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1、项目四 钢质船舶规范法结构设计,第一节 了解规范的适用范围 第二节 船体外板及内底板设计 第三节 甲板板设计 第四节 组合型材的剖面设计 第五节 船底结构设计 第六节 舷侧结构设计 第七节 甲板结构设计 第八节 舱壁结构设计 第九节 总纵强度, 4.5 船底结构设计,要求： 熟悉规范关于船体甲板板的规定 掌握确定船体甲板板厚度的方法,船底结构是船体结构中最为复杂、最为重要的部分 船底结构的设计包括的船底结构的选型、构件布置、构件尺寸的确定 还要考虑节点及开孔等局部结构补强等一些设计细节。,一、船底结构主要作用有,船底结构中的纵向构件参加船体的总纵弯曲。 作为船底板及内底板的支框，保证其局部强度
2、与稳定性。 船底的横向构件与肋骨、横梁组成横向框架，保证船底的横强度。通过支柱、桁架等与甲板结构形成立体结构，实现内力的相互传递。,双底结构可提高船舶的抗沉性，并可增加底部的刚性与抗弯能力。同时，双底空间尚可做燃油舱、淡水舱以及压载舱使用。 与船底板共同组成船体底部基础，以供装载及安装机器设备等。,二、船底结构的受力,船底结构的受力是比较复杂的，主要有： 1.总纵弯曲应力：底部纵向连续构件，如内龙骨、纵桁材等，组成船体梁下翼板的一部分，承受船体总纵弯曲的正应力。2.经常性横荷重：船底水压力及货物之反压力，为船底结构设计的主要外力依据。3.动力荷载：机舱区域的船底结构还承受机器的振动载荷，货舱区
3、域的船底结构承受货物及装卸机具的动力冲击等。 4.偶然性荷载：如搁浅、擦底时的碰撞力、上排、进坞时的坞墩反力等。,三、船底结构型式的选择,1.单底、双底的选择 船舶设计双层底结构，可以提高船舶抗沉性能，是确保航行安全的有力措施之一。但内河船多数靠岸行驶，海事施救方便，抗沉性要求相应低些，所以长江中下游的中、小型船舶，考虑舱深有限，一般均不要求设置双底，仅长江大型客货轮才有设置双底的必要。 在川江三峡航段，滩多流急，航道险竣，抗沉性要求高，所以内规要求船长大于40m，航行 J 级航段的自航船应设置双层底，并尽可能由防撞舱壁延伸至尾尖舱璧，可以作成阶梯形式，一般中部以外的双底可以作成阶梯形式。若设
4、置双底有困难时，可在肶部设置防撞边舱，或使机舱外的舱室满足破舱后一舱不沉的要求。尾机型船因机舱区型线狭窄，其机舱区允许部分设置双底，部分设置防撞边舱。,对于纵通大舱口船，如矿砂驳、分节驳等，因货物比重大，且多为机械化装卸，双底可以提高局部强度，增强船体横向强度，所以一般均设置双底，呈双壳型式。 双底便于布置油、水舱与压载舱，所以除规定情况外，可视具体情况灵活掌握，如某些拖轮因纵倾调整之需，多有设置局部双底的情况,2.船底骨架型式的选择,按骨架式分类，船底结构有横骨架式及纵骨架式两种。选取哪种骨架式，需按具体情况 总的来说，纵骨架式因有较多的纵向构件计入总纵弯曲，故对总纵强度有利。所以，当所设计
5、船总纵强度矛盾突出时，如船长L7080 mm的内河油轮、尾机货轮及油驳等，其船底一般可采用纵骨架式。船长l00m以上的长江大型客货轮，因中拱严重，采用双底纵骨架式有利。 但船长70 m以下的长江客货轮以及船长在50m以下的所有长江船，因总纵强度不是主要问题，船底结构多采用横骨架式。 纵骨架式还可以大大提高船底板格的稳定性。所以，对于中拱严重的内河船，如长江客货轮、尾机货轮及油轮，当从总纵强度考虑选用纵骨架式船底时，由于同时提高了板格的稳定性，因此也提高了船底板参加总纵弯曲的有效性。 但内河船的板厚一般是由其它因素决定，与海船不同，板格稳定性一般不作要求。,横骨架式,出于横向强度的考虑，对于横向
