1、第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),第一節(jié) 船體受力與船體強(qiáng)度 第二節(jié) 船體結(jié)構(gòu)用鋼材及連接方式 第三節(jié) 船體結(jié)構(gòu)的型式,學(xué)習(xí)目標(biāo) 知識(shí)目標(biāo) 1 能簡(jiǎn)單敘述船體結(jié)構(gòu)主要受力及船體強(qiáng)度概念； 2 能簡(jiǎn)單敘述船體結(jié)構(gòu)用鋼材種類(lèi)及構(gòu)件連接方式； 3 能正確描述船體結(jié)構(gòu)基本組成及結(jié)構(gòu)形式。 能力目標(biāo) 1 能分析船體總縱彎曲產(chǎn)生的原因及受力較大的部位； 2 能根據(jù)船體結(jié)構(gòu)受力情況，確定船體結(jié)構(gòu)采用的形式。 船體結(jié)構(gòu)的形式與船體受力情況有很大關(guān)系，研究船體受力的目的就是使所設(shè)計(jì)的船體結(jié)構(gòu)，在外力的作用下，能具有足夠的強(qiáng)度和剛性，達(dá)到最小的重量，降低建造成本和提高船舶運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性。本章以

2、船體受力及強(qiáng)度為出發(fā)點(diǎn)，介紹船體結(jié)構(gòu)基本形式。,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),第一節(jié) 船體受力與船體強(qiáng)度,一、作用在船體上的力 二、船體強(qiáng)度概念,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),一、作用在船體上的力 船舶從建造、下水、停泊、航行及進(jìn)塢修理等全部過(guò)程中，受到各種外力的作用，這些外力常常會(huì)使船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形或損壞。船體受力主要有總縱彎曲力、橫向載荷和其它局部力。 1. 船體的總縱彎曲 2. 作用在船體上的橫向載荷 3. 其它局部受力情況,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),1. 船體的總縱彎曲 船體的總縱彎曲是指作用在船體上的重力、浮力、波浪水動(dòng)力和慣性力等而引起的船體繞水平橫軸的彎曲。它由靜水總縱彎曲和波浪總

3、縱彎曲兩部分迭加而成。,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),（1）船體靜水總縱彎曲 船舶在靜水中受到的外力有船舶及其裝載的重力和水的浮力。重力P的方向向下，浮力D的方向向上。重力和浮力在靜水中處于平衡狀態(tài)，即重力和浮力大小相等方向相反，作用在同一鉛垂線上，見(jiàn)圖1-2-1a）。 但對(duì)于船體的某一段，重力和浮力的大小并不相等，如圖1-2-1b)所示。重力大的一段有下移的趨勢(shì)，浮力大的一段有上移的趨勢(shì)。由于船體是一整體結(jié)構(gòu)，各段不可能發(fā)生上下移動(dòng)，在船體結(jié)構(gòu)內(nèi)必然有內(nèi)力產(chǎn)生，使船體發(fā)生彎曲。當(dāng)船體中部向上彎曲時(shí)，稱(chēng)為中拱彎曲；當(dāng)船體中部向下彎曲時(shí)，稱(chēng)為中垂彎曲。船體彎曲時(shí)，在船體內(nèi)產(chǎn)生彎曲力矩，彎矩的最大值

4、在船體的中部，向首尾部逐漸減小，見(jiàn)圖1-2-1c)。由于船舶裝載情況及船體浸水部分形狀總是變化，因而船體各段重力和浮力的不平衡也總是存在。,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),（2）船體波浪總縱彎曲 在波浪狀況下，船體內(nèi)產(chǎn)生的總縱彎矩會(huì)比靜水中大。當(dāng)波長(zhǎng)與船長(zhǎng)相等或接近時(shí)，船體的彎曲最嚴(yán)重。 彎曲形式（圖1-2-2）： 波峰在船中時(shí)中拱彎曲甲板受拉伸、底部受壓縮 波谷在船中時(shí)中垂彎曲甲板受壓縮，底部受拉伸,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),2. 作用在船體上的橫向載荷（圖1-2-4） 船體在靜水或波浪中，它的各部分結(jié)構(gòu)還受到局部的水壓力和貨物等橫向載荷，會(huì)產(chǎn)生局部彎曲。,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),3. 其

