船体结构与设计课件.ppt

船体结构与结构设计 多媒体课件 第一章船舶类型和结构的一般知识 第一节船舶类型第二节作用在船体上的力及强度概念 第一节船舶类型 船舶可按下列方式分类 航行区域海船和内河船 航行状态排水型船 潜水艇 滑行艇 水翼艇和气垫船 推进动力蒸汽机船 内燃机船 汽轮机船 燃气轮机船和核动力船 推进器螺旋桨船 喷水推进船 空气螺旋桨推进船和明轮船 建造材料钢船 木船 水泥船 铝合金船和玻璃钢船等 但通常按船舶的用途来分类 大致可以分为如下几种 运输船客船 客货船 杂货船 集装箱船 滚装船 散货船和油船等 工程船挖泥船 起重船 布设船 救捞船 打桩船和浮船等 渔业船网渔船 钓渔船 渔业指导船和调查船 捕鲸船等 港务船拖船 引航船 消防船 供应船 交通船和助航工作船等 海洋开发船海洋调查船 深潜器 勘探船和石油钻井船等 军用舰艇战斗舰艇和辅助舰艇 如巡洋舰 船等驱逐舰 护卫舰 航空母舰 登陆舰艇 扫雷舰艇 布雷舰艇 各种快艇和运输舰 修理舰等 水面舰艇 最常见的主要类型的船舶特点 一 杂货船普通货物船 载运包装 袋装 桶装和箱装的 多用途货船 除能运输一般杂货 散货外 还能兼运集装箱 结构特点 多用途货船有较大甲板开口 便于货物装御 并增大起重能力 以适应吊装集装箱的需要 有足够的稳性 以满足在甲板上堆放多层集装箱的要求 杂货船都为单螺旋桨船 具有2 3层甲板和双层底 根据机舱位置的布置 有所谓中机型船和尾机型船之分 近来趋向于建造尾机型船或中后机型船 图1 128000T多用处干货 集装箱船 主尺度 总长 型宽 型深 吃水 m 181 26 14 4 10 02 吨位 总吨位 GROSS 19354 净吨位 NET 9614 航速 15 5kn 主机 型号 功率 台数 MANB W5S50MC 6400 1 图1 230000吨多用途货船 本船型为单桨 柴油机驱动的多用途集装箱货船 船舶可装载干杂货 工程件 1 8类危险品和集装箱等 船舶设置两层连续甲板 纵中舱壁 重吊和首侧推 全船设5个货舱 第1货舱和第5货舱内设置20英尺集装箱导轨架 主要尺度及参数 总长192 90m垂线间长182 00m型宽27 80m型深15 50m设计吃水 结构吃水10 00m 11 20m载重量25015t 30538t集装箱数1841TEU 14t TEU装箱量1339TEU 主机型号MAN B W7S60MC C1setMCR15785kWx105rpmCSR14206 5kWx101 4rpm服务航速19 4kn atCSRwith10 S M 二 集装箱船集装箱船的特点 货舱内和甲板上堆装规格统一的标准货箱 货舱口宽而长 多数依靠港口专用的起货机装卸 少数的也有自带起货装置 装卸速度快 可大幅度缩短船舶在码头的停泊时间 从而增加航次 图1 37100TEU集装箱船 图1 43500箱集装箱船 本船型是单桨 柴油机驱动的全集装箱船 本船设计为无限航区 全船设7个货舱 货舱内设置20呎集装箱导轨架 甲板上和货舱内可装载危险品 第1货舱可装载除5 2类以外的危险品 第2 5货舱可装载1 9类危险品 本船设带球鼻的倾斜船首 方尾和首侧推器 机舱及居住舱室设在中后部 船舶设置单层连续甲板 货舱区域为双底 双壳结构 主要尺度及参数总长231 00m垂线间长214 20m型宽32 20m型深18 80m设计吃水 结构吃水12 00m载重量41000t集装箱数3534TEU 14吨 箱装箱量2250TEU 主机型号MAN B W7K90MC C1setMCR31920kWx104rpmCSR28728kWx100 4rpm服务航速22 2kn atCSRwith15 S M 三 散装货船散装货船是专门装运谷物 矿砂 煤炭等大宗散装的 普通散装货船多用途的散装船除了装运谷物 矿砂外 还能装载木材 板材 集装箱等各种货物 矿 油两用船或砂 油 散三用船 自卸式散货船货舱底部是W形 货物从下面的尖部开口漏到纵向传送带上作水平移动 再由垂直的链斗提升机或多级倾斜皮带等装置提升到舱面上 最后用悬臂式输送带运送到码头上 图1 517 5万吨好望角型散货船 本船型是单桨 柴油机驱动的超大型单壳散货船 主要承担铁矿石 煤炭等散货的海上远程运输 本船设球首 方尾和连续的上甲板 尾部设6层尾甲板室 不设首楼 全船设9个货舱 货舱为带有顶边舱和底边舱的常规散货船型式 结构进行重货加强并可间隔舱装矿 No 2 4 6 