3.第三章.ppt

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1、第第3章章 船体结构局部船体结构局部强度计算强度计算1 1 局部强度计局部强度计 算的力学模型算的力学模型 船体在外力作用下除发生总纵弯曲变形外，各船体在外力作用下除发生总纵弯曲变形外，各局部结构，如船底、甲板、船侧和舱壁板架以及横局部结构，如船底、甲板、船侧和舱壁板架以及横向肋骨框架也会因局部载荷作用而发生变形、失稳向肋骨框架也会因局部载荷作用而发生变形、失稳或破坏。研究它们的强度问题你入局部强度。局部或破坏。研究它们的强度问题你入局部强度。局部强度的内容很多，除上述板梁和框架外，各种骨材强度的内容很多，除上述板梁和框架外，各种骨材以及壳板的强度计算也是局部强度讨论的对象。以及壳板的强度计算

2、也是局部强度讨论的对象。在进行局部强度计算时，首先，应根据结构受力在进行局部强度计算时，首先，应根据结构受力与变形特点，把实际复杂的结构抽象为可以用力学与变形特点，把实际复杂的结构抽象为可以用力学方法计算的简化模型方法计算的简化模型(称为力学模型或计算模型称为力学模型或计算模型)；然后，对共力学模型进行内力和应力分析并进行强然后，对共力学模型进行内力和应力分析并进行强度校核。力学模型的建立是与计算方法相联系的，度校核。力学模型的建立是与计算方法相联系的，用船舶结构力学方法进行局部强度计算时，只能将用船舶结构力学方法进行局部强度计算时，只能将船体各部分结构简化为板架、刚架、连续梁和板等船体各部分

3、结构简化为板架、刚架、连续梁和板等结构进行计算，而且载荷也只能取比较简单情况。结构进行计算，而且载荷也只能取比较简单情况。1.1.建立计算力学模型的原则建立计算力学模型的原则 船体结构的强度计算船体结构的强度计算,首先应根据结构的实际受首先应根据结构的实际受力力情情况况,将将具具体体结结构构抽抽象象化化为为计计算算简简图图力力学学模模型型,然后对计算简图采用力学分析力法进行结构分析。然后对计算简图采用力学分析力法进行结构分析。所谓结构的计算简图，就是将实际结构经过简所谓结构的计算简图，就是将实际结构经过简化的计算模型。由于实际结构的繁杂性，完全按结化的计算模型。由于实际结构的繁杂性，完全按结构

4、的实际情况进行力学分析是不可能的，也是不必构的实际情况进行力学分析是不可能的，也是不必要的。因此，对实际结构进行力学计算之前，必须要的。因此，对实际结构进行力学计算之前，必须对结构进行简化，略去不重要的细节，表现其基本对结构进行简化，略去不重要的细节，表现其基本特点，用一个简化的图形代替实际结构。但其力学特点，用一个简化的图形代替实际结构。但其力学模型必须：模型必须：(1)反映实际结构的工作性能；反映实际结构的工作性能；(2)便于便于计计算。算。如何对各种联系进行合理的简化，是确定结构如何对各种联系进行合理的简化，是确定结构计算简图的一个重型问题。要对各种联系进行简化计算简图的一个重型问题。要

5、对各种联系进行简化,就要分析联系的性质，找出决定联系性质的主要因就要分析联系的性质，找出决定联系性质的主要因素。素。决定联系性质的主要因素是结构各部分刚度的决定联系性质的主要因素是结构各部分刚度的比值，即结构各部分的相对刚度比值，即结构各部分的相对刚度。影响计算简图的主要因素为：影响计算简图的主要因素为：(1)(1)结构的重要性结构的重要性 对重要结构应采用比较精确对重要结构应采用比较精确的计算简图。的计算简图。(2)(2)设计阶段设计阶段 初步设计阶段，可用较粗糙的初步设计阶段，可用较粗糙的计计算简图，在技术设计阶段再使用比较精确的简图。算简图，在技术设计阶段再使用比较精确的简图。(3)3)

6、计算问题的性质计算问题的性质 通常对结构进行静力计算通常对结构进行静力计算,可用较复杂的计算简图，对结构进行动力计算和稳可用较复杂的计算简图，对结构进行动力计算和稳定件计算时定件计算时,由于问题比较复杂由于问题比较复杂,要使用比较简单的要使用比较简单的计算简图。计算简图。(4)(4)计算工具计算工具 使用的计算工具愈先进，计算简使用的计算工具愈先进，计算简图图则可以更精确些，电子计算机的使用使许多复杂的则可以更精确些，电子计算机的使用使许多复杂的计算图形可采用。计算图形可采用。此外，必须此外，必须注意注意，从实际结构得出合理的计算简从实际结构得出合理的计算简图是一方面；另一方面，在选定计算简图

