船舶结构设计本科课程设计指导书【2009】

1“船舶结构设计”课程设计指导书1．船舶结构规范法设计的基本步骤1）根据对母型船的调查研究和所设计船的特殊要求，分析设计船的船体强度要求，选择合适的建造规范；2）根据型线图和总布置图，绘制中剖面、基本结构图和肋骨线型图草图，并进行结构构件的初步布置；3）按规范计算船体主要构件的尺寸，边计算、边绘图，边完善初始的结构布置方案（与总体设计师、轮机设计师等协商）。2．按规范确定结构尺寸的一般顺序1）选择合适的结构型式，确定肋骨间距（与总体设计师协商决定）；2）按规范公式进行计算，依次确定外板、甲板、船底骨架、舷侧骨架、甲板骨架及支柱、舱壁、首尾柱、首尾结构、上层建筑及甲板室、主机机座、轴隧及机舱骨架、其他等，总纵强度校核等。规范规定的尺寸是保证船舶安全可靠的最低标准，最后选定的尺寸还要根据船舶的实际使用要求而增加。3．建造规范的选用按船舶的航行区域：海船、内河船、湖泊船；按造船材料：钢船、玻璃增强塑料船、…；按船舶类型：商船、渔船、水翼船、军船、…。一般规范都在船舶尺度与主要尺度比值和船型及船体结构的型式两大方面规定了规范的适用范围。如《钢质内河船舶入级与建造规范》适合于船长大于10m的焊接结构钢质民用船舶，且主尺度比值满足下表所示要求。2表1“河规”规定的船舶主尺度比值适用范围类别L/DB/DA级B、C级A级B、C级机动船≤25≤30≤4≤4.5非机动船≤28≤33≤5≤5航区主要根据船舶航行水域的波浪状况而划定。《国内航行海船建造规范》适用于国内航行船长20m及以上的钢质海船，主尺度的比值范围为：L/B＞5；B/D≤2.5及Cb≥0.64．结构布置的一般原则和规定1）结构的整体性原则有关构件应布置在同一平面内，以组成封闭的整体框架结构共同承受载荷的作用。甲板纵桁－横舱壁竖桁－内龙骨或底纵桁；甲板纵骨－横舱壁垂直防挠材－船底纵骨肋板－肋骨－横梁；舷侧纵桁－横舱壁水平桁－纵舱壁水平桁2）受力的均匀性和有效传递原则（1）结构构件的布置要尽量均匀，以避免构件规格太多或是造成材料的浪费；（2）结构应保证某一构件承受外力后，能有效地将力传递到邻近的结构构件上，以避免某一独立的结构构件承受外力。支柱的布置问题，…。3）结构的连续性和减少应力集中原则，（1）构件的布置应力求保证其连续性，尽可能避免构件突然中断；…;（2）为减少应力集中，所有船体构件的剖面形状应有平顺的过渡。34）局部加强原则在设计过程中，对那些在使用中要承受较大局部荷载的结构进行适当的局部加强（规范对此有具体的规定要求）。5）一些基本规定参见具体规范：《钢质海船入级规范》(2006)，《国内航行海船建造规范》(2006)，《钢质内河船舶建造规范》（2009）等。5．设计船的基本情况本船航行于长江武汉至宁波中国近海航区及长江A、B级航区。主要运输矿石及钢材，兼顾煤碳及水泥熟料等一般散货。设计水线长107.10m,计算船长104.10m，型宽17.5m，型深7.6m,结构吃水5.8m,尾～#10及#140～首的肋距为600mm；#10～#140肋距为700mm。基本结构图、中剖面图参见图纸。船舶结构首尾为横骨架式形式，中部货舱区采用双底双舷、单甲板、纵骨架式形式。主船体由6道水密舱壁划分为首尖舱（兼压载水舱）、首压载水舱、第二货船（顶边舱设压载水舱）、第一货舱（顶边舱设压载水舱、淡水舱、重油舱，底边舱设轻油舱）、机舱、尾压载水舱、舵机舱。本船设有首尾楼。机舱棚及居住舱室、驾驶室等均设置于尾部。货舱区域为双层底，双层底自首部防撞舱壁向尾伸至机舱，顶边舱由首压载水舱向尾伸至机舱前壁。6．《国内航行海船建造规范》简介《建造规范》组成：第1篇总则；第2篇船体；第3篇轮机；第4篇电气装置。本课程设计内容主要涉及第2篇船体的内容。以下针对第2篇船体部分进行简要介绍。6.1第一章通则1)一般规定4适用范围：适用于焊接结构的钢质海上航行船舶，L/B＞5；B/D≤2.5。