船体设计原则(GL)

1、第3节 设计原则A. 总则1. 适用范围本节包括船体结构构件的定义和通用设计衡准以及有关的结构细节。2. 许用应力和要求的剖面特征下列各节中，除了列出肋骨腹板、横梁、桁材、扶强材等的横剖面面积和剖面模数的计算公式外，还对用直接的强度计算方法确定这些构件的尺寸时的许用应力作出说明。如用批准的计算方法（例如采用有限元法，或采用实尺度测量予以验证）进行精确的应力分析，则许用应力可增加10。所要求的剖面模数和腹板面积原则上应相对于与连接的板平行的轴。对于商品化的和与板垂直连接的型材，通常在表格中可以查得其剖面特征。如加强筋和桁材的腹板未与板垂直连接（例如前体的外倾船壳板上的肋骨），其剖面特征（惯性矩、

2、剖面模数和剪切面积）应相对于与该板平行的轴进行计算。对于球型材和扁材，倾斜型材的剖面模数应近似地用垂直布置型材的剖面模数乘以sin 计算确定，其中系指腹板与附连板之间夹角(锐角)。注：对于球型材和扁材，通常仅当小于75时，才需考虑的影响。此外，根据L，如由于不对称的型材出现附加应力，所要求的剖面模数应提高到KSP倍，该系数根据型材的类型来确定，见L。3. 承受垂向（或横向）压力的板格在下列各节中列出的承受垂向（或横向）压力的板格的公式均假定为非曲面板格，且其边长比b/a2.24。对于曲面板格和/或边长比小于b/a2.24的板格，其厚度可按下式减少：C 常数，例如对于液舱板C=1.1；f1f2r

3、 曲率半径；a 板格短边长；b 板格长边长；p 所用的设计载荷。以上所述不适用于按第15节承受冰压力的板格，以及按第6节确定的纵骨架式的舷侧外板。4. 疲劳强度如要求或拟对结构或结构节点进行疲劳强度分析，则应符合第20节的要求。B. 船体的上缘和下缘1. 至强力甲板边线下Z0处为止的所有纵向连续构件和至基线上ZU处为止的所有纵向连续构件分别认为是上缘和下缘。2. 如上缘和/或下缘采用普通船体结构钢，则它们的垂向范围为Z0ZU0.1H。对强力甲板以上具有纵向的连续结构构件的船舶，应采用假想的深度HeB+ eD。eB 中横剖面的中和轴与基线之间的距离m；eD见第5节C.4.1。3. 由一个等级的较

4、高强度钢分别制成的船体上缘和下缘的垂向范围应不小于：z = e (1-nk)e 中横剖面的中和轴至甲板边线的距离，或至基线的距离。对强力甲板上方有纵向连续结构构件的船舶，见第5节C.4.1。n W(a)/WW(a) 甲板或船底的实际剖面模数；W 甲板或船底的规范剖面模数。如采用两个等级的较高强度钢，则在任何一点的应力均应不大于第5节C.1.1中规定的许用应力。C. 无支承跨距1. 加强筋、肋骨无支承跨距系指在两根支承桁材之间的加强筋实际长度，或者包括端部连接(肘板)在内的加强筋长度。通常假定肋距和跨距是在平行于船的中心线的垂直平面上量取的。但是，如该船的舷侧与该平面偏斜大于10，则肋距和跨距应

5、沿该船船舷量取。可以选择支承点之间的舷长来代替有曲度肋骨的实际长度。2. 槽形舱壁单元槽形舱壁单元的无支承跨距，系指其在船底或甲板之间的长度，在垂直桁之间或水平桁之间的长度。如槽形舱壁构件连接至刚度较低的箱形构件，除非另有计算证明，否则这些箱形的深度应包括在跨距内。3. 强横构件和桁材强横构件和桁材的无支承跨距按图3.1确定，与端部的连接形式有关。在特殊情况下，决定桁材的跨度时，应计及相邻桁材的刚度。图3.1D. 端部连接1. 定义为确定横梁、加强筋和桁材的尺寸，将采用术语“刚性固定”和“简支”。如加强筋用肘板刚性连接至其他构件上，或加强筋穿过支承它的桁材，则假定为“刚性固定”。扶强材端部削斜

