项目四 钢质船舶规范法结构设计(1)

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项目四钢质船舶规范法结构设计要求：1.熟悉钢船设计规范2.掌握船体结构设计方法、过程§4.1了解规范的适用范围《钢质内河船舶建造规范》《内河小型船舶建造规范》《内河高速船入级与建造规范》4.1了解规范的适用范围一、船舶航区划分1.设计前必须明确航行区域。2.我国通航的内河水系，包括江、河、湖泊和水库，根据分布、水文、气象等实际情况，可划分为A，B，C三级航区3.其中某些水域又依据水流湍急情况，又划分为急流航段，即J级航段。4.急流航段【J级航段】1.在峡谷河流中，滩上流速超过3.5m/s的航段定为急流航段。2.按航区内滩上流速大小划分为J1、J2两级：J1级航段：滩上流速5m/s~6.5m/s的航段J2级航段：滩上流速为3.5m/s~5m/s的航段不同的J级航段分别从属于所在水域的航区级别。在结构设计计算时，不同的航区的计算波浪尺度和波高范围是不同的。《内规》规定，计算半波高，A级航区r＝1.25m，B级航区r＝0.75m，C级航区r＝0.25m。表4-1各级航区的计算波浪尺度和波高范围详细的航区划分可参考中华人民共和国海事局《内河船舶法定检验技术规则》关于内河航区分级的规定表4-1各级航区的计算波浪尺度和波高范围航区级别航行区域计算波高×计算波长（m）波高范围（m）A级自江阴的黄田港以下至吴松口，包括横沙岛以内水域2.5×301.5以上至2.5B级1.长江—自江阴的黄田港至涪陵李渡长江大桥2.黄浦江—自分水龙王庙经闵行至吴淞口3.淮河-—自正阳关至洪泽湖4.赣江—自南昌至都阳湖5.湘江一一自株州以下至洞庭湖6.洪泽湖、高邮湖、邵泊湖、太湖、巢湖、鄱阳湖、洞庭湖以及类似的大型水库1.5×150.5以上至1.5C级1.长江—自宜昌以上2.黄浦江—自分水龙王庙以上3.淮河-—正阳关以上4.赣江—自南昌以上5.湘江一一自株州及其以上6.源水、资水、澧水、汉水、嘉陵江、岷江、乌江以及A、B级没有提到的其他长江水系支流0.5×5.00.5及以下二、船型范围（一）《钢质内河船舶建造规范》：1.航行于内河水域2.船长20m≤L≤140m3.焊接结构钢质民用船舶船长L一般取满载水线的垂线间长Lpp。但规范规定L应不大于满载水线长度，亦不小于满载水线长度的96%。【所谓满载水线系指船舶最高级别航区载重线对应的水线】无舵船舶的船长取满载水线长度【即满载水线面在中纵剖面上的投影长度】（二）《内河小型船舶建造规范》1.适用于我国内河船长5m≤L20m的民用船舶2.包括钢质船舶和纤维增强塑料船舶小型民用船舶一般适用《小规》，但该规范不适用于高速船、柴油挂桨机船、帆船和运动竞赛艇的设计。《内规》进行结构设计的总原则1.按《内规》进行船体结构设计时，应满足关于船体结构的一般规定2.客船、滚装船、油船、甲板船、大舱口船、工程船等船舶，船体结构设计时需要遵守该规范相关章节的船体结构补充规定；3.需要进行船舶总纵强度或局部结构强度的直接计算，则相应的应遵守《内规》关于结构强度直接计算的补充规定。4.按《内规》设计的船舶，其主尺度比值应符合表4-2的要求：表4-2《内规》的船舶主尺度比值范围（m）船宽B为不包括船壳板在内的船体最大宽度，且不计入舷伸甲板宽；型深D为船长中点处沿舷侧自平板龙骨上表面量至干舷甲板下表面（或其延伸线）的垂直距离。三、结构设计中的几个重要问题（一）船体骨架型式的选择内河船舶的骨架型式可以选择以下三种形式：1.横骨架式：横向构件稠密，间距小。2.纵骨架式：纵向构件稠密，横向强构件疏稀布置。3.混合骨架式：船体部分结构采用横骨架式，部分采用纵骨架式的混合骨架式。比如舷侧为横骨架式，船底及甲板采用纵骨架式。采用何种骨架式，应统筹兼顾强度、使用条件、工艺性等因素酌情决定：1.从总纵强度考虑对于其总纵强度要求较高的大型内河船，采用纵骨架式可以显著降低船体结构重量，提高技术经济性能但中、小型船舶，总纵强度易于满足，壳板厚度多按局部强度、使用条件及蚀耗等因素所决定，如采用纵骨架式，结构重量减少不明显，甚至反而增加。