8货舱可以是空舱 本船No 6货舱可兼作压载舱 同时No 2 4 8舱也可在码头部分装载压载水 货舱舱口盖为齿轮齿条液压驱动的侧滚式舱盖 全船不设起货设备 主要尺度及参数总长288 92m垂线间长279 00m型宽45 00m型深24 50m设计吃水 结构吃水16 50m 18 10m载重量156093t 175080t主机型号MAN B W6S70MC1set服务航速15 0kn atCSRwith15 S M 图1 6174000吨散货船 总长 289 00米两柱间长 278 20米型宽 45 00米型深 24 65米设计吃水 16 50米结构吃水 18 19米续航力 22000N MILES载重吨 174000吨服务航速 15 00节定员 29人 图1 7自卸式散装货船卸货过程 1 纵向传送皮带 2 提升装置 3 悬臂输送皮带 4 W形货舱底 四 油船目前世界上大型油船都在20 30万吨左右 超大型的油船达50万吨以上 除了装石油外 还有成品油船 吨位一般在6万吨左右 以2 4万吨居多 石油的装卸是利用船上的油泵和管路 为防止油船对海洋的污染 国际海事组织 IMO 决定在2015年前停止使用单壳油船 今后建造的油船 尤其是大中型油船 都应为双壳体结构 结构特点 尾机型 单层甲板单层底 除机舱除外 油舱区按规范要求设置横舱壁 并在纵向设置1 3道纵舱壁干舷较小 满载时甲板贴近水面 设有从尾楼至桥楼或首楼的步桥供船员安全通行 大型的油船可在甲板下面设置封闭的通道代替步桥 船上的蒸汽 消防 海水等管系和电缆可装在步桥下 上甲板上布置纵贯全船的输油管 甲板上不设舱口 只设圆筒形的油气膨胀阱 舱口盖的油密性能良好 图1 830万吨油船 主尺度 总长 型宽 型深 吃水 m 333 58 31 22 2 图1 937300吨成品油 化学品船 本船是低速柴油机驱动的单桨 双底 双壳结构的远洋航行成品油 化学品船 可航行于冰区 符合1B级冰区加强 主要装运各种成品油和化学品 IMOtype2 本船设有9对货油舱和1对污油水舱 Sloptank 加1个残油舱 可同时装载9种不同货品 每一货油舱和污油水舱设1台液压深井泵 货油舱内涂敷酚醛环氧特涂漆 货舱内外的货油管系和阀门均为不锈钢 本船设倾斜式船首带球鼻 方尾 可调螺距螺旋桨带1250千瓦軸带发电机 贝克舵 可左右旋转450 1200千瓦电动可调桨首側推装置 机舱 起居处所和驾驶室设于尾部 主要尺度及参数总长185 00m垂线间长176 00m型宽31 00m型深17 00m设计吃水 结构吃水10 50m载重量37300t主机型号MANB W6S50MC C1setMCR9480kWx127rpmCSR8058kWX127rpm服务航速16 3kn 五 客船和客货船客船是以载客 按规定载客超过12人 为主兼运货物的船舶 一般的客船都兼带少量货物和邮件 纯粹载客不装货的客船是很少的 对客船的要求是更加严格的安全性和舒适性 航速通常高于一般货船 沿海客船为16 20kn 远洋客船为20 30kn 客船必须满足一系列有关分舱 稳性 救生 消防 无线电通讯等方面的国际公约 规范的要求 客船具有良好的稳性 抗沉性 耐波性和足够的强度 客船上房舱的布置应合理 舒适 美观 具有良好的通风 采光 照明 空调设施和卫生设备 并为旅客提供宽敞的游步甲板和休息 文化娱乐 体育活动场所 客船上有二个或二个以上的推进器 甲板层数多达7 8层 一般长江客船也有5层甲板 图1 10东方皇后 图1 111688高速客船 主尺度 M 17 25 3 52 1 48乘员 人 52 58功率 HP 245 280 2时速 KM 42 48 本船是一种减阻 节能 抗燥 消波的新型单底 单甲板 双桨 双舵的消波滑行艇 配备国产高速柴油机作动力 马力强劲 性能稳定 经久耐用 船体选用进口优质纤维增强材料 上层建筑仿国外游艇设计 造型优美 内装考究 通过镜面阴模成型工艺 表面光洁 使航行时风 水与船体的磨擦阻力降至最低 该艇具有尾浪小 飞溅少 起滑快 吃水浅 航速高的特点 是一种理想的水上高速交通工具 主要设备 主机 台 齿轮箱 台 轴系 套 螺旋桨 片 液压舵机 套 舵系 套 燃油箱 只 机油箱 只 DC24V蓄电池 组 电动抽水泵 台 手摇污水泵 台 油水分离器 台 5KW发电机组 台 主配电板 台 充放电板 台 船用空调 台 扩音机 台 收放机 台 雨刮器 台 搜索灯 盏 汽笛 只 高频电话 