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舯剖面結構圖設計

實習單位：聯合船舶設計發展中心 結構組 學校：高雄海洋科技大學 指導老師：陳祥明 組長 姓名：陳淑樺. 舯剖面結構圖設計. 目錄. 舯剖面結構圖設計概念 結構佈置之決定 鋼材 , 肋骨間距之選定 法規設計概念及流程 C.R. 法規之應用 EXCEL 程式計算之應用. 舯剖面結構圖設計概念. 一般貨櫃船的縱向強度， 舯拱問題較大 ， 即船 舯部分之浮力大於船重 ， 為減輕縱向彎曲力矩 ， 設計時宜將各 裝載重量盡量靠近船舯 。 因此船體結構設計通常由舯剖面結構圖開始著手 , 再依此往艏艉段延續۪ 。

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舯剖面結構圖設計

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Presentation Transcript

  1. 實習單位：聯合船舶設計發展中心 結構組 學校：高雄海洋科技大學 指導老師：陳祥明 組長 姓名：陳淑樺 舯剖面結構圖設計

  2. 目錄 • 舯剖面結構圖設計概念 • 結構佈置之決定 • 鋼材,肋骨間距之選定 • 法規設計概念及流程 • C.R.法規之應用 • EXCEL 程式計算之應用

  3. 舯剖面結構圖設計概念 • 一般貨櫃船的縱向強度，舯拱問題較大，即船舯部分之浮力大於船重，為減輕縱向彎曲力矩，設計時宜將各裝載重量盡量靠近船舯。因此船體結構設計通常由舯剖面結構圖開始著手,再依此往艏艉段延續۪。 • 舯剖面結構圖(Midship Section)是船體結構圖中最主要的參考圖，繪製船舯附近橫向結構、縱向結構及隔艙壁結構，並詳細標示各結構的板厚及寸法，各部位結構圖均以舯剖面結構圖作為基本圖樣延伸繪製 。

  4. 舯剖面結構圖設計概念(續） • 船體設計由舯剖面結構圖(Midship Section)開始。依據初步設計擬定之斷面形狀及艙區佈置，首先安排肋骨及縱向骨材之位置，在遵循船級協會法規之經驗或半經驗公式計算各部份結構應有的最小尺寸(Initial Scantlings)。

  5. 舯剖面結構圖設計概念(續） • 舯剖面結構圖包含了下列四項: • 甲板結構: 甲板(Deck)、縱桁(Girder)、樑(Beam)、橫桁 • (Transverse)及支柱(Pillar)等組成。 • 船側結構: 外板(Shell plate)、肋骨(Frame)、側縱樑(Side stringer)、 • 橫桁(Transverse)等... • 船底結構: 1.單底(Single bottom):船底板(Bottom)、底肋板(Floor)、中 • 線內龍骨 (Center keelson)、側內龍 骨等組合而成。 • 2.二重底(Double bottom):船底板、內底板(Inner bottom)、 • 中線縱樑(Center girder) 側縱樑(Side girder)、實體肋板 • (Solid floor)、空架肋板、 縱向肋骨等組成。 • 艙壁結構: 艙壁板、加強材(Stiffener)、加強桁等..

  6. 結構佈置之決定 • (1). 根據一般佈置圖初步決定： • (a).甲板層數及高度 • (b).縱向隔艙壁的道數及位置 • (c).採用單底或二重底。 • (2). 選擇肋骨系統： • 橫向、縱向、混構式，依照規範書要求、根據經驗， • 或參考類似船、比較結構材寸法計算結果，選擇最符 • 合經濟效益之肋骨系統。

  7. 結構佈置之決定(續） • (3).橫向肋骨標準間距：(s)=2L+480mm • (4).縱向肋骨間距：需配合縱向隔艙壁或是側縱樑之位置 • (5).一致性：兩個連接之構件應在同一平面上，亦指受力須在同一直線或同一點上，即為上下柱子、鋼板相接及加強材與下方支撐皆須要對齊，故設計及製造時均須考慮此問題。

  8. 鋼材,肋骨間距之選定 船體是由甲板、底板、兩舷側外板、縱向隔艙壁所組成的盒狀結構，並由縱橫排列之強力構件形成骨架系統支撐船體。 所以決定肋骨間距與鋼材之選用，對其整體結構之影響在於是否能承受下列幾項: 1 2 3 船體在波浪或靜水中所承受的浮力及載重 船身本身的重量所形成的縱向彎矩 船體橫搖受水衝擊等所產生的橫向負荷

