3.第三章

由于弯曲带板定义式计算十分复杂，我国《海船 规范》规定，安装在平板上的主要构件带板的有效 面积为： 2
A 10 fbtp
(cm )
f 0.3(l / b)2 / 3，但不大于1；b—主要构件支承面积
t 平均宽度，m；l —主要构件长度，m； p —带板的 平均厚度，mm。 中国船舶检验局颁布的《内河钢船建造规范》 (1991)规定：强骨材带板宽度取其跨度的1/6，即 be＝l/6，但不大于负荷平均宽度亦不小于普通骨材 间距。
§3 典型船体结构 的局部强度计算
1. 船底结构的强度计算
船底是船体梁的下翼板，受到很大的总纵弯曲 应力，此外还承受机器重量、货物重量、压载水及 舷外水压力等横向荷重作用。在波浪中高速航行的 船舶底部，特别是首部附近的船底还受到很大的冲 击力。 在总纵强度校核时，船底纵桁应力要与总纵弯 曲应力合成，此时船底板架的计算载荷应取相应的 总纵弯曲计算时的载荷状态和波浪位置的水头高度。 在局部强度计算时，船底板架计算水头为舷外水压 与货物反压力之差值。
总之，正确分析结构变形特点才能作到力学上 等价，这是模型化的关键。同时还应注意结构对称 化的应用。
3.载荷模型化
载荷模型化的目的是，选择船舶在营运中可能遇 到的较危险的和经常性的荷重情况，并能用有限参 数来描述实际载荷。具体应考虑如下问题： (1) 作用于结构上的载荷工况； (2) 计算载荷的性质(不变荷重、静变荷重、动变荷 重和冲击荷重)与载荷类型(经常性荷重、偶然性 荷重)； (3)载荷大小，并决定施加在哪些构件上； (4)载荷的组合与搭配。
1)受压骨架带板宽度
b
a
s
We /2
cr s
由船舶结构力学知，长为b宽为a，筒形弯曲刚度为 D的矩形板格的临界压力为F cr =kπ 2 D/b 2 。若令有效 宽度内的压应力达到板格的临界应力 cr 。和板的屈 2 2 2 s，则 服极限 4 D 4 Et
2 于是可得带板宽度为： e
1.建立计算力学模型的原则
船体结构的强度计算, 首先应根据结构的实际受 力情况,将具体结构抽象化为计算简图—力学模型, 然后对计算简图采用力学分析力法进行结构分析。 所谓结构的计算简图，就是将实际结构经过简 化的计算模型。由于实际结构的繁杂性，完全按结 构的实际情况进行力学分析是不可能的，也是不必 要的。因此，对实际结构进行力学计算之前，必须 对结构进行简化，略去不重要的细节，表现其基本 特点，用一个简化的图形代替实际结构。但其力学 模型必须：(1)反映实际结构的工作性能；(2)便于计 算。
a a Q=γhaB=qaB b b b b B b b L Rj1 Rj2 Rj3 Rj4 L 交叉构件 b b 主向 主向梁
对于纵骨架式板架，载荷通过纵骨传给实肋板, 交叉构件也只承受节点反力，如图所示。
a a
实肋板 纵骨
Q=γhaB=qaB
主向梁
b b b B b b L Rj1 Rj2 Rj3 b
计算板架时，其长度、宽度取相应的支持构件间距离,如 船底板架和甲板板架的长度取横舱壁之间的距离，宽度取组 成肋骨框架梁中和轴的跨距,或取为船宽。 对于如图所示的肋骨刚架，其长度、宽度取组成肋骨框架 梁的中和轴线交点间距离,用中和轴线代替实际构件,不计梁 拱及舭部的弯曲。肘板和开孔 (人孔、减轻孔等) 而引起的构 件剖面变化也不予考虑，即在内力(弯矩、切力)计算时把每 一构件作为等直梁处理。
2
(MPa)
2
长边中点沿船宽方向应力：
s
纵骨
( 4 ) y 0.5q (b / t )
(MPa)
2
板中点沿船长方向的应力：
( 4 )x 0.075q(b / t )
(MPa)
b — 船底纵骨间距，mm。 船底板的许用应力：板中点处[ ] 0.8 s ，骨架处 [ ] 0.9 s 。
h d hB / 2
d为载重吃水(m)，hB为半波高。
§2
船体骨架 的带板