部 适航灯具 套 不锈钢栏杆 套 不锈钢扶手 套 不锈钢缆桩 只 不锈钢旗杆 根 洗手间 个 沙发座椅 座 天花 套 船用地板 套 护舷材 套 挡风玻璃 块 耐击玻璃舷窗 只 救生衣 件 救生圈 只 MF2灭火机 只 太平斧 把 太平桶 只 黄砂箱 只 锚 支 缆绳 根 国旗 面 图1 12青海湖旅游船 本船为青海湖三星级豪华旅游船 钢质 双机 双桨 双舵 中后机舱 两层纵通甲板 4层上层建筑 供中外游客在湖上观光 度假 娱乐 会议之用 全船设旅客房88间 其中 总统套间2套 豪华套间2套 单人房4间 商务房4间 标准客房76间 公共娱乐处所有 棋牌游戏中心 健身房 桑拿 美容 影视厅 儿童游戏室 氧吧 医务室 小超市 阅览室兼商务中心 首 尾 观光酒吧 顶层观光厅 多功能会议厅 进厅 中西餐厅 大餐厅 露天咖啡座 高级接待厅等 主要尺度及参数总长79 98m垂线间长69 00m型宽18 00m型深4 70m 7 40m设计吃水 结构吃水3 00m 3 20m载客量180P主机型号6L23 302setsMCR2x810kWx825rpm服务航速18 0km h 六 滚装船滚装船的装卸效率比集装箱更高 是普通货船的10倍 它是车辆或用拖车进行的水平装卸 它便于组织水陆联运实现从厂门到厂门的快捷运输 广义上讲 集装箱拖车滚装船 车辆运输船 火车汽车渡船和客货滚装船都属于滚装范围 结构特点 首尾设有尖舱 机舱位于尾部 近于封闭式 自动化程度较高 机舱上面为主要的车辆通道 在主甲板两舷设双层船壳 货舱作水平分隔 大都不设或少设横隔壁 便于车辆通过 主甲板以上露天甲板以下 为纵通无横隔壁的甲板间舱 车辆的上下过渡通过斜坡道或升降机 上下通道开口处根据抗沉性要求配置水密或非水密盖板 一般在尾部 也有在首部或舷侧设有供车辆通过的开口 配置水密门和活动的连接码头的跳板 滚装船的缺点是空船重量大 压载量大 舱容利用率低 造价高 此外 滚装船的航行安全也是一个比较突出的问题 滚装船有多层甲板 型深大 上层建筑多 受风面积大 不利于稳性和操纵 船首尾或船舷处设置跳板的大开口 虽航行时收起关闭 船舶大横摇时仍容易进水 货舱纵通 无水密横隔壁 进水时造成危害更大 过大的横摇加速度对船体及车辆绑扎装置都产生较大的动力负荷 若车辆挣脱绑扎索具的束缚将造成十分危险的结果 此外 车辆及油箱内燃料排出的可燃气体都是造成火灾的隐患 所以 现代滚装船都采取相应的措施以确保航行的安全 图1 13豪华客 车滚装船 棒槌岛 号 图1 1412300dwt滚装船 主尺度 总长 型宽 型深 吃水 m 195 3 25 6 16 62 6 6 航速 22 3kn 总吨位 23819 主机 型号 台数 功率 WARTSILANSD8ZAL40S 4 6000 4 图1 1516000总吨客滚船 本船型为双机 双可调桨 双舵 中速柴油机驱动的现代化客 车滚装船 短程国际和国内近海航行 以载客为主 兼运轿车 载重汽车和集装箱拖车 船型为前倾首柱 球鼻首 方尾和流线型挂舵 并设有首侧推 减摇鳍和防横倾装置 本船具有两层连续甲板 机舱位于尾部 本船设两层车辆甲板 旅客和船员区域布置在第5 6 7 8甲板 布置旅客进厅 总服务台 小超市 旅客船员餐厅 酒吧和多功能娱乐厅等公共舱室 旅客定额1428人 船员72人 主要尺度及参数总长137 50m垂线间长127 50m型宽23 40m型深14 00 8 60m设计吃水 结构吃水5 40m 5 80m载重量2770t 3750t载客量1428人车道长度835m 小车车道94m主机型号WARTSILA8L38B2setsMCR2x5800kWx600rpmCSR2x4930kWx600rpm服务航速19 0kn 七 渔业船舶渔船是从事渔业工作船舶的总称 可分为以下四类 1 直接从事捕捞作业的船舶 按其捕捞方式又分网式 钓式和猎捕式三种 2 从事渔获物的冷藏和加工的船舶 3 从事渔获物或渔品的收购 运输的船舶 4 从事渔政 救助 试捕 实习和渔业调查的船舶 图1 1696总吨钢质拖网渔船 图1 17日本 爱媛丸 号拖网渔船 实习船 船长约55米 图1 1879m豪华游艇 八 其它船舶图片欣赏 图1 19小水线面双体交通艇 图1 20高速水翼艇 图1 211600米车道客滚船 图1 2218000吨化学品船 图1 23LNG船 图1 2418000吨多用途重吊货船 图1 251万马力拖轮 图1 