  9. 鋼材,肋骨間距之選定鋼材 • 使用於船體材料中，鋼材被廣泛使用，鋼材之優點有： • (1.)強度高、勁度大。 • (2.)易加工、接合及修補。 • (3.)防水、防油及氣密性優良。 • (4.)抗腐蝕性佳。 • (5.)焊接性優良。 • 船舶結構用鋼依強度可分為: 軟鋼(Mild steel)以及 高張力 • 鋼(Higher Tensile steel)

  10. 鋼材,肋骨間距之選定鋼材(續） • 軟鋼(Mild steel)： • 一般所謂的鋼，係指降伏應力為23~28kg/mm2，拉伸應力為41~50kg/mm2，之軟剛而言其品質隨發展過程有極大的改變。對焊接而言，需具有良好的可焊性以及必須具有防止裂紋產生及阻止裂紋延伸的功能。依具備之性能的高低，將軟鋼分為A、B、D、E四類，視結構所需來做適當的選擇。

  11. 鋼材,肋骨間距之選定鋼材(續） • 各級軟鋼使用範圍: • 依結構重要性、切口韌性值需求而定: • 1.舯部份: 甲板、底板等受縱向彎曲應力最大的地方，使用B或D級鋼料。 • 2.艏艉: 甲板、底板等使用A、B級(比舯部低一級) • 3.散裝貨輪艙口之彎角：乃強度上重要部分，因此鋼料會比強度甲板更高ㄧ級。 • 4.縱向材之小型部材或橫向材：無論使用在船上之任何位置，除厚板外用A級鋼 • 即可。

  12. 鋼材,肋骨間距之選定鋼材(續） • 高張力鋼(Higher Tensile steel)： • 高張力鋼一般船用鋼板有HT32、HT36。HT32的降伏應力為32kg/mm2，拉伸應力約為48kg/mm2，日本使用較多；HT36之降伏應力為36kg/mm2，拉伸應力約為50kg/mm2。 • 依缺口韌性值也分為AH、DH、EH，常用於大型船舶結構之甲板以下及船底以上10%船身處，因中性軸附近應力較小所以無須使用高張力鋼。

  13. 優點 缺點 1.重量減少 2.板厚減少 3.工作量減少 4.載貨增加 1.價格較高 2.技術要求較高 3.結構性撓較大 4.疲勞壽命較短 5.腐蝕預留減低 鋼材,肋骨間距之選定鋼材(續） 高張力鋼之優缺點:

  14. 鋼材,肋骨間距之選定肋骨間距 • 肋骨間距 • 船體依加強材佈置方式分為： • 1.縱肋系統(Longitudinal Frame System) • 2.橫肋系統(Transverse Frame System)

  15. 鋼材,肋骨間距之選定肋骨間距(續） • 縱向肋骨系統結構： • 小型船之間距約300mm~500mm。 • 大型船之間距約600mm~950mm。 • 其中縱向大肋骨(Girder)須位於兩貨櫃之間，係因為貨櫃兩邊施予內底板較大的負荷，因此須在兩貨櫃間加上Girder來支撐避免內底板破損。 • 一般而言，肋骨間距越小板厚可較薄，整體重量較輕，但施工工時會增加。

  16. 鋼材,肋骨間距之選定肋骨間距(續） • 加強肋 ： • 加強肋約佔船體鋼料重量之25%，其形式可分為型鋼及組合財兩種，其中型鋼如角型鋼、球緣型鋼等，組合材則為扁條、T型、L型等。

  17. 法規設計概念及流程 船體結構設計之目的為決定結構形狀及尺寸，使其能有足夠的強度能承受承載之負荷並達到最佳的效益。 法規設計係指 ，以船舶入級之船級協會法規作為設計基礎，並以此作為衡量結構安全度的規範，來取得船級協會對該船舶建造許可，此種結構設計法稱為 ‟法規設計” 。

