船体结构与制图 外板和甲板板

第三章外板和甲板板第三章外板和甲板板概述•外板和甲板板是船体箱形结构的最主要组成部分，外板围成船体的外壳，而甲板则封闭船体的上部。本章主要介绍外板和甲板板的作用、受力、排列布置、厚度分布以及加强情况。第三章外板和甲板板外板•一、概述•外板(shellplate)是构成船体底部、舭部及舷侧的外壳板，由一块块钢板对合焊接而成。•1．接缝与列板•外板的钢板的长边通常沿船长方向布置。长边与长边相接的纵向接缝叫边接缝(seam)，短边与短边相接的横向接缝叫端接缝(butt)，如图1-3-1所示。钢板逐块端接而成的连续长板条称为列板(strake)，若干个列板组成船体外板。第三章外板和甲板板图1-3-1接缝与列板如下:第三章外板和甲板板2．列板名称•组成船体外板的各列板名称如图1-3-2所示。位于船底的各列板统称为船底板(bottomplate)，其中位于船体中线的一列板称为平板龙骨(platekeel)。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(bilgestrake)。舭列板以上的外板称为舷侧外板(sideplate)，其中与上甲板连接的舷侧外板称为舷顶列板(sheerstrake)。生产图纸中，一般称平板龙骨为K行板，相邻列板为A行板，接下来是B行板，余此类推，直至舷顶列板为S行板。第三章外板和甲板板图1-3-2列板的名称第三章外板和甲板板3．外板的作用和受力–外板的作用是保证船体水密，使舰船具有漂浮及运载能力。它作为船梁的组成部分，参与船体的总纵强度，并与船底及舷侧骨架一起，承受并传递各种横向载荷，共同保证船体的局部强度和刚性。–外板承受如下各种力的作用：–（1）总纵弯曲：船底板是船梁的下翼板，舷侧外板是船梁的腹板，承受总纵弯曲应力。–（2）横向载荷：外板直接承受舷外水压力，以及舱内液体压力。这些横向载荷使板产生局部弯曲。–（3）动力载荷：外板在首部承受较大的波浪冲击力，在尾部承受螺旋桨工作时的水动压力。对于在冰区航行的船舶，外板还受到冰块的撞击和挤压力。–（4）偶然性载荷：如碰撞、搁浅等外载荷。第三章外板和甲板板二、外板的厚度分布•二、外板的厚度分布–外板上的各块钢板因其所在位置的不同，受力也就不同。为了在保证强度的前提下减轻结构重量，外板厚度根据受力大小，沿船长和肋骨围长方向是变化的，即在受力大的部位取厚些，在受力小的部位取薄些。–外板厚度沿船长方向的变化–当船舶总纵弯曲时，弯曲力矩的最大值通常在船中0.4L（L为船长）的区域内，向首尾两端的弯矩逐渐减小而趋于零。因此，一般在船中0.4L区域内的外板厚度较大，离首尾端0.075L区域内的外板较薄，两者之间的过渡区域，其板厚可逐渐减薄，如图1-3-3所示。第三章外板和甲板板第三章外板和甲板板因考虑锈蚀、磨损等因素，平板龙骨的宽度和厚度从首至尾保持不变。此外，在船首底部波浪拍击区，底板要适当加厚。第三章外板和甲板板•外板厚度沿肋骨围长方向的变化•平板龙骨和舷顶列板的位置在船梁的最下端和最上端，受到较大的总纵弯曲应力，平板龙骨还承受船舶建造时龙骨墩或坞墩的反力和磨损，舷顶列板与上甲板相连接，又起着舷侧与甲板之间力的传递作用，因此平板龙骨和舷顶列板要比其它外板厚些。其余从船底列板向上的各个列板，随着水压力减小而逐渐减薄。第三章外板和甲板板•局部加强•对于有些局部受力较大区域的外板，应采用加厚板或加装骨架等局部加强措施。这些区域主要有：首部锚孔区域、尾端螺旋桨区域、外板开口区域等。加强的具体要求详见船舶建造规范。•此外，对于航行冰区的船舶，其外板厚度在冰带区部分也需作必要的加强。第三章外板和甲板板•外板的布置•外板的接缝线是根据船体分段的划分、外板的厚度和板材的规格以及工艺和结构上的要求布置的。外板接缝线的布置分边接缝线和端接缝线的布置。第三章外板和甲板板•外板边接缝的布置•平板龙骨和舷顶列板的宽度由船舶建造规范或强度计算决定，舭列板的边接缝由工艺性决定。