船舶结构规范设计.

已知条件在船舶总体设计初步完成后进行，此时已经确定条件：1.主尺度2.型线图3.总布置图和按设计任务书对结构的要求（船舶用途、航区、装载情况、建筑形成、甲板层数、主要设备及使用要求等）主要任务确定整个船体结构设计的原则，如选择材料、骨架形式、肋骨间距、分析结构质量对经济性的影响。解决结构设计中的主要技术问题，确定构件的尺寸和连接方式，同时应充分考虑结构施工的可行性。提出船体主要钢料预估单，并为总体设计提供船体钢料的质量重心资料。完成工作船体主要构件计算书；中剖面图；基本结构图；首、尾结构图；首尾柱结构图；甲板平面图；肋骨型线图；外板展开图；主舱壁结构图；主机座结构图；尾轴架结构图；主机座和推力轴承座结构图；甲板室和上层建筑结构图；舱盖结构图和强度计算书；通风筒、空气管和排水口布置及结构图等。结构设计解决的主要矛盾强度与质量的矛盾：结构与工艺性的矛盾：结构与使用性的矛盾：船体结构强度与质量的矛盾保证船体结构具有足够的强度、刚度和稳定性是设计者应首先考虑的问题。但这并不是说构件选得愈大、愈坚固愈好，强度过剩会造成质量增加，钢材消耗多，建造成本提高并减少船舶载运能力。我们希望在保证船体结构满足强度、刚度和稳定性的前提下，力求减轻结构质量，节约材料，降低成本，提高船舶的营运经济性。结构与工艺性的矛盾在结构设计时，还必须考虑到结构工艺性要求。好的结构工艺性包括：1.考虑到船舶所有部位的装配和施焊的可能性；2.尽可能扩大分段建造范围，缩短造船周期，改善作业条件，提高造船质量；3.尽量简化零部件结构，减少规范品种，尽可能采用标准件；4.尽量减少零部件的曲线外形，结构上的开孔、切角等应符合标准尺寸或常取尺寸；5.考虑船体结构维修与保养的可能性与方便性等。结构与使用性的矛盾结构布置与构件尺寸要符合使用要求。例如1.货船的结构布置要便于装卸货物；2.旅客及船员住舱应有足够净空高；3.支柱的布置应不妨碍总体布置及机器设备安装的要求等。因此结构设计要与总体、轮机和设备的设计密切配合，树立整体观念，保证船舶各方面都有良好的性能。此外，根据使用要求在选取构件尺寸时要合理地考虑锈蚀、磨损余量及其他特殊加强，以降低维修费用和提高使用年限。结构设计的方法计算设计规范设计计算设计定义：船体结构的计算设计是根据结构力学的原理来确定满足强度、刚度和稳定性要求的船体结构布置及构件尺寸。发展：电子计算机技术的发展，给计算设计提供了迅速有效的工具，加之结构优化设计理论的发展，结构的计算设计将有较大的发展。军船：对于设计技术要求较高，对结构质量控制严格的军用船舶，只能用计算设计。计算设计局限性依赖经验：目前，船体结构的计算设计必须辅之以经验设计才能完成。这是由于船舶结构设计的计算方法还不完整，计算设计一般只能在船舶中部的结构设计中实现，对于首、尾这些复杂部分还需参考型船进行设计。工作量巨大。规范设计定义：规范设计是指按照有关部门颁布的规范来进行船体结构的布置及构件尺寸的确定。特点：规范根据以往的经验，且统计分析了大量型船资料和实船测量资料，并辅之以日趋发展的结构力学计算方法，总结出一系列的规定和经验公式，作为新船船体结构设计的依据。利用规范设计船体结构能比较方便地确定构件的布置与尺寸。目前，民用船舶一般都采用规范设计。船级社主要职责规范监督船的建造允许船舶正式“入级”办各种国际协定所要求的证书对使用中的船舶作定期检查，以确定这些船是否仍保持在“级”内。共同规范2006年4月1日，国际船级社协会(IACS)油船和散货船共同结构规范(CommonStructureRule，CSR)正式实施。该规范应用了当前船舶科学发展前沿的新技术、新材料、新理念。CSR对船舶强度的评估范围，较传统的有很大延伸。CSR规范首次明确区分了净尺寸和腐蚀增量，同时考虑了船舶的服务、极限、疲劳、破损4种有限状态，应用了以载荷为第一设计准则的力学理论公式，是一套符合基于目标型标准的规范体系。满足国际海事组织对于船舶使用寿命的更高要求是CSR的目的之一。共同规范的影响所有IACS的成员将贯彻CSR，从而可以有效避免竞争导致协会成员降低技术标准的可能。CSR要求增加船舶关键部位的钠材厚度，造船成本的增加，致船舶的运费收入减少。对于船舶维护，CSR提出了更高要求，这会导致船舶的维护成本上升。