第二章船舶结构与船舶管系

第二章船舶结构与船舶管系第一节船用钢材及连接方法铆接1．早期的钢质海船用铆接方法建造。先在要连接的构件上钻孔，再将烧红的铆钉插入两连接件叠放的铆钉孔中，并将伸出部分用铆钉枪打成钉头。铆钉冷却后收缩，将构件拉紧密合。2．这种方法的优点是构件若产生裂纹不易穿过铆接缝。3．缺点是劳动效率低，连接强度差。目前这种方法在修造船中已基本淘汰。焊接与铆接相比的优缺点1．焊接的特点：焊接的优点是连接强度高，水（油）密性好，施工方便，结构重量较轻，焊缝表面较光顺。2．焊接的缺点是在焊缝处存在剩余应力，易产生裂纹。航行中如果发现裂纹，作为应急措施，可在裂纹端部钻一圆孔以阻止其蔓延，否则会撕裂周围的结构。第二节船舶结构主要构件和次要构件1．按规范规定，在船体结构中，船体的主要支撑构件称为主要构件，包括：舷侧纵桁。2．船体结构的设计与建造应满足：（1）具有足够的强度、刚度和稳定性；（2）构件本身应有良好的连续性；（3）施工工艺合理；（4）充分考虑整个船体的美观；（5）便于维修保养。3．作用在船体上的力：根据这些力对船体作用的效果，大体上分为剪力、总纵弯曲力矩、纵向扭矩、横向力和局部力。4．船体强度船体抵抗各种外力作用的能力统称为船体强度。其中主要考虑总纵强度、横向强度和局部强度。它们分别表示船体抵抗总纵弯矩、横向力和局部力作用的能力。除强度外，船体还应有足够的稳定性和刚性，使结构受压力作用时不致产生皱折而造成损害。船舶的强度、稳定性和刚性主要靠正确地选择船体结构钢材及合理地布置这些构件来保证。传播特点的基本形式和用途1．横骨架式船体结构是在上甲板、船底和舷侧结构中，横向构件数目多，排列密，而纵向构件数目少，排列疏的船体结构。这种结构从木船结构演变而来，是在造船中应用最早的一种结构形式。其特点是：（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。横向构件数目多，不需要很大尺寸，因而占据舱内空间较小。（4）空船重量大。船体总纵强度主要靠纵向构件和船壳板、甲板板来保证。由于纵向构件数目少，必须增加船壳板的厚度来补偿，结果增加了船体重量。对总纵强度要求不很高的中小型船舶常采用横骨架式船体结构。2．纵骨架式船体结构是在上甲板、船底和舷侧结构中，纵向构件数目多、排列密，而横向构件数目少、排列疏的船体结构。这种结构的特点是：（1）总纵强度大。（2）结构复杂。小尺寸的纵向构件数目多，焊接工作量大。（3）舱容利用率低。船体结构的横向强度主要靠少数横向构件来保证，因而尺寸很大，占据舱容较多。（4）空船重量小。因为船壳板和甲板板可以做得薄些，所以结构重量减轻。这种形式的船体结构通常在大型油船和矿砂船上采用。3．混合骨架式船体结构在上甲板和船底采用纵骨架式结构，而在舷侧采用横骨架式结构。从船体各部位受力特点来看，这种结构形式是合理的。它具有以下特点：（1）既满足总纵强度的要求，又有较好的横向强度。（2）结构较为简单，建造也较容易。（3）舱容利用率较高。因为舱内突出的大型构件少，所以不妨碍舱容及货物的装卸。（4）舷侧与甲板、船底的交接处，结构连接性不太好。舷侧的横向构件多，而甲板、船底的横向构件少，因此，舷侧上有部分横向构件不能与甲板和船底的横向构件组成横向框架。混合骨架式船体结构在大中型干散货船和油轮中广泛采用。船舶主要结构图的作用和种类1．基本结构图表示船体纵、横构件布置和结构情况，是全船性的结构图样之一。在修造船中，它可作为绘制其他结构图样的依据，又是具体施工时的一张指导性图纸。基本结构图的内容与总布置图相仿，由中纵剖面图、各层平台和甲板结构图及舱底结构图组成。所不同的是常采用重叠投影法、阶梯剖面法及两次剖切法，把平行的不同剖切面的结构表示在同一视图中。（1）中纵剖面结构图上注有肋骨尺寸和间距、甲板纵桁尺寸、各种支柱尺寸、纵舱壁厚度及其上面的扶强材尺寸、上层建筑的高度，以及板的厚度和扶强材尺寸等。（2）各层甲板图上注有甲板板的厚度、甲板纵桁的尺寸和间距、横梁尺寸和各开口的位置和尺寸等。