6、，或扶强材仅连接至板上，可假定为“简支”，另见3。2. 肘板2.1 截面所要求的剖面模数是决定肘板尺寸的最主要因素。如不同剖面模数的型材相互连接在一起，则肘板的尺寸一般由较小的型材决定。2.2 肘板的厚度应不小于：t = c+ tk mmc= 1.2，对于无折边的肘板；c= 0.95，对于有折边的肘板；k1 截面的材料系数k，按第2节B.2确定；tk 腐蚀裕量。按K确定；W 较小截面构件的剖面模数cm3；tmin= 6.5mm；tmax 较小截面构件的腹板厚度。液舱内和散货船货舱内肘板的最小厚度见第12节A.7，第23节B.5.3和第24节A.13。2.3 肘板的边长应不小于： min= 10

7、0mmct = t a = “建造时”肘板的厚度mmt a按2.2确定的tW 见2.2；k2 肘板的材料系数k，按第2节B.2确定。边长是焊接连接的长度。注：对于不同于上述计算的边长，应采用直接计算法计算肘板的厚度以考虑足够安全的抗屈曲强度后。2.4 焊接连接的焊喉厚度a按第19节C.2.7确定。2.5 如采用有折边肘板，其折边宽度按下式确定： mmb应不小于50mm，也不必大于90mm。3. 扶强材的端部削斜如由扶强材支承的板的厚度不小于下列值，扶强材端部可以削斜：tc mmp 设计载荷kN/m2； 扶强材的无支承跨距m；a 扶强材间距m；ReH板材的最小标称上屈服点N/mm2，按第2节B.

8、2确定；C= 15.8 对于水密舱壁和液舱舱壁，在承受按第4节D.1.2确定的载荷p2时；C= 19.6 对于其余构件。4. 槽形舱壁单元应注意作用在槽形舱壁支承上的力能通过装配结构构件，例如与槽形对齐的短纵桁、桁材或肋板，适当地传递给邻近结构。注：如短纵桁或类似构件未能与槽形舱壁单元的斜面部分板条对齐，则这些板条不能计入用于传递约束力矩的支承点处的剖面模数中。槽形舱壁单元的剖面模数的计算与第11节B.4.3所规定的公式不同，应以下式确定：W tb(d + t) cm3。E. 板的有效宽度1. 肋骨和扶强材通常，肋骨和扶强材的间距可取作板的有效宽度。2. 桁材2.1 考虑到载荷的型式，肋骨和桁

9、材的板的有效宽度em可按表3.1确定：为确定单侧或非对称折边的有效宽度，可要求进行专门计算。表3.1/e012345678em1/e00.360.640.820.910.960.981.001.0em2/e00.200.370.520.650.750.840.890.9em1 用于桁材承受均布载荷或不小于6个等间距的集中载荷时。em2 用于桁材承受3个或以下的集中载荷时。中间值可用内插法求得。 弯矩曲线的零点间长度，即简支时可取为无支承跨距；桁材两端刚性固定时可取为无支承跨距的60。e 被支承板的宽度，由相邻未被支承区块的中心间量取。2.2 板的有效横截面面积应不小于面板的横截面面积。2.3

10、承受压缩应力的扶强材和桁材的有效宽度按F.2.2确定，但其值决不应大于按2.1确定的有效宽度。3. 悬臂梁如每档肋骨处装有悬臂梁，则板的有效宽度可取肋骨间距。如悬臂梁的间距较大，则在相应横截面上板的有效宽度可近似地取为载荷作用点到该横截面的距离，但应不大于悬臂梁的间距。F. 屈曲强度的验证1 计算方法系根据DIN18800标准制订。1. 定义a 单个或部分板格的长度 mm；b 单个板格的宽度 mm；a 单个板格的边长比；a= a/b；n 部分或整个板架范围内单个板格宽度的数量；纵向：长度a方向的加强筋横向：宽度b方向的加强筋图3.2t 计算的板厚mm；t= ta - tkmm；ta 实际的板厚