6、强度有较高要求的船舶，如装运矿砂的双壳驳，宽深比B/D5的内河船舶，以及双机型船舶，其船底结构宜用横骨架式，尤其当横舱壁间距很大时，横骨架式更为优越。,选择骨架型式还要考虑局部强度。例如单层船底结构，它由肋板、内龙骨构成船底板架，是一种交叉梁系，当舱长较短时（舱长比l1/l0.9），内龙骨对肋板的支持最好，此时采用横骨架式可以减轻船底板架结构重量。当舱长较长时（舱长比l1/l1.71.9），内龙骨不再支持肋板，此时可采用纵骨架式，以实肋板支持船底纵骨，将会减轻板架结构重量。 选择骨架型式还要考虑施工工艺。双层底因高度有限，将带来工艺上的许多困难，尤其纵骨架式双底，当纵骨尺寸较大时，将会造成施工
7、和使用中的通行障碍，应极力避免。一般而论，纵骨架式船底，因布置构件较多，节点较为复杂，施工比横骨架式困难的多。所以，从工艺性考虑，除非特别需要，一般应尽可能不采用纵骨架式。,综上所述，船底结构可以分为单底横骨架式、单底纵骨架式、双底横骨架式和双底纵骨架式四种型式，设计时可以参考下表。内规按单底结构和双底结构，分别在不同章节给出了设计规定。,表5-8 船底结构型式,四、单底结构的骨架设计,单层底的船底骨架可为横骨架式或纵骨架式。船长小于或等于30m的船舶，宜采用横骨架式。 （一）单底结构的主要构件和布置 1. 实肋板 横骨架式单底结构中，实肋板是单底骨架的主要构件，应每档肋位设置.，船长小于或等
8、于30m时，可隔一个肋位设置。 纵骨架式单底也设置实肋板，其间距应不大于2.5m。,2内龙骨,内龙骨包括中内龙骨与旁内龙骨，船底应设置旁内龙骨。小船的底部一般设置1一3道内龙骨，大船设置35道。 中内龙骨、旁内龙骨尽可能均匀设置，其间距应不大于2.5 m，对于船长不大于30m的小船，应不大于2m，至船首、尾部间距应逐渐缩小。 中内龙骨除了参与总纵弯曲与板架的局部弯曲外，还起着联系肋板及承受坞墩反力的作用，要求它尽可能地贯通全船，并与首、尾柱有效地连接（往首、尾部可为间断板）。 平底船允许以2根旁内龙骨（左右各1根）代替中内龙骨。 单机船的主机基座纵桁如在机舱内贯通，机舱内的中内龙骨可以省略，此
9、时，与机舱毗邻的后舱允许以延伸机座纵桁的2根旁内龙骨代替中内龙骨。,旁内龙骨,旁内龙骨起着联系肋板的作用，它在肋板之间可以间断设置。 布置旁内龙骨通常从机舱开始，根据主机座纵桁位置而定，如双主机船，旁内龙骨应是机座纵桁的延续。 旁内龙骨应尽可能与甲板纵桁布置在同一纵剖面内，以便布置支柱并通过舱壁上的垂直扶强材组成纵向框架，使外力能很好地互相传递。,中内龙骨与旁内龙骨及基座纵桁不应在舱壁处突然中断，应各自在中内龙骨与旁内龙骨过渡处不能突然中断，应各自向舱壁的另一面延伸，形成交叉过渡性结构，相互交错不小于3个肋距；或加过渡性肘板，肘板长度不小于2个肋距。如图5-10所示。,图5-10 中内龙骨、旁
10、内龙骨、基座纵桁在舱壁处的过渡,3. 底肋骨 横骨架式船底未设实肋板的肋位上应设置底肋骨。 4. 船底纵骨 纵骨架式单底结构设置有船底纵骨,（二）构件尺寸的设计,1. 实肋板 实肋板剖面模数W应不小于按下式计算所得之值，其腹板高度应不大于其厚度的75倍（首、尾部可适当增大）。 W=Ks（fdr）l2 cm3 式中：s实肋板间距，m； f系数，按表5-9选取； d吃水，m； r半波高，m，按航区确定； l实肋板跨距，m，取实肋板与舷侧外板交点之间的距离。,K内龙骨修正系数，表示考虑了内龙骨作用后，实肋板最大弯矩可以减小的倍数，按下式计算： K=a（l1/l1.1）b 其中：a、b系数，按表5-1
11、0选取； L1/l舱长比，ll为舱底平面长度（取两横舱壁的间距）m；取值范围按表5-11选取。,如设有纵舱壁或双向纵桁架时，应按甲板货船对实肋板剖面模数的要求进行计算。 另外，斜底船中部实肋板向舷侧延伸的腹板高度可逐渐减小，但在离中纵剖面3/8Bi（该处船宽）处的腹板高度，应不小于中纵剖面处腹板高度的1/2，如图5-11所示。,图5-11 实肋板尺寸,2. 内龙骨,内龙骨尺寸可由实肋板尺寸而定。 内规规定，中内龙骨腹板的高度和厚度与该处实肋板相同，面板剖面积应不小于实肋板面板剖面积的1.5倍。旁内龙骨可用间断板，尺寸与该处实肋板相同。,3. 底肋骨,横骨架式船底未设实肋板的肋位上应设置底肋骨，
