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第二章船体结构的一般知识第二章船体结构的一般知识第一节船体受力与船体强度第二节船体结构用钢材及连接方式第三节船体结构的型式●学习目标•知识目标•1．能简单叙述船体结构主要受力及船体强度概念；•2．能简单叙述船体结构用钢材种类及构件连接方式；•3．能正确描述船体结构基本组成及结构形式。•能力目标•1．能分析船体总纵弯曲产生的原因及受力较大的部位；•2．能根据船体结构受力情况，确定船体结构采用的形式。•船体结构的形式与船体受力情况有很大关系，研究船体受力的目的就是使所设计的船体结构，在外力的作用下，能具有足够的强度和刚性，达到最小的重量，降低建造成本和提高船舶运营的经济性。本章以船体受力及强度为出发点，介绍船体结构基本形式。第二章船体结构的一般知识第一节船体受力与船体强度一、作用在船体上的力二、船体强度概念第二章船体结构的一般知识一、作用在船体上的力•船舶从建造、下水、停泊、航行及进坞修理等全部过程中，受到各种外力的作用，这些外力常常会使船体结构产生变形或损坏。船体受力主要有总纵弯曲力、横向载荷和其它局部力。1.船体的总纵弯曲2.作用在船体上的横向载荷3.其它局部受力情况第二章船体结构的一般知识1.船体的总纵弯曲•船体的总纵弯曲是指作用在船体上的重力、浮力、波浪水动力和惯性力等而引起的船体绕水平横轴的弯曲。它由静水总纵弯曲和波浪总纵弯曲两部分迭加而成。第二章船体结构的一般知识（1）船体静水总纵弯曲•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。重力P的方向向下，浮力D的方向向上。重力和浮力在静水中处于平衡状态，即重力和浮力大小相等方向相反，作用在同一铅垂线上，见图1-2-1a）。•但对于船体的某一段，重力和浮力的大小并不相等，如图1-2-1b)所示。重力大的一段有下移的趋势，浮力大的一段有上移的趋势。由于船体是一整体结构，各段不可能发生上下移动，在船体结构内必然有内力产生，使船体发生弯曲。当船体中部向上弯曲时，称为中拱弯曲；当船体中部向下弯曲时，称为中垂弯曲。船体弯曲时，在船体内产生弯曲力矩，弯矩的最大值在船体的中部，向首尾部逐渐减小，见图1-2-1c)。由于船舶装载情况及船体浸水部分形状总是变化，因而船体各段重力和浮力的不平衡也总是存在。第二章船体结构的一般知识（2）船体波浪总纵弯曲•在波浪状况下，船体内产生的总纵弯矩会比静水中大。当波长与船长相等或接近时，船体的弯曲最严重。•弯曲形式（图1-2-2）：波峰在船中时——中拱弯曲——甲板受拉伸、底部受压缩波谷在船中时——中垂弯曲——甲板受压缩，底部受拉伸第二章船体结构的一般知识2.作用在船体上的横向载荷（图1-2-4）•船体在静水或波浪中，它的各部分结构还受到局部的水压力和货物等横向载荷，会产生局部弯曲。第二章船体结构的一般知识3.其它局部受力情况•作用在船体上的其它力有：船体上机器和螺旋桨运转时的振动力，船首端的波浪砰击和水面漂浮物的撞击等局部的外力，油船的油货舱内液体的晃动载荷，以及船舶进坞或搁浅时受到船底下墩木或河床的反力作用等。•此外，船舶在波浪状态下航行，由于升降、俯仰和摇摆等运动而产生惯性力，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，见图1-2-5。第二章船体结构的一般知识二、船体强度概念•由于船舶受以上各种外力的作用，船体结构的强度和刚性不足，就有可能使船体总的或局部的结构发生断裂或不允许的变形。船体结构必须具有足够的强度和刚性，以抵抗这些外力。•船体结构应具备的三种强度：1.船体的总纵强度2.船体的横向强度3.船体的局部强度第二章船体结构的一般知识1.