7、之后，还图是一方面；另一方面，在选定计算简图之后，还应采用适当的结构措施，使所设计出的结构体现计应采用适当的结构措施，使所设计出的结构体现计算简图的要求。算简图的要求。2.2.构件几何尺寸的简化构件几何尺寸的简化 在进行局部强度计算时，不可能也没有必要对在进行局部强度计算时，不可能也没有必要对实际结构的各种因素加以考虑。在确定几何要素实际结构的各种因素加以考虑。在确定几何要素(如如跨距、宽度、带板尺寸、剖面模数等跨距、宽度、带板尺寸、剖面模数等)时，将结构时，将结构作作一些一些“理想化理想化”处理处理。计算板架时，其长度、宽度取相应的支持构件间距离计算板架时，其长度、宽度取相应的支持构件间距离

8、,如如船底板架和甲板板架的长度取横舱壁之间的距离，宽度取组船底板架和甲板板架的长度取横舱壁之间的距离，宽度取组成肋骨框架梁中和轴的跨距成肋骨框架梁中和轴的跨距,或取为船宽。或取为船宽。对于如图所示的肋骨刚架，其长度、宽度取组成肋骨框架对于如图所示的肋骨刚架，其长度、宽度取组成肋骨框架梁的中和轴线交点间距离梁的中和轴线交点间距离,用中和轴线代替实际构件用中和轴线代替实际构件,不计梁不计梁拱及舭部的弯曲。肘板和开孔拱及舭部的弯曲。肘板和开孔(人孔、减轻孔等人孔、减轻孔等)而引起的构而引起的构件剖面变化也不予考虑，即在内力件剖面变化也不予考虑，即在内力(弯矩、切力弯矩、切力)计算时把每计算时把每一构

9、件作为等直梁处理。一构件作为等直梁处理。maxMM,max实际不是最大不是最大 注意：注意：在确定骨架剖面的应力时，需考虑肘板的在确定骨架剖面的应力时，需考虑肘板的影响，即在计算梁的剖面模数时计入肘板。例上图影响，即在计算梁的剖面模数时计入肘板。例上图所示的肋骨刚架底部弯矩值最大，若计算应力时不所示的肋骨刚架底部弯矩值最大，若计算应力时不考虑舭肘板，则最大应力甚至会超过许用应力，如考虑舭肘板，则最大应力甚至会超过许用应力，如果计入舭肘板，则其应力很小，实际上最大应力出果计入舭肘板，则其应力很小，实际上最大应力出现在肋骨跨距中部。现在肋骨跨距中部。另另外外，对对于于具具有有大大肘肘板板的的船船舶

10、舶结结构构(如如油油船船、矿砂船等矿砂船等)，在计算内力时也应考虑肘板影响，在计算内力时也应考虑肘板影响,否则否则在某些载荷下所得结果可能偏于危险方面。构件剖在某些载荷下所得结果可能偏于危险方面。构件剖面要素计算时应包括带板面要素计算时应包括带板(附连冀板附连冀板),关于带板问关于带板问题题将在下节中讨论。将在下节中讨论。3.3.骨架的支座简化骨架的支座简化 将局部构件或结构从整体结构中分离出来进行局将局部构件或结构从整体结构中分离出来进行局部部强强度度计计算算，需需考考虑虑相相邻邻构构件件对对计计算算结结构构的的影影响响，即支座。在船体结构计算中，通常有三种支座情况：即支座。在船体结构计算中

11、，通常有三种支座情况：(1)自自由由支支持持在在刚刚性性支支座座上上；(2)刚刚性性固固定定；(3)弹弹性性支座和弹性固定。支座和弹性固定。如船底纵骨：如船底纵骨：因实肋板刚性远大于纵骨，因实肋板刚性远大于纵骨，且变形以肋板为支点左右且变形以肋板为支点左右对称，因此计算船底纵骨对称，因此计算船底纵骨强度时可按两端刚性固定强度时可按两端刚性固定的单跨梁来进行。的单跨梁来进行。纵骨纵骨肋板肋板l 而甲板纵骨，在船舶中垂弯曲时受轴向压力作用。纵骨而甲板纵骨，在船舶中垂弯曲时受轴向压力作用。纵骨稳定性计算时，根据其变形特点可作为两端自由支持的单跨稳定性计算时，根据其变形特点可作为两端自由支持的单跨梁来

