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1、第五章船舶强度n n 第一节船舶强度基本概念n n 第二节船舶纵向强度校核及保证措施n n 第三节船舶局部强度校核及保证措施n教学目标及基本要求：弄清船舶强度有关概念, 熟知船舶在营运中不同条件下改善和保证强度的具体做法。n 重点：船舶强度的基本概念，保证船舶纵向强度和局部强度条件的措施。n 难点：特定装载状态下船舶各剖面静水切力和静水弯矩的计算与校核。n教学内容与学时保证满足船舶的纵向强度条件保证满足船舶的局部强度条件 船舶主要由船体、动力设备和航行设备组成，船体由板材和骨架构成。在船舶营运过程中，船体承受着船舶重力、浮力、波浪及其他外力的作用，船体各层甲板也承受着货物重力和各种惯性力的作用
2、。为了保证船舶安全运输，保证船体在各种力的作用下不致产生较大的变形和损坏，船舶结构必须具有足够的强度。第一节船舶强度基本概念船舶结构抵抗船体发生极限变形和损坏的能力称为船舶强度（Strength of Ships），船舶强度分为总强度（包括纵向强度，横向强度，扭转强度）和局部强度。从船舶配载角度来说，主要考虑纵向强度和局部强度问题。船舶强度是否满足要求，取决于船体结构尺度的正确选择和船上载荷分布的合理性。对于己投人营运的船舶，只能通过合理的载荷分布来改善船舶的受力情况。因此，正确地使用船舶，合理地分布载荷，保证船舶配载满足船舶的强度要求，对保证船舶安全运输和延长船舶的使用寿命都具有现实的意义。
3、一、纵向强度（Longitudinal Strength） 船体纵向强度是指船体结构所具有的抵御因重力和浮力沿纵向分布不一致而造成的极度变形或损坏的能力。当船舶正浮时，船舶的重力与浮力大小相等，方向相反，作用在同一条垂直线上，即重力与浮力是平衡的。但实际上船体纵向各段上的重力与浮力是不一定相平衡的，这是由于船舶的重力沿船长分布的情况与浮力沿船长分布的情况不一致所造成。船体上每一段的重量与浮力的差值就是实际作用在船体上的负荷，船体正是由于负荷的作用而产生了剪力(Shearing Force)和弯矩（Bending Moment)。n n由于弯矩作用使船舶产生两种变形：（1）中拱（Hogging)
4、：船体受正弯矩作用，中部上拱，这时船中部浮力大于重力，首、尾部浮力小于重力，船舶上甲板受拉伸，船底受挤压。（2）中垂(Sagging)：船体受负弯矩作用，中部下垂，这时船中部重力大于浮力，首、尾部重力小于浮力，船舶上甲板受挤压，船底受拉伸。n当船舶处在波浪中时，如波长接近于船长，对船体最为不利。特别是船中位于波峰或波谷时，且船舶各货舱中配载不均匀时，在波浪中航行的船舶中拱或中垂的将加剧，弯曲变形现象将更为严重，甚至危及船舶安全。在船舶配载工作中，应防止严重中拱或中垂的产生。n船舶在静水中，尽管装载比较均衡也可能产生中拱或中垂的变形，但其数值较小，为一般船舶强度所允许。若船舶由于装载不合理产生较
5、大的中拱变形或产生较大的中垂变形是不允许的。这对船体结构有影响，轻者会使某些结构部位受到过大应力而降低船舶使用寿命，重者会发生船体变形以致断裂的严重后果。二、横向强度（Transverse Strength）船体结构抵抗横向变形或破坏的能力称为船体横向强度。船体在外力的作用下，除了发生总纵弯曲外，还有船宽方向的变形，这是由于水对船壳的压力以及在甲板、船底的内底板上装货的结果。 一般船舶都具有坚固的横向框架来支持船壳板、甲板等，其横向强度是足够的，船舶很少因为横向强度不足而发生横向结构断裂的情况。但是，集装箱船由于舱口宽大，无中间甲板，上甲板边板又很狭窄，给横向强度、扭转强度也带来了问题，为此集