船体的总纵强度•船体结构抵抗纵向弯曲不使整体结构遭受破坏或不允许的变形的能力称为总纵强度。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，因此远洋船舶的总纵强度要求较高。•通常可以将船体看作为变断面的空心梁（简称船梁），总纵弯曲时船体梁上弯曲正应力分布如图1-2-3所示。船体上最大的总纵弯曲正应力通常是在上甲板和船底部。第二章船体结构的一般知识2.船体的横向强度•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。•船舶在使用过程中会受横向载荷作用，例如，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。第二章船体结构的一般知识3.船体的局部强度•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在超过构件承载能力的外力作用下，局部构件也可能发生破坏或严重变形。•除了必要的强度之外，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限度。对于受平面压缩力的薄板，应保证其稳定性，不使其产生皱折而降低强度。第二章船体结构的一般知识第二章船体结构的一般知识第二章船体结构的一般知识第二章船体结构的一般知识第二章船体结构的一般知识第二章船体结构的一般知识第二节船体结构用钢材及连接方式一、船体结构用钢材二、船体构件的连接方法第二章船体结构的一般知识一、船体结构用钢材1.钢材的等级•船体结构用钢材按其化学成分和性能分为两大类共10个等级。•1)一般强度船体结构钢：又称碳素钢。按其性能自低向高排列，有A、B、D、E四个等级。目前，这类钢材在中小型船舶修造中广泛采用。•2)高强度船体结构钢：又称船用低合金钢。按其强度和缺口冲击韧性分为6个等级。目前主要用于大型远洋船舶，可以减小构件尺寸，减轻船体结构重量。•此外，还有不锈钢和耐低温钢等类型。前者用于散装液体化学品船的货舱结构。后者用于冷冻式液化气船的货舱结构。第二章船体结构的一般知识2.钢材的类型•1)钢板、型钢及组合型材：钢板与型钢是船体结构用的主要钢材。钢板主要用于船壳板、甲板板和分舱隔板等，折边板通常用作船体结构较大的骨架。型钢主要用于船体骨架以支撑船壳板等，一般由轧钢厂滚轧成型；型钢是标准件，按其剖面形状分，常用的有扁钢、球扁钢、角钢和槽钢等。组合型材主要用作船体骨架，常用的有组合T型材、组合角钢等。船体结构中常用的板材和型材如图1-2-6所示。•2)铸钢与锻钢：铸钢是用钢水在砂模中浇铸成型的钢件。船体首柱、尾柱、系缆桩等常采用铸钢件。锻钢是红热钢坯经过反复锤炼而成型的钢件。形状简单的轴、舵杆等多采用锻钢件。第二章船体结构的一般知识二、船体构件的连接方法•早期的钢质海船用铆接方法建造。先在主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，并将烧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。这种方法的优点是构件若产生裂纹不易穿过铆接缝。缺点是劳动效率低，连接强度差。目前此种方法在修造船中已基本淘汰。第二章船体结构的一般知识•现代船舶修造的基本方法是焊接。工业上焊接方法有上百种之多，在修造船中采用的主要属熔化焊，即对构件连接处用局部加热方法，使之达到或接近液态而熔合，冷却后凝为一体。以电弧热作加热源的称为电弧焊，在修造船中用得最多。以乙炔气和氧气燃烧作加热源的称为气焊，多用于焊接薄板和铸钢件的修补，在修造船中也常使用。此外，还有电渣焊、二氧化碳气体保护焊等，也在船舶修造的某些场合使用。第二章船体结构的一般知识•船体结构中构件之间经焊接连接后形成的接缝称为焊缝。