12、计算。梁来计算。肋骨框架由于肋板刚度远大于肋骨，故肋骨下端可作刚性肋骨框架由于肋板刚度远大于肋骨，故肋骨下端可作刚性固定；当甲板上无荷重，又可进一步按船舶结构力学方法，固定；当甲板上无荷重，又可进一步按船舶结构力学方法，可算出其弹性固定端的转角和柔性系数而简化为弹性固定的可算出其弹性固定端的转角和柔性系数而简化为弹性固定的单跨梁。单跨梁。板架的交叉构件板架的交叉构件(龙骨、纵桁龙骨、纵桁)在横舱壁处的固定条件取在横舱壁处的固定条件取决于相邻板架的刚度、跨度和载荷之比。精确计算相邻板架决于相邻板架的刚度、跨度和载荷之比。精确计算相邻板架的相互影响，必须对它们进行连续板架计算；但实用上，通的相互影

13、响，必须对它们进行连续板架计算；但实用上，通常引入横舱壁的支座固定系数常引入横舱壁的支座固定系数考虑相邻板架的影响。在多考虑相邻板架的影响。在多数情况下，交叉构件在横舱壁处可以认为是刚性固定的。船数情况下，交叉构件在横舱壁处可以认为是刚性固定的。船底板架在舷侧处的固定情况可通过肋骨刚架计算确定，通常底板架在舷侧处的固定情况可通过肋骨刚架计算确定，通常计算中可近似认为自由支持在舷侧，因为肋骨的刚度比肋板计算中可近似认为自由支持在舷侧，因为肋骨的刚度比肋板小得多。小得多。总之，正确分析结构变形特点才能作到力学上总之，正确分析结构变形特点才能作到力学上等价，这是模型化的关键。同时还应注意结构对称等价

14、，这是模型化的关键。同时还应注意结构对称化的应用。化的应用。3.3.载荷模型化载荷模型化 载荷模型化的目的是，选择船舶在营运中可能遇载荷模型化的目的是，选择船舶在营运中可能遇到的较危险的和经常性的荷重情况，并能用有限参到的较危险的和经常性的荷重情况，并能用有限参数来描述实际载荷。具体应考虑如下问题：数来描述实际载荷。具体应考虑如下问题：(1)作用于结构上的载荷工况；作用于结构上的载荷工况；(2)计算载荷的性质计算载荷的性质(不变荷重、静变荷重、动变不变荷重、静变荷重、动变荷重和冲击荷重荷重和冲击荷重)与载荷类型与载荷类型(经常性荷重、偶然经常性荷重、偶然性荷重性荷重)；(3)载荷大小，并决定施

15、加在哪些构件上；载荷大小，并决定施加在哪些构件上；(4)载荷的组合与搭配。载荷的组合与搭配。船体结构是在线弹性范围内进行强度校核，因此船体结构是在线弹性范围内进行强度校核，因此在复杂载荷作用时可以应用迭加原理计算。在复杂载荷作用时可以应用迭加原理计算。局部强度计算载荷主要有货物重量和水压力，一局部强度计算载荷主要有货物重量和水压力，一般不计结构自重影响。般不计结构自重影响。货物重量通常用水头高度货物重量通常用水头高度h表示，即表示，即h=H/1.35(m),H为为货舱载货高度货舱载货高度(m)。对于水压力，对于水压力，一般以船舶静置于波浪上的静水压一般以船舶静置于波浪上的静水压力作为计算载荷，

16、因此水头高度为：力作为计算载荷，因此水头高度为：d为载重吃水为载重吃水(m)，hB为半波高。为半波高。2 2 船体骨架船体骨架的带板的带板 船体结构中的骨架都是焊接在钢板上的，当骨船体结构中的骨架都是焊接在钢板上的，当骨架受力发生变形时，与它连接的板也一起参加骨架架受力发生变形时，与它连接的板也一起参加骨架抵抗变形。因此，为估算骨架的承载能力，也应当抵抗变形。因此，为估算骨架的承载能力，也应当把一定宽度的板作为它的组成部分来计算骨架梁的把一定宽度的板作为它的组成部分来计算骨架梁的剖面积、惯性矩和剖面模数等几何要素，这部分板剖面积、惯性矩和剖面模数等几何要素，这部分板称为带板或附连翼板。称为带板

17、或附连翼板。因骨架的受力情况不同，带板宽度有两种不同因骨架的受力情况不同，带板宽度有两种不同的定义和数值，即的定义和数值，即(1)压杆的压杆的(稳定性稳定性)带板宽度，带板宽度，We；(2)梁的梁的(弯曲弯曲)带板宽度，带板宽度，be。1)受压骨架带板宽度受压骨架带板宽度 由船舶结构力学知，长为由船舶结构力学知，长为b宽为宽为a，筒形弯曲刚度为，筒形弯曲刚度为D的的矩矩形形板板格格的的临临界界压压力力为为Fcr=k2D/b2。若若令令有有效效宽宽度度内内的的压压应应力力达达到到板板格格的的临临界界应应力力 。和和板板的的屈屈服极限服极限 ，则，则于是可得带板宽度为：于是可得带板宽度为：abWe