26耙吸式挖泥船 图1 272600吨双臂杆起重船 图1 2818000吨半潜船 图1 29船体变形的趋势 第二节作用在船体上的力及强度概念 一 作用在船体上的力船体在静水中的总纵弯曲船舶在静水中受到的外力有船舶及其装载的重力和水的浮力 二者大小相等方向相反作用在一条铅垂线上 此时 船舶处于平衡状态 设想将船体从长度方向分割成若干段 并假设段与段之间可以上下自由移动 由于重力与浮力沿船长方向分布不一致 故作用在每一段上的重力和浮力并不相等 如果将段与段之间的约束解除 每一段为了重新取得平衡 必然会产生上下移动的趋势 直到取得静力平衡为止 见图1 29 事实上船体是一个整体结构 当然不可能发生如图所示的那样变动 不让它们自由变动 在船体结构内部就会有内力产生 使船体发生弯曲 船体各段重力与浮力的不平衡总是存在的 因为船上各种重量除了固定的结构和机械设备外 常随着装载的情况而变动 而浮力的大小和分布则是按照船体浸水部分的形状决定的 长度方向上重力与浮力的差值即为作用在船体上的外力载荷 船体受到外力载荷会发生弯曲变形 在船体内产生弯曲力矩 图1 30是船长方向的弯矩曲线图 弯矩的最大值在船体的中部 向首尾端逐渐减小 图1 30弯矩曲线 船体在波浪中的受力在波浪状况下 船体内产生的弯矩会较静水时为大 波浪长度等于船长时 船体的弯曲最为严重 当波峰在船中时 会使船体中部向上弯曲 称为中拱弯曲 当波谷在船中时 会使船体中部向下弯曲 称为中垂弯曲 中拱弯曲时 船体的甲板受拉伸 底部受压缩 中垂弯曲时 船体的甲板受压缩 底部受拉伸 图1 31 图1 31中拱弯曲和中垂弯曲 图1 32船体肋骨的歪斜 此外 船舶在波浪状态下航行 还会产生升降 俯仰和摇摆等运动 这对船体结构会产生不利的影响 例如船舶横摇时会引起肋骨的歪斜和船体的扭曲 图1 32 作用在船体上的局部力和其他受力情况船体在静水或波浪中除了产生总纵弯曲外 它的各部分结构还受到局部的水压力和货物等横向载荷 也会产生局部的弯曲 此外 舰船上还有机器和螺旋桨运转时的振动力 发射火炮时的反作用力 及爆炸物的冲击波和碰撞时的冲击力等局部的外力 船舶进坞或搁浅时受到船底下墩木或河床的反力作用等 图1 33 图1 33船体的横向载荷和变形 二 总强度和局部强度概念船体的总纵强度船舶在下水 进坞和航行过程中都会产生总纵弯曲 船舶在波浪中产生的总纵弯矩较静水时为大 船体的结构如强度和刚性不足 就有可能使船体总的或局部的结构断裂或变形 船体结构抵抗纵向弯曲不使整体结构遭受破坏或严重变形的能力称为总纵强度 通常可以将船体看作为变断面的空心梁 简称为船梁 它对总纵弯曲的抵抗能力是由船梁的横剖面剖面模数决定的 船梁内产生的弯曲正应力为 式中 总纵弯曲正应力 M 总纵弯曲力矩 W 剖面模数 I 船梁横剖面对中和轴的主惯性矩 Z 纵向连续构件离中和轴的距离 船体上最大的总纵弯曲正应力通常出现在上甲板和船底部 见图1 34 图1 34弯曲正应力在船梁上的分布 横向强度和局部强度除了总纵弯曲之外 船舶在使用过程中也会产生横向弯曲 横向强度是指横向构件 如肋骨框架和横舱壁等 抵抗横向载荷的能力 船舶在进坞时 容易发生横向变形 这时横舱壁的作用很重要 船体的局部强度是指个别构件对局部载荷的抵抗能力 有时 船体的总强度虽能保证 但局部强度不一定能保证 如船舱破损时的水压力和超过构件承担能力的外力作用下 局部构件也可能发生破坏或严重变形 扭转强度当船舶斜置于波浪上造成浮力不对称或者在装卸过程中造成首尾区域两舷的货物分布不对称于中纵剖面时 都会引起扭矩的作用 使船体产生如图1 32所示扭转变形 船体结构抵抗扭转变形 使之不遭受严重破坏的能力称为扭转强度 对于一般甲板开口不大的船舶 扭转变形较小 在总纵强度满足的情况 扭转强度基本上能保证 但是 对于具有甲板大开口的船舶 如集装箱船 则必须考虑扭转强度 除了强度之外 船体上的板和骨架还必须保证有足够的刚性 使其变形不超过允许的范围 对于受平面压缩力的薄板 应保证其平面的稳定性 不使其产生皱折而降低其强度 第一节船体结构的骨架型式船体是由钢板和骨架组成的长箱结构 整个船的主体可分为若干板架结构 如甲板结构 舷侧结构 船底结构和舱壁结构等 各个板架相互支持 使整个主船体构成坚固的空心的水密建筑物 图1 35为板架结构的一种形式 1 纵骨架式 板格的长边沿船长方向 短边沿船宽方向 纵向骨架的数目多而横向骨架的数目少 2 横骨架式 板格的长边沿船宽方向 