（3）内底结构图上注有内底板和内底边板的厚度、舭肘板尺寸、内底和船底纵骨的尺寸、肋板的厚度和尺寸、中桁材和旁桁材的尺寸等。该图也叫双层底图。2．船中剖面图是取自船体中段部分（通常是船首、尾尖舱以外的船体部分）的横剖面结构图，表示船体主要纵、横构件的尺寸和结构形式。它也是船体结构的基本图样之一，并与基本结构图一起组成船体结构的三向视图。在修造船中，它是绘制其他结构施工图样的依据。船中剖面图由中横剖面图、局剖结构图、主要尺度及附注组成。有的还附有构件尺寸和表格栏。3．外板展开图主要表示全船外板的排列、厚度及外板上开口的位置等，是修造船时确定船体钢板的规格和数量，作为订货或备料的主要依据。因此，它是船上必备的重要图纸。4．坞墩图是一张有关船体底部船壳型线的图纸，它还包括船底水线下的附属体以保证船舶进坞时坞墩不会对舭龙骨及测深仪的部件造成损坏。它的主要功能是标出了船舶进坞前坞墩的分布形式，按照坞墩图布置坞墩，船舶就不会因上墩而造成结构性损坏，另外要注意的是坞墩不应堵住海底阀的位置而影响海底阀的检修。船舶外板和甲板板的编号方法1．外板外板又叫船壳板，包括舷侧板和船底板。其基本组成单位是列板。2．列板的概念外板由一块块钢板对接而成。钢板的长边沿船长方向布置。长边与长边相接叫边接，其焊缝叫边接缝；短边与短边相接叫端接，其焊缝叫端接缝。许多块钢板依次端接后就成为一长条板，称为列板。若干个列板组成外板。这样既能减少船长方向焊缝的数目，又可以根据船体上下位置的受力情况来调整列板的厚度。3．列板的分类列板名称根据外板中的各个列板所处的位置，分别称为平板龙骨、船底列板、舭列板、舷侧列板和舷顶列板，全船外板的每一列钢板都用字母和数字编成号数。习惯上的编排方法是：平板龙骨的一列钢板定为K列板，左右相邻的两列板为A列板，再次位B列板，依此类推（但I、O、Q三字母不用）；而每一列钢板的每一块钢板，从首向尾或从尾向首排列号数。例如K8表示平板龙骨第8块板（从船首算起），PC5表示船壳板外板左舷C列第5块板（从船首算起）。在首尾部，由于船体瘦削，某两列板会合并为一列板，这列板称为并板。4．外板的厚度分布（1）沿船长方向：总纵弯矩在船中附近为最大值，向两端逐渐减至零。因此，外板在船中0.4L（L为船长）范围内厚度最大，向首尾两端逐渐减薄；首尾部的外板不能太薄，一般只比中部减薄20%左右。（2）横剖面方向：平板龙骨位于船底中心线处，参与总纵弯曲，承受坞墩反力等，要求厚度比相邻船底列板的大2mm，平板龙骨的宽度沿船长方向保持不变，但不必大于1800mm；舷侧列板在船中部较厚，向两端逐渐减薄，但舭列板和附近的列板稍厚。舷顶列板是受应力和弯矩最大的一列板，规定其宽度不得小于0.1倍的型深，并在船中的0.4L区域内，其板厚在任何情况下不得小于强力甲板边板厚度的0.8倍，也不得小于相邻舷侧列板的厚度，舷顶列板上缘应平整，在船中部0.5L范围内应避免焊接其他装置。5．甲板板甲板分类根据其作用可分为强力甲板、遮蔽甲板、舱壁甲板、干舷甲板和量吨甲板等。如果货舱内有多层甲板，对总纵强度贡献最大的甲板称为强力甲板。对大多数船来说，上甲板就是强力甲板。它的厚度应是各层甲板中最厚的。6．甲板板的布置从舱口边至舷边的甲板板，钢板的长边沿船长方向布置。这些板通常是首尾连接的，对船体总纵强度有贡献。在舱口之间及首尾端的甲板，因不参与总纵弯曲且面积狭窄，可以将钢板横向布置。7．甲板板的厚度分布（1）沿船长方向：船中0.4L范围内受总纵弯矩作用最大，因此该区域甲板板的厚度最大，且厚度保持不变，向首尾两端可逐渐减薄，强力甲板（包括端部甲板）的最小厚度应不小于6mm。下甲板位置处于上甲板和船体之间，与船体中性面距离较近，承受的总纵弯曲力矩较小，以承受局部载荷为主，因此下甲板厚度比上甲板薄得多，而且沿船长和船宽的方向变化也很少。（2）沿船宽方向：上甲板沿着舷边的一列板称为甲板边板。它首尾连续，既参与总纵弯曲，又受船体横向变形力的作用，并且容易被甲板积水腐蚀，因而厚度最大。