18、/22)骨架弯曲带板宽度骨架弯曲带板宽度 骨架弯曲时与腹板连接的面板也跟着伸长或缩短骨架弯曲时与腹板连接的面板也跟着伸长或缩短,板变形的主要原因是腹板边缘给它的剪切，其次才板变形的主要原因是腹板边缘给它的剪切，其次才是弯曲影响。在腹板上面的面板部分弯曲应力最大是弯曲影响。在腹板上面的面板部分弯曲应力最大,沿沿面面板板宽宽度度离离开开腹腹板板逐逐渐渐减减小小，这这种种现现象象称称为为“剪剪切切滞滞后后”效效应应。带带板板宽宽度度 就就是是将将面面板板宽宽度度b中中的的弯弯曲曲应应力力化化成成腹腹板板上上面面的的面面板板中中的的应应力力时时所所需需要要的的面面板宽度。计算板宽度。计算 时所用的应力

19、时所用的应力 是骨架弯曲时其带是骨架弯曲时其带板板x方向方向(骨架方向骨架方向)的正应力。将的正应力。将 沿沿y方向方向(横向横向)从从零积分到零积分到b/2就得到轴向力就得到轴向力x的一半。因此，弯曲带的一半。因此，弯曲带板宽度定义为：板宽度定义为：由于弯曲带板定义式计算十分复杂，我国由于弯曲带板定义式计算十分复杂，我国海船海船规范规范规定，安装在平板上的主要构件带板的有效规定，安装在平板上的主要构件带板的有效面积为：面积为：，但不大于，但不大于1；b主要构件支承面积主要构件支承面积平均宽度，平均宽度，m；l 主要构件长度，主要构件长度，m；带板的带板的平均厚度，平均厚度，mm。中国船舶检验

20、局颁布的中国船舶检验局颁布的内河钢船建造规范内河钢船建造规范(1991)规定：强骨材带板宽度取其跨度的规定：强骨材带板宽度取其跨度的1/6，即，即bel/6，但不大于负荷平均宽度亦不小于普通骨材，但不大于负荷平均宽度亦不小于普通骨材间距。间距。3 3 典型船体结典型船体结构的局部强度计算构的局部强度计算1.1.船底结构的强度计算船底结构的强度计算 船底是船体梁的下翼板，受到很大的总纵弯曲船底是船体梁的下翼板，受到很大的总纵弯曲应力，此外还承受机器重量、货物重量、压载水及应力，此外还承受机器重量、货物重量、压载水及舷外水压力等横向荷重作用。在波浪中高速航行的舷外水压力等横向荷重作用。在波浪中高速

21、航行的船舶底部，特别是首部附近的船底还受到很大的冲船舶底部，特别是首部附近的船底还受到很大的冲击力击力。在总纵强度校核时，船底纵桁应力要与总纵弯在总纵强度校核时，船底纵桁应力要与总纵弯曲应力合成，此时船底板架的计算载荷应取相应的曲应力合成，此时船底板架的计算载荷应取相应的总纵弯曲计算时的载荷状态和波浪位置的水头高度。总纵弯曲计算时的载荷状态和波浪位置的水头高度。在局部强度计算时，船底板架计算水头为舷外水压在局部强度计算时，船底板架计算水头为舷外水压与货物反压力之差值。与货物反压力之差值。1)1)船底外板的强度计算船底外板的强度计算 受均布水压力作用的船底板，可作为四周刚性固受均布水压力作用的船

22、底板，可作为四周刚性固定的刚性板来计算。定的刚性板来计算。(1)(1)横骨架式船底板横骨架式船底板 检查三点。检查三点。若若c/s2，则长边中点则长边中点(2点点)的的最大应力最大应力(沿船长方向沿船长方向)用下式计算：用下式计算：板中点板中点(1点点)沿船长方向的应力为：沿船长方向的应力为：q水水压压力力(N/mm2)；s 肋距肋距(mm)；t 板厚板厚(mm)xy12底纵桁底纵桁底纵桁底纵桁实实肋肋板板实实肋肋板板cs(2)(2)纵骨架式船底板纵骨架式船底板 应检查三点。应检查三点。若若s/b1.52.0，则，则短边中点沿船长方向应力短边中点沿船长方向应力：长边中点沿船宽方向应力：长边中点