•船体结构中最常见的焊缝型式是对接焊缝和角焊缝，个别地方还可见到塞焊缝。(图1-2-7为焊缝型式)第二章船体结构的一般知识第二章船体结构的一般知识第二章船体结构的一般知识第三节船体结构的型式一、船体结构概况二、板架结构的骨架形式三、船体结构的形式第二章船体结构的一般知识一、船体结构概况1.船体的基本组成船体结构型式依据船舶的类型而定。•船体分为——主船体和上层建筑•主船体部分有——船首、船中、船尾；•上层建筑部分有——首楼、桥楼、尾楼及甲板室。第二章船体结构的一般知识•主船体是船体结构的主要部分，是由船底(shipbottom)、舷侧(shipside)、上甲板(upperdeck)围成的水密的空心结构。其内部空间又由水平布置的下甲板（lowerdeck）、沿船宽方向垂直布置的横舱壁（transversebulkhead）和沿船长方向垂直布置的纵舱壁（longitudinalbulkhead）分隔成许多舱室。货船上通常有货舱、机舱、首尖舱和尾尖舱等。首、尾端的横舱壁也叫首尖舱舱壁(forepeakbulkhead)和尾尖舱舱壁(afterpeakbulkhead)。•如图1-2-8所示为某船体的基本构成。第二章船体结构的一般知识1.组成船体的板架•船体是由钢板和骨架组成的长箱形结构，整个船的主体可分为若干板架结构，如甲板板架、舷侧板架、船底板架和舱壁板架等，如图1-2-9所示。各个板架相互连接，相互支持，使整个主船体构成坚固的空心水密建筑物。第二章船体结构的一般知识二、板架结构的骨架形式板架结构三种形式：•纵骨架式•横骨架式•混合骨架式第二章船体结构的一般知识板架结构通常是由板和纵横交叉的骨材和桁材组成，如图1-2-10所示。较小的骨材数目多，间距小；较大的桁材数目少而间距大。根据较小骨材布置的方向分类。第二章船体结构的一般知识（1）纵骨架式：数目多而间距小的骨材沿船长方向布置。•优点是多数骨材纵向布置，骨材参与船梁抵抗纵向弯曲的有效面积，提高了船梁的纵向抗弯能力，增加了船体的总纵强度。并且由于纵向骨材布置较密，可以提高板对总纵弯曲压缩力作用时的稳定性。因而相应地可以减小板的厚度，减轻结构重量。•缺点是施工比较麻烦。第二章船体结构的一般知识（2）横骨架式：数目多而间距小的骨材沿船宽方向布置。•优点是多数骨材横向布置，横向强度较好，施工比较方便，建造成本低。•缺点是在同样受力情况下，外板和甲板的厚度比纵骨架式的大，结构重量较大。第二章船体结构的一般知识（3）混合骨架式：纵横方向的骨材相差不多，间距接近相等。•这种骨架式除了在特殊场合，一般很少用到。第二章船体结构的一般知识三、船体结构的型式根据强度和使用要求，船体结构可采用纵骨架式板架和横骨架式板架的单一或组合型式。船体结构的型式分为三种：•单一横骨架式船体结构•单一纵骨架式船体结构•混合骨架式船体结构第二章船体结构的一般知识（1）单一横骨架式船体结构：•是指上甲板、船底和舷侧均为横骨架式板架结构的船体结构型式。•对总纵强度要求不高的一些小型船舶和内河船多为此种骨架型式，如图1-2-11所示。第二章船体结构的一般知识（2）单一纵骨架式船体结构：•是指上甲板、船底和舷侧均为纵骨架式板架结构的船体结构型式。•对总纵强度要求较高的军舰、大型油船及其它大型远洋货船等采用此种结构型式，如图1-2-9所示。第二章船体结构的一般知识（3）混合骨架式船体结构：•是指上甲板和船底采用纵骨架式板架结构，而舷侧和下层甲板采用横骨架式板架结构的船体结构型式。•此种结构船舶的首尾端及机舱区采用横骨架式结构。根据弯矩和弯曲正应力在船体上的分布特点，这样做是合理的。杂货船、散货船等大中型船上采用此种型式，如图1-2-12所示。第二章船体结构的一般知识第二章船体结构的一般知识第二章船体结构的一般知识第二章船体结构的一般知识•图1-2-11第二章船体结构的一般知识