第一节 船体受力与船体强度

1. 第一节 船体受力与船体强度 一、作用在船体上的力和力矩 1．总纵弯曲力矩 2．纵向扭矩 3．横向作用力 4．局部作用力

2. 一、作用在船体上的力和力矩 • 二、船体强度 • 总纵强度（total longitudinal strength） • 抗扭强度（torsion strength） • 横向强度（transverse strength） • 局部强度（local strength）。 • 船舶的强度和刚性主要靠正确地选择船体结构钢材以及合理地布置各种构件来保证。

3. 第二节 船用钢材及其连接方法 2.1 船用钢材 一、船用钢材的种类 • 船用钢材一般可分为船体结构用钢、锅炉与受压容器用钢及机械结构用钢等三种。 1．船体结构用钢材(按化学成分和性能分) 1）一般强度船体结构用钢(Reading/Questions) 2）高强度船体结构用钢 2．锅炉、受压容器与机械结构用钢

4. 船体各类构件（钢板）所要求的钢材级别 表2-1

5. 二、船用钢材的应用类型及其标注方法 1．船用钢材的应用类型 • 钢板（plate）是船体结构的主要组成部分，约占船体结构钢材总用量的60～65%，如船壳板、甲板板及分舱隔板等，一般厚度在4rnm及以下的钢板称为薄板，4mm以上的称为厚板。船用钢板的尺寸范围一般为： 厚6～10mm，宽1200～3000mm，长6000～14000mm。 • 型钢（section steel）在船体结构中所占的比例仅次于钢板，约为35～40%，主要用作船体骨架。按其横剖面形状型钢可分为：扁钢（flat bar）、球扁钢（bulb bar）、角钢（angle bar - A/B）、工字钢（I- bar）、T型钢（T- bar，又称丁字钢）及槽钢（channel bar）等。 • 船舶的首尾柱、锚、导缆孔、缆桩等常采用铸钢（casting），而船舶的舵杆、轴等形状简单的构件则较多采用锻钢（forging）。锻钢的机械强度和韧性优于铸钢，但因加工工艺的限制，其构件结构不宜太复杂。 2．船用钢材的标注方法(mm)

6. 2.2 船体结构的连接方法 一、铆接 • 铆接的优点是铆接构件若产生裂纹不易穿过铆接缝；缺点是铆接的劳动效率低，连接强度差（只能达到被连接构件强度的65~80%）。 二、焊接 • 焊接的优点是连接强度高（达被连接构件强度的65~80%），水（油）密性好，施工方便，结构重量较轻，焊缝表面较光顺。焊接的缺点是在焊缝处往往存在剩余应力，易产生裂纹。焊缝处一旦产生裂纹，会穿过焊缝向周围扩展。

7. 第三节 船体结构The Ship’s Structure Transverse framing system flat plate keel Longitudinal framing systembilge strake Combined framing system sheer strake girder 、 longitudinal、frame docking plug

8. 一、船体结构的主要骨架形式 • 船体骨架形式的类型： 一、横骨架式：横向构件多而密、纵向构件少而疏 二、纵骨架式：纵向构件多而密、横向构件少而疏 三、混合骨架式：上甲板、船底采用纵骨架式 舷侧（首尾部）采用横骨架式

9. 一、船体结构的主要骨架形式 （一）横骨架式船体结构 （ transverse framing system，图2-7） • 特点： ①横向强度和局部强度好； ②结构简单，容易建造； ③舱容利用率高； ④空船重量大。 • 应用：中小型船舶。

10. 一、船体结构的主要骨架形式 （二）纵骨架式船体结构 （longitudinal framing system，图2-8）： • 特点： ①总纵强度大； ②结构复杂； ③舱容利用率低； ④空船重量小。 • 应用：大型油轮、矿砂船等。

11. 一、船体结构的主要骨架形式 （三）混合骨架式船体结构 （combined framing system ，图2-9）： • 特点： ①有较好的总纵强度和横向强度； ②结构较简单，建造也较容易； ③舱容利用率较高； ④结构连接性不太好 • 应用：大中型干散货船等。

