散货船船体结构培训教材.ppt
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1、散 货 船 结 构,CCS上海审图中心 孙安林,说 明,主要内容为CCS钢质海船入级与建造规范2005第2篇的主船体结构;根据学员的特点和需要,讲解船体结构规范的基本概念、原理和方法。,通过培训旨在使学员具备船体结构方面的基本知识和实际应用能力,为此,主要培训原则方法如下:,1 概 述,1.1 结构规范的主要内容1.2 船体结构强度及分类,1.1 结构规范的主要内容,CCS根据船舶的用途和结构形式,对船舶进行分类,并分别制定相应的规范。钢质海船入级与建造规范第2篇船体主要依据船体结构形式的不同进行分类,将各船型的要求分述于各章之中,如干货船、油船、散货船与矿砂船、集装箱船、滚装船等。其他特殊船
2、舶制定独立的规范,如散装化学品船、液化气体船、高速船、浮船坞等。,1.1.1钢规第2篇船体的主要内容,第1章 通则,第3章 舾装,第4章 航行冰区的加强,第15章 有限航区船舶,第2章 船体结构,以干货船船体结构为基础,提供所有船型结构的共性要求。主要包括:总纵强度、外板、甲板、船底结构、舷侧骨架、甲板骨架、舱壁结构、深舱、支柱、上层建筑和甲板室等。,以第2章为基本共性要求,根据不同船型结构的差异特性,按船型分类,提供船体结构的附加补充要求。,第5章 双壳油船第6章 单壳油船第7章 集装箱船第8章 散装货船与矿砂船第9章 滚装船第10章 拖船第11章 近海供应船第12章 驳船第13章 起重船第
3、14章 挖泥船,1.1.2 结构规范的技术要求,结构尺寸板厚/宽度、构件连带板剖面模数/惯性矩/剖面积、构件腹板/面板的比例、船体梁剖面模数和惯性矩;结构布置结构形式、骨架形式、主要构件/次要构件的间距、开孔等;构件连接端部连接与肘板、交叉穿过连接、过渡与连续等;材料和材料保护选择钢级和高强度钢、铝合金以及不锈钢的使用,涂层和电化的防腐,腐蚀余量等;焊接焊缝形式、焊缝尺寸等;,为保证船体结构的安全,CCS主要从以下方面制定船体结构入级的技术标准:,1.1.3 CCS的结构规范和主要指南以及软件,钢质海船入级与建造规范2001版以及2002/2003/2004/2005修改通报,油船结构强度直接
4、计算指南2003,集装箱船结构强度直接计算指南2003,散货船结构强度直接计算指南2003,船体结构疲劳强度指南2001,规范要求,屈服和屈曲强度评估,疲劳强度评估,海虹之彩(COMPASS-Rules)船体结构规范计算程序COMPASS_SRH31大开口船总纵强度计算程序COMPASS_SRH31,海虹之彩(COMPASS-Structure),海虹之彩 COMPASS-Fatigue),典型油船结构示意图,典型散货船/矿砂船结构示意图,典型散货船/矿砂船结构示意图,典型集装箱船结构示意图,典型客滚船结构示意图,1.2 船体结构强度及分类,船体结构是由一系列的主要支撑构件和板及其扶强构件所组
5、成的薄壁结构,为保证船体结构的安全性,结构规范根据长期营运经验和经典力学原理,从以下四方面来确定结构尺寸的最低要求:设计载荷(要求):外部海水和内部的货物、压载水、燃油、设备等以及自身结构重量等;强度及标准(能力):设计载荷所对应的结构分析模型的强度计算公式和计算方法以及相应的强度标准,可分为三类:1)屈服强度及其许用应力,如船体梁模型和承受侧向压力的板格以及单跨梁等的应力计算。2)屈曲强度及其临界应力,如受压受剪板格以及受压骨材的应力和临界应力计算。3)疲劳强度及其累计损伤度(疲劳寿命),结构连接节点的疲劳累计损伤度计算。简单的经验公式:与载荷和强度参数无确切的直接关系。腐蚀余量。,按载荷形
