Total货舱容积货舱容积3075411942105719396721090舱容比舱容比14.5819.5319.9627.1218.81100Pi19552619267636362522134

9、08调整值调整值196262268364252上下限上下限范围范围2151175928812357294424084000327227742270（六）船舶总纵强度的校核方法（六）船舶总纵强度的校核方法2、静水弯矩及静水切力法、静水弯矩及静水切力法LBP 90m的船舶，通常只校核计算船中的船舶，通常只校核计算船中剖面上的静水弯矩。剖面上的静水弯矩。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弯矩。剪力和弯矩。sisiMM.wiwiMM.sisiNN.wiwiNN.3、强度曲线图法、强度曲线图法（1）适用条件）适用条件 船长小于船长小于90m

10、或者装载或者装载均匀，不需要校核静水均匀，不需要校核静水切力时，可以使用该法。切力时，可以使用该法。（2）曲线图的构成）曲线图的构成l纵坐标：载荷对船中力纵坐标：载荷对船中力矩的绝对值之和。矩的绝对值之和。l横坐标：平均型吃水。横坐标：平均型吃水。l点划线点划线l虚线虚线l实线实线l点划线和虚线之间：有利范围点划线和虚线之间：有利范围l虚线和实线之间：允许范围虚线和实线之间：允许范围l实线之外：危险范围实线之外：危险范围l点划线左上方：中拱范围点划线左上方：中拱范围l点划线右下方：中垂范围点划线右下方：中垂范围 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

11、拱垂ldM dM：中垂变形：中垂变形ldM dM：中拱变形：中拱变形ldM dM：无拱垂变形：无拱垂变形（2）利用吃水判定拱垂的变形大小）利用吃水判定拱垂的变形大小MMdd（3）利用拱垂差的大小校核总纵强度）利用拱垂差的大小校核总纵强度1200BPL 正常拱垂值：正常拱垂值：800BPL 极限拱垂值：极限拱垂值：600BPL 危险拱垂值：危险拱垂值：1200BPL 有利拱垂范围：有利拱垂范围：8001200BPBPLL 正常拱垂范围：正常拱垂范围： 注意注意 船舶处于有利和正常拱垂范围，可以开船舶处于有利和正常拱垂范围，可以开航；航； 船舶处于极限拱垂范围，只能好天气开船舶处于极限拱垂范围，只

12、能好天气开航；航； 船舶处于危险拱垂范围，不能开航。船舶处于危险拱垂范围，不能开航。600800BPBPLL 极限拱垂范围：极限拱垂范围：600BPL 危险拱垂范围：危险拱垂范围：（一）定义（一）定义l船舶结构抵抗船体局部发生变形或破坏船舶结构抵抗船体局部发生变形或破坏的能力。的能力。l船舶局部结构抵抗内外力作用的能力。船舶局部结构抵抗内外力作用的能力。（二）主要计算（校核）部位（二）主要计算（校核）部位 舱口盖、上甲板、中间甲板、底舱底舱口盖、上甲板、中间甲板、底舱底板、平台。板、平台。（三）允许负荷量的表示方法（三）允许负荷量的表示方法l均布载荷均布载荷pd：单位面积允许承受的最大重：单位

13、面积允许承受的最大重 量（量（kPa）。）。l集中载荷集中载荷P：某一较小特定面积上允许承：某一较小特定面积上允许承 受的最大重量（受的最大重量（kN）。）。l车辆载荷车辆载荷Pv ：载车部位允许承受的以特定：载车部位允许承受的以特定 车轮数目为前提的车辆及所车轮数目为前提的车辆及所 载货物的总重量（载货物的总重量（kN）。）。l堆积负荷堆积负荷Pc ：载箱部位上作用在箱底座处：载箱部位上作用在箱底座处 的集装箱总重量（的集装箱总重量（kN）。）。ddvvccppPPPPPP （四）局部强度的校核方法（四）局部强度的校核方法甲板实际负荷量甲板实际负荷量 甲板允许负荷量甲板允许负荷量 （五）允许

14、负荷量的确定（五）允许负荷量的确定 1、查取局部强度计算书、查取局部强度计算书 部位部位 载荷载荷 上甲上甲板板中间甲板中间甲板内底板内底板上甲上甲板板舱口舱口盖盖二层甲板舱口二层甲板舱口盖盖均布载荷均布载荷（kPa）17.1624.7231.173.5717.26第一货舱第一货舱 9.24其他货舱其他货舱 34.34车辆载荷车辆载荷（kN）98.1kN/4个前个前轮轮68.7kN/2个前个前轮轮98.1kN/4个前个前轮轮98.1kN/2个前个前轮轮v集中载荷和集装箱载荷的允许负荷量同理可集中载荷和集装箱载荷的允许负荷量同理可查得。查得。l中间甲板和内底板中间甲板和内底板 ).(.51218

15、19819819或FSHHPcccd ddcddHFSHHP819819819.dddHHP067720819.dddHHP771121819.2、经验公式计算法（均布载荷、经验公式计算法（均布载荷Pd）l上甲板上甲板一一舱舱舱舱口口盖盖二二舱舱舱舱口口盖盖舱舱口口间间甲甲板板舱口外甲板舱口外甲板（2）集中载荷：（）集中载荷：（Concentrated load）SPPd819.iidFShP. 819nWP819.icPP 819.（六）实际负荷量的计算（六）实际负荷量的计算（1）均布载荷（）均布载荷（Even distributed load）（3）集装箱载荷：（）集装箱载荷：（Container load）（八）保证局部强度不受损伤的措施（八）保证局部强度不受损伤的措施l按船舶腐蚀程度确定允许负荷量按船舶腐蚀程度确定允许负荷量；l舱内货物重量分布应均匀；舱内货物重量分布应均匀；l装载重大件货物时应加衬垫；装载重大件货物时应加衬垫；l自动舱盖上不能装货或只能装轻货；自动舱盖上不能装货或只能装轻货；l固体散货应合理平舱；固体散货应合理平舱；l装载重货时应限制其落底