海上货物运输 第五章第五章 保证满足船舶的强度条件保证满足船舶的强度条件 4 保证满足船舶的强度条件 本章要求 了解船舶强度概念； 掌握船舶总纵强度和局部强度的表示和校核 方法； 了解保证总纵强度和局部强度的方法和措施 。 学时：4学时 4 保证满足船舶的强度条件 重点 船舶总纵强度的表示和校核方法； 船舶局部强度的表示和校核方法； 保证船舶总纵强度和局部强度的措施。 难点 船舶总纵强度的表示和校核方法； 船舶局部强度的表示和校核方法。 第四章、保证满足船舶的强度条件 船体强度（Strength of ship） 船体结构在规定外力作用下具有抵抗发生过 大变形和破坏的能力。 船体强度的分类 按照外力的分布和船体结构变形范围的不同 : 总强度： 整个船体结构抵抗纵向弯曲、剪力和扭转的能力 按照外力的分布和相应船体变形的方向： 总纵强度（纵向强度、扭转强度）、横向强度 局部强度 船舶营运应考虑的强度 一般船舶： 主要考虑纵向强度和局部强度 大开口船舶（如集装箱船）： 考虑总纵强度（纵向强度、抗扭强度 ）和局部强度 4-1 保证满足船舶的纵向强度条件 一、船体纵向强度条件概述 纵向强度(Longitudinal strength of ship) 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 ； 或： 船体结构在纵向上具有抵抗(因重力和浮力 沿纵向分布不一致所形成的)剪力和弯矩的 能力 一、船体纵向强度条件概述 1船体受力及其分布：如图4 -1 1船体受力及其分布 1）重力沿纵向的分布： 重力分布密度函数P（x），重力分布密 度曲线 2）浮力沿纵向的分布： 浮力分布密度函数b（x），浮力分布密度 曲线 3）垂向合外力沿纵向的分布： 负荷：单位船长上重力与浮力的差值。 重力大于浮力，f（x）为（+）； 浮力大于重力，f（x）为（-）。 2横剖面上的切力和弯矩 2横剖面上的切力和弯矩 1）切力：Shear force 。 通过船体剖面上的连接构件传递的 内力。 数值上等于船体某横剖面一侧负荷 的代数和 一、船体纵向强度条件概述 切力及其分布曲线 ：如图4 -2 2横剖面上的切力和弯矩 切力分布函数F（x），切力分布曲线 船尾一侧重力大于浮力，F（x）为（+）； 船尾一侧浮力大于重力，F（x）为（-）。 切力绝对值的最大值一般出现在距船舶 首尾1/4船长处。 2横剖面上的切力和弯矩 2）弯矩：Bending moment。 通过船体剖面上的连接构件传递的内部力矩； 弯矩分布函数M（x），弯矩分布曲线； 弯矩等于船体剖面一侧重力矩与浮力矩的差值 ； 重力对剖面所取的力矩大于浮力对剖面所取的 力矩，M（x）为（+）；反之M（x）为（-） ； 弯矩绝对值的最大值一般出现在船中处。 弯矩及其分布曲线：如图4 2所示 一、船体纵向强度条件概述 3波浪切力与波浪弯矩 波浪切力（Fw）： 船舶在波浪中剖面所受的切力与同样装 载状态下在静水中的切力的差值。 波浪弯矩（Mw）：船舶在波浪中剖面所受 的弯矩与同样装载状态下在静水中的弯 矩的差值。 Fw 及Mw的计算方法见有关规范。 一、船体纵向强度条件概述 4剪切变形与弯曲变形：如图4 3所示 1）剪切变形： 船体受到切力作用使其构件产生垂向位移的变 形； 剪切应力：船体构件单位横剖面面积上所受到 的切力； 某一横剖面上剪切应力的最大值出现在中和平 面处； 在切力作用下，舷侧板最易受损。 