从长期来看总的成本却不见得增加，因为适当的维护可以有效降低船舶修理的次数，缩短修理的时间，从而提高船舶的实际运营效率。船体规范设计的局限性规范制订中某些不合理因素限制了新型结构设计的合理性不断诞生的新型船舶无法依据规范进行结构设计造船新材料的问世也使得原有规范不能适用规范法设计的基本步骤调查分析：根据对母型船的调查研究和所设计船的特殊要求，分析所设计船的船体强度要求，选择合适的建造规范。结构形式：根据型线图和总布置图，绘制中剖面图、基本结构图和肋骨线型图等草图，并进行结构构件的初步布置。结构尺寸：按规范计算船体主要构件的尺寸，边计算、边绘图、边完善初始的结构布置方案。结构布置的一般原则和规定结构合理布置，将直接影响船体结构的强度、重量及工艺性等。一般原则：1.结构的整体性原则：2.受力的均匀性和有效传递原则：3.结构的连续性和减少应力集中原则：4.局部加强原则：基本规定：各规范对结构布置都有一些具体规定。骨架型式的选择（横，纵，混）受力的均匀性和有效传递原则结构构件的布置要尽可能均匀，以避免构件规格太多或是造成材料的浪费。结构应保证某一构件承受外力后，能有效地将力传递到邻近的结构构件上，以避免某一单独的结构构件承受外力。（例如，支柱的上下端应固定在纵、横强骨架交叉的节点上，并且上下支柱应尽可能布置在同一垂直线上，使支柱所承受的力能有效地传递给甲板及船底结构；当甲板或船底为纵骨架式时，舷侧普通肋骨的端部应以肘板与邻近的甲板及船底纵骨相连；当舷侧采用普通肋骨与强肋骨的交替建造时，一般应设舷侧纵桁，使普通肋骨承受的载荷，能通过舷侧纵桁传递给强肋骨。）结构的连续性和减少应力集中原则构件的布置应力求保证其连续性，尽可能避免构件突然中断。必须保证尽可能多的主要纵向构件连续贯通至首、尾，如有困难，纵向强骨架应中断在横舱壁或横向强骨架上，并在横舱壁的另一边，设置至少延伸二个肋距的肘板。在同一船体横剖面内，不允许有超过1/3的甲板纵骨或船底纵骨中断，也不允许有大于二根的甲板或船底纵向强骨架间断，纵向构件中断的剖面彼此至少相距二个肋距，并要特别注意在大开口处的船体剖面上和高度应力集中的区域，绝对不允许中断船体纵向构件。在首、尾由纵向骨架式向横骨架式应逐渐过渡。为减少应力集中，所有船体构件的剖面形状应有平顺的过渡。例如，在甲板、平台、内底板、纵舱壁间断处，应装设肘板或其它结构使剖面逐渐消失；骨架梁腹板高度变化时，应有一过渡区，该区段的长度一般应不小于相邻腹板高度差的5倍。局部加强原则在设计过程中，对那些在使用中要承受较大局部载荷的结构则进行适当的局部加强。例如，船首承受波浪砰击区域及尾部承受螺旋桨工作时水动压力处的结构及船上吊杆、桅杆、救生艇架、系缆桩、炮座等与船体相连接处的结构，以及航行冰区的船舶承受冰块挤压和撞击区域的结构，均应作适当的加强。各规范对此均有规定。冰区加强规范设计航行冰区的加强分为如下5个冰级标志：1.B1*最严重的冰况；2.B1严重的冰况；3.B2中等的冰况；4.B3轻度的冰况；5.B除大块固定冰以外的漂流浮冰，如中国沿海情况。结构加强示意图LWL最大吃水连线，BWL最小吃水连线油船分类巴拿马型（Panamax）：船型以巴拿马运河（PanamaCanal）通航条件为上限（譬如运河对船宽、吃水的限制），载重吨（DWT）在6～8万吨之间阿芙拉型（Aframax）：平均运费指数最高船型，经济性最佳，是适合白令海（BalticSea）冰区航行油船的最佳船型。载重吨在8～12万吨之间苏伊士型（Suezmax）：船型以苏伊士运河（SuezCanal）通航条件为上限，载重吨在12～20万吨之间VLCC（VeryLargeCrudeoilCarrier）：巨型原油船，载重吨在20～30万吨之间ULCC（UltraLargeCrudeoilCarrier）：超巨型原油船，载重吨在30万吨以上特点集装箱船的结构和形状跟常规货船有明显不同。它外形狭长，单甲板，上甲板平直，货舱口达船宽的70％--80％，上层建筑位于船尾或中部靠后，以让出更多的甲板堆放集装箱，甲板上堆放2—4层，舱内可堆放3—9层集装箱。集装箱船装卸速度高，停港时间短，大多采用高航速，通常为每小时20—23海里。近年来为了节能，一般采用经济航速，每小时18海里左右。在沿海短途航行的集装箱船，航速每小时仅10海里左右。近年来，美国，英国，日本等国进出口的杂货约有70％--90％使用集装箱运输。