23、沿船宽方向应力：板中点沿船长方向的应力：板中点沿船长方向的应力：b 船底纵骨间距，船底纵骨间距，mm。船底板的许用应力：板中点处船底板的许用应力：板中点处 ，骨架处，骨架处 。xy实实肋肋板板实实肋肋板板纵骨纵骨纵骨纵骨sb 2)2)船底纵骨弯曲应力计算船底纵骨弯曲应力计算 船底纵骨由肋板支持，纵骨结构、载荷对称于肋板船底纵骨由肋板支持，纵骨结构、载荷对称于肋板,因此因此可以把纵骨当作两端固定受均布荷重可以把纵骨当作两端固定受均布荷重q的的在肋板上的单跨梁在肋板上的单跨梁计算，其弯矩为：计算，其弯矩为：a纵骨跨距；纵骨跨距；b 纵骨间距；纵骨间距；q 分布载荷分布载荷强度，分别取强度，分别取中

24、拱中拱和和中中垂时的水压力垂时的水压力。于是纵骨弯曲应力为：。于是纵骨弯曲应力为：W为为纵骨带带板的剖面模数，纵骨带带板的剖面模数，mm3。3)3)船底板架计算船底板架计算 船底板架由多根交叉构件和很多主向梁组成的板船底板架由多根交叉构件和很多主向梁组成的板架。其结构强度比强力甲板靠近船体剖面中和轴线。架。其结构强度比强力甲板靠近船体剖面中和轴线。因此在船体中拱变形时船底板架不易失稳，其主要因此在船体中拱变形时船底板架不易失稳，其主要矛盾是强度问题。矛盾是强度问题。对于横骨架式板架，主向梁对于横骨架式板架，主向梁(实肋板实肋板)承受肋板承受肋板间距范围内荷重，交叉构件只承受节点反力，如图间距范

25、围内荷重，交叉构件只承受节点反力，如图所示。所示。aaLbbbbB实肋板实肋板 组合肋组合肋板板主向梁主向梁LRj1Rj2Rj3Rj4交叉构件交叉构件bbbb主向主向Q=haB=qaB 对于纵骨架式板架，载荷通过纵骨传给实肋板对于纵骨架式板架，载荷通过纵骨传给实肋板,交叉构件也只承受节点反力，如图所示。交叉构件也只承受节点反力，如图所示。当舱长与舱宽之比为当舱长与舱宽之比为L/B0.8的板架，可按近似公式计算：的板架，可按近似公式计算：中桁材弯矩：中桁材弯矩：央肋板在中伤材处弯矩：央肋板在中伤材处弯矩：Q=qbL，Q1=qaB，b为纵桁间距，为纵桁间距，q为载荷强度；为载荷强度；1、2、3影响

26、系数，根据板架影响系数，根据板架长宽长宽比和中桁材比和中桁材与旁桁材与旁桁材惯惯性比性比值查值查表确定。表确定。2.2.甲板结构的强度计算甲板结构的强度计算 最上层连续甲板是船体梁的上甲板，它对保证船最上层连续甲板是船体梁的上甲板，它对保证船体总纵强度起重要作用体总纵强度起重要作用,称为强力甲板。称为强力甲板。下甲板主下甲板主要承受货物重量，因此首先应保证其局部强度要承受货物重量，因此首先应保证其局部强度。无无论哪层甲板都承受均布荷重。论哪层甲板都承受均布荷重。民船中不载货的上层露天甲板民船中不载货的上层露天甲板，承受甲板上浪的，承受甲板上浪的水压力，其水头高度可按规范规定计算。水压力，其水头

27、高度可按规范规定计算。海船规海船规范范规规定定,露露天天强强力力甲甲板板计计算算水水头头高高度度为为1.21.5m之间，且不小于下式计算值：之间，且不小于下式计算值：L船长船长(m)，D 型深型深(m)，d 吃水吃水(m)。军用舰艇军用舰艇，上甲板、首尾楼甲板露天部分，上甲板、首尾楼甲板露天部分,由飞溅由飞溅水作用的计算载荷由下式确定水作用的计算载荷由下式确定x计算剖面距船中的距离，计算剖面距船中的距离，m(向首为正，向尾为向首为正，向尾为负负)；L 正常排水量的水线长度，正常排水量的水线长度，m；H计算剖计算剖面的干舷高面的干舷高,并需计及首楼和尾楼高度的影响并需计及首楼和尾楼高度的影响,m

28、。军船还要求军船还要求q4.91kN/mm2。RLB1b1bLl1l1l0q11)甲板板架的强度计算甲板板架的强度计算 右图为典型的纵骨架右图为典型的纵骨架 式甲板板架，有半纵式甲板板架，有半纵 舱壁或在舱口端梁中舱壁或在舱口端梁中 点设有支柱。甲板纵点设有支柱。甲板纵 桁和舱口端梁的计算桁和舱口端梁的计算 可化为如图所示计算可化为如图所示计算 模型。荷重可化为：模型。荷重可化为：q1q0I1I0I1ai1i2甲板纵桁甲板纵桁舱舱口口端端梁梁 舱口区强横梁可视为自由支持在甲板纵桁上，一舱口区强横梁可视为自由支持在甲板纵桁上，一般视为弹性固定在舷侧上。强横梁在舷侧的弹性固般视为弹性固定在舷侧上。