1）剪切变形 4剪切变形与弯曲变形 2）弯曲变形：船体受到弯矩作用使其纵 向构件产生的弯曲变形。 弯曲应力：船体在弯矩作用下构件单位横剖 面面积上所受到的作用力。 某一横剖面上弯曲应力的最大值出现在龙骨 板或上甲板。 4剪切变形与弯曲变形 3) 拱垂变形：船体发生的总纵弯曲变形。 中拱变形：Hogging 当船舶首尾部重力大于浮力而中部浮力 大于重力时的船体弯曲变形。此时甲板 受拉，船底受压。当波峰在船中时，中 拱变形最大。 4剪切变形与弯曲变形 中垂变形：Sagging 当船舶中部重力大于浮力而首尾部浮力 大于重力时的船体弯曲变形。此时甲板 受压，船底受拉。当波谷在船中时，中 垂变形最大。 2）弯曲变形 一、船体纵向强度条件概述 5改善船体强度的策略 1）船舶设计建造方面：合理选择结构材 料、尺寸和布局 纵向强度：船中强度大 局部强度： 2）货物积载方面：保证货物及其它载重 沿纵向分布的合理性 减小船体各部位的负荷，有利于减小剪力和 弯矩 第一节、保证满足船舶的纵向强 度条件 二、船体纵向强度条件的校核方法： 1许用切力和许用弯矩： 船体的总纵强度 在我国按照钢质海船入级规范的 规定进行校核。 二、船体纵向强度条件的校核方法 许用切力：在静水中Qa=f ( LBP , B , C b 等 ) 许用弯矩：在静水中Ma=f ( LBP , B , C b 等 ) 许用切力和许用弯矩表，船舶资料 二、船体纵向强度条件的校核方法 2计算并校核各横剖面的静水切力和 静水弯矩： 静水切力的校核步骤 1）计算Qa 2）计算船舶的实际静水切力Qs, 3) 比较：应满足Qs Qa 二、船体纵向强度条件的校核方法 静水弯矩的校核步骤 1）计算Ma 2）计算船舶的实际静水弯矩Ms=f ( LBP , , C b等 ) 3) 比较：应满足Ms Ma 二、船体纵向强度条件的校核方法 3强度曲线图和载荷对船中弯矩许用范围 图表 1）强度曲线图简介： 使用条件： 一般干货船，L90 m 或者均匀装载，可不校核 静水切力时 强度曲线图 纵坐标PiXi ：总载重量的各个 组成部分对船中所 取的力矩的绝对值 之和。 横坐标：平均型吃 水。 点划线： 船中静水弯矩等于0； 虚线： 对应于船中静水弯矩 等于空船状态时静水弯矩 ； 实线： 对应于船中静水弯矩 等于船中许用静水弯矩 强度曲线图 2) 强度曲线图的使用 步骤 （1）在dm处作垂直于横坐标的垂直线 （2）计算PiXi，作垂直于纵坐标的水 平线 （3）上述垂直线与水平线相交于一点。据 此判断船体变形的方向和范围。 二、船体纵向强度条件的校核方法 3）载荷对船中弯矩许用范围表及其使用 二、船体纵向强度条件的校核方法 4用经验方法控制船体的总纵变形： 方法： 按照各货舱容积的大小成正比地分配各货舱的货 物的重量。 各货舱装货重量的计算公式： （t） 调整值约为该舱分配量的10%，即10Pi %； 保证总纵强度同时兼顾了吃水差； 不是使船舶受力最小的最佳方案。 