6、式及结构受力特点,2 通 则,2.1 一般规定2.1.1 适用范围常规的船型、尺寸比例、结构形式及速度的单体船。常规船型和结构形式在各船型章的一般要求中均有所说明;船长20m及以上的全焊接结构的钢质海船,但采用其它材料的船体结构,也将予以考虑。对特殊船舶,诸如拟载运特殊货物、船形、比例或结构形式又非常规者,可在一般标准的基础上予以专门考虑,2.1.2 直接计算,要求:规范专门要求;结构形式、结构布置、船舶尺度超出本规范;软件:CCS登记软件或公认的通用软件,否则应提供可靠性说明文件;方法:一般参照CCS的有关指南;文件:提交图纸和计算报告。,2.1.3 定义,2.1.3 定义,2.1.3 定义
7、,2.1.3 定义,主要构件:船体的主要支撑构件称为主要构件,如强肋骨、舷侧纵桁、强横梁、甲板纵桁、实肋板、船底桁材、舱壁桁材等次要构件:一般是指板的扶强构件,如肋骨、纵骨、横梁、舱壁扶强材、组合肋板的骨材等。,注意事项 1,结构吃水、夏季载重线吃水和设计吃水有时是不一致的。规范船长、规范垂线间长、载重线船长和设计垂线间长是不同的概念。规范船长、规范垂线间长的前端点是重合的,即规范首垂线位置,包括艏柱板水平厚度;而设计首垂线位置往往不包括艏柱板水平厚度。规范中所指的船长中点是指规范船长的中点。规范船长和船长中点确定后,方可界定0.4L和0.075L等范围概念。,注意事项 2,装载率(m3/t)
8、:是指货舱容积对货舱内货物质量的比值。此货舱容积不包括舱口围包围的容积。重货加强的要求适用与否,就是根据装载率去判定的。0.833 m3/t 方才考虑。重货、高密度货、间隔装载货物之间虽然有一定的联系,但是是不同的概念。,2.2 船体构件,2.2.1 一般要求规范要求的结构尺寸:构件为连带板的剖面模数和惯性矩,板材为厚度,按0.5mm取整;构件上开孔:按规范要求,不得随意开孔,且需考虑补强;结构尺寸要求的纵向分区:,2.2.2 构件带板,主要构件带板:带板的有效剖面积,但取值不小于面板剖面积:次要构件的带板宽度,取为1个骨材间距。,2.2.3 构件的跨距点,主要构件:次要构件:,注意事项 3,
9、当构件相对于垂向或水平轴向倾斜超过10时,其跨距应沿着构件量取。尤其对于线型比较瘦削部分的船体结构,如常规船首尾结构、巡视船结构等。,2.2.4 构件的几何特性,构件的几何特性为连同带板的剖面积、剖面模数和惯性矩,船体结构主要有以下几种:轧制型材:球扁钢、不等边角钢和不等边不等厚角钢;T型材;槽形舱壁的一个槽条;双层板舱壁;规范提供了具体计算公式,2.2.5 结构细则,主要构件布置:确保结构的有效连续,避免剖面或高度的突然变化;主要构件面板:面板面积应不超过腹板面积的2/3;主要构件腹板:厚度不小于0.01Sw,Sw为水平扶强材或腹板高度;设防倾肘板:对称剖面每4个骨材间距;非对称剖面每隔1
10、个骨材间距。防倾肘板要求:宽度、厚度、面板或折边。设水平加强筋:船中0.4L内强力甲板纵桁的腹板高度 大于 结构开孔:尽量避开应力集中区域,如无法避开时应作相应的补偿,开口的角隅处均应有良好的圆角。,2.2.6 次要构件的端部连接,次要构件端部应设置连接肘板,其尺寸要求如下:厚度:液舱加1mm;无折边加1.5mm臂长:h不小于2.2骨材腹板高(端部焊接时为2倍)及下式:折边或面板宽:W大于等于400cm3或边长40t时,设置折边或面板,其宽度为:且不小于50mm搭接长度:不小于1.25的骨材腹板高度与主要构件连接:延伸至主要构件的面板,2.2.7 主要构件的端部连接,主要构件端部应设置连接肘板
