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资源描述
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5-10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,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 +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:,
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