2.从局部强度考虑船长小于50m时，局部强度是主要矛盾，宜用横骨架式。舷侧骨架主要承受局部弯曲及横向弯曲，其参加总纵弯曲效率较低，一般均采用横骨架式。首、尾结构主要承受局部荷重，除顶推船外，均采用横骨架式等等。3.从横向强度考虑纵骨架式的横向强度较差，故当横向强度矛盾突出时，如装运重货的双壳驳以及B/D5~5.5的大开口船舶【较宽】等，应优先考虑采用横骨架式。4.从工艺性及使用条件考虑纵骨架式纵骨布置稠密、横向强骨材尺度大，节点复杂，焊接、装配施工较为困难，且舱容、净空损失较多。除总纵强度确有需要外，对中、小船舶少用纵骨架式为佳。采用纵、横混合骨架式时，应考虑合理搭配与过渡。如甲板为纵骨架式、舷侧横骨架式时，应采用交替肋骨制【每3~4档布置强肋骨及舷侧纵桁】，使强横梁与强肋骨合理搭配，以提高结构强度。5.无论采用何种骨架型式，纵向构件均应有良好的结构连续性；甲板、舷侧及船底骨架应有效地连接，构成完整的刚性整体。（二）骨材间距的确定1.骨材间距指肋骨间距或纵骨间距2.普通骨材间距根据等强度条件、按重量最轻的原则决定。据研究，当肋距S=500~600mm时板格重量最小。《内规》规定肋骨或纵骨间距一般应不大于600mm。多数长江小型机动船为500mm，多数大、中型长江船为550mm，所以一般取S=500~600mm。纵骨间距S1可适当大些，大约S1=1.1S，但不宜超过600mm。3.内河船骨材间距考虑工艺、布置，不应过小。（三）构件的布置的原则1.有效传递荷重原则构件的布置尽量使船体主要构件构成空间体系，以保证任一承载构件同相邻构件之间有效传递荷重。2.结构的连续性原则结构型式或某一构件，在其布置方向上不能突然中断或尺寸突变，以免破坏内力的传递和引起严重的应力集中例如中部0.4L内所有纵向构件应连续贯通，凡是前后不能在同一延伸线上的纵向构件，在中断处应彼此交错延伸两档以上；双层底向首、尾单底过渡时，应采用水平过渡肘板等措施过度；中部纵骨架式向首、尾横骨架式过渡时，纵骨不能同时中断在同一横剖面处。3.等间距性支承构件应尽可能等间距布置骨材可按等强度条件决定尺寸，便于设计加工，还可以充分利用材料，降低结构重量。4.节点连接在节点处构件一般采用肘板连接内河规范对肘板尺寸均有详细规定（四）正确选用带板宽度1.骨材承弯或承压时，与骨材毗邻的一部分板与之共同工作，通称“带板”。计算骨材剖面几何要素时，应包括带板宽度在内。2.带板宽度应从弯曲强度与稳定性两方面作不同的考虑。3.同一骨材按强度条件确定的带板宽度，比按稳定性条件确定的带板宽度大得多，两者对骨材剖面模数的影响不大，但对惯性矩的计算相差甚远。比如在计算构件剖面模数时，我国《内规》规定：当骨材直接与板相连接时，要求的剖面模数和惯性矩为连带板的最小要求值；普通骨材的带板宽度取骨材间距；强骨材带板宽度取强骨材跨距的1/6，但不大于负荷平均宽度，亦不小于普通骨材间距。若骨材仅一侧有带板时，则带板宽度取上述规定的50%。当骨材不直接与板相连时，要求的剖面模数和惯性矩仅为骨材不含带板的最小要求值。（五）要兼顾横向强度与扭转强度1.内河船B/D较大，船型扁宽，甲板如有大开口，则横强度往往不足。如B/D5的舱口货船、装运重货的双壳驳、B/D5.5的油驳及甲板驳等应采取适当措施保证横强度。2.增加横向强度主要措施有：横舱壁间距一般应不大于6D，全船采用横骨架式、大开口区域增设舷侧半舱壁，甲板设置连接过桥，设置间距不大于四档肋距的强肋骨框架，如有可能（如油驳、甲板驳），设置一定数量的横向桁架等等。3.大舱口内河船由于斜浪航行或前后装载不均，可能引起整个船体的扭转。增加外板及甲板厚度、设置舷边纵舱壁等可以提高剖面抗扭刚度。对于双壳型长舱口船，加大箱体边舱的宽度及提高首尾横舱壁对纵向构件的固定程度，均可提高扭转强度。（六）材料的选择《内规》指出，船用钢材的制造和试验应符合《材料与焊接规范》相关篇章的有关规定，也包括尾柱、舵柱、尾轴架、舵杆及其他结构用的锻钢、铸钢等材料。当采用复合材料或钢以外的其他材料时，应根据等效原则特殊考虑作业