11、mm；tk 腐蚀裕量，按K确定 mm；sx x向的膜应力 N/mm2；sy y向的膜应力 N/mm2；t x-y平面内的剪应力 N/mm2。压应力和剪应力应取为正值，拉应力应取为负值。注：如x向和y向的应力已计及泊桑作用，则可采用下列经修正的应力值： 计及泊桑作用的应力； 边缘应力比，按表3.3确定；F1 纵向加强筋边界条件的修正系数，按表3.2确定。表3.2修正系数F11.0，对于两端削斜的扶强材参照值*:如扶强材两端有效地连接至相邻结构上1.051.101.201.30对于扁材对于球型材对于角材和T型材对于高刚度的桁材（例如底部横材）* 准确值可由直接计算法确定。se 参照应力；se= N

12、/mm2E 弹性模数；E= 2.6105 N/mm2，对于钢；E= 0.69105 N/mm2，对于铝合金；ReH 船体结构钢的标称屈服点N/mm2，按第2节B.2确定；ReH 对于铝合金，0.2规定非比例伸长应力N/mm2；S 安全系数；S= 1.1，一般情况；S= 1.2，对于完全承受局部载荷的结构；S= 1.05，对于统计独立载荷的组合；表3.3 平面板格载荷型式边缘应力系数边长比a屈曲系数K缩减系数110a 1，对于，对于0-1-1210a1，对于，对于 ,适用于直接载荷引起的。0，通常适用于弯曲引起的。，适用于极端的载荷情况下弯曲引起的。（例如水密舱壁）0-11a1.5 a1.5 -

13、11aa 310a0, 对于0.7，对于0.70-1 41-1a0续表3.3平面板格载荷型式边缘应力系数边长比a屈曲系数 K缩减系数5a10 a 0.846 按载荷型式5确定r = 缩减系数以及和7，对于0.7，对于 0.78，对于0.83，对于 0.83910K = 6.97边界条件的说明： 板边缘自由板边缘简支板边缘固定表3.4曲面板格R/t2500载荷型式边长比b/R屈曲系数 K缩减系数1a， 2对于0.4，对于0.41.21b2 2对于0.25 对于0.251，对于11.5 3见载荷型式1a4，对于0.4，对于0.41.2边界条件的说明： 板边缘自由板边缘简支板边缘固定1、对于大曲率半

14、径的曲面板格，其减缩系数X可不必取小于由展开板格求得的值。2、对于单个曲面板格，例如舭列板，其位于平面部分板格或整个板格范围内，缩减系数可选取如下：载荷型式1b：；载荷型式2： 。对于铝合金的结构，在每种情况下，安全系数均应增加0.1。l 细长度的参照值；l= K 屈曲系数，按表3.3和表3.4确定。一般板格的宽度与板厚之比应不超过b/t =100。2. 单个板架的验证2.1 对于单个板架ab，应验证其是否符合下述条件：上述条件中的每一项必须小于1.0。缩减系数kx、ky 和系数kt见表3.3和/或表3.4。如（拉伸应力）kx、ky等于1.0。指数e1，e2和e 3以及系数B分别计算求得或设定

15、：指数e至e3和系数B板 格平面曲面e11.25e21.25e31.25B正值（压应力）2.0B负值（拉应力）102.2 板的有效宽度板的有效宽度可由下列公式确定：bm = kxb，对于纵向加强筋am = kya，对于横向加强筋另见图3.2。板的有效宽度应取不大于按E.2.1求得之值。注：桁材的加强缘板的有效宽度em可按下列方法确定：在平行桁材腹板方向进行加强：b emem = nbmn 有效宽度em范围内加强筋间距b的取整数，按E.2.1中的表3.1确定。n= int在垂直于桁材腹板的方向进行加强：a emem= namemn=2.7e 被支承板的宽度，按E.2.1确定。对于bem或aem，