短边沿船长方向 横向骨架的数目多而纵向骨架的数目少 3 混合骨架式 纵横方向的骨架间距相差不多 板格的形状接近正方形 图1 35板架结构 纵骨架式和横骨架式的结构各有优缺点 纵骨架式结构的优点是多数骨架纵向布置 骨架参与船梁的有效面积 提高了船梁的抗弯能力 增加了船体的总纵强度 并且由于纵向骨架布置较密 可以提高板对总纵弯曲压缩应力的稳定性 因而相应地可以减小板的厚度 减轻结构的重量 缺点是施工比较麻烦 横骨架式结构的优点是多数骨架横向布置 横向强度较好 施工比较方便 建造成本低 缺点是同样受力情况下 外板和甲板的厚度比纵骨架式的大 结构重量较大 根据强度和使用要求 船舶某些结构可采用纵骨架式板架和横骨架式板架的组合形式 例如有的货船的上甲板和船底采用纵骨架式 舷侧和下层甲板采用横骨架式 首尾端全部用横骨架式 根据弯矩和弯曲正应力在船体上的分布特点 这样是合理的 第二节典型横剖面结构1 杂货船的横剖面结构图1 36是杂货船的货舱横剖面结构 上甲板和双层底是纵骨架式结构 下甲板和舷侧是横骨架式结构 上甲板和下甲板上开有货舱口 舱口角隅有支柱支撑 近来一些船上为了理货方便改在中线面设置支柱或半纵舱壁 结构构件的名称都在图中标出 2 散货船横剖面结构散货船只有一层全通甲板和双层船底 甲板下面有二个三角形的顶边舱 其作用是防止散货向一侧移动使船倾斜 影响船的稳性 双层底舭部处有向上倾斜的内底边板与舷侧 下部构成的底边舱 其作用是使散货堆放于货舱中央 便于用抓斗装卸 倾斜的底边舱对船舶的安全比普通的双层底更可靠 顶边舱和底边舱可作为压载水舱以改善船舶的适航性 图1 37是装运谷物和煤的散货船结构图 甲板和舷顶部 双层底和舷侧下部是纵骨架式 舷侧中部式横骨架式 矿砂船也属散货船类型 用于装载铁矿砂和比重较大的矿砂 其结构要求与普通散货船不一样 重矿砂对货舱的容积要求不大 有富裕的舱容 其结构特点是双层底很高 这样可以提高船舶的重心 增大摇摆周期 有利于适航性 专线航行的矿砂船可利用舷边的空舱装载石油 设计成矿砂 石油两用船 出港时装运矿砂 回港时装运石油 可以避免单程运货 提高船舶营运的经济性 图1 38是矿砂 石油两用船的横剖面结构 中间货舱装载矿砂 两侧的边舱可装载石油 空载时也可作为压载水舱 甲板中央有长大的货舱口 中间货舱和边舱之间用纵舱壁隔开 甲板 舷侧 船底和纵舱壁有密集的纵骨加强 这是全纵骨架式的结构 这样布置有利于总纵强度 肋骨采用大尺寸的框架结构 舷边舱是用作装石油或压载水的 高大的骨架并不妨碍装液体货 但横向强度却可以得到加强 3 油船横剖面结构沿海小型油船 中线面设一道纵舱壁 分左右两个货油舱 大型的油船设2 3道纵舱壁 分成3 4个货油舱 油船有两类 一类是专门运载成品石油 大型的其载重量在6万吨左右 它的油舱数目较多 可以载运多种规格的成品石油 其结构和货油泵系统较复杂 另一类是专门装载未经加工的石油原油 这种油船的载重量可达几十万吨 油船的货油舱都是单层甲板和单层底结构 甲板和船底采用纵骨架式 舷侧和舱壁可用横骨架式 也可用纵骨架式 但大型油船则多数是采用全纵骨架式结构 图1 39所示是全纵骨架式的油船横剖面结构 两道纵舱壁将油货舱分成中间油舱和左右两个边油舱 为了保证总纵强度和加强甲板和外壳板的刚性 所有板架上都装置密集的纵骨 甲板和船底的中线面上还装有高大的纵桁 横方向有环形的肋骨框架来增强船体的横向强度和刚性 大尺寸的纵桁和肋骨框架并不影响液体货物的装卸 但能减小在舱内晃动和缓和液体在舱内的冲击 4 集装箱船的横剖面结构集装箱船的结构与一般的贷船不同 它的货舱口宽度几乎与货舱的宽度一样大 舷边只留下一条宽度不大的甲板边板 这样大的开口对船体的抗弯 抗扭和横向强度都很不利 为了补偿强度的不足 在结构上常采取以下加强措施 1 采用具有水密舷边舱的双层舷侧 2 增加甲板边板和舷顶板的厚度 3 加强两个货舱口之间的舱口端横粱和甲板横梁等 图1 40是集装箱船货舱的横剖面结构 图示的水密舷边舱内有加强的桁板肋骨 中间有两道平台甲板 桁板肋骨上开有人孔或减轻孔 人孔的四周用扁钢加强 图中只绘出横剖面的一半 5 客货船横剖面结构客货船的特点是甲板层数多 房舱多 围壁多 甲板两旁及房舱间设有走廊 旅客和船员舱室大部分设在水线上的甲板上 图1 41是全横骨架式沿海小型客货船的横剖面结构 图1 42是渔船等横骨架式横剖面结构 第二章外板和甲板板 第一节外板第二节甲板板 图2 1外板的组成 