布置边接缝线时的要求如下：•（1）应考虑到甲板、平台、纵桁、纵骨和内底边板等纵向构件的布置。外板的边接缝与纵向构件的角焊缝应避免重合或形成过小的交角，否则会影响焊接的质量。若纵向构件与外板边接缝的交角小于30时，则应调节接缝改为阶梯形，如图1-3-4所示。此外，板缝布置与纵向构件在很长一段距离中平行时，其间距应大于50mm。第三章外板和甲板板•图1-3-4外板的边接缝第三章外板和甲板板•（2）外板的排列须充分利用钢板的规格，尽可能减少钢板的剪裁。在线型平缓的船中或大型船上，采用较宽的钢板。而在型线曲率较大的首尾端或小型舰船上，通常采用宽度较小的钢板，以便于加工和装配。第三章外板和甲板板•（3）在水线以上部分的舷侧外板，其边接缝线与甲板边线或折角线平行，并保持相同的宽度伸至船的两端，以使外板排列整齐美观。在首尾端，由于肋骨围长减小，外板板列的数目也要相应地减少，形成并板结构。并板不宜设在平板龙骨、舭列板和舷顶列板上，通常布置在满载水线以下的其它外板上。并板(stealerstrake)的形式一般有下列两种：第三章外板和甲板板•①双并板：两相邻列板的端接缝同时中断，并成一列板，见图1-3-5a）；•②齿形并板：两相邻列板的端接缝不同时中断，并板处成阶梯形接缝，见图1-3-5b）。如下图所示第三章外板和甲板板图1-3-5外板的并板接缝a）双并板；b)齿形并板第三章外板和甲板板•外板端接缝的布置•船舶总纵弯曲时，外板的端接缝恰好位于横断面上，因此端接缝比边接缝的质量要求更高。布置外板端接缝的要求如下：•(1）应考虑到建造工艺上船体分段的布置情况，同时又要充分利用钢板的长度。各列板的端接缝应尽可能布置于同一横剖面上，以减少装配和焊接的工作量，有利于采用垂直自动焊接，并且容易控制焊接变形。第三章外板和甲板板•（2）外板的端接缝应布置在1/4或3/4肋距处，因板在该处局部弯曲应力最小。且端接缝应避开横向构件的角焊缝及大开口角隅部位。•（3）外板各列钢板的长度在船中部分可取长些，而在首尾端则取短些。因船中部船体一般被划分为平面分段，分段较长；而首尾端船体被划分为立体分段，分段较短。此外，船中线型平缓，可充分采用长的钢板；首尾端线型较复杂，采用较短的钢板便于加工。第三章外板和甲板板•图1-3-6所示为某沿海货船首部的外板展开图。它具体地表示了外板的结构，标出了外板的边接缝、端接缝、分段接缝及纵横构件的位置。其中细实线及斜栅线分别表示板逢线和分段接缝线。第三章外板和甲板板•图1-3-6首部外板展开图第三章外板和甲板板甲板板•概述•甲板板的概念•船舶的主体部分设有一层或几层全通甲板，小型舰船仅有一层甲板，而大型船舶根据使用要求往往设置二层或多层贯通全船的连续甲板。按自上而下的顺序分别称为上甲板（upperdeck）、第二甲板(seconddeck)、第三甲板(thirddeck)等。根据需要，有时在部分舱室中设置局部间断的平台甲板(platformdeck)。第三章外板和甲板板•甲板板(deckplate)由许多钢板并合焊接而成，钢板的长边通常沿船长方向布置。沿甲板边缘与舷侧邻接的一列甲板板称为甲板边板(deckstringer)第三章外板和甲板板•甲板的形状•为了减少上浪及迅速排除积水，船舶上甲板通常为曲面形状，且首尾窄中部宽，船长方向中部低于首尾端，船宽方向中间高于两舷，如图1-3-7所示。上甲板边线沿纵向向首尾端升高的曲线称为舷弧，上甲板沿横向的拱形称为梁拱。非露天的甲板和平台，则可做成平直的结构。第三章外板和甲板板•图1-3-7上甲板的形状第三章外板和甲板板甲板板的受力•（1）总纵弯曲：上甲板是船梁的上翼板，承受总纵弯曲应力。•（2）横向载荷：上甲板承受上浪水压力或甲板货物等的载荷；下甲板和平台等非露天甲板的载荷则视甲板的使用情况而定。第三章外板和甲板板•甲板板的作用•甲板板与外板和舱壁板共同组成供各种用途的舱室。上甲板作为船体的水密顶板，遮蔽舱室空间，有些船舶的上甲板上也载货。下甲板和平台甲板分层安置设备及各种装载物。