船体设计原则(GL)

第3节设计原则A.总则1.适用范围本节包括船体结构构件的定义和通用设计衡准以及有关的结构细节。

2.许用应力和要求的剖面特征下列各节中，除了列出肋骨腹板、横梁、桁材、扶强材等的横剖面面积和剖面模数的计算公式外，还对用直接的强度计算方法确定这些构件的尺寸时的许用应力作出说明。

如用批准的计算方法（例如采用有限元法，或采用实尺度测量予以验证）进行精确的应力分析，则许用应力可增加10％。

所要求的剖面模数和腹板面积原则上应相对于与连接的板平行的轴。

对于商品化的和与板垂直连接的型材，通常在表格中可以查得其剖面特征。

如加强筋和桁材的腹板未与板垂直连接（例如前体的外倾船壳板上的肋骨），其剖面特征（惯性矩、剖面模数和剪切面积）应相对于与该板平行的轴进行计算。

对于球型材和扁材，倾斜型材的剖面模数应近似地用垂直布置型材的剖面模数乘以sin α计算确定，其中α系指腹板与附连板之间夹角(锐角)。

注：对于球型材和扁材，通常仅当α小于75︒时，才需考虑α的影响。

此外，根据L，如由于不对称的型材出现附加应力，所要求的剖面模数应提高到K SP倍，该系数根据型材的类型来确定，见L。

3.承受垂向（或横向）压力的板格在下列各节中列出的承受垂向（或横向）压力的板格的公式均假定为非曲面板格，且其边长比b/a≥2.24。

对于曲面板格和/或边长比小于b/a≅2.24的板格，其厚度可按下式减少：k21tffkpaCt+⋅⋅⋅=C －常数，例如对于液舱板C=1.1；f1 75.0r2a1≥-=f20.1ba5.01.12≤⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=r －曲率半径；a －板格短边长；b －板格长边长；p －所用的设计载荷。

以上所述不适用于按第15节承受冰压力的板格，以及按第6节确定的纵骨架式的舷侧外板。

4.疲劳强度如要求或拟对结构或结构节点进行疲劳强度分析，则应符合第20节的要求。

B.船体的上缘和下缘1.至强力甲板边线下Z0处为止的所有纵向连续构件和至基线上Z U处为止的所有纵向连续构件分别认为是上缘和下缘。

2.如上缘和/或下缘采用普通船体结构钢，则它们的垂向范围为Z0＝Z U＝0.1H。

对强力甲板以上具有纵向的连续结构构件的船舶，应采用假想的深度H'＝e B+ e'D。

e B －中横剖面的中和轴与基线之间的距离[m]；e'D 见第5节C.4.1。

3.由一个等级的较高强度钢分别制成的船体上缘和下缘的垂向范围应不小于：z = e (1-n⋅k)e －中横剖面的中和轴至甲板边线的距离，或至基线的距离。

对强力甲板上方有纵向连续结构构件的船舶，见第5节C.4.1。

n ＝W(a)/WW(a) －甲板或船底的实际剖面模数；W －甲板或船底的规范剖面模数。

如采用两个等级的较高强度钢，则在任何一点的应力均应不大于第5节 C.1.1中规定的许用应力。

C.无支承跨距1.加强筋、肋骨无支承跨距 系指在两根支承桁材之间的加强筋实际长度，或者包括端部连接(肘板)在内的加强筋长度。

通常假定肋距和跨距是在平行于船的中心线的垂直平面上量取的。

但是，如该船的舷侧与该平面偏斜大于10℃，则肋距和跨距应沿该船船舷量取。

可以选择支承点之间的舷长来代替有曲度肋骨的实际长度。

2.槽形舱壁单元槽形舱壁单元的无支承跨距 ，系指其在船底或甲板之间的长度，在垂直桁之间或水平桁之间的长度。

如槽形舱壁构件连接至刚度较低的箱形构件，除非另有计算证明，否则这些箱形的深度应包括在跨距 内。

3.强横构件和桁材强横构件和桁材的无支承跨距 按图3.1确定，与端部的连接形式有关。

在特殊情况下，决定桁材的跨度时，应计及相邻桁材的刚度。

图3.1D.端部连接1.定义为确定横梁、加强筋和桁材的尺寸，将采用术语“刚性固定”和“简支”。

如加强筋用肘板刚性连接至其他构件上，或加强筋穿过支承它的桁材，则假定为“刚性固定”。

扶强材端部削斜，或扶强材仅连接至板上，可假定为“简支”，另见3。

2.肘板2.1截面所要求的剖面模数是决定肘板尺寸的最主要因素。

如不同剖面模数的型材相互连接在一起，则肘板的尺寸一般由较小的型材决定。

2.2肘板的厚度应不小于：t = c⋅31kW+ t k[mm]c = 1.2，对于无折边的肘板；c = 0.95，对于有折边的肘板；k1 －截面的材料系数k，按第2节B.2确定；t k －腐蚀裕量。