12. 二、外板与甲板板 （一）外板 1、外板（shell plating）定义 作用：保证船体水密、保证船体强度 2、外板的连接：边接（边接缝seam ）、 端接（端接缝 butt ） 3、外板的组成： A.名称——列板（strake） ：并板（stealer strake） B.编号：e.g. K6、SB3、PC2…… 4、外板的厚度分布：纵向、横向？

13. 二、外板与甲板板 （二）甲板板（deck plating） 1、甲板的布置：长边方向、短边方向 2、甲板的厚度分布 1）船长方向：船中0.4Ｌ范围内 2）船宽方向：甲板边板 （stringer plate） 3）首尾？ 4）多层甲板问题？——强力甲板（上甲板）最厚 5）编号：K？ A5、 SC6、PB4……

14. 三、船底结构 （一）双层底（p.37） 作用： • 作压载舱（调节吃水差、改善航海性能） • 作油水舱； • 提高抗沉性； • 提高船体强度； • 提高抗泄漏能力（防污染）； • 矿砂船？

15. 三、船底结构——双层底 横向构件： • 实肋板 （主肋板 solid floor） • 水密肋板 （watertight floor） • 组合肋板 （bracket floor，open floor） • 轻型肋板 （lightened floor） • 舭肘板 （bilge bracket）

16. 三、船底结构——双层底 纵向构件： • 中桁材（center girder）： 在船中0.75Ｌ范围内不许开孔 • 旁桁材（side girder） • 箱形中桁材（duct keel） 又称管隧（pipe tunnel） 一般宽≤2m • 纵骨（longitudinal）： 船底纵骨“bottom longitudinal”、 内底纵骨“inner bottom longitudinal”

17. 三、船底结构——双层底 • 内底板（inner bottom plating）与内底边板 • 内底板：双层底顶部的水密铺板。 • 内底边板：内底板边沿直接与舭列板相连接的一列板。 • 内底边板（margin plate）的结构形式： • 下倾式 • 水平式 • 上倾式 • 折曲式

18. 内底边板（margin plate）的结构形式

19. 图2-12 横骨架式双层底结构

20. 三、船底结构 （二）单底结构 • 肋板（floor唯一横向构件） • 内龙骨：①中内龙骨（center keelson ）； ②旁内龙骨（side keelson） 。 • 船底纵骨（bottom longitudinal） ： 仅见于纵骨架式的老式油轮船底

21. 三、船底结构 （三）船底塞（docking plug） • 作用：坞修时，排除船内积水。 • 出坞前涂水泥包。 • 拆船底塞的问题 [ 船舶修理？]

22. 四、甲板结构——（一）甲板结构中的构件 1.纵向构件： • 甲板纵桁（deck girder）（一般位置？作用？） • 甲板纵骨（deck longitudinal）（适用？作用？） 2.横向构件： • 普通横梁（deck beam）__梁肘板（beam knee） • 半梁（half beam） • 舱口端梁（hatch end beam）——作用？ • 强横梁（deck transverse）——适用？作用？

23. 四、甲板结构 （二）舱口围板：舱口四周与甲板垂直的围板。 • 作用： ①增加舱口处的强度； ②防止海水灌入舱内； ③保证作业人员安全。 • 要求：高度？[600mm/450mm] • 舱口边围板（side coaming） • 舱口端围板（end coaming；hatch end coaming；headledge） • 舱口 hatch 货舱 hold

24. 四、甲板结构 （三）支柱与悬臂梁 • 作用：支撑甲板骨架、保持船体竖向形状 • 设置要求： ①舱口两端中线或舱口四角； ②上下两端位于纵横构件的交叉点； ③不同层应位于同一垂线上。 • 替代（便于装运大件货） ：悬臂梁（cantilever beam） （四）梁拱和舷弧【作用？】

25. 横骨架式甲板结构

26. 纵骨架式甲板结构

27. 五、舷侧结构——（一）舷侧结构中的构件 1. 横向构件 （1）肋骨按其所在位置不同的分类 ①主肋骨（main frame）——船舱肋骨 ②甲板间肋骨（tweendeck frame） ③尖舱肋骨（peak frame） ④中间肋骨（intermediate frame）