29、强横梁在舷侧的弹性固定柔性系数可按下式确定定柔性系数可按下式确定 与强横梁相连的肋骨的跨度；与强横梁相连的肋骨的跨度；肋骨的剖面肋骨的剖面惯性矩。有关具体计算在船舶结构力学中己阐述。惯性矩。有关具体计算在船舶结构力学中己阐述。(当纵中剖面有半舱壁时当纵中剖面有半舱壁时)2)2)甲板纵骨的强度计算甲板纵骨的强度计算 作用在甲板纵骨上的力，除横荷重外还有总纵弯作用在甲板纵骨上的力，除横荷重外还有总纵弯曲产生的轴向力，它对甲板纵骨的弯曲有一定影响曲产生的轴向力，它对甲板纵骨的弯曲有一定影响,必须把甲板纵骨作为复杂弯曲梁来计算。考虑到荷必须把甲板纵骨作为复杂弯曲梁来计算。考虑到荷重、结构的对称性，甲板

30、纵骨视为两端刚性固定在重、结构的对称性，甲板纵骨视为两端刚性固定在强横梁上，承受均布荷重强横梁上，承受均布荷重q及轴向力及轴向力T作用的单跨梁作用的单跨梁计算。计算。bbaaTTqiq=hb 由船舶结构力学中梁的复杂弯曲计算可知由船舶结构力学中梁的复杂弯曲计算可知,轴向轴向拉力对纵骨弯曲产生有利影响拉力对纵骨弯曲产生有利影响,轴向压力产生不利轴向压力产生不利影响。当影响。当T为压力时，可求得甲板纵骨发生在支座为压力时，可求得甲板纵骨发生在支座剖面处的最大弯曲应力为：剖面处的最大弯曲应力为：W甲板纵骨甲板纵骨(包括带板包括带板)的剖面模数；的剖面模数；(I为甲板纵音为甲板纵音(包括带板包括带板)

31、的剖面惯性矩的剖面惯性矩)；梁梁的复杂弯曲辅助函数，可在船舶结构力学或有关手的复杂弯曲辅助函数，可在船舶结构力学或有关手册中查得。册中查得。考虑到甲板纵骨同时有总纵弯曲应力作用考虑到甲板纵骨同时有总纵弯曲应力作用,其局其局部部强度的许用应力一般较小，约在强度的许用应力一般较小，约在50N/mm2左右。左右。3.3.舷侧结构强度计算舷侧结构强度计算1)1)舷侧外板的强度计算舷侧外板的强度计算 舷侧结构是船体梁的腹板，在总纵弯曲时，除承受拉、压舷侧结构是船体梁的腹板，在总纵弯曲时，除承受拉、压的法向应力外，还承受较大的虏切应力。船体最大剪力发生的法向应力外，还承受较大的虏切应力。船体最大剪力发生在

32、距首、尾约在距首、尾约l/4船长处。船侧板架还受到经常性的舷外水压船长处。船侧板架还受到经常性的舷外水压力作用，包括波浪冲击载荷及其它动载荷。航行于冰区的船力作用，包括波浪冲击载荷及其它动载荷。航行于冰区的船舶还应考虑冰压作用。舶还应考虑冰压作用。由于结构与荷重均对称，计算时将舷侧外板作为刚性固定由于结构与荷重均对称，计算时将舷侧外板作为刚性固定在支持周界上，因此可利用船底板的计算式计算其应力。在支持周界上，因此可利用船底板的计算式计算其应力。为为了提高舷顶列板的工作能力，应保证它在船体总纵弯曲了提高舷顶列板的工作能力，应保证它在船体总纵弯曲正应力和剪应力联合作用下不发生破坏，并按相当应力进行

33、正应力和剪应力联合作用下不发生破坏，并按相当应力进行校核，其值不应超过材料的屈服极限，即校核，其值不应超过材料的屈服极限，即2)2)舷侧板架强度计算舷侧板架强度计算 舷侧板架从它的功能和受力特点看，采用舷侧板架从它的功能和受力特点看，采用横骨架式为宜。因为横骨架式船侧板架对建造横骨架式为宜。因为横骨架式船侧板架对建造工艺、扩大舱容及防碰撞和传递垂向作用力等工艺、扩大舱容及防碰撞和传递垂向作用力等都是有利的。一般货船在舱壁之间设置数根强都是有利的。一般货船在舱壁之间设置数根强肋骨和一根舷侧纵桁的交替肋骨制的横骨架式肋骨和一根舷侧纵桁的交替肋骨制的横骨架式舷侧板架。舷侧板架。对于水面舰艇，因要承受