  18. C.R.法規之應用 • 本章節係以中國驗船中心(CR)為主，利用範例船來做為法規之應用，說明舯剖面各部位寸法計算以及舯剖面模數計算之應用。 • 範例船之基本資料： • (1). 船型: 貨櫃船 • (2). 裝載量: 1000 TEU • (3).主要尺寸: • L.B.P = 145.000 m • B(mld) = 22.700 m • D(mld) = 11.235 m • d(scent.) = 9.000 m • Cb = 0.66 • (4).Overflow之高度： • Double bottom tank: 1500 mm

  19. STEP3 以剖面模數 選擇加強材 各部位寸法計算程序 STEP2 計算骨材之 剖面模數 STEP1 求出板材厚度 C.R.法規之應用 (續） • 各部位寸法計算 • 船級法規對結構尺寸分為板厚與骨材之規範，計算程序為:

  20. C.R.法規之應用 (續） 計算各部位之板厚：下列各項依中國驗船中心(CR)之鋼船建造與入級規範 第二分冊為依據: • 1.平板龍骨板厚度 Thickness of plate keel • 2.舯部中線縱樑板 Thickness of Center Keels • girder plate • 3.縱向側板 side girder plating • 4.內底板 Inner Bottom plating • 5.船側外板 Shell plating • 6.船底殼板 Bottom shell plating • 7.舷側厚板 Shear strake • 8.舯部強度甲板鋼板之厚度Upper deck plating • 9.艙壁板之厚度 Thickness of bulkhead plating

  21. C.R.法規之應用 (續） 法規對各部位構件板厚與實船之比較： Rule Item

  22. C.R.法規之應用 (續） 各構件之剖面模數及加強材之選擇： 加強材是用來支撐板材，並將其所承受之負荷傳遞至girder、web等深桁材或隔艙壁板上，因此各板材之厚度求出後，再利用CR法規中所訂定之剖面模數公式Z=Cshl2，來計算各部位之剖面模數進而選擇加強材之尺寸。 其中C與兩端邊界條件有關，剖面模數Z與加強材跨距l的平方成正比。 還需注意加強材之深度不得小於其跨距的1/40，以避免變形量過大。

  23. C.R.法規之應用 (續） 法規對各部位構件剖面模數與實船之比較 • C.R (cm3) • SHIP (cm3) 型鋼尺寸 Rule Item (1).底肋板加強材 56.02 181 150*90*9 I.A. (2).甲板縱材 164.3 510.417 350 x 25 FB (4).深艙艙壁加強肋(a) 255.63 256.8 150x90x9 I.A. 深艙艙壁加強肋(b) 114.55 207.8 • 150x90x9 I.A. 125x75x7 I.A. 深艙艙壁加強肋(c) 62.74 817.151 • 250x25 F.B. 125x75x7 I.A.

  24. C.R.法規之應用 (續） • 舯剖面模數計算： • 一般貨櫃船，左右對稱居多，因此其中性軸為一水平線，假設在對稱軸上由中性軸向上取y，當此剖面受彎矩為M時，剖面上在船長之彎應力σ表示為 • σ = y× M / I • 其中I為剖面對中性軸(NA)之慣性矩，而y為應力點至中性軸之垂直距離。 • 在縱向強度中，其重點在於船體上所產生之最大彎曲應力值，M值在最大橫剖面位置且在船舯附近，因此船體之最大彎曲應力係在舯剖面上離中性軸最遠的地方如:甲板、船底處，因而一般在評估船體縱向強度時，船體的最大彎應力σmax表示為 • σmax =Mm / Z • Z= I / Y • 其中Mm為舯部之縱向彎矩，Y為舯剖面離中性軸最遠之垂直距離，而Z值即為舯剖面模數(Midship section modulus)，為決定剖面上最大彎應力之主要係數。

  25. C.R.法規之應用 (續） • 在計算過程無誤的情況下實際剖面模數小於理論剖面模數，就必須再做加強，通常會在靠近上甲板ㄇ型處增加板厚、型鋼尺寸加大或者使用高張力鋼來做加強。

  26. EXCEL 程式計算之應用 • 利用excel來編寫計算程式，計算出各部位依據法規要求所的理論板厚、剖面模數。 • 通常會實際所用的板厚會理論板厚還大；實際的剖面模數也必須比理論值大。

  27. EXCEL 程式計算之應用 (續） 理論板厚與實際使用板厚及加強材之選用：

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