28. 五、舷侧结构——（一）舷侧结构中的构件 1. 横向构件 （2）肋骨按受力不同的分类 ①普通肋骨（ordinary frame） ②强肋骨（web frame） （3）肋骨编号 • 在修造船中为了指示肋骨的位置，以及在海损事故报告中用以注明船体受损部位，必须对肋骨进行编号。 • 肋骨的编号一般以尾垂线为0号，但习惯上多以舵杆中心线处的肋骨为0号，向船首依次为1，2，3，……，向船尾依次为–1，–2，……。

29. 五、舷侧结构——（一）舷侧结构中的构件 2. 纵向构件 • 舷侧纵桁（side stringer） ： ——横骨架式舷侧结构中的纵向构件。 ——主要作用：支持肋骨 • 舷侧纵骨（side longitudinal） ——小尺寸的不等边角钢。 ——主要作用：保证总纵强度。

30. 五、舷侧结构 （二）舷边（gunwale） • 舷边：甲板边板和舷顶列板的连接部位。 • 舷边的形式： • 直角舷边； • 圆弧舷边。 • 舷边连接方式：直角焊接、直角铆接、圆弧连接

31. 五、舷侧结构 （三）舷墙（bulwark）和栏杆（hand rail） 1.舷墙 • 舷墙作用： 1）减少甲板上浪 2）保障人员安全 3）防止物品滚落舷外 • 高度要求：高度不小于1m 2.栏杆——设置及高度要求

32. 六、舱壁结构 （一）舱壁的作用 （1）提高抗沉能力； （2）控制火灾蔓延； （3）有利于货物分舱积载； （4）增加船体强度； （5）液货船纵向舱壁可减小自由液面， 提高总纵强度。

33. 六、舱壁结构 （二）舱壁的种类 按用途舱壁可分为： • 水密舱壁（watertight bulkhead） • 油密舱壁（oil-tight bulkhead） • 防火舱壁（fire-resisting bulkhead） • 制荡舱壁（wash bulkhead）

34. 六、舱壁结构 （三）水密横舱壁结构 1.平面舱壁（plain bulkhead）： 由舱壁板和支持舱壁板的骨架组成。 2.槽形舱壁（corrugated bulkhead）： • 梯形、弧形 • 槽形方向：一般竖向 • 特点：（优点两个、缺点两个） • 适用：油船、散货船

35. 一种新型的散货船舱壁结构——顶凳与底凳

36. 六、舱壁结构（四）深舱、边舱、隔离舱 １、深舱（deep tank）： ａ、位置：双层底以外，下自船底或内底，上至甲板或平台。 ｂ、作用：？ ｃ、设置：人孔、空气管、测量管、输入输出管。 ２、边舱（wing tank）：顶边舱（topside tank）、 底边舱（bottom-side tank）、 边翼舱（side wing tank）。 ａ、作压载水舱； ｂ、有利货物装卸； ｃ、斜顶板和斜底板还参与总纵弯曲。 ＊边翼舱：即双层船壳，加强船体强度、增加抗沉性。

37. 七、艏艉结构 （一）船首部结构 • 距首垂线0.2~0.25L向船首的区域。 1. 船首柱（附：首端形状） 首柱（stem）的作用： 汇拢外板、加强船首局部强度、保持船首形状 首柱的类型： a.钢板首柱 b.铸钢首柱 c.混合首柱

38. 七、艏艉结构——（一）船首部结构 2.首尖舱内的加强措施 • 每一肋位设升高肋板（raised floor） ； • 设强胸横梁（panting beam） 首部舷侧为横骨架式时，每个肋位处上下间距不大于2m设置； • 沿每列强胸横梁必须设置舷侧纵桁； • 开孔平台、制荡舱壁等的设置。

39. 七、艏艉结构——（一）船首部结构 3.球鼻首（bulbous） 加强要求【p.51: 1）～5）】； 4.首尖舱外舷侧的加强：设置间断的舷侧纵桁； 5.船首底部的加强 1）对横骨架式双层底结构，应 ？ 2）对纵骨架式双层底结构，应 ？