16、b和a必须分别进行对换。2.3 腹板和折边对于型材和桁材的无加强的腹板和折边，应按2.1验证单个板架的屈曲强度是否足够。注:船中0.6L区域内，推荐下列腹板高度与腹板厚度之比和/或折边宽度与折边厚度之比的参照值：扁材：角材、T型材和球型材：腹板：折边：bi b1或b2，按图3.3确定，应取大值。3. 部分板架和整个板架的验证3.1 纵向和横向加强筋应验证部分板架和整个板架的纵向和横向连续的加强筋是否符合3.2和3.3中设定的条件。3.2 侧向屈曲sa 沿加强筋轴向均匀分布的压应力N/mm2；sa= sx，对于纵向加强筋；sa= sy，对于横向加强筋；sb 加强筋内的弯曲应力；sb= N/mm2

17、；Mo 由于加强筋的变形W引起的弯矩；Mo= (cf - pz) 0M1 由侧向载荷p引起的弯矩；对于纵向连续加强筋： 对于横向加强筋：p 侧向载荷kN/m2，按第4节确定；FKi 加强筋的理想屈曲力N； ，对于纵向加强筋； ，对于横向加强筋；Ix、Iy 纵向或横向加强筋（包括带板的有效宽度）的惯性矩cm4，按2.2确定；pZ 由于sx 、sy和t引起的加强筋的标称侧载荷N/mm2;对于纵向加强筋：对于横向加强筋： cx ,cy 考虑应力垂直于加强筋轴并沿加强筋长度分布变化的系数cx ,cy=，对于cx ,cy=，对于= 根据表3.3选取的边缘应力系数。Ax、Ay 分别为纵向或横向加强筋的剖面

18、面积mm2；对于纵向加强筋： ；2.0 ：m1=1.96 ；对于横向加强筋： ； ；w= w0+w1 ；w0 假定的初始变形mm；，对于纵向加强筋；，对于横向加强筋；但wo10mm；注：对于两端削斜的加强筋，wo 应不小于板架的中点至包括有效宽度带板的型材的中和轴之间的距离。w1 在加强筋跨距中点处由于侧向载荷p引起加强筋的变形mm；在均布载荷的情况下，可采用下列w1的数值：对于纵向加强筋：对于横向加强筋：cf 由加强筋提供的弹性支承 N/mm2；，对于纵向加强筋；，对于a2b ，对于a0.2；f= 0.5 lT 细长比的参照值； N/mm2对Ip、IT、Iw，见图3.3和表3.5；图3.3I

19、p 扶强材对C点的极惯性矩cm4；IT 扶强材的圣文南(St.Vernants)惯性矩cm4；Iw 扶强材对C点的扇形惯性矩cm6；e 固定度；hw 腹板高度mm；tw 腹板厚度mm；bf 折边宽度mm；tf 折边厚度mm；Aw 腹板面积hwtw ；Af 折边面积bftf 。3.3.2 横向加强筋对于承受压应力和不由纵向加强筋支承的横向加强筋，应类似地按3.3.1进行验证。G. 强横构件和桁材的刚度甲板强横构件和桁材的惯性矩应不小于：I = cW cm4c= 4.0，如两端为简支；c= 2.0，如一端刚性固定；c= 1.5，如两端刚性固定；W 所考虑构件的剖面模数 cm3； 所考虑构件的无支承

20、跨距 m。表3.5型材IpITI扁材有球缘或折边的型材+对于球缘剖面、角型剖面对于T型剖面H. 结构节点1. 纵向构件1.1 在计算横剖面模数时计及的所有纵向构件应在所要求的船舯长度区域内延伸，且应逐步过渡到所要求的端部尺寸(另见第5节C.1)。1.2 应尽实际可能地避免纵向构件的突然不连续性，如具有不同尺寸的纵向构件相互连接，则应保证平顺地过渡。在这方面，应特别注意构成纵向船体结构一部分的纵向连续舱口围板的结构。1.3 在纵向舱壁或连续纵隔壁的端部，应有适当的逐渐削斜的肘板。2. 强横构件和桁材2.1 如装在同一平面上的强横构件和桁材相互连接，则应避免严重的强度不连续。通常，较小桁材的腹板高