船体结构中的骨架都是焊接在钢板上的，当骨 架受力发生变形时，与它连接的板也一起参加骨架 抵抗变形。因此，为估算骨架的承载能力，也应当 把一定宽度的板作为它的组成部分来计算骨架梁的 剖面积、惯性矩和剖面模数等几何要素，这部分板 称为带板或附连翼板。 因骨架的受力情况不同，带板宽度有两种不同 的定义和数值，即 (1)压杆的(稳定性)带板宽度，We； (2)梁的(弯曲)带板宽度，be。
第3章 船体结构局部 强度计算
§1 局部强度计 算的力学模型
船体在外力作用下除发生总纵弯曲变形外，各 局部结构，如船底、甲板、船侧和舱壁板架以及横 向肋骨框架也会因局部载荷作用而发生变形、失稳 或破坏。研究它们的强度问题你入局部强度。局部 强度的内容很多，除上述板梁和框架外，各种骨材 以及壳板的强度计算也是局部强度讨论的对象。 在进行局部强度计算时，首先，应根据结构受力 与变形特点，把实际复杂的结构抽象为可以用力学 方法计算的简化模型(称为力学模型或计算模型)； 然后，对共力学模型进行内力和应力分析并进行强 度校核。力学模型的建立是与计算方法相联系的， 用船舶结构力学方法进行局部强度计算时，只能将 船体各部分结构简化为板架、刚架、连续梁和板等 结构进行计算，而且载荷也只能取比较简单情况。
M 3Q1B /8
Q=qbL，Q1=qaB，b为纵桁间距，q为载荷强度； γ1、γ2、γ3影响系数，根据板架长宽比和中桁材 与旁桁材惯性比值查表确定。
2.甲板结构的强度计算
最上层连续甲板是船体梁的上甲板，它对保证船 体总纵强度起重要作用,称为强力甲板。 下甲板主 要承受货物重量，因此首先应保证其局部强度。无 论哪层甲板都承受均布荷重。 民船中不载货的上层露天甲板，承受甲板上浪的 水压力，其水头高度可按规范规定计算。《海船规 范》规定,露天强力甲板计算水头高度为1.2～1.5m 之间，且不小于下式计算值： 1 100 3L h0 1.2 ( 150 ) (m) 500 D d L－船长(m)，D －型深(m)，d －吃水(m)。
如何对各种联系进行合理的简化，是确定结构 计算简图的一个重型问题。要对各种联系进行简化, 就要分析联系的性质，找出决定联系性质的主要因 素。决定联系性质的主要因素是结构各部分刚度的 比值，即结构各部分的相对刚度。 影响计算简图的主要因素为： (1)结构的重要性 对重要结构应采用比较精确 的计算简图。 (2) 设计阶段 初步设计阶段，可用较粗糙的计 算简图，在技术设计阶段再使用比较精确的简图。 (3)计算问题的性质 通常对结构进行静力计算, 可用较复杂的计算简图，对结构进行动力计算和稳 定件计算时, 由于问题比较复杂,要使用比较简单的 计算简图。
中拱和中垂时的水压力。于是纵骨弯曲应力为：
3 M / W (MPa)
W为纵骨带带板的剖面模数，mm3。
3) 船底板架计算
船底板架由多根交叉构件和很多主向梁组成的板 架。其结构强度比强力甲板靠近船体剖面中和轴线。 因此在船体中拱变形时船底板架不易失稳，其主要 矛盾是强度问题。 对于横骨架式板架，主向梁(实肋板)承受肋板 间距范围内荷重，交叉构件只承受节点反力，如图 所示。 实肋板 组合肋板
3.骨架的支座简化
将局部构件或结构从整体结构中分离出来进行局 部强度计算，需考虑相邻构件对计算结构的影响， 即支座。在船体结构计算中，通常有三种支座情况： (1)自由支持在刚性支座上；(2)刚性固定；(3)弹性 支座和弹性固定。 肋板 纵骨 如船底纵骨：
因实肋板刚性远大于纵骨， 且变形以肋板为支点左右 对称，因此计算船底纵骨 强度时可按两端刚性固定 的单跨梁来进行。
(4)计算工具 使用的计算工具愈先进，计算简图 则可以更精确些，电子计算机的使用使许多复杂的 计算图形可采用。 此外，必须注意，从实际结构得出合理的计算简 图是一方面；另一方面，在选定计算简图之后，还 应采用适当的结构措施，使所设计出的结构体现计 算简图的要求。
2.构件几何尺寸的简化
在进行局部强度计算时，不可能也没有必要对 实际结构的各种因素加以考虑。在确定几何要素 (如 跨距、宽度、带板尺寸、剖面模数等)时，将结构 作 一些“理想化”处理。
M,σmax
σ实际不是最大
σmax
注意：在确定骨架剖面的应力时，需考虑肘板的