34、高海情下的总纵对于水面舰艇，因要承受高海情下的总纵弯曲应力，因此一般为纵骨架式。弯曲应力，因此一般为纵骨架式。下图为具有三根强肋骨及一根舷侧纵桁的板架计下图为具有三根强肋骨及一根舷侧纵桁的板架计算图形，其舷侧纵桁可视为弹性基础梁。算图形，其舷侧纵桁可视为弹性基础梁。ll/2s普通肋骨普通肋骨(i)强肋骨强肋骨(j=mi)l/2舷侧纵桁舷侧纵桁(J1)p2p2p1LnQQQ21p1Rp2RR 舷侧纵桁计算模型舷侧纵桁计算模型强肋骨计算模型强肋骨计算模型普通肋骨计算模型普通肋骨计算模型 图示三根强肋骨及一根舷侧纵桁的板架计算图形图示三根强肋骨及一根舷侧纵桁的板架计算图形,承受荷重为：承受荷重为：以

35、及三个集中力以及三个集中力p1、p2、p3。其中。其中与与为肋骨的影为肋骨的影响系数，假如肋骨两端为刚性固定，则响系数，假如肋骨两端为刚性固定，则当强肋骨为对称布置时，当强肋骨为对称布置时，力力p1、p2为：为：系数系数k1、k2可根据宗数可根据宗数u查表得，即查表得，即 强肋骨强肋骨、与舷侧纵桁交点处的挠度以及反与舷侧纵桁交点处的挠度以及反力力R为：为：m为强肋骨与普通肋骨惯性矩之比，即为强肋骨与普通肋骨惯性矩之比，即m=j/i。4.4.舱壁结构强度计算舱壁结构强度计算1)1)舱壁的结构型式与载荷舱壁的结构型式与载荷 舱壁是用于分隔船体内部空间，和满足抗沉性舱壁是用于分隔船体内部空间，和满足

36、抗沉性要求。要求。横舱壁横舱壁 平面舱壁平面舱壁按布置形式按布置形式 ；按结构型式按结构型式 纵舱壁纵舱壁 皱折舱壁皱折舱壁 平面舱壁由平面舱壁由舱壁板和垂直扶强材、水平桁材等舱壁板和垂直扶强材、水平桁材等构成；构成；皱折舱壁皱折舱壁由钢板压制成某种截面形状的波形由钢板压制成某种截面形状的波形板以代替板和扶强材的作用。板以代替板和扶强材的作用。作用在舱壁上的载荷，有垂直于板面的横向荷重作用在舱壁上的载荷，有垂直于板面的横向荷重和作用在舱壁平面内的力。对于民船，保证破舱后和作用在舱壁平面内的力。对于民船，保证破舱后船舶不沉性的主舱壁，其荷重是量至舱壁甲板的水船舶不沉性的主舱壁，其荷重是量至舱壁甲

37、板的水头高度。头高度。对于舰艇，根据计算规则规定，按图所示的舰对于舰艇，根据计算规则规定，按图所示的舰艇破损压头线确定作用在主舱壁上的水头高度。图艇破损压头线确定作用在主舱壁上的水头高度。图中中H为干舷高度；为干舷高度；L为水线长度。为水线长度。HH/2H1/2H1L/3L/6L/6L/34321HH/2H1/2H1L/3L/6L/6L/3432水线水线水线水线首楼首楼端壁端壁 对于液舱舱壁，若无空气管和注入管时，则按相对于液舱舱壁，若无空气管和注入管时，则按相邻舱为空舱，取该舱所装液货产生的静水压力作为邻舱为空舱，取该舱所装液货产生的静水压力作为舱壁的计算载荷；若设有空气管和注入管，且空气舱

38、壁的计算载荷；若设有空气管和注入管，且空气管和注入管的高度高于它们所在液舱的破损高度时管和注入管的高度高于它们所在液舱的破损高度时,则按与管子的高度相应的水柱压力作为舱壁的计算则按与管子的高度相应的水柱压力作为舱壁的计算载荷。载荷。作用在舱壁平面内的力，例如，在坞内或下水时作用在舱壁平面内的力，例如，在坞内或下水时由船底板架传来的坞墩反力或下水架反力，应根据由船底板架传来的坞墩反力或下水架反力，应根据船舶进坞或下水计算资料确定。船舶进坞或下水计算资料确定。2.2.平面舱壁板的强度计算平面舱壁板的强度计算 如图所示的被扶强材支持的舱壁板，由于结构和如图所示的被扶强材支持的舱壁板，由于结构和载荷的

