第二章船体结构与船舶管系

1第二章船体结构与船舶管系第一节船体结构第二节船舶管系第一节船体结构一、概述1.概念1)主要构件：船体的主要支撑构件称为主要构件，如强肋骨、舷侧纵桁、强横梁、甲板纵桁、实肋板、船底桁材、舱壁桁材等。2)次要构件：一般是指板的扶强构件，如肋骨、纵骨、横梁、舱壁扶强材、组合肋板的骨材等。2.船体结构的作用船舶由主船体、上层建筑和许多其他各种设备所组成。主船体是指上甲板以下包括船底、舷侧、甲板、舱壁和首尾等结构所组成的水密空心结构。这些结构全部由板材和骨架组成，即由钢板、各种型钢、铸件和锻件等组成。1)作用在船体上的力：无论是航行、停泊，还是在坞内，船舶都会不可避免地受到各种力的作用，归纳起来主要有：重力、浮力、货物的负载、水压力、波浪冲击力、扭力(如斜浪航行、货载对纵中线左右不对称等)、冰块挤压力、水阻力、推力和机械震动力及坞墩反力等外力的作用，这些力的最终效果就是使船舶产生总纵弯曲、扭转、横向及局部变形。①总纵弯曲力矩：指作用于船体并使其沿船长方向发生弯曲的力矩。由静水总纵弯矩与波浪总纵弯矩两部分叠加而成。静水总纵弯矩：当船舶正浮于静水面上时，从表面上看，重力与浮力大小相等并处于平衡状态，但事实上组成船体各分段的重力与浮力的最终平衡值通常是不相等的。这种重力与浮力沿船长方向的不均匀分布，在产生剪切应力的同时，也产生了总纵弯曲力矩，使船体发生总纵弯曲。弯矩的最大值在船中附近，向首尾端逐渐减小。波浪总纵弯矩：同样使重力与浮力沿船长方向分布不均匀而产生总纵弯矩。且当波长与船长相等或接近时，该弯矩最为显著，对船体结构的威胁也最大。对尾机型船而言：空载时中拱，满载时中垂。船舶所受的最大剪切应力位于距首尾两端约1/4船长处。②扭转力矩：发生在斜浪航行、货载对纵中线左右不对称时。③横向作用力：水的侧压力、横浪引起的横摇→肋骨歪斜。④局部作用力：有波浪冲击力、推力、机械震动力、机器与设备的重力及坞墩反力等外力的作用。2)作用：船体结构必须具有承受和抵抗各种变形的能力，即在保证船体总纵强度、扭转强度、横向强度和局部强度及坐坞强度的基础上，保持船舶的形状空间，保证船舶的水密，安装各种船舶设备和生活设施，载运旅客和货物。3.对船体结构的设计与建造要求1)具有足够的强度、刚度和稳定性，保持可靠的水密性，并能满足营运上的要求；2)构件本身应有良好的连续性，避免应力集中，同时应能保证安装在其上的机械设备具有良好的工作性能；3)应有合理的施工工艺，以提高劳动生产率，减轻劳动强度，缩短船台建造周期，降低成本；4)充分考虑整个船体的美观和今后维修保养的方便性。二、船体结构的形式、外板编号与总布置图1.船体结构的形式：按骨架排列形式的不同，船体结构有横骨架式、纵骨架式和纵横混合骨架式三种结构形式。21)横骨架式：主船体中的横向构件排列密尺寸小，纵向构件排列间距大尺寸大。结构简单、建造容易、横向强度和局部强度好，舱容利用率较高且便于装卸，横向刚性比纵向刚性大。总纵强度主要由外板、内底板、甲板板及纵向构件保证，较长的船则需加厚钢板来保证总纵强度，因此增加了船舶的自重。主要用于对总纵强度要求不高的沿海中小型船和内河船。2)纵骨架式：是指主船体中的纵向构件排列密尺寸小，横向构件排列间距大尺寸大。由于纵向构件的增多大大提高了船体的总纵强度(总纵强度好)，可选用较薄的板材，使船舶自重减轻，但施工建造比较复杂，由于横向构件尺寸的加大使货舱舱容得不到充分利用而影响载货量(舱容利用率低，载货量相对减少)，且装卸不便。该结构常见于大型油船和矿砂船。3)纵横混合骨架式：主船体中的一部分结构采用纵骨架式另一部分结构采用横骨架式。通常船中部位的强力甲板和船底结构因所受的总纵弯矩大，采用纵骨架式，下甲板、舷侧及受总纵弯矩较小，施工不便和波浪冲击力较大的首、尾部采用横骨架式结构。左图船底和上甲板采用了纵骨架式，二层甲板和舷侧采用了横骨架式结构。混合骨架式综合了纵、横二种骨架形式的优点，既保证了总纵强度，又有较好的横向强度，同时也减轻了结构重量，简化施工工艺，充分利用了舱容和方便装卸。