11、,其尺寸要求如下:厚度:与主要构件腹板厚度相同;臂长:不小于2倍主要构件腹板高度(臂长含腹板高度);折边或面板:与主要构件腹板面板相同;大型肘板趾端:见图示,注意事项 4,参与总纵弯曲的次要构件在舱壁或横向主要构件处切断时,应设置连接肘板以保证结构的纵向连续性。其余次要构件的端部,除非另有规定,可以不设肘板而与甲板、舱壁或桁材直接连接,但甲板、舱壁或桁材另一边应具有与该次要构件在同一直线上的至少为相同剖面的相邻构件。此时不设肘板的情况下,无非是次要构件的跨距变大而已。主要构件的端部应设置肘板,除非另有规定,比如客滚船为了保证净空高度,甲板强横梁与舷侧强肋骨连接处可以不设肘板,但该处有特殊的强度
12、要求。,2.2.8 骨材的标准间距,骨材的标准间距旨在为船体结构尺寸计算公式设定最低限度值,根据不同的区域,按以下确定:一般:首尾尖舱内:取上式与0.6m的小者船端0.05L内上层建筑和甲板室:取上式与0.6m的小者,注意事项 5,当船长大于等于90 m 时,全船不同部位的船体构件按其承受的应力情况分为3个类别:次要类、主要类和特殊类。并从“船中0.4 L 内”和“船中0.4 L 外”两部分对三类构件进行了材料级别划分;并根据实取建造厚度对各材料级别的船体构件提出了钢级要求。规范最新的变化是:对于长度超过0.15 L 的纵向舱口围板,钢级至少选用D/DH级。尤其对于国内航行干货船,货舱比较大,
13、舱口围比较长,很容易适用这一要求。而目前国内D/DH级薄钢板产量少,每条船订货量又不大,供应成问题。因此审图时应及早注意此问题。,2.3 高强度钢的使用,2.3.1 材料换算系数,随着船舶的大型化,为减轻船体结构的重量,在船体结构设计中,越来越多地使用高强度钢。但对于采用高强度钢的船体构件,必须特别注意其屈曲强度。,2.3.2 总纵强度,采用高强度钢时,总纵强度要求的剖面模数按下式折减:,剖面模数可折减,而船体刚度要求的惯性矩不能因使用高强度钢而进行折减,2.3.2 总纵强度,高强度钢使用区域要求:垂向:见图示纵向:船中部的高强度钢使用范围应延伸至端部所要求的普通钢板厚相同为止;强力甲板:与强
14、力甲板焊接的连续构件(舱口围板、甲板开口的加强构件等)也应采用相应的高强度钢。,2.3.3 局部强度,外板和强力甲板(0.4L区域):其他结构:,注意事项 6,对于总纵强度中高强度钢的使用区域要求,应该正确理解为:如果满足了这一区域要求,则高强度钢与普通钢交界点的强度自然满足;否则,除了校核甲板和船底处的强度外,高强度钢与普通钢交界点的强度尚须校核。,3船体结构,3.1 一般要求 规范的船体结构第2章主要适用一般普通干货船,是其他船型船体结构的共性要求,作为结构规范的基础。适用范围:单/多层甲板 单/双层底 船底和强力甲板开口线外一般 采用纵骨架式。,典型干货船结构示意图,3.2 总纵强度,3
15、.2.1 适用范围 船长:L大于等于65m;主尺度比:,船体结构从总体上可理想化为由板和构件组成的一根变断面薄壁梁结构。因此,应用简单梁理论作为总纵强度分析的传统经典方法。总纵强度是船体结构强度中最重要的强度标准。,超出上述主尺度比波浪载荷应采用直接计算确定。,3.2.2 船体梁载荷,船体梁载荷由沿船长方向分布的静水弯矩和切力与波浪弯矩和切力两部分组成。静水弯矩和切力:根据各装载工况计算确定波浪弯矩和切力:规范计算公式确定,船舶在静水中处于静力平衡状态,重力和浮力分布:,静水弯矩和切力,波浪弯矩和切力,3.2.3 船体梁剖面特性计算,船体梁剖面特性包括:,结构剖面积计入规则:,0.4L 区域内