定义：计算船长：沿夏季载重线,由首柱前缘量至舵柱后缘的长度；船宽、型深、吃水、方形系数、上层连续甲板、强力甲板、下甲板、舱壁甲板、干舷甲板、平台甲板、上层建筑及甲板室、首尾垂线、大开口、主要构件、次要构件、载重线船长2)船体构件1.2.1一般要求：构件剖面模数和惯性矩均为连同带板的最小要求值，且假定带板是与构件的腹板相垂直的；本篇内所规定的各种构件,除另有规定者外,不应任意开孔；除另有规定者外，本篇所规定的各种构件尺寸均系最小值；1.2.2构件的带板：主要构件带板的有效剖面积A的计算1.2.3构件的跨距点1.2.4构件的几何特性：构件剖面积A、惯性矩I和剖面模数W的计算1.2.5结构细则1.2.6次要构件的端部连接1.2.7主要构件的端部连接1.2.8骨材的标准间距：肋骨、横梁或纵骨(船底、舷侧、甲板)的标准间距计算，不大于0.7m；…1.2.9直接计算：有专门要求时；或者采用新颖的结构形式；或者结构的布置、船舶尺度超出本规范规定时应进行结构直接计算。3)船体结构用钢：符合CCS《材料与焊接规范》4)船体结构的焊缝设计：符合CCS《材料与焊接规范》5)高强度钢的使用6)结构防腐7)有限航区船舶8)结构布置6.2第二章船体结构1)一般规定52.1.1适用范围：主要适用于干货船；适用的基本结构形式为多层甲板或单层甲板且设有单层底或双层底,以及正常尺度的舱口布置；…2.1.2图纸资料：主要横剖面图；基本结构图；首、尾柱结构图等2)总纵强度2.2.1一般要求：适用于船长大于等于65m的船舶；L/B＞5；B/D≤2.5及Cb≥0.6；不满足以上尺度要求则应采用直接计算确定。2.2.2设计静水弯矩和设计静水切力：按出港和到港情况，并应考虑燃料、淡水和贮藏品等对不同装载和压载工况沿船长计算各横剖面的静水弯矩Ms和静水切力Fs2.2.3波浪弯矩和波浪切力2.2.4船体梁剖面特性计算2.2.5船体梁弯曲强度2.2.6船体梁剪切强度2.2.7屈曲强度2.2.8装载手册和装载仪3)外板2.3.1船底板：从稳定性和局部强度的角度出发，分别规定了中部船底板板厚的取值。t1=0.043s(L+230)Fbt2=5.6s（d+h1）Fb船端0.075L区域：t=(0.035L+6)ssb船首底板加强参考(2.15.3)。2.3.2平板龙骨：宽度b=900+3.5L，厚度不应小于船底板厚度加2mm2.3.3舭列板：参照中部船底板板厚取值62.3.4舷侧外板：中部区域分纵、横骨架式，分别计算距基线D/4、3D/4以上和以下的板厚；2.3.5舷顶列板：宽度应不小于：b=800+5L；在中部区域分纵、横骨架式计算厚度；且舷顶列板的厚度可逐渐向两端过渡到端部的舷侧外板厚度。2.3.6局部加强：与尾柱连接的外板、轴毂处的包板以及多推进器尾轴架托掌固定处的外板厚度须加强；锚链筒处的外板及下方块板应予加厚或用复板2.3.7外板开口2.3.8舭龙骨：如在船体上安装有舭龙骨时,舭龙骨应连接在一根连续的扁钢上4)甲板2.4.1一般要求：适用于纵骨架式和横骨架式的各层甲板2.4.2强力甲板：开口边线外的厚度，除应符合总纵强度要求的中剖面模数要求外,还分纵、横骨架式，要满足稳定性和局部强度的要求；在开口边线以内及离船端0.075L区域内的强力甲板规定了最小厚度2.4.3甲板边板：分别规定了在船中部区域和在端部的宽度，其厚度应不小于强力甲板厚度。2.4.4甲板开口：规定了不同形状的开口角隅的尺寸要求以及相应的板厚2.4.5甲板负荷不超过40kPa的下甲板和平台甲板2.4.6升高甲板：见本章2.17.82.4.7上层建筑端部：见本章2.17.62.4.8甲板敷盖5)单层底2.5.1适用范围：本节规定适用于500总吨以下或船长不大于76m的横骨架式单层底的船舶。