21、度应不小于较大桁材腹板高度的60。2.2 具有不同尺寸的面板之间的斜度应缓和过渡，一般斜度不超过1:3。在界面处作用在面板内的力应适当传递。2.3 为传递作用力，面板在其转折处应有支承。悬臂梁面板的支承见图3.4。图3.42.4 如符合下列条件，经特别批准后，可省略折角处的扶强材： N/mm2sa 折角处面板内的实际应力 N/mm2；sp 面板内的许用应力 N/mm2；bf 面板宽度 mm；be 面板的有效宽度；be= tw + n1 tf + c ( b - tf ) mm；tw 腹板厚度 mm；tf 面板厚度 mm；b=( bf - tw ) mm；cmax= 12a 折角角度，见图3.5

22、；amax= 45；R 圆形面板的半径 mm；R= tf，对于弯折的面板；n1= 1，对于非对称面板(仅在单侧有面板)；n1= 2，对于对称面板；n2= 0，对于有1至2个边自由的面板；n2 对于多腹板桁材的面板；n3= 3，如未装径向扶强材，n3= 1500，如装有一个径向扶强材，n3= 3000，如装有两个或以上径向扶强材，或装有一个径向扶强材，如图3.5所示。图3.5，如按图3.5安装一根扶强材3n33000d 扶强材距折角线的距离mm为验证折角线处焊缝的疲劳强度，对应在厚度为tf面板中应力sa的应力集中系数KS（按图3.5的要求，角度235）可按下式估算并采用表20.3的载荷型式5进行

23、评定：n4=7.143，对于，对于，对于焊缝的形状应符合图3.6中的要求。扶强材尺寸(参照值)：厚度：tb= 高度：h=1.5b2.5 为防止面板倾斜，应设置适当间距的扶强材或防倾肘板，这些防倾构件的间距应不超过12bf。2.6 腹板应加强，以防屈曲(另见F)。2.7 减轻孔的位置应使孔边到面板的距离不小于0.3倍的腹板高度。2.8 在剪应力大的部位，应尽量避免在腹板上开减轻孔。3. 折角(一般)传递垂直于折角的力的折边结构，在其折角处应有足够的支承，即内底的折角应位于肋板、纵桁或舱壁的上方。如纵向结构，诸如纵舱壁或甲板包含由对焊接焊成的两块板形成的折角，则折角应在靠近接头处而不直接在接头的部

24、位予以支承。支承结构的最小距离应至少为mm见图3.6。图3.6对于散货船，内底板和液舱侧斜板之间折角处肋板上的焊接切口应用衬板或垫板封闭，见图3.7。在两种情况下，内底板和内底纵桁的焊接均要求采用全熔深焊。图3.7J. 切口应力的估算在自由板边缘，如舱口角隅、甲板、壁板、纵桁等的开口处，由于线性弹性材料特性，其切口应力sK的估算一般应满足下列衡准：sK fReHf= 1.1，对于普通强度船体结构钢；= 0.9，对于ReH=315N/mm2的较高强度钢；= 0.8，对于ReH=355N/mm2的较高强度钢； =0.73，对于ReH=390N/mm2的较高强度钢；如板边缘无切口，且拐角修圆，可允许切口应力sK提高20。根据按第20节确定的疲劳强度分析，可允许有更多的应力增加。图3.8 圆形开口的切口系数Kt图3.9 在单轴向应力状态下带圆角的矩形开口的切口系数Kt（左）和在双轴向应力状态下带圆角的矩形开口的切口系数Kt（右）对几种开口型式的切口系数，见图3.8和图3.9。利用有限元计算有可能准确评定切口应力。为进行疲劳试验，应考虑由于切口的几何形状引起的应力增加。见第20节C表20.3。注：如果不同型式开口之间在应变和应力方面无相关性，则这些切口系数仅可用于具有多开口的桁材。K. 腐蚀裕量1. 以下各节的构件尺寸要求中已包含下列的一般