但在纵横构件交界处结构的连续性较差，在连接节处易产生较大的应力集中。该骨架结构型式主要应用于大中型散装货船。2.外板编号1)船壳外板的名称：船壳外板(由船底、舷侧及舭部构成)由许多块钢板焊接成，钢板的长边沿船长方向布置。长边与长边相接叫边接，焊缝称边接缝，短边与短边相接叫端接，焊缝称端接缝。钢板逐块端接而成的连续长条板称为列板。位于船底平坦部分的各列板称为船底板，位于船体纵中线的一列船底板称为平板龙骨。由船底过渡到舷侧的转圆部分称为舭部，该处的列板称为舭列板。舭列板以上的列板称为舷侧列板，其中与上甲板甲板边板连接的列板称为舷顶列板。2)外板编号的方法：组成船壳外板的每块钢板用编号的方式表示，编号由列板与钢板序号两部分组成，并冠以左舷(P)或右舷(S)。对不同列板，以平板龙骨为基准并称其为K列板，与其相邻的列板为A列板，再次的列板为B列板，以此类推，但I、O、Q三字母不用；而同一列板中每块钢板的排列序号可从船首排起，也可从船尾排起，并用阿位伯数字表示。如：船壳外板左舷C列第四块板→PC4；又如：船壳外板右舷F列第五块板→SF5。3.总布置图总布置图由右舷侧视图、各层甲板与平台平面图、舱底平面图及船体主要尺度和技术数据等组成。反映了船舶总的布置情况，即全船各舱室的划分与位置、各种船舶设备及位置。该图比较集中体现了船舶的用途、任务和经济性。三、船底结构船底结构是保证船体总纵强度、横向强度和船底局部强度的重要结构。作用于船底上的外力有：水压力、机械设备和货物的负载、总纵弯曲引起的拉伸力和压缩力，进坞坐墩时墩木的反力、机械设备运转时的振动力等。船底结构主要有双层底结构和单层底结构两种类型。(一)双层底结构是由船底板、内底板、内底边板、舭列板及其骨架组成的底部空间。船舶应尽可能在首防撞舱壁至尾尖舱舱壁间设置双层底。客船当船长50m≤L＜61m时，至少应自机舱前舱壁至防撞舱壁3或尽可能接近该处之间设置双层底；当船长61m≤L＜76m时，至少应在机舱以外设置双层底，并应延伸至防撞舱壁及尾尖舱舱壁或尽可能接近该处；当船长L≥76m时，应在船中部设置双层底，并应延伸至防撞舱壁及尾尖舱舱壁或尽可能接近该处。双层底内的油舱与锅炉给水舱、食用水舱之间，应设有隔离空舱。1.作用①增加船体的总纵、横向和船底的局部强度；②用作油水舱装载燃油、润滑油和淡水；③用作压载舱以调整船舶的吃水、纵倾、横倾、稳性和提高空载时车叶和舵的效率，改善航行性能；④提高船舶的抗沉性；⑤提高船体的抗泄漏能力；⑥承受舱内货物和机械设备的负载。2.组成按骨架形式的不同分纵骨架式和横骨架式两种。主要组成部分有船底板、肋板、舭肘板、桁材、纵骨、内底板及内底边板等。1)船底板是平板龙骨至舭列板之间的外板。船底板中平板龙骨最厚，其厚度不得小于船底板厚度加2mm，且均应不小于相邻船底板的厚度，其宽度在整个船长范围内应保持不变，但≯1800mm。在船中0.4L区域内的船底板厚度不得小于端部船底板厚度，并逐渐向端部船底板厚度过度。2)横向构件(1)肋板：是连接内底板和船底板的横向构件，并是保证船体横向强度和船底局部强度的重要构件。按结构与用途的不同分实肋板、水密肋板和组合肋板。①实肋板(又称主肋板)：是非水密的横向构件。其上开有减轻孔、气孔和流水孔，有些减轻孔专门设计成长椭圆型并便于人员通过的人孔，除轻型肋板外，人孔的高度应不大于该处双层底高度的50%，且其位置在船长方向上应尽量按直线排列，以便人员出入。实肋板上焊有加强筋。②水密肋板：从横向将双层底分隔成若干个互不相通的舱室，其上无开口。一般在水密横舱壁下均设有水密肋板。因它可能会受单面水压力，因此其厚度比实肋板的厚度增加2mm，但一般不必大于15mm，垂直加强筋也应设置得密一些。③组合助板(又称框架肋板)：由内底横骨、船底横骨、肘板和旁桁材的扶强材组成。横骨架式双层底结构在不设置实肋板的肋位上设置该肋板，目前已较少采用。