影响，即在计算梁的剖面模数时计入肘板。例上图 所示的肋骨刚架底部弯矩值最大，若计算应力时不 考虑舭肘板，则最大应力甚至会超过许用应力，如 果计入舭肘板，则其应力很小，实际上最大应力出 现在肋骨跨距中部。 另外，对于具有大肘板的船舶结构(如油船、 矿砂船等)，在计算内力时也应考虑肘板影响,否则 在某些载荷下所得结果可能偏于危险方面。构件剖 面要素计算时应包括带板(附连冀板),关于带板问题 将在下节中讨论。
2) 船底纵骨弯曲应力计算
船底纵骨由肋板支持，纵骨结构、载荷对称于肋板,因此 可以把纵骨当作两端固定受均布荷重q的在肋板上的单跨梁 计算，其弯矩为： qba 2
M 0 12 (N M) 2 M qba (N M) 1 24
(支座处)
(跨中处)
a－纵骨跨距；b －纵骨间距；q －分布载荷强度，分别取
s cr
W (1 t ) 12(1 )W
2

2 e
4 2 E We t 2 12 (1 ) S
2)骨架弯曲带板宽度
骨架弯曲时与腹板连接的面板也跟着伸长或缩短, 板变形的主要原因是腹板边缘给它的剪切，其次才 是弯曲影响。在腹板上面的面板部分弯曲应力最大, 沿面板宽度离开腹板逐渐减小，这种现象称为“剪 切滞后”效应。带板宽度be 就是将面板宽度b中的弯 曲应力化成腹板上面的面板中的应力时所需要的面 板宽度。计算 be 时所用的应力 x是骨架弯曲时其带 板x方向(骨架方向)的正应力。将 x沿y方向(横向) 从 零积分到b/2就得到轴向力x的一半。因此，弯曲带 b/2 b/2 板宽度定义为： 2 x dy t 2 x dy X be 0 0 max t max t max
( 4 )x 0.25q(s / t )
2
(wenku.baidu.com/mm ,MPa)
2
q―水压力(N/mm2)；s ―肋距(mm)；t ―板厚(mm)
(2)纵骨架式船底板
应检查三点。 若s/b>1.5～2.0，则 短边中点沿船长方向应力：
实 肋 板
y
纵骨 实 肋 板 x
b
( 4 ) x 0.343q(b / t )
1) 船底外板的强度计算
受均布水压力作用的船底板，可作为四周刚性固 底纵桁 y 定的刚性板来计算。 实 实 (1)横骨架式船底板 肋 肋 c板 1 2 板 检查三点。 x 若c/s>2，则长边中点(2点)的 最大应力(沿船长方向)用下式计算： 底纵桁 s ( 4 )x 0.5q(s / t )2 (N/mm2 ,MPa) 板中点(1点)沿船长方向的应力为：
l
而甲板纵骨，在船舶中垂弯曲时受轴向压力作用。纵骨 稳定性计算时，根据其变形特点可作为两端自由支持的单跨 梁来计算。 肋骨框架由于肋板刚度远大于肋骨，故肋骨下端可作刚性 固定；当甲板上无荷重，又可进一步按船舶结构力学方法， 可算出其弹性固定端的转角和柔性系数而简化为弹性固定的 单跨梁。 板架的交叉构件(龙骨、纵桁)在横舱壁处的固定条件取 决于相邻板架的刚度、跨度和载荷之比。精确计算相邻板架 的相互影响，必须对它们进行连续板架计算；但实用上，通 常引入横舱壁的支座固定系数χ考虑相邻板架的影响。在多 数情况下，交叉构件在横舱壁处可以认为是刚性固定的。船 底板架在舷侧处的固定情况可通过肋骨刚架计算确定，通常 计算中可近似认为自由支持在舷侧，因为肋骨的刚度比肋板 小得多。
b
b
l
Rj4
L 交叉构件
当舱长与舱宽之比为L/B<0.8时，中桁材舱壁处 与跨中的弯矩十分接近，因此可将中桁材当单跨梁 处理进行强度校核计算。其弯矩为：
M 0 QB /12 (支座处) M1 QB / 24 (跨中处)
对于L/B>0.8的板架，可按近似公式计算： 中桁材弯矩： M 0 1QB /12 M 1 2QB / 24 央肋板在中伤材处弯矩：
船体结构是在线弹性范围内进行强度校核，因此 在复杂载荷作用时可以应用迭加原理计算。 局部强度计算载荷主要有货物重量和水压力，一 般不计结构自重影响。 货物重量通常用水头高度h表示，即h=H/1.35(m), H为货舱载货高度(m)。 对于水压力，一般以船舶静置于波浪上的静水压 力作为计算载荷，因此水头高度为：