6、装箱船均设置强固的横向框架结构来保证横向强度。三、扭转强度（Torsion Strength）船体结构抵抗扭转变形或破坏的能力称为船体扭转强度（TorsionStrength）。对于普通船体，一般都具有充分的抵御扭转变形或破坏的能力，故对其可不予考虑。但对甲板大开口的船如集装箱船、固体散货船），则应在配载时予以足够的重视如果在装货时，由于某舱配载不好，使船向一侧横倾，若简单地在其他货舱内向另一侧增加重量，企图以此来校正船舶横倾，这样便会使船舶产生扭转变形所以，在装货时要注意保持沿船长方向在中纵剖面左、右的重量的对称性。产生船舶扭转变形的主要原因有以下三个方面：（1）由波浪引起的；（2）由于船舶
7、横摇所引起的；（3）船舶装卸货物时引起的。作用于船体的扭转力矩中，波浪引起的扭转力矩最大，最大扭转力矩一般发生在船中附近。四、局部强度（Local Strength）船体各部分结构抵抗局部变形或破坏的能力称为船体局部强度（Local Strength）。局部强度是研究船体在载荷重力作用下，局部构件抵抗弯曲和剪切的能力。局部强度虽然是局部性的，但是有时局部的破坏也会导致全船的破坏，如因大舱口角隅处的裂缝而导致整个体断裂的事故也有发生。因此，船舶驾驶员在配积载时应认真校核船舶的局部强度，计算上甲板、中间甲板、底舱的局部强度是否符合要求，防止甲板或内底板变形或坍塌等。第二节船舶纵向强度校核及保证措施
8、 一、船舶配积载时纵向强度保证措施为了保证船体纵向强度，我们应特别注意货物重量沿船首尾方向的正确配置。因为当货物的纵向配置变化时，虽然排水量保持不变，弯矩仍一可能有很大的变化。为了减少弯矩，在船舶配载和装卸货物时应注意下列各点：（1）满足纵向强度条件的经验方法： (2)应防止装卸货过程中货物重量沿船舶纵向分布不合理。对杂货船而言，应均衡各舱的装卸速度，防止在装卸中出现某货舱中货物重量与其他货舱中的货物重量相差过分悬殊。(3)应防止在中途港装卸货物以后，货物重量沿船舶纵向分布不合理。中途港货物批量较大时，应按舱容比配置；批量较小时，可选舱配置。切忌将所有中途港货物集中在一个货舱内。(4)应综合考
9、虑油、水载荷的分布及船舶总体布置对船体总纵受力及变形的影响，据此最终确定货物重量沿纵向的分布。二、船体纵向强度条件的校核方法1.用强度曲线图校核强度曲线图是由船中静水弯矩校核法而演变的，其方法较简单，可供驾驶员在配载及装卸货物时对船体纵向强度进行校核。1)强度曲线图的组成图中有五条线段，分别表示船体不同受力情况。(1)中间的一条曲线（点划线）表示船体所受的静水弯矩为零，是船体受力的最理想状态，即船舶无拱、垂变形。(2)在中间左右两边的两条曲线（虚线）是船体所受的静水弯矩等于空船状态时的静水弯矩的。中拱及中垂边界线。(3)点划线与虚线之间部位表示船舶在该装载状态时强度满足要求，应力处于有利的中拱