第一节外板 一 概述船体外板的排列船底板和舷侧板合称船体外板 外板的布置见图2 1 构成外板的的钢板 其长边沿船长方向布置 形成纵向的一列板 称为列板 相邻列板的接缝称为边缝或纵缝 同一列板上各张钢板之间的接缝称为端缝或横缝 外板承受的作用力 1 总纵弯曲 船底板是船梁的下翼板 舷侧板是船梁的腹板 承受总纵弯曲应力 2 横向载荷 外板直接承受舷外水压力 以及舱内液体压力 这些横向载荷使板产生局部弯曲 3 动力载荷 外板在首部承受较大的波浪冲击力 在尾部承受螺旋桨工作时的水动压力 对于航行冰区的船舶外板还受到 冰块的撞击和挤压 4 偶然性载荷 如碰撞 搁浅等意外载荷 二 外板厚度的分布船体外板上的各块外板 因其厚度不同 受力也就不同 为了在保证强度的前提下减轻结构重量 外板厚度沿船长方向及肋骨围长而变化 视其所在位置分别选取不同的厚度 外板厚度沿船长方向的变化当船舶总纵弯曲时 弯曲力矩的最大值通常在船中0 4L区域内 向首尾两端的弯矩逐渐减小而趋于零 因此 外板厚度沿船长方向也要相应地变化 一般说来 在船中0 4L区域内 外板的厚度较大 离首尾端0 075L区域内的外板较薄些 在两者之间的过渡区域 其厚度可由中部逐渐向两端过渡 如图2 2所示 图2 2外板厚度沿船长方向的分布 为了保证船舶进坞或搁浅时的局部强度 以及考虑锈蚀 磨损等因素 平板龙骨的厚度至首尾应保持不变 2 外板厚度沿肋骨围长的变化在外板中 平板龙骨和舷顶列板的位置在船梁的最下端和最上端 受到较大的总纵弯曲应力 因此要比其它外板厚些 除与其它外板同样参与船舶的总纵弯曲外 平板龙骨还承受船舶建造和修理时的龙骨墩或坞墩的反力和磨损 故应比其它船底板厚20 40 舷顶列板与上甲板相连接 又起着舷侧与甲板之间力的传递作用 故应比其它舷侧板约厚30 局部加强对于有些局部区域的外板 尚需局部加强 这些区域大致如下 1 首端链孔区域 锚起落时常与外板相互碰撞 因此在锚孔区域的外板必须加厚 有些船上设置锚穴 则在锚穴下方的外板需加厚 其结构形式可参阅图2 3 2 尾端螺旋桨区域 螺旋桨运转时 会产生流体的附加力载荷和振动 因此在螺旋桨上方的外板必须加厚 此外 与尾柱连接的外板 轴毂处的包板以及尾轴托架支撑固定处的外板也需加厚 这些区域的外板厚度不得小于船中的外板厚度 三 外板的布置船体外板通常是在肋骨型线图和外板展开图上布置的 外板的边接缝在确定外板的边接缝时 应考虑到甲板平台 纵桁 纵骨和内底边板等纵向构件的布置情况 板的边接缝与纵向构件的焊缝应避免重合或形成过小的交角 否则会影响焊接的质量 若纵向构件与外板边接缝的交角小于30 时 应调整接缝改为阶梯形 如图2 4所示 此外 板缝布置与纵向构件在很长一段距离中平行时 其间距应大于50毫米 外板的排列须充分利用钢板的规格 尽可能呈矩形布置 以减少钢板的剪裁 边接缝的数目与钢板宽度有关 采用宽度较小的钢板会增加板列的数目 使焊缝增多 施工麻烦 但是 对于型线曲率较大的首尾端或小型舰船上 若采用宽度较大的钢板 会造成加工和装配的困难 目前 我国造船用钢板的宽度一般为1200 1800毫米 外板的排列应力求整齐美观 特别是在水线以上部分的舷侧板 应尽可能与甲板边线平行 并保持相同的宽度伸至船的两端 在首尾端 由于肋骨围长减小 外板板列的数目也要相应地减少 若不减少板列数目而将钢板的宽度减小 这样将使焊缝密集 增加船体的变形 同时 将每块钢板的宽度剪裁得很小 则对板料的利用也不经济 为了避免上述缺点 通常是在首尾端将外板板列数目减少 而把原有的两列板并成一列板 并板的形式一般有下列两种 1 双并板 用加宽的列板代替相邻两列板 如图2 5 a 所示 2 齿形并板 两相邻列板的端接缝在不同肋距内中断 而 并板接缝不宜设于外板的主要列板上或影响美观的地方 通常使平板龙骨 舭列板和舷顶列板的宽度保持不变 而将水线以下的外板进行并板 外板的端接缝从强度观点来看 外板的端接缝比边接缝的质量要求更高 因为当船舶总纵弯曲时 端接缝恰好位于横剖面上 承受总纵弯曲应力 如果焊接质量不能充分保证 将会产生不良后果 在确定外板的端接缝时 应考虑到建造工艺上船体分的布置情况 同时又充分利钢板的长度 各列板的端接缝应力求布置于同一横剖面上 这样将有利于减少装配和的工作量 广泛采用自动焊接 并且容易控制焊接变形 外板的端接缝应尽可能布置于1 4或3 4肋距处 因为板在该处的局部弯曲应力最小 并对端接缝避免承受弯曲变形有利 