在长江客货船上，通常设有舷伸甲板(sponsondeck)，以扩大甲板的使用面积。第三章外板和甲板板•甲板板的作用•甲板板与外板和舱壁板共同组成供各种用途的舱室。上甲板作为船体的水密顶板，遮蔽舱室空间，有些船舶的上甲板上也载货。下甲板和平台甲板分层安置设备及各种装载物。在长江客货船上，通常设有舷伸甲板(sponsondeck)，以扩大甲板的使用面积。第三章外板和甲板板•甲板板的厚度•在各层甲板中，上甲板在保证船体总纵强度中的作用最大，故较下层甲板为厚。•沿船长方向，上甲板参与船舶总纵弯曲时，中部受力最大，故在船中0.4L区域内的甲板板应厚些，且保持厚度相同，向首尾两端则逐渐减薄。第三章外板和甲板板•甲板板的布置•甲板板的长边沿船长方向布置，且平行于甲板中线。甲板边板因需保持一定的宽度，故沿舷边呈折线形状。在首尾端，由于甲板宽度减小，甲板列板的数目也要相应地减少，也可以将钢板沿横向布置。此外，在大开口之间也可将钢板沿横向布置，如图1-3-8所示。第三章外板和甲板板图1-3-8甲板板的布置第三章外板和甲板板•甲板布置时，应注意如下问题:•甲板板的端接缝不宜设于大开口的四角，因为该处是应力集中区域，板缝与舱口横端至少应相距500mm。此外，甲板板排列时也应注意甲板上下构件的位置，避免使甲板板缝与这些构件的焊缝相重合或太接近，一般要求两者的间距大于50mm第三章外板和甲板板•甲板开口处的加强及甲板间断处的结构•1．甲板开口处的加强•为了让人员、机器、及装载物等出入船舱，在甲板上通常设有各种大小不同的开口，如机舱口、货舱口、人孔和梯口等。船舶总纵弯曲时，在开口角隅处将产生应力集中现象，因此，在船中0.5L区域内应予加强或补偿。•甲板上的人孔开口，应做成圆形或长轴沿船长方向布置的椭圆形，以缓和应力集中的程度。第三章外板和甲板板•矩形大开口的长边通常沿船长方向布置，大开口的角隅应做成圆形、椭圆形或抛物线形。圆形角隅处的甲板板要用加厚4mm的板或复板给予加强，常用的加厚板形式如图1-3-9a)和b)所示。椭圆形或抛物线形角隅可不必采用加厚板，但须符合图1-3-9c）规定的要求。为了对甲板大开口的削弱进行补偿，有的船沿舱口两侧设置长条形的加厚板，见图1-3-9d）。对强力甲板舱口线以外的圆形开口，可采用图1-3-9e）所示的套环形式加强开口边缘。第三章外板和甲板板图1-3-9甲板开口处的加强第三章外板和甲板板•甲板间断处的结构•上甲板以下的各层甲板若在机舱、货舱等处被切断，由于结构连续性被破坏，在甲板突变的地方可能产生应力集中。为了防止结构破坏，在甲板间断处应增设舷侧纵桁，且在过渡处用尺寸较大的延伸肘板连接，如图1-3-9所示。第三章外板和甲板板•舷边连接•舷边是指甲板边板与舷顶列板的连接部位。目前常用的舷边连接形式有如下两种：•舷边直角连接•如图1-3-10a）所示，这种舷边连接形式的特点是施工简便，但舷边应力较大。当舷顶列板与甲板边板直接焊接时，舷顶列板的上缘应平整，必须严格保证焊接质量。在船中及上层建筑端部，高出甲板边板的舷顶列板上不准许开流水孔。目前此种形式多用于中小型船舶和一些有加强措施的船舶，如杂货船等。第三章外板和甲板板•圆弧舷板连接•如图1-3-10b）所示，弧形的舷板使舷顶列板和甲板边板构成了一个整体。圆弧舷板的厚度至少应等于甲板边板厚度，圆弧半径不得小于板厚的15倍。•此种舷边连接形式特点是，能使甲板和舷侧应力顺利过渡，结构刚性较大，舷边不易变形。但甲板有效面积减小，甲板排水易弄脏舷侧板；此外，由于型线的变化，圆弧板只适用于船体中段，向首尾端逐渐过渡仍需采用舷边直角形连接，施工较麻烦。目前多见于大型船舶的船中部位，如大型油船中部。第三章外板和甲板板•图1-3-10舷边连接形式第三章外板和甲板板习题•外板由哪些列板组成，分别用什么代号表示？•外板的厚度是如何分布的？•外板边接缝和端接缝布置要求？•并板有哪两种形式？并板通常设在什么位置？•主船体内有哪些甲板？•甲板通常做成什么形状？为什么？•甲板板的