按K确定；W －较小截面构件的剖面模数[cm3]；t min = 6.5mm；t max －较小截面构件的腹板厚度。

液舱内和散货船货舱内肘板的最小厚度见第12节A.7，第23节B.5.3和第24节A.13。

2.3肘板的边长应不小于：t231ckkW2.46⋅⋅=min= 100mmc t =a t /tt a = “建造时”肘板的厚度[mm] t a ≥按2.2确定的t W － 见2.2；k 2－ 肘板的材料系数k ，按第2节B.2确定。

边长 是焊接连接的长度。

注：对于不同于上述计算的边长，应采用直接计算法计算肘板的厚度以考虑足够安全的抗屈曲强度后。

2.4 焊接连接的焊喉厚度a 按第19节C.2.7确定。

2.5 如采用有折边肘板，其折边宽度按下式确定：30W 40b += [mm]b 应不小于50mm ，也不必大于90mm 。

3. 扶强材的端部削斜 如由扶强材支承的板的厚度不小于下列值，扶强材端部可以削斜： t ＝c()eHRa 5.0a p ⋅-⋅ [mm]p－ 设计载荷[kN/m 2]；－ 扶强材的无支承跨距[m]； a － 扶强材间距[m]；R eH －板材的最小标称上屈服点[N/mm 2]，按第2节B.2确定； C = 15.8 对于水密舱壁和液舱舱壁，在承受按第4节D.1.2确定的载荷p 2时； C = 19.6 对于其余构件。

4.槽形舱壁单元应注意作用在槽形舱壁支承上的力能通过装配结构构件，例如与槽形对齐的短纵桁、桁材或肋板，适当地传递给邻近结构。

注：如短纵桁或类似构件未能与槽形舱壁单元的斜面部分板条对齐，则这些板条不能计入用于传递约束力矩的支承点处的剖面模数中。

槽形舱壁单元的剖面模数的计算与第11节B.4.3所规定的公式不同，应以下式确定：W ＝ t ⋅b(d + t) [cm 3]。

E. 板的有效宽度 1.肋骨和扶强材通常，肋骨和扶强材的间距可取作板的有效宽度。

2. 桁材2.1考虑到载荷的型式，肋骨和桁材的板的有效宽度e m 可按表3.1确定：为确定单侧或非对称折边的有效宽度，可要求进行专门计算。

2.2 板的有效横截面面积应不小于面板的横截面面积。

2.3承受压缩应力的扶强材和桁材的有效宽度按F.2.2确定，但其值决不应大于按2.1确定的有效宽度。

3.悬臂梁如每档肋骨处装有悬臂梁，则板的有效宽度可取肋骨间距。

如悬臂梁的间距较大，则在相应横截面上板的有效宽度可近似地取为载荷作用点到该横截面的距离，但应不大于悬臂梁的间距。

F.屈曲强度的验证11.定义a －单个或部分板格的长度[mm]；b －单个板格的宽度[mm]；α－单个板格的边长比；α= a/b；n －部分或整个板架范围内单个板格宽度的数量；纵向：长度a方向的加强筋横向：宽度b方向的加强筋图3.2t －计算的板厚[mm]；t = t a - t k[mm]；t a －实际的板厚[mm]；t k －腐蚀裕量，按K确定[mm]；σx －x向的膜应力[N/mm2]；σy －y向的膜应力[N/mm2]；τ－x-y平面内的剪应力[N/mm2]。

压应力和剪应力应取为正值，拉应力应取为负值。

1计算方法系根据DIN－18800标准制订。

注：如x向和y向的应力已计及泊桑作用，则可采用下列经修正的应力值：()91.03.0yxx**σ⋅-σ=σ()91.03.0xyx**σ⋅-σ=σ**σσyx，－计及泊桑作用的应力；ψ－边缘应力比，按表3.3确定；F1 －纵向加强筋边界条件的修正系数，按表3.2确定。