39、对称性变形呈筒形，故舱壁板可按两端固定载荷的对称性变形呈筒形，故舱壁板可按两端固定的板条梁计算的板条梁计算。令扶强材间距与舱壁板之比令扶强材间距与舱壁板之比 为：为：=s/t，则，则 1)当当7080时时，舱壁舱壁 板板可可作作为为刚刚性性板板条条计计算算,板板 条条梁梁跨跨度度中中点点的的弯弯曲曲应应力力 为为：s 2)7080的舱壁板应作为柔性板来汁算，的舱壁板应作为柔性板来汁算，即要考虑板自身弯曲而产生的中面力的影响。可即要考虑板自身弯曲而产生的中面力的影响。可以根据船舶结构力学中关于筒形弯曲的有关公式以根据船舶结构力学中关于筒形弯曲的有关公式算。板条梁的周界支撑系数取为算。板条梁的周界

40、支撑系数取为0.5。当板条当板条梁端部的应力超过屈服极限时，板跨度中点的应梁端部的应力超过屈服极限时，板跨度中点的应力应取板条梁端部分别为简支力应取板条梁端部分别为简支(0)和刚性固定和刚性固定(1.0)时跨度中点应力的平均值。时跨度中点应力的平均值。舱壁板在跨度中点的许用应力可取为舱壁板在跨度中点的许用应力可取为 。3.平面舱壁构架的强度计算平面舱壁构架的强度计算 舱壁扶强材应视为两端有一定固定程度并承受三舱壁扶强材应视为两端有一定固定程度并承受三角形或梯形分布荷重的梁来计算。角形或梯形分布荷重的梁来计算。多层甲板船的舱壁扶强材，若它们在甲板间和舱多层甲板船的舱壁扶强材，若它们在甲板间和舱内

41、布置在同一平面上且相互连接内布置在同一平面上且相互连接,应视为连续梁计算。其端部固定应视为连续梁计算。其端部固定情况可遇到以下几种：情况可遇到以下几种：(1)当底部和甲板均为横骨架式时，当底部和甲板均为横骨架式时，扶强材两端用肘板连接到横梁上，扶强材两端用肘板连接到横梁上，此时扶强材下端可视为刚性固定此时扶强材下端可视为刚性固定(1.0)，上端可视为弹性固定，上端可视为弹性固定(0.5)。(2)当底部和甲板为纵骨架式时，舱壁扶强材与内当底部和甲板为纵骨架式时，舱壁扶强材与内底和甲板纵骨相连并固定其上。此时，认为扶强材底和甲板纵骨相连并固定其上。此时，认为扶强材两端弹性固定，弹件固定端的柔性系数

42、可近似取为：两端弹性固定，弹件固定端的柔性系数可近似取为：a、i分别为分别为甲板或船底纵甲板或船底纵骨的跨距及惯性矩。骨的跨距及惯性矩。若扶强材仅在一边与内底若扶强材仅在一边与内底和甲板纵骨固定连接时，则和甲板纵骨固定连接时，则aal1l2I1I2(3)若扶强材两端削斜或焊在水平桁上，若扶强材两端削斜或焊在水平桁上，则扶强材两端可视自由支持。则扶强材两端可视自由支持。扶强材跨距应取包括肘板在内的长扶强材跨距应取包括肘板在内的长度。舱壁扶强材作为连续梁计算时，可度。舱壁扶强材作为连续梁计算时，可用三弯矩方程求解。用三弯矩方程求解。若舱壁构架由扶强材、水平桁及竖桁组成，计算若舱壁构架由扶强材、水平

43、桁及竖桁组成，计算应分为二部分：普通扶强材当作连续梁计算；桁材应分为二部分：普通扶强材当作连续梁计算；桁材当作交叉梁系计算。当作交叉梁系计算。作作 业业 图示某船之水密舱壁，作水密试验时需校核舱壁扶强材的图示某船之水密舱壁，作水密试验时需校核舱壁扶强材的强度。巳知舱壁板厚为强度。巳知舱壁板厚为8mm,扶强材为不等边角钢扶强材为不等边角钢L90568，间距间距s600mm，扶强材上端削斜，下端有肘板与内底板连接，扶强材上端削斜，下端有肘板与内底板连接，H=5.5m，h=1.5m，试画出，试画出扶强材的计算图形。己知扶强材的计算图形。己知不等边角钢不等边角钢L90568的的横截面积为横截面积为11.183cm2，惯性矩惯性矩I=91.03cm4，中和，中和轴距离轴距离y=5.96cm。水的重度。水的重度为为 。扶强材扶强材Hhs