外板各列钢板的长度可根据具体情况而定 通常在窗中部分取长些 而在首尾端刚取短些 这样 一方面由于中部船体被划为平面分段 与另一列板形成阶梯形接缝 如图2 5 b 所示 分段不妨取得长些 而在首尾被划为立体分段 重量较大 则分段应取短些 另一方面 由于船体中部的型线曲度不大可以充分采用长的钢板 而在首尾端型线曲率的变化较大 采用较短的钢板则便于加工 目前 我国造船用钢板的长度一般为6 10米 图2 6所示为某沿海货船首部的外板展开图 它具体地表示了外板的结构 标出钢板的边接缝 端接缝 分段对接缝及纵横构件的位置 图2 6外板展开图 第二节甲板板 一 概述船舶的主体部分设有一层或几层全通甲板 小型船舶仅设一层甲板 而大型船舶根据使用要求往往设置二层或多层贯通全船的连续甲板 按自上而下的顺序分别称为上甲板 即最上层连续甲板 第二甲板 第三甲板等 甲板是纵向连续的 而平台甲板是局部间断的 仅设于部分舱室中 甲板板由许多块钢板并合焊接而成 钢板的长边通常沿船长方向布置 与舷侧邻接的一列甲板板称为甲板边板 为了减少上浪及迅速排除积水 船舶的上甲板沿纵向和横向都做成曲线或折线的形状 上甲板边线沿纵向向首尾端升高的曲线称为舷弧 上甲板沿横向的拱形称为梁拱 如图2 7所示 一般采用曲线形的舷弧和梁拱居多 梁拱高度取为甲板宽度的1 100 1 50 露天的甲板和平台可做成水平的 图2 7甲板的舷弧和梁拱 甲板板与外板和舱壁板共同组成供各种用途的舱室 上甲板作为船体的水密顶盖 遮蔽舱室空间 有些船舶的上甲板上也载货 下层甲板 即第二甲板及其以下的甲板 和平台甲板分层安置设备及各种装载物 通常 上甲板就是强力甲板 即船舶总纵弯曲时起最大抵抗作用的一层甲板 它作为船梁的上翼板组成部分 参与船体的总纵强度 同时 甲板板与甲板骨架一起 承受并传递各种横向载荷 下层甲板和平台甲板则主要保证局部强度 为了让人员 机器及装载物等出入船舱 在甲板上设有各种大小不同的开口 如机场口 货舱口 人孔 梯口等 二 甲板板的厚度分布在各层甲板中 上甲板在保证船体总纵强度中的作用最大 故较其它下层甲板为厚 与外板的情况类似 上甲板参与船舶总纵弯曲时 中部受力最大 故在船中0 4L区域内 甲板板应厚些 向首尾两端则逐渐减薄 沿船宽方向 甲板边板是上甲板中最厚的一列板 因为 甲板边板是甲板板中自首至尾有效的纵向连续构件 当船舶横倾时 承受总纵弯曲应力很大 此外 甲板边板处因经常积水易受腐蚀 也要求加厚些 靠近甲板中线处的甲板板因有机舱 货舱等大开口的削弱 纵向连续性受到破坏 对保证船体总纵强度作用不大 主要是承受局部的横向载荷 故这些甲板板的厚度可以减小 为了保持甲板边板与舷顶列板之间结构连接的合理性 这两列板的厚度不能相差过大 如果在露天钢甲板上铺设木板 且这些木铺板又能与钢甲板牢固地连接在一起 在此情况下 钢甲板的厚度可减薄1毫米 甲板上的木铺板厚度一般取40 60毫米 三 甲板板的布置某沿海货船上甲板的布置如图2 8所示 甲板板的长边沿船长方向布置 且平行于甲板中线 甲板边板因需保持一定的宽度 故沿舷边呈折线形状 在首尾端 由于甲板宽度减小 甲板板列的数目也要相应地减少 有时就将钢板沿横向布置 此外 在大开口之间也可将钢板沿横向布置 甲板板的端接缝不宜设于大开口的四角 因为该处是应力集中区域 板缝与舱口应至少相距500毫米 此外 甲板板排列时也应注意甲板上 下构件的位置 避免使板缝与这些构件相重合或太接近 一般要求两者的间距大于50毫米 在铺设木板的露天甲板上 每条木铺板应在横梁处用螺柱固定于钢甲板上 图2 8甲板板的布置 四 甲板开口处的加强及甲板间断处的结构1 甲板开口处的加强甲板上的开口破坏了甲板的结构连续性 使甲板的横剖面面积沿船长方向出现突变 当船舶总纵弯曲时 在甲板开口的角隅处将产生严重的应力集中现象 由于中部0 5L区域以内是船体的主要受力区域 故必须对一些开口给予加强或补偿 而在该区域以外的开口处 则可把加强措施适当减弱或不予补偿 甲板上的人孔开口 应做成圆形或长轴沿船长方向布置的椭圆形 以缓和应力集中的程度 矩形大开口的长边通常沿船长方向布置 由于大开口的角隅处应力集中较严重 故角隅应做成圆形 椭圆形或抛物线形 圆形角隅的半径不得小于开口宽度的1 20 当为抛物线形或椭圆形时 应符合图2 9的规定 圆形开口时 应按图2 10 1 或 2 的形式 但对于舱口围板处未设置甲板纵桁者不小于1 10 如果甲板伸进舱口围板内 