σe －参照应力；σe =2btE9.0⎪⎭⎫⎝⎛⋅[N/mm2]E －弹性模数；E = 2.6⋅105 [N/mm2]，对于钢；E = 0.69⋅105 [N/mm2]，对于铝合金；R eH －船体结构钢的标称屈服点[N/mm2]，按第2节B.2确定；R eH －对于铝合金，0.2％规定非比例伸长应力[N/mm2]；S －安全系数；S = 1.1，一般情况；S = 1.2，对于完全承受局部载荷的结构；S = 1.05，对于统计独立载荷的组合；36 7 93 4对于铝合金的结构，在每种情况下，安全系数均应增加0.1。

λ － 细长度的参照值； λ =eeHK Rσ⋅K－ 屈曲系数，按表3.3和表3.4确定。

一般板格的宽度与板厚之比应不超过b/t =100。

2.单个板架的验证2.1 对于单个板架a ⋅b ，应验证其是否符合下述条件：⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅σ⋅σ-⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅κ⋅σ+⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅κ⋅σ2eH2y x 2e eHyy 1e eH xx R S B RSRS 0.1R3S 3e eH≤⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅κ⋅⋅τ+τ上述条件中的每一项必须小于1.0。

缩减系数κx 、κy 和系数κτ见表3.3和/或表3.4。

如y X σσ和（拉伸应力）κx 、κy 等于1.0。

指数e 1，e 2和e 3以及系数B 分别计算求得或设定：2.2 板的有效宽度板的有效宽度可由下列公式确定：b m = κx ⋅b ，对于纵向加强筋a m = κy ⋅a ，对于横向加强筋另见图3.2。

板的有效宽度应取不大于按E.2.1求得之值。

注：桁材的加强缘板的有效宽度e 'm 可按下列方法确定：在平行桁材腹板方向进行加强：b ＜ e me'm = n ⋅b mn－ 有效宽度e m 范围内加强筋间距b 的取整数，按E.2.1中的表3.1确定。

n= int ⎪⎪⎭⎫⎝⎛b e m 在垂直于桁材腹板的方向进行加强：a ≥ e me'm= n ∙a m ＜e m n =2.7∙1a e m ≤e－ 被支承板的宽度，按E.2.1确定。

对于b ≥e m 或a ＜e m ，b 和a 必须分别进行对换。

2.3腹板和折边对于型材和桁材的无加强的腹板和折边，应按2.1验证单个板架的屈曲强度是否足够。

注:船中0.6L 区域内，推荐下列腹板高度与腹板厚度之比和/或折边宽度与折边厚度之比的参照值：扁材：k519t h ww .≤角材、T 型材和球型材：腹板：k060t h ww .≤折边：k 519t b fi .≤b i － b 1或b 2，按图3.3确定，应取大值。

3. 部分板架和整个板架的验证 3.1纵向和横向加强筋应验证部分板架和整个板架的纵向和横向连续的加强筋是否符合3.2和3.3中设定的条件。

3.2 侧向屈曲1S ReHb a ≤σ+σσa － 沿加强筋轴向均匀分布的压应力[N/mm 2]； σa = σx ，对于纵向加强筋； σa = σy ，对于横向加强筋； σb － 加强筋内的弯曲应力； σb =3st 1o 10W M M ⋅+ [N/mm 2]；M o － 由于加强筋的变形W 引起的弯矩； M o = ]mm N [p c w p F zf z Ki⋅-⋅(c f - p z ) > 0M 1 － 由侧向载荷p 引起的弯矩；对于纵向连续加强筋：3211024a b p M ⋅⋅⋅=]mm N [⋅对于横向加强筋：()]mm N [108c b n a p M 3s 21⋅⋅⋅⋅⋅=p － 侧向载荷[kN/m 2]，按第4节确定； F Ki－ 加强筋的理想屈曲力[N]；4x 22Kix10I E aF ⋅⋅π=，对于纵向加强筋；()4y 22Kiy10I E b n F ⋅⋅⋅⋅π=，对于横向加强筋；I x 、I y － 纵向或横向加强筋（包括带板的有效宽度）的惯性矩[cm 4]，按2.2确定；43x1012tb I ⋅⋅≥43y1012ta I ⋅⋅≥p Z － 由于σx 、σy 和τ引起的加强筋的标称侧载荷[N/mm 2];对于纵向加强筋：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡τ+σ⋅⋅+⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅πσ=1y y 21x a zx2c 2a b b t p对于横向加强筋：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡τ+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅+⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅πσ+σ⋅⋅=1a y 2y 1x x a zy2t a A 1b n a c 2a t p⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅+σ=σa xx 1x t b A 1c x ,c y — 考虑应力垂直于加强筋轴并沿加强筋长度分布变化的系数 c x ,c y =()ψ+150.，对于10≤ψ≤c x ,c y =ψ-15.0，对于0<ψψ = 根据表3.3选取的边缘应力系数。