12、其剖面模数和剖面惯性矩都应满足相应要求。 底肋骨的剖面模数W应不小于按下式计算所得之值： W =4. 2s（d+r）l2+5 cm3,4. 船底纵骨,船底纵骨的剖面模数W应不小于按下式计算所得之值： W=Ks（d+r）l2 cm3 式中：K系数，在船中部K=0.015L+5.6，其中L为船长，船中部以外可逐步递减至0.8 K； 2.纵骨剖面惯性矩I应不小于按下式计算所得之值： I=1 .1al2 cm4,船底纵骨应用肘板与横舱壁连接，肘板的直角边长应为纵骨高度的2倍，厚度与纵骨相同。 对于肘板，当肘板任一直角边长与肘板厚度的比值大于 30时，肘板的自由边应折边或设面板，折边（或面板）的宽度一般
13、为肘板厚度的 10 倍。,（三）节点与开孔,1.单底肶部节点 实肋板与肋骨一般采用肶肘板连接或直接搭接方式。常用的典型连接形式如图5-12所示,2.横舱壁节点,内龙骨在舱壁处中断时，与舱壁的连接形式通常有以下3种，如图5-13： 用有面板或折边的肘板与舱壁连接，肘板的尺寸如图5-13 （a）所示. 将内龙骨面板的宽度在一个肋距内逐渐放宽与舱壁连接，其尺寸如图5-13（b）所示。 将内龙骨的腹板在一个肋距内逐渐升高与舱壁连接，其结构与尺寸如图5-13（c） 所示,3.开孔,中内龙骨的腹板上禁止开孔，但可以开流水孔。 实肋板与旁内龙骨腹板的下方应开设流水孔，流水孔的大小应考虑到泵的抽吸率，使船底部
14、的各个流水孔至吸口均能自由流通。,当因管路通过等情况，需要在实肋板及旁内龙骨腹板腹板上开孔时，应予以补强，比如采用开孔边缘加焊扁钢等加强措施。开孔一般为园形或长园形，一般开孔高度与宽度应不超过腹板的相应尺寸之半，否则开孔尺寸过大，易使发生腹板失稳、皱折。如图5-14所示 直接位于支柱下方的实肋板和旁内龙骨也不允许开孔，以防腹板剪切失稳。,五. 双层底结构,船长大于40m，航行J级航段的自航船应设置双层底，双层底沿船长方向可采用阶梯形式；若设置双层底确有困难，可在舭部设置防撞边舱。双层底或防撞边舱应自首防撞舱壁尽可能延伸至艉尖舱壁。 除机舱外的舱室，若确有困难既不能设置满足双层底又不能设置防撞边
15、舱时，则应满足内河船舶法定检验技术规则中关于破损稳性的相关要求。 双层底结构包括横骨架式和纵骨架式两种骨架型式。,横骨架式双底结构,横骨架式双底结构通常有两种设计方式， 一为每档肋距设实肋板，这种形式弧度好，施工方便，但重量较大； 一为实肋板与组合肋板交替设置，在货舱内实肋板间距一般不大于4档肋距，在机舱内不大于2档肋距，其余肋位设置组合肋板，这种形式重量轻，但强度差些，施工亦比较麻烦。,纵骨架式双层底结构,一般形式如图5-15所示。,(一)构件布置及尺寸：,双底高度： 双层底无论何种骨架形式，其在中纵剖面处的高度h应不小于下式计算之值，且不小于700mm，也不大于1500mm。 h=27 +
16、47B1 mm式中：B1双层底计算跨度，m。单舷侧船取舷侧至舷侧之间的距离，双舷侧船取内舷板至内舷板之间的距离。,2.内底板：,双层底的内底板应延伸至船的两侧，内底边板可以是水平的，也可以是倾斜的，如图5-16所示。 常年航行于J级航段的船舶，内底边板应盖没船的舭部，如图5-16 （1）、（2）、（5）所示。,图5-16 内底边板的设计,如果采用水平内底板，则应设置污水阱，一般设于船舱后端壁船体中心线附近。 污水阱的尺寸主要取决于可能积水的容积，污水井深度（井底板至船底板的距离）应不小于300mm，通常沿船长方向为一档肋距左右，沿船宽方向小于1m。污水井围壁板及底板厚度应按内底板厚度加厚2mm。,纵骨架式内底板，在肶部无实肋板的肋位上，应设置与实肋板同厚的肘板，并延伸至邻近的内、外底纵骨，如图5-17所示。布置内底板时，还应注意板缝的位置与纵骨位置应错开。,图5-17 纵骨架式内底板设置的肶肘板,3. 实肋板：,