5、它局部受力情況 作用在船體上的其它力有：船體上機(jī)器和螺旋槳運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)力，船首端的波浪砰擊和水面漂浮物的撞擊等局部的外力，油船的油貨艙內(nèi)液體的晃動(dòng)載荷，以及船舶進(jìn)塢或擱淺時(shí)受到船底下墩木或河床的反力作用等。 此外，船舶在波浪狀態(tài)下航行，由于升降、俯仰和搖擺等運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生慣性力，這對(duì)船體結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生不利的影響，例如船舶橫搖時(shí)會(huì)引起肋骨的歪斜和船體的扭曲，見(jiàn)圖1-2-5。,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),二、船體強(qiáng)度概念 由于船舶受以上各種外力的作用，船體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛性不足，就有可能使船體總的或局部的結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂或不允許的變形。船體結(jié)構(gòu)必須具有足夠的強(qiáng)度和剛性，以抵抗這些外力。 船體結(jié)構(gòu)應(yīng)具備的三種強(qiáng)度

6、： 1. 船體的總縱強(qiáng)度 2. 船體的橫向強(qiáng)度 3. 船體的局部強(qiáng)度,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),1.船體的總縱強(qiáng)度 船體結(jié)構(gòu)抵抗縱向彎曲不使整體結(jié)構(gòu)遭受破壞或不允許的變形的能力稱(chēng)為總縱強(qiáng)度。船舶在下水、進(jìn)塢和航行過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生總縱彎曲。船舶在波浪中產(chǎn)生的總縱彎矩較靜水時(shí)為大，因此遠(yuǎn)洋船舶的總縱強(qiáng)度要求較高。 通?？梢詫⒋w看作為變斷面的空心梁（簡(jiǎn)稱(chēng)船梁），總縱彎曲時(shí)船體梁上彎曲正應(yīng)力分布如圖1-2-3所示。船體上最大的總縱彎曲正應(yīng)力通常是在上甲板和船底部。,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),2. 船體的橫向強(qiáng)度 橫向強(qiáng)度是指橫向構(gòu)件（如肋骨框架和橫艙壁等）抵抗橫向載荷的能力。 船舶在使用過(guò)程中會(huì)受

7、橫向載荷作用，例如，船舶在進(jìn)塢時(shí)容易發(fā)生橫向變形，這時(shí)橫艙壁的作用很重要。,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),3. 船體的局部強(qiáng)度 局部強(qiáng)度是指?jìng)€(gè)別構(gòu)件對(duì)局部載荷的抵抗能力。有時(shí)船體的總強(qiáng)度能保證，但局部強(qiáng)度不一定能保證。如船艙破損時(shí)的水壓力和在超過(guò)構(gòu)件承載能力的外力作用下，局部構(gòu)件也可能發(fā)生破壞或嚴(yán)重變形。 除了必要的強(qiáng)度之外，船體上的板和骨架還必須保證有足夠的剛性，使其變形不超過(guò)允許的限度。對(duì)于受平面壓縮力的薄板，應(yīng)保證其穩(wěn)定性，不使其產(chǎn)生皺折而降低強(qiáng)度。,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),

8、第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),第二節(jié) 船體結(jié)構(gòu)用鋼材及連接方式,一、船體結(jié)構(gòu)用鋼材 二、船體構(gòu)件的連接方法,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),一、船體結(jié)構(gòu)用鋼材,1. 鋼材的等級(jí) 船體結(jié)構(gòu)用鋼材按其化學(xué)成分和性能分為兩大類(lèi)共10個(gè)等級(jí)。 1)一般強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼：又稱(chēng)碳素鋼。按其性能自低向高排列，有A、B、D、E四個(gè)等級(jí)。目前，這類(lèi)鋼材在中小型船舶修造中廣泛采用。 2)高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼：又稱(chēng)船用低合金鋼。按其強(qiáng)度和缺口沖擊韌性分為6個(gè)等級(jí)。目前主要用于大型遠(yuǎn)洋船舶，可以減小構(gòu)件尺寸，減輕船體結(jié)構(gòu)重量。 此外，還有不銹鋼和耐低溫鋼等類(lèi)型。前者用于散裝液體化學(xué)品船的貨艙結(jié)構(gòu)。后者用于冷凍式液化氣船的貨艙結(jié)構(gòu)