4用经验方法控制船体的总纵变形 在安排货物重量沿船舶纵向分布时，还 应考虑的因素： （1）货物装卸过程中 （2）中途港装卸货物后 （3）油水分布及使用 二、船体纵向强度条件的校核方法 5船舶总纵弯曲变形的判断 1）根据实船吃水判断 拱垂值：=|d-dm| (m) 的范围围船舶强度状况结结果 Lbp/1200有利范围围可以开航 = Lbp/1200Lbp/800正常范围围可以开航 = Lbp/800Lbp/600极限范围围只允许许在好天气时时开航 Lbp/600危险值险值不能开航 5船舶总纵弯曲变形的判断 2）根据开档差判断 开档差 = 开档值 / 汽缸冲程 开档差范围围船舶强度状况 开档差 1/10000有利范围围 开档差 =1/100002/10000正常范围围 开档差 2/10000危险险范围围 第一节、保证满足船舶的纵向强 度条件 三、船舶总体布置对总纵弯曲变形的影响 ： 1中机船 特点：重载：中拱变形较大 压载：轻微中拱或中垂 措施：货物：中区多装，中途少卸 油水：装时先中部，后首尾；用时相反 深舱：尽量不空 三、船舶总体布置对总纵弯曲变 形的影响 2尾机船 特点： 重载：大型船有中垂；普通船有轻微中拱或中垂 压载： 中拱变形较大 措施： 压载：中区为主，不单独使用首尾 油水：装时先中部，后首尾；用时相反 深舱：中部压载 三、船舶总体布置对总纵弯曲变 形的影响 3中尾机船 特点：介于以上两者之间 措施：满载同中机船，空载同尾机船 近年真题（44期） 引起船舶纵向变形的主要原因是： A、船体纵向构件的刚度不足 B、船体纵向构件的强度不足 C、船舶所受重力和浮力不相等 D、船体沿长度方向重力和浮力分布不均衡 船舶各剖面许用弯矩和许用剪力通常分为_。 A、在港状态和在航状态 B、在港状态和锚泊状态 C、锚泊状态和在航状态 D、临界状态和实际状态 近年真题（44期） 根据经验数值法，若船舶的拱垂值：Lbp800 Lbp/600，则船舶的拱垂变形处于： A、正常范围 B、极限范围 C、危险范围 D、有利范围 按舱容比例分配各舱货重，可以保证船舶的_。 A、纵向强度受损，且可能产生中垂或中拱 B、纵向强度受损，且不可能产生中垂或中拱 C、纵向强度不受损，且不可能产生中垂或中拱 D、纵向强度不受损，但仍可能产生中垂或中拱 近年真题（44期） 货物装卸时均衡作业的目的是：保证 船舶局部强度； 保持船舶适度的浮态 ； 保证船舶总纵强度不受损 A、 B、 C、 D、 近年真题（45期） 24.船体各段长度上载重横向不对称，可 能产生： A. 横倾角 B. 扭转力矩 C. 横向弯曲变形 D. A和B 25. 在船舶弯矩曲线上，一般而言，弯矩 最大点对应的剪力： A. 大 B. 小 C. 等于零 D. 不能确定 近年真题（45期） 26. 船舶中垂的特征是： A. 船中部上拱，上甲板受压，船底受拉 B. 船中部上拱，上甲板受拉，船底受压 C. 船中部下垂，上甲板受压，船底受拉 D. 船中部下垂，上甲板受拉，船底受压 近年真题（45期） 27. 某轮船长Lbp=140m,实测船舶首尾吃 水分别为8.54m、9.28m,船中两舷吃水分 别为8.44m、8.68m，则船舶： A. 中垂，纵强度满足要求 B. 中拱，纵强度满足要求 C. 中垂，纵强度不满足要求 D. 中拱，纵强度不满足要求 近年真题（45期） 28. 按船舶舱容比向各舱分配货物： A. 船舶不发生拱垂变形 B. 船舶所受的静水弯矩为零 C. 船舶仍会产生拱垂变形 D. 船舶不产生吃水差 近年真题（47期） 24 按照_，将船舶强度分为横强度 、扭转强度和纵强度。 A. 船舶所受外力分布的走向和船体结构变 形方向的不同 B. 船舶所受外力分布的走向和船体结构变形 范围的不同 C. 船舶所受外力的分布