2.5.2中内龙骨：船端0.075L区域中内龙骨t=0.05L+5.5，A=0.52L；机舱中内龙骨t=0.06L+6.2+1，A=0.65L+22.5.3旁内龙骨：机舱旁龙骨(2.5.3.1)；其它区域(2.5.3.1)(2.15.1.1)72.5.4肋板：高度h=42(B+d)–70；厚度t=0.01h+3；面板剖面积A=4.8d–32.5.5舭肘板：舭肘板厚度等于肋板厚度。舭肘板应有面板或折边。2.5.6流水孔6)双层底2.6.1一般要求：规定了双层底中断处船底纵向骨架的连续性；中断区域的中桁材和旁桁材、内底板向单层底过渡的要求；人孔、减轻孔、流水孔和透气孔的设定2.6.2中桁材：中桁材高度h0=25B+42d+300，船中部0.4L区域内厚度t=0.0077h0+4，炉舱内中桁材厚度应较船中部0.4L区域内中桁材增厚2.5mm；船端0.075L区域内,中桁材厚度可比中部0.4L区域内减少2mm。2.6.3箱形中桁材：中桁材可用箱形中桁材(管隧)代替。2.6.4横骨架式旁桁材：厚度可比中桁材厚度减少3mm。水密旁桁材厚度应较旁桁材厚度增厚2mm。2.6.5横骨架式实肋板：(2.6.11.2)(2.6.5.1)2.6.6横骨架式水密肋板：厚度较货舱实肋板厚度增加2mm,但一般不必大于15mm。2.6.7组合肋板：横骨架式双层底未设实肋板的肋位上，应设置组合肋板。规定了组合肋板船底骨材、内底骨材的剖面模数的要求。2.6.8轻型肋板：横骨架式双层底在不设置实肋板的肋位上,可设置轻型肋板以代替组合肋板。轻型肋板腹板厚度不小于所在区域实肋板厚度。2.6.9横骨架式内底板及内底边板：货舱区(2.6.13)(2.6.9.1)(2.6.9.2)(2.22.3.2)t=0.04L+5s+2.1机舱区(2.6.13)(2.6.9.1)t=0.055L+4.8船端部0.075L区域内的厚度为船中部0.4L区域内厚度的0.9倍。2.6.10纵骨架式船底桁材2.6.11纵骨架式肋板2.6.12纵骨架式船底纵骨2.6.13纵骨架式内底板及内底边板82.16.14铲车在舱内装卸货物的加强2.6.15舭肘板7)舷侧骨架2.7.1一般要求：肋骨或舷侧纵骨的最大间距应不大于1.0m。2.7.2肋骨：规定了主肋骨和普通肋骨的剖面模数的要求2.7.3舷侧纵桁：规定了舷侧纵桁的剖面模数W和剖面惯性矩I，设置和连接要求。2.7.4横骨架式强肋骨：按照是否支持舷侧纵桁，给出了尺寸的计算方法2.7.5舷侧纵骨：按照船长不同位置规定了纵骨的剖面模数要求2.7.6纵骨架式强肋骨：按照船长不同位置规定了最小剖面模数要求8)甲板骨架2.8.1一般要求：甲板的计算压头应符合表2.8.1.1的规定。2.8.2甲板横梁：规定了甲板横梁设置及剖面模数的要求2.8.3横骨架式甲板纵桁：规定了甲板纵桁设置及剖面模数、惯性矩的要求2.8.4横骨架式强横梁：规定了甲板纵桁的强横梁设置及剖面模数的要求2.8.5甲板纵骨：规定了强力甲板纵骨、货物甲板纵骨、居住甲板和上层建筑甲板纵骨的最小剖面模数和连接2.8.6纵骨架式甲板纵桁：规定了支持强横梁的甲板纵桁的剖面惯性矩2.8.7纵骨架式强横梁：规定了强横梁的设置和剖面模数、惯性矩的要求2.8.8舱口甲板纵桁：规定了不同甲板处舱口甲板纵桁的剖面模数、惯性矩2.8.9舱口端横梁：规定了其设置与剖面模数、惯性矩的要求9)悬臂梁2.9.1一般要求：悬臂梁是从舷边延伸至其所支持的舱口甲板纵桁的甲板强横梁2.9.2悬臂梁：规定了计算剖面处的剖面模数和惯性矩2.9.3支持肋骨：支持肋骨在计算剖面处的剖面模数92.9.4结构要求：悬臂梁的具体设置和尺寸规定10)支柱2.10.1支柱的载荷：给出了支柱所受的载荷公式2.10.2支柱的剖面积：规定了支柱的最小剖面积A2.10.3支柱的壁厚：规定了支柱的最小壁厚11)非水密支承舱壁2.11.1一般要求：规定了舱壁最小厚度以及舱壁扶强材的剖面积、扶强材腹板的最小高度12)水密舱壁2.12.1一般要求：规定了水密舱壁的数目和设置要求2.12.2防