9、。,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),2. 鋼材的類(lèi)型 1)鋼板、型鋼及組合型材：鋼板與型鋼是船體結(jié)構(gòu)用的主要鋼材。鋼板主要用于船殼板、甲板板和分艙隔板等，折邊板通常用作船體結(jié)構(gòu)較大的骨架。型鋼主要用于船體骨架以支撐船殼板等，一般由軋鋼廠滾軋成型；型鋼是標(biāo)準(zhǔn)件，按其剖面形狀分，常用的有扁鋼、球扁鋼、角鋼和槽鋼等。組合型材主要用作船體骨架，常用的有組合T型材、組合角鋼等。船體結(jié)構(gòu)中常用的板材和型材如圖1-2-6 所示。 2)鑄鋼與鍛鋼：鑄鋼是用鋼水在砂模中澆鑄成型的鋼件。船體首柱、尾柱、系纜樁等常采用鑄鋼件。鍛鋼是紅熱鋼坯經(jīng)過(guò)反復(fù)錘煉而成型的鋼件。形狀簡(jiǎn)單的軸、舵桿等多采用鍛鋼件。,第二章 船體結(jié)構(gòu)的

10、一般知識(shí),二、船體構(gòu)件的連接方法,早期的鋼質(zhì)海船用鉚接方法建造。先在主要連接的構(gòu)件上鉆孔，再將燒紅的鉚釘插入兩連接件疊放的鉚釘孔中，并將燒伸出部分用鉚釘槍打成釘頭。鉚釘冷卻后收縮，將構(gòu)件拉緊密合。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)件若產(chǎn)生裂紋不易穿過(guò)鉚接縫。缺點(diǎn)是勞動(dòng)效率低，連接強(qiáng)度差。目前此種方法在修造船中已基本淘汰。,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),現(xiàn)代船舶修造的基本方法是焊接。工業(yè)上焊接方法有上百種之多，在修造船中采用的主要屬熔化焊，即對(duì)構(gòu)件連接處用局部加熱方法，使之達(dá)到或接近液態(tài)而熔合，冷卻后凝為一體。以電弧熱作加熱源的稱(chēng)為電弧焊，在修造船中用得最多。以乙炔氣和氧氣燃燒作加熱源的稱(chēng)為氣焊，多用于焊接薄板和

11、鑄鋼件的修補(bǔ)，在修造船中也常使用。此外，還有電渣焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊等，也在船舶修造的某些場(chǎng)合使用。,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),船體結(jié)構(gòu)中構(gòu)件之間經(jīng)焊接連接后形成的接縫稱(chēng)為焊縫。 船體結(jié)構(gòu)中最常見(jiàn)的焊縫型式是對(duì)接焊縫和角焊縫，個(gè)別地方還可見(jiàn)到塞焊縫。(圖1-2-7為焊縫型式),第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),第三節(jié) 船體結(jié)構(gòu)的型式,一、船體結(jié)構(gòu)概況 二、板架結(jié)構(gòu)的骨架形式 三、船體結(jié)構(gòu)的形式,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),一、船體結(jié)構(gòu)概況,1. 船體的基本組成 船體結(jié)構(gòu)型式依據(jù)船舶的類(lèi)型而定。 船體分為主船體和上層建筑 主船體部分有船首、船