在舱口之间的甲板板，由于被舱口切断，不参与总纵弯曲，其厚度较其他甲板板薄。船舶总布置图的作用和用途1．总布置图是全船舱室划分和机械设备的布置图，反映了全船总体布置情况．它由侧视图、各层平台与甲板的俯视图、舱底平面图及船体主要尺度和技术性能数据等几部分组成。对于客船、客滚船这种舱室较多的船舶，总布置图在建造和修理时显得尤为重要。2．侧视图是将船舶的右舷侧面向中线面投影所得到的视图，主要表示下列内容：（1）全船的侧面概貌，如主船体轮廓；上层建筑位置、形式等。（2）主船体内部舱室划分概况，如机舱位置、货舱分布、横舱壁位置和数量、甲板及平台位置和数量等。（3）船舶设备的布置概况，如锚与系泊设备、救生设备、起货设备等。3．平台和甲板平面图是各层平台和甲板的俯视图，表示下列内容：（1）某层甲板或平台上的每个舱室、门、舷窗、通道、扶梯等在船长方向和船宽方向的具体位置。（2）甲板或平台上的各种设备、家具、用具等的具体位置。4．舱底平面图是船底的俯视图，表示的内容有：（1）内底板上面的舱室和设备的布置情况。（2）双层底内部空间的划分，液舱和隔离空舱的布置等。如果是单底船，则表示船底上的布置情况。船底结构1．双层底结构是指由船底板、内底板及其骨架围成的水密空间结构，设置在防撞舱壁和尾尖舱舱壁之间。2．它的作用是：增加船体的横向、总纵强度和船底的局部强度；可作为燃油舱、滑油舱、压载水及淡水舱；它提高了船舶的抗沉性，一旦船底外板意外破损，内底板仍能阻止海水进入舱内；对液货船，它还提高了船体抗泄漏能力；作为压载水舱，能调节船舶的吃水、纵倾和横倾，改善船舶的航行性能。3．纵向构件：船舶的纵向构件主要用来承受船舶的中拱和中垂力、坞墩反力、拍击力及局部的剪力。（1）中桁材：是位于船底中心线，连接平板龙骨和内底板的纵向连续构件。它承受总纵弯矩、坞墩反力及其他外力，是双层底结构中的重要构件，按照规范的要求，在船中0.75L范围内保持连续，不许开孔，其他区域除舱壁前后一个肋距内外可以开孔，但开孔的高度应不大于该处中桁材高度的40%。中桁材应尽可能向船首尾柱方向延伸，并规定其厚度在船端0.075L区域内可比船中0.4L区域内减少2mm、炉舱内应较船中0.4L内增厚2.5mm。（2）旁桁材：是位于中桁材两侧对称布置的纵向构件，与船底板和内底板相连，上面可以开减轻孔、气孔和流水孔。减轻孔的作用是在满足强度的条件下，在构件上开孔以减轻船舶的重量，同时作为人员和油水的通道。旁桁材的厚度可比中桁材减少3mm，但均不应小于相应肋板的厚度。旁桁材的数量依据船宽而定，对横骨架式双层底结构而言，当船宽大于10m时，中桁材两侧至少各设一道旁桁材；当船宽大于18米时，中桁材两侧应至少各设2道旁桁材，桁材之间的间距一般不大于4m，距首垂线0.2L以前区域，旁桁材间距应不大于3个肋距。对纵骨架式双层底结构而言，当船宽大于12m但大于20m时，中桁材两侧至少应各设一道旁桁材。当船宽大于20m时，中桁材两侧至少应各设2道旁桁材，桁材之间的间距一般不大于5m。（3）箱形中桁材：是指位于船底中心线两侧对称布置的纵桁，与内、外底板组成水密空心结构。它一般从机舱前壁设置到防撞舱壁，用于集中布置舱底各种管路和电器线路，故又称管隧或箱形龙骨。其宽度不超过2m，箱形中桁材区域的船底板和内底板应适当增厚。对侧板间距的限制是因为在船舶进船坞时必须保证两侧水密底纵桁能搁置在墩木上。机舱及后面的舱内没有必要设置中桁材，因为管系可以布置在机舱的双层底上面和轴隧里。箱形中桁材设有水密的入孔和通向露天甲板的应急出口，其出口的关闭装置能两面操纵，围壁结构与水密舱壁要求相同。（4）纵骨：是仅在纵骨架式结构中设置的纵向构件，一般由尺寸较小的不等边角钢做成。其中位于船底板上的纵骨叫船底纵骨，其最大间距应不大于1m。当船长超过200m或纵骨采用了高强度钢时，船底的纵骨应穿过水密肋板，但也可以用相应的替代结构。位于内底板上的叫内底纵骨。它们都是保证船体总纵强度的重要构