40. 防撞舱壁 首垂线 0.15L 0.25L（首部） 七、艏艉结构——首部结构的加强部位

41. 七、艏艉结构 （二）船尾部结构 尾尖舱舱壁至尾端区域内的结构。 1. 尾端形状 2. 船尾柱（stern post） • 船尾柱的作用 • 连接两侧外板和龙骨， • 加强尾部结构， • 支持与保护螺旋浆和舵。 • 尾柱的要求和类型

42. 七、艏艉结构——尾柱的要求和类型 • 要求： a.下部：船尾柱下部应从螺旋桨轴毂前端向船首延伸至少三个肋距（frame spacing），并与平板龙骨固接。 b.上部：与尾肋板或舱壁固接。 • 类型：有浆穴船尾柱、 无舵柱船尾柱、 无舵柱底骨船尾柱。

43. 七、艏艉结构——（二）船尾部结构 3．船尾尖舱的加强措施 • 每一肋位设实肋板（升高肋板）； • 设舷侧纵桁和强胸横梁（间距不大于2.5m，或开孔平台）； • 舷侧若为纵骨架时，舱顶应设适当数量的强横梁； • 设制荡舱壁（尾尖舱上部和尾突出体内）。

44. 七、艏艉结构——（二）船尾部结构 4. 尾尖舱以上舷侧的加强 5. 尾突出体 • 部位：尾尖舱以上向后突出的部分 • 作用：a、b、c • 结构特点 • 斜肋骨（cant frame） • 斜横梁（cant beam）

45. 八、冰区加强 （一）冰级（ice class）划分 • B1*冰级：最严重冰况； • B1冰级：严重冰况； • B2冰级：中等冰况； • B3冰级：轻度冰况； • B冰级：除大块固定冰以外的漂流浮冰（如中国沿海情况）。

46. 八、冰区加强 （二）冰带 1．冰带首部区——从首柱向后至舷侧平直部分前端线之后0.04L处之间的区域。对B1*和B1冰级, 超过前端线的水平距离不必大于6m, 对B2、B3冰级不必大于5m。 2．冰带中部区——从冰带首部区的后边界线向后至舷侧平直部分后端线之后0.04L处之间的区域。对冰级B1*和B1, 超过后端线的水平距离不必大于6m, 对冰级B2和B3, 不必大于5m。 3．冰带尾部区——从冰带中部区的后边界线至尾柱间的区域。

47. 图2-36 冰带

48. 八、冰区加强 （三）B级冰区加强 • 冰带外板的加强，其纵向范围从首柱向后至满载水线最大宽度处，但不超过0.2L。垂向范围从LWL以上500mm至BWL以下500mm。 • 中间肋骨的垂向设置范围为压载水线以下1000mm至满载水线以上1000mm处,其两端不必连接。但如果不设置中间肋骨，则肋骨间距应不大于船中部60%，并应不大于500mm。 • 钢板焊接首柱自满载水线以上600mm处以下部分的板厚应为规范值的1.1倍, 但不必大于25mm；首柱其余部分的厚度可逐渐减薄至上甲板处的船端外板厚度。

49. 九、防火结构 （一）耐火分隔——等级（7 级） • A级分隔 细分为4级：A-60、A-30、A-15、A-0 • B级分隔 细分为2级：B-15、B-0 • C级分隔 • A、B、C三类耐火分隔的相互比较？ 材料；防挠加强；构造的标准耐火试验能力； 隔热材料；完整性和温升的要求。

50. 九、防火结构——（二）相关定义 • “标准耐火试验”是指将需要试验的舱壁或甲板的试样置于试验炉内，加温到大致相当于下列标准时间——温度曲线的一种试验，试样暴露表面面积应不少于4.65m2，其高度（或甲板长度）应不少于2.44m，试样应尽可能与设计的结构近似，如适合时至少包括一个接头。标准时间——温度曲线是连接下列各温度点（在起始炉温以上测量）的一条光滑曲线。 自开始至满 5min时 556°C 自开始至满10min时 659°C 自开始至满15min时 718°C 自开始至满30min时 821°C 自开始至满60min时 925°C