16、连续的纵向构件;强力甲板及其以下所有纵向构件;强力甲板以上可计入构件:舷顶列板伸出强力甲板的部分、连续的舷边角钢、具有由纵舱壁或高腹板桁材作有效支持的连续纵向舱口围板和凸形甲板;多个并列舱口的连续内侧舱口围板及其以下的支持结构(连续纵桁):计入50面积,设有纵舱壁支持时计入100,箱形结构或设有与船底相连的支持时计入80;结构开口影响:甲板开口长度超2.5m或宽度超过1.2m或0.04B(取其较小者),应扣除其剖面积;甲板小开口符合 时,不必扣除其剖面积;纵骨和纵桁的开孔:高度不超过腹板高度的25,不必扣除其剖面积。,注意事项 7,对于剖面模数计算中,大型开口和突变的影响,可以参考规范中有关小
17、型开口30应力流死角的原理,进行立体的、单边15 的切割。切割范围内的板及其构件不予计入。校核总纵强度计算剖面模数时,不能把不连续的构件计入,也不能人为地认为某些构件不参与总强度而求得纸面上的满足要求,而应该视构件实际参与总纵弯曲的情况。,3.2.4 船体梁弯曲强度,弯曲强度标准,甲板和船底处的剖面模数,甲板和船底处的弯曲应力,船中惯性矩,3.2.4 船体梁弯曲强度,许用静水弯矩,3.2.5 船体梁剪切强度,舷侧外板上的剪切应力,纵舱壁板上的剪切应力,3.2.5 船体梁剪切强度,许用静水切力,注意事项 8,从理论上讲,计算剪切强度时使用的剖面要素和计算弯曲强度使用的剖面要素是不一致的。*:通常
18、散货船(比如贵公司的30000吨散货船)货舱横舱壁处舷侧外板都要加厚,以抵抗较大的剪切应力。货舱中段的舷侧外板相对较薄。,3.2.6 船体梁屈曲强度,船长大于等于90m的船舶,受船体梁弯曲和剪切应力的板格及纵向构件,应作屈曲强度校核。,纵骨受压屈曲,板格受压/剪屈曲,屈曲强度计算流程,弹性屈曲压应力E,弹性屈曲剪应力E,弹性屈曲压应力E(无转动),弹性屈曲压应力E(扭转),弹性屈曲压应力E(腹板),临界屈曲压应力c,临界屈曲剪应力c,工作剪应力c,工作压应力c/,板格,纵骨,注意事项 9,横骨架式结构容易导致屈曲强度不满足要求。在计算许用静水弯矩和静水切力时,就应该用临界屈曲应力去约束屈服应力
19、。现在很多设计方用实际静水弯矩和静水切力去校核屈曲强度的做法是错误的。因为装载手册中的装载工况是典型工况,不是最恶劣工况。,3.2.7 装载手册和装载仪,结构规范是以船舶按装载手册的要求进行合理装载和操作为前提而编制的,因此为避免引起船体结构的损坏,应及时编制装载手册,以指导船舶正确装载。装载手册的编制格式可参照本社的装载手册编制指南 装载手册应包括以下内容:船舶设计所依据的装载工况,包括沿船长的许用静水弯矩和许用静水切力曲线;各种装载情况下的静水弯矩和静水切力的计算值,必要时还应考虑对扭转载荷和横向载荷的限制;结构(如舱口盖、甲板和双层底等)所允许的局部载荷。,注意事项 10,装载手册中的工
20、况应该是最典型的、对船长和大副有实际指导意义的。在审核完工装载手册时,要注意对审核初步装载手册时遗留项目的消除,比如:有关驾驶室视线和信号桅灯的许用纵倾值、有关冰区加强的最小和最大艏吃水、有关船首底部砰击所要求的最小艏吃水等。空船重量分布的合理性以及与倾斜试验结果的一致性。,3.3 局部强度,3.3.1 外板,外板由平板龙骨、船底板、舷侧外板、舷侧顶列板组成。见图示,3.3.1 外板尺寸要求,3.3.1 外板外板开口,舭列板在船中部0.5L 区域内,舭列板弯曲部分应尽量避免开口,必需开口时,应开成长轴沿船长方向布置的椭圆形开口。舷顶列板上的圆形孔,如果避开舷缘和舱口边线外的任何甲板开口,且此孔