组合肋板可用轻型肋板代替，该肋板的腹板厚度与高度不小于所在区域的实肋板，允许有较大的减轻孔，且与组合肋板相比，施工方便。(2)舭肘板：是连接肋板和肋骨使其组成横向框架的一块板材，俗称污水沟三角板，在每个肋位上设置。舭肘板的宽度与高度相同，厚度与实肋板相同。其上面板或折边可增强其刚度(面板或折边的宽度一般为其厚度的10倍)，开有圆形的减轻孔和污水孔，孔缘任何地方的板宽均不小于舭肘板宽度的1/3。作用是保证舭部的局部强度和船体的横向强度。3)纵向构件(1)桁材①中桁材(又称中底桁)：是设置于船底首尾纵中线上的纵向梁，与平板龙骨、中内底板组成工字型纵向构件，俗称龙骨。在船中0.75L区域内，中桁材上不得开人孔或减轻孔，其它区域(舱壁前后1个肋距内除外)可以开孔，但开孔的高度应不大于该处中桁材高度的40%。中桁材应尽量向首尾柱延伸，并应在中部0.75L区域范围内保持连续。②箱形中桁材(又称箱形龙骨)：是由两道对称布置于船底纵中线两侧的纵桁、内底板、船底板和骨材等组成的水密箱形结构。一般设置于机舱舱壁与防撞舱壁之间。箱形龙骨在起到中桁材所起作用的同时还能用于集中布置各种管路和电气线路，以便于保护和维修这些设备，避免管4路穿过货舱而妨碍装卸货，故又称管隧。缺点是要占去一部分双层底舱容。箱形龙骨的宽度(即侧板之间的距离)不应超过2m。设有水密人孔和通向露天甲板的应急出口，其出口的关闭装置能两面操纵，围壁结构与水密舱壁要求相同。③旁桁材(又称旁底桁或旁龙骨)：对称设置于中桁材两侧且与中桁材平行，并与船底板和内底板相连，其上开有减轻孔、流水孔和气孔等，一般间断于实肋板之间。其厚度可比中桁材减少3mm，但均不小于相应的肋板厚度。旁桁材的数量根据船宽而定。(2)纵骨：是纵骨架式双层底结构中设置的纵向构件，一般用不等边角钢制成。它是连续构件，穿过实肋板。当船长超过200m或纵骨采用了高强度钢时船底纵骨穿过水密肋板或采用相应替代结构。内底纵骨的剖面模数为船底纵骨剖面模数的85%，且船底纵骨的最大间距不大于1m。纵骨是保证船体总纵强度的重要构件。4)内底板和内底边板：内底板是双层底上面的水密铺板，其两侧边缘与舭列板相连接的一列板叫内底边板。内底板和内底边板构成了双层底的内底，其长度也就是双层底的长度。横骨架式双层底内底板在船端部0.075L区域内的厚度为船中0.4L区域内厚度的0.9倍，对双层底内为燃油舱的，其厚度不小于8mm。厚度分布特点为船中部较厚，两端稍薄，而中内底板因与中桁材相接，受力较大，其厚度也稍厚一些。每个双层舱的内底板上至少开设有两个成对角线布置的长圆形或圆形人孔，同时配有水密的人孔盖。内底边板处于舭部位置，受力较复杂，且易积水、腐蚀，故比内底板厚些。结构形式有下倾式、水平式、上倾式和曲折式四种。下倾式内底边板与舭列板可构成污水沟，普通干货船较多采用；水平式内底边板施工方便，舱内平坦且强度好，一般客船、集装箱船、油船的油舱区域、一些干货船的货舱区域及其他船舶近首尾区域较多采用；上倾式内底边板便于散货的装卸，故散装货船与矿砂船较多采用；曲折式内底边板则因其结构特殊，相比可提高船舶的抗沉性，主要用于经常航行在复杂水域的船舶。除下倾式内底边板外，其他三种均只能在舭部设置污水井。(二)单层底结构单层底结构主要用于小型船舶、老式油船及内河船舶。结构简单，施工方便，但抗沉性和防泄漏能力差。主要构件有中内龙骨、旁内龙骨、船底纵骨、肋板及舭肘板等。四、舷侧结构舷侧结构是指连接船底和甲板的侧壁部分，是保证船体的纵向强度、横向强度，保持船体几何形状和侧壁水密的重要结构。舷侧结构有横骨架式和纵骨架式两大类，主要组成部分有：舷侧外板、肋骨、强肋骨、舷侧纵桁、舷侧纵骨及舷边等。1.舷侧外板：指舭列板以上的船体外板(包括舷侧列板和舷顶列板)。厚度分布特点是船中部较厚，向两端渐薄，靠近舭列板附近的要比上面的厚一些，同时在靠近首尾局部受力大的部位和尾轴附近的包板等加厚，对航行于冰区的船舶应进行加厚。舷顶列板是受总纵弯矩最大的一列板，其宽度不得小