圆形角隅的最小半径为300mm 如果舱口围板以套环形式与甲板内缘焊接时 圆形角隅最小半径为150mm 同时 在开口角隅处的甲板板要用加厚板或复板给予加强 加强板的厚度应较甲板板厚增加4毫米 如果舱口的角隅采用椭圆形或抛物线形 则可不必将角隅处的甲板板加厚 图2 9抛物线或椭圆形开口的形式 图2 10圆形开口的加强 1 2 2 甲板间断处的结构上甲板以下的各层甲板如在机舱 货舱等处被切断 这些甲板尽管对保证船体总纵强度的作用不大 但因甲板间断处的结构连续性被破坏 在甲板突变的地方可能产生应力集中 导致结构破坏 因此 在甲板间断处应增设舷侧纵桁 在过渡处用尺寸较大的延伸肘板加以连接 对于平台甲板的末端 同样采用尺寸较大的弧形肘板逐渐延伸过渡 该弧形肘板的长度应延伸几个肋距 如图2 11所示 图2 11平台甲板末端处的结构 第三章船底结构 第一节单底结构第二节横骨架式双底结构第三节纵骨架式双层底结构第四节散装船船底结构的特点 船底可分为单底和双层底 按骨架式又可分为横骨架式和纵骨架式 单底结构只有一层船底板 结构简单 施工方便 大多用于小型舰船及民用船的首尾端 双层底除了船底板外 还有一层内底板 当船底在触礁和搁浅等意外情况下受到破损时 双层底能保证船舶的安全 双层底舱的空间可装载燃油润滑油和淡水 或用作压载水舱 除油船外 海船从首尖舱舱壁到尾尖舱舱壁都装置双层底 小型舰艇和内河船舶仅在机舱等局部区域采用双层底 第一节单底结构 一 横骨架式单底结构船底的几种结构形式中 最简单的是横骨架式单底结构 如图3 1所示 这种结构适用于拖船 渔船和一些小型船舶 图3 1横骨架式船底结构 横骨架式单底结构由肋板和龙骨组成 肋板承受船底的局部载荷 并由它传递给舷侧 内龙骨作为肋板的支点支持肋板 同时也将一部分载荷传给横舱壁 1 内龙骨内龙骨分为中内龙骨和旁内龙骨 中内龙骨位于中线面 旁内龙骨对称地设在龙骨的两侧 根据船宽 通常在每侧设置1 2道旁内龙骨 中内龙骨是纵向连续的主要构件 用钢板条焊接成T型材 它从首柱直通到尾柱 仅在横舱壁处间断 可按图3 2的方式与舱壁连接 旁内龙骨的腹板上缘应有折边或面板 腹板垂直于基平面安装 在肋板处间断 为了便于装配和焊接 旁内龙骨的四角切去一个小角 旁内龙骨与舱壁的连接和中内龙骨相同 在机舱内 如果单机船的机座纵桁在整个机舱长度内是贯通的 并且在两端舱壁的背面均设有过渡的肘板时 则机舱内的 中内龙骨可以省略 但在中内龙骨中断处的机舱内应设置长度不小于2个肋距的肘板作为中内龙骨的过渡 如图3 3所示 旁内龙骨在舱壁处的连接与中内龙骨的要求相同 2 肋板在每一个肋位上设置实肋板 它在中线面处间断 并与中内龙骨焊接 肋板间距不小于500毫米 可采用钢板焊接T型材或折边 但机脸内不能采用折边的形式 图3 4所示具有舭部升高的肋板结构 肋板在中线面处与中内龙骨的高度相同 其腹板的上缘通常做成水平的 其腹板高度随舭部升高而逐渐减小 但为了保证它的强度 舷侧处的肋板高度不能太小 离中线面3 8船宽处的肋板高度应不小于中内龙骨高1 2 舭部升高较大的船 如果达不到上述要求 就必须把肋板上缘随船底线型向两侧略微升高 为了疏通舱底的积水 在靠近内龙骨处的肋板下缘开有半 圆流水孔 其半径为50 75毫米 内河小船为25 30毫米 也可扩大原有的焊缝切口作为流水孔 3 舭肘板肋板的两端用舭肘板与舷侧的肋骨连接 舭肘板可以使结构节点的强度和刚性得到加强 获得可靠的连接 舭肘板可以与肋骨采用搭接的形式 以便于装配 图3 2中内龙骨与舱壁的连接 图3 3机舱内中内龙骨的过渡 图3 4横骨架式单底肋板结构 二 纵骨架式单底结构小型舰艇的船底板较薄 常采用纵骨架式单底结构 图3 5为小型舰艇纵骨架式单底结构 它由中内龙骨 旁内龙骨 肋板和较多数量的船底纵骨组成 与横骨架式单底相比较 它的特点是 纵骨是纵向连续构件 参与船体总纵弯曲 其间距一般为0 3 0 6米 肋板间距较大 通常大于1米 为了保证纵向构件的连续性 把所有内龙骨都做成连续贯通的 肋板则是间断的 焊接在内龙骨之间 内龙骨的高度通常大于肋板高度 高出的部分须加设防倾肘板 船底纵骨大多由球扁钢制成 它与肋板有两种连援方式 一秒是在肋板上开梯形切口让纵骨穿过 仅在纵骨腹板的一面与肋扳焊接 优点是容易装配 另一种是肋板上的切口与纵骨形状相同 把纵骨插进去 周围全部焊接 优点是连接可靠但装配麻烦 图3 5纵骨架式单底结构 图3 6横骨架式双层