12、中、船尾； 上層建筑部分有首樓、橋樓、尾樓及甲板室。,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),主船體是船體結(jié)構(gòu)的主要部分，是由船底(ship bottom)、舷側(cè)(ship side)、上甲板(upper deck)圍成的水密的空心結(jié)構(gòu)。其內(nèi)部空間又由水平布置的下甲板（lower deck）、沿船寬方向垂直布置的橫艙壁（transverse bulkhead）和沿船長(zhǎng)方向垂直布置的縱艙壁（longitudinal bulkhead）分隔成許多艙室。貨船上通常有貨艙、機(jī)艙、首尖艙和尾尖艙等。首、尾端的橫艙壁也叫首尖艙艙壁(forepeak bulkhead)和尾尖艙艙壁(afterpeak bulkhead

13、)。 如圖1-2-8所示為某船體的基本構(gòu)成。,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),1. 組成船體的板架 船體是由鋼板和骨架組成的長(zhǎng)箱形結(jié)構(gòu)，整個(gè)船的主體可分為若干板架結(jié)構(gòu)，如甲板板架、舷側(cè)板架、船底板架和艙壁板架等，如圖1-2-9所示。各個(gè)板架相互連接，相互支持，使整個(gè)主船體構(gòu)成堅(jiān)固的空心水密建筑物。,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),二、板架結(jié)構(gòu)的骨架形式,板架結(jié)構(gòu)三種形式： 縱骨架式 橫骨架式 混合骨架式,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),板架結(jié)構(gòu)通常是由板和縱橫交叉的骨材和桁材組成，如圖1-2-10所示。較小的骨材數(shù)目多，間距??；較大的桁材數(shù)目少而間距大。根據(jù)較小骨材布置的方向分類(lèi)。,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般

14、知識(shí),（1）縱骨架式：數(shù)目多而間距小的骨材沿船長(zhǎng)方向布置。 優(yōu)點(diǎn)是多數(shù)骨材縱向布置，骨材參與船梁抵抗縱向彎曲的有效面積，提高了船梁的縱向抗彎能力，增加了船體的總縱強(qiáng)度。并且由于縱向骨材布置較密，可以提高板對(duì)總縱彎曲壓縮力作用時(shí)的穩(wěn)定性。因而相應(yīng)地可以減小板的厚度，減輕結(jié)構(gòu)重量。 缺點(diǎn)是施工比較麻煩。,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),（2）橫骨架式：數(shù)目多而間距小的骨材沿船寬方向布置。 優(yōu)點(diǎn)是多數(shù)骨材橫向布置，橫向強(qiáng)度較好，施工比較方便，建造成本低。 缺點(diǎn)是在同樣受力情況下，外板和甲板的厚度比縱骨架式的大，結(jié)構(gòu)重量較大。,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),（3）混合骨架式：縱橫方向的骨材相差不多，間距接近

15、相等。 這種骨架式除了在特殊場(chǎng)合，一般很少用到。,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),三、船體結(jié)構(gòu)的型式,根據(jù)強(qiáng)度和使用要求，船體結(jié)構(gòu)可采用縱骨架式板架和 橫 骨架式板架的單一或組合型式。 船體結(jié)構(gòu)的型式分為三種： 單一橫骨架式船體結(jié)構(gòu) 單一縱骨架式船體結(jié)構(gòu) 混合骨架式船體結(jié)構(gòu),第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),（1）單一橫骨架式船體結(jié)構(gòu)： 是指上甲板、船底和舷側(cè)均為橫骨架式板架結(jié)構(gòu)的船體結(jié)構(gòu)型式。 對(duì)總縱強(qiáng)度要求不高的一些小型船舶和內(nèi)河船多為此種骨架型式，如圖1-2-11所示。,第二章 船體結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),（2）單一縱骨架式船體結(jié)構(gòu)： 是指上甲板、船底和舷側(cè)均為縱骨架式板架結(jié)構(gòu)的船體結(jié)構(gòu)型式。 對(duì)總縱強(qiáng)度要求較高的軍艦、大型油船及其它大型遠(yuǎn)洋貨船等采用此種結(jié)構(gòu)型式，如圖1-2-9所