21、的高度不超过舷顶列板高度的20或380mm(以较小者为准)时,则一般不必补偿。此项圆形孔应充分避开上层建筑端点。圆弧形舷缘上不允许开口。海水进口及其他开口角隅应有足够大的圆角。通海阀箱厚度应与邻近的外板厚度相同,船长等于及大于90m 时,应不小于12mm,但不必大于25mm。舷门等开口角隅应采用足够大的圆角,而且要避开上层建筑端点和货舱口边线外的甲板开口。在船中部0.5L 范围内,应完全补偿,补偿可用加厚板或复板,在船长方向应有足够长度。外板开口的上述规定,一般也适用于首、尾端部区域。,3.3.2 甲板尺寸要求,3.3.2 甲板强力甲板机舱和货舱开口,3.3.2 甲板强力甲板货舱口线外开口(船
22、中0.5L区域),1、开口强度补偿:不必补偿的条件为:开口长度2.5m和宽度1.2m与0.04B的较小者,且在一个横剖面上所有开口的宽度或阴影区宽度的总和bc 0.06(B1-b)。不符合上述条件者应予以补偿,通常采用加厚板。2、开口边缘加强:不必加强的条件为:长宽比不小于2,且长轴沿船长方向的椭圆形开口;试验证明应力集中系数对低碳钢小于2和对高强度钢小于1.5的其他形状的开口。不符合上述条件者应加强开口边缘,采用套环形式或其他等效方式。,3.3.2 甲板下甲板及其他区域开口,1、机舱和货舱开口:第2甲板舱口角隅处厚度应较甲板增加2.5mm,第3甲板及以下甲板(包括平台甲板)舱口角隅处一般不要
23、求加厚板。2、舱口线外的开口:同强力甲板,但开口总宽度bc超过该甲板用作中剖面模数计算宽度的15%时方需补偿。3、船中部0.5L 以外区域的甲板开口:一般同船中0.5L区域内。,3.3.3 船底结构单层底,1、适用范围:适用于横骨架式单层底的船舶。2、结构布置,龙骨在舱壁处中断时与舱壁的连接图,3.3.3 船底结构单层底,3、构件尺寸,3.3.3 船底结构双层底,1、一般要求船舶应尽可能从防撞舱壁到尾尖舱壁设双层底。双层底内的油舱与锅炉给水舱、食用水舱之间,应设有隔离空舱。内底板应尽可能地延伸到船的两侧以盖没船的舭部。双层底中断处船底纵向骨架应保持连续性,确保有三个肋距的逐渐过渡。所有肋板、旁
24、桁材上均应开人孔;除轻型肋板外,开孔的高度应不大于该处双层底高度的50%,否则应予加强。各肋板开孔位置在船长方向应尽量按直线排列,以便利人员出入。在肋板的端部和横舱壁处的1个肋距内的旁桁材上,不应开人孔和减轻孔,否则开孔边缘应予加强。且开孔要光滑。所有肋板、旁桁材、船底及内底纵骨上,均应有适当的流水孔和透气孔,并应考虑到泵的抽唧率,使自舱内各处到空气管和吸口的空气与水能自由流通。,3.3.3 船底结构双层底,2、中桁材布置:在船中部0.75L区域范围内,在船体中纵剖面处应设置连续的中桁材,并应尽量向首尾柱延伸。开孔:船中部0.75L区域内,中桁材上不应开人孔或减轻孔,在个别特殊情况下一定要开孔
25、时,应予以加强,并取得本社同意。船中部0.75L区域以外,中桁材(舱壁前后1个肋距内除外)上可以开孔,但开孔的高度应不大于该处中桁材高度的40%。尺寸:计算高度:h0=25B+42d+300 mm,且不小于650mm。厚 度:船中部0.4L区域内 t=0.0077 h0+4 mm;船端0.075L区域内,可比船中部0.4L区域内要求的厚度减少2mm;机舱内中桁材厚度应较船中部0.4L区域内中桁材增厚2.5mm。,3.3.3 船底结构双层底,3、箱形中桁材 中桁材可用箱形中桁材(管隧)代替。布置:侧板之间的距离应不大于2m。过渡:箱形中桁材和中桁材的衔接处,至少应有不小于3个肋距的相互交叉过渡区
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