10、及中垂范围。(4)最外面的两条曲线（实线）表示船舶根据规范规定所能承受最大的静水弯矩的中拱及中垂的边界线。(5)虚线与实线之间部位表示船舶在该装载状态时，强度尚能满足要求，应力处于允许的范围。 (6)超出实线以外的部位表示船体所受应力超过规范的规定，应力处于危险的状况，应调整船舶的装载。 2）强度曲线图的使用强度曲线图使用步骤如下：（1）根据船舶在该装载状态下的dm在横坐标上确定一点，过该点作横坐标的垂直线。（2）根据船舶所装载的货物、油水、物料、供应品、船舶常数等（不包括空船重量）求出各类载荷对船中的力矩的绝对值之和，据此在纵坐标上确定一点，过该点作垂直于纵坐标的水平线。（3）上述垂直线与水
11、平线相交于一点。根据该点在强度曲线图中的位置，判断船体呈中拱还是中垂变形，其变形范围在有利、允许还是不允许范围内。 2.根据首、中、尾吃水位判断船舶纵向变形 船舶驾驶员可以利用首、尾平均吃水与船中两面平均吃水相比较的方法来估算船舶中拱或中垂的程度中部平均吃水大于首尾平均吃水时说明船舶处于中垂状态；而中部平均吃水小于首尾平均吃水时则处于中拱状态。 3.船体应力监测系统简介 目前，国外正在试验一种船体应力监测系统，用以测量船舶在恶劣海况和触礁时的实际应力和船壳运动，从而使船舶具有对船体强度的监测能力。三、船舶总体布置对总纵弯曲变形的影响在采取措施改善载荷的纵向分布以减小船体拱垂变形时，除了可以用上
12、述经验方法外，还可以根据船舶的总体布置形式分析其对船体拱垂变形的响进一步采取措施改善货物和油水等载荷重量的纵向分布，从而将拱垂变形降低到最小程度。四、吃水差调整时对纵强度影响当调整吃水差时，特别在决定移货或配置压载水的部位时，要综合考虑吃水差及强度两方面的要求，为此，当调整载荷纵向分布位置时，应按下表所列的原则进行。第三节船舶局部强度校核及保证措施船体所承受的重力和浮力除了能使各个横剖面上出现切力和弯矩从而使船体产生总纵弯曲变形和剪切变形外，还将在局部范围内对船体的结构（如甲板、平台、船底、舷侧等）产生力使这些结构产生局部变形。局部变形超过一定限度，同样会造成结构损坏。营运中的船舶，则必须使船
13、体所受的局部外力处于局部强度的允许范围之内，即保证船舶的局部强度条件得到满足。一、船舶局部强度校核 船舶装货时，为了保证船舶的局部强度，驾驶人员首先要确定各层甲板的允许负荷量。1用船舶资料确定甲板的允许负荷量船舶在设计时，已进行局部强度校核，记载在“局部强度计算书”中。在使用时，上甲板、中间甲板、内底板等结构上承受的负荷不能超过设计时的计算负荷，也称允许负荷量。有的船舶的允许负荷量可以从舱容图上查找。表4-6为某船货舱甲板、舱盖及底舱承载负荷参考，在装货时应注意不得超过该负荷，以防止甲板或内底板变形或坍塌。2允许负荷量的表示方法允许负荷量有多种表示方法，具体有： 1)均布载荷 均布载荷是作用在
14、载荷部位上货物重力均匀分布在某一较大面积上，如固体散货或液体散货均匀装于舱室内，使舱底或甲板所受压力相同。2）集中负荷集中负荷是指货物重力集中作用在一个较小的特定而积上，如重大件货的底脚、支架等。特定面积是指向该区域下的承重构件（如甲板纵析）施加集中压力的骨材（如甲板纵骨和横梁）之间的面积。 3)车辆载荷车辆载荷是指载车部位上的车辆及其所载货物的重量集中作用在特定数目的车轮上，如铲车及其所铲起的货物、拖车及其上面的集装箱等。 4)集装箱载荷集装箱载荷是指作用在箱底四座脚处的集装箱重量。对于集装箱船，通常将20ft或40ft集装箱底座上允许承受的最大箱重称为集装箱船舶许用负荷量3.用经验公式确定甲板允许负荷量
