船舶强度

hi S.F .i
Pd

9.81
P S
（2）集中载荷：（Concentrated load）
P 9.81 W n
（3）集装箱载荷：（Container load）
Pc 9.81 Pi
（七）最小衬垫面积Smin的确定
Pd

P S

S

P Pd

Smin

P Pd
（八）保证局部强度不受损伤的措施
（五）船体拱垂变形
单位长度的船体，前后两端受到大 小相等，方向相反的弯矩作用，则该段 船体将发生弯曲变形。
弯曲应力的最大值出现在龙骨板或 上甲板。
1、中拱（Hogging） 船体受正弯矩作用，中部的浮力大于 重力，首尾部的浮力小于重力；船舶上甲 板受拉，船底受压，发生中部上拱的变形。
2、中垂（Sagging） 船体受负弯矩作用，中部的浮力小于 重力，首尾部的浮力大于重力；船舶上甲 板受压，船底受拉，发生中部下垂的变形。
3、影响船舶拱垂变形的因素
• 船体有效构件的尺寸、材料及分布 • 载荷配置 • 船舶与波浪的相对位置关系
（1）船舶中拱，处于波浪中，波长约 等
于船长，波峰位于船中，船体中拱加剧。
（2）船舶中垂，处于波浪中，波长约 等
于船长，波谷位于船中，船体中垂加剧。
（六）剖面模数wx
• 总纵弯曲应力为 M Z
M W
I
• M—计算剖面的总纵弯矩
• I—计算剖面对中和的惯性矩
• Z—所求应力点至水平中和轴的垂直距离
面积惯矩Ix
2
I x

z
F
dF
M
W
• W=I/Z称为船体剖面模数，它是表征船体结
构抵抗弯曲变形能力的一种几何特性，也
是衡量船体总纵强度的一个重要标志
• 中和轴
剖面中和轴是指船体梁在弯曲过程中各个 剖面转动的轴线,该轴通过该剖面的形心并 与剖面的基线平行.在中和轴上剖面的材料 无拉伸变形,也无压缩变形,材料处于中性状 态。对于空心变断面梁的船体，中和轴位 于船体剖面的中心。
5、船舶吃水校核法 （1）利用吃水判定船舶的拱垂
• dM¤ > dM：中垂变形 • dM¤ < dM：中拱变形 • dM¤ ＝ dM：无拱垂变形
（2）利用吃水判定拱垂的变形大小
dM船中－dM
（3）利用拱垂差的大小校核总纵强度
正常拱垂值： LBP
1200
极限拱垂值： LBP
800
危险拱垂值： LBP
600
有利拱垂范围： LBP
1200
正常拱垂范围：LBP LBP
1200
800
极限拱垂范围：LBP LBP
800
600
危险拱垂范围： LBP
600
注意
船舶处于有利和正常拱垂范围，可以开 航；
船舶处于极限拱垂范围，只能好天气开 航；
船舶处于危险拱垂范围，不能开航。
6、百分制校核法 （1）将最大静水许用弯矩作为100； （2）将船舶各项重量以舱为单位除100，
然后分别乘预先确定的分数系数得 到分数值； （3）将各计算分数值相加得到分数值和； （4）若该分数值和不超过100，则说明 船 舶 的总纵强度符合要求。
（七）船舶布置对纵向受力影响曲线
Pd


Pd
P P

Pv


Pv

Pc


Pc
（五）允许负荷量的确定
1、查取局部强度计算书
部 上甲 中间甲板
位
板
内底板
上甲 二层甲板舱口
板
盖
载荷
舱口 盖
均布载荷 17.1 24.72~31.1 （kPa） 6
73.57
17.2 6
第一货舱 9.24
其他货舱 34.34
车辆载荷 （kN）
海上货物运输
• 海运学院航海教研室
船舶强度 （Strength of ship）
强度定义及分类 总纵强度 局部强度 扭转强度
一、强度定义和分类
1、强度定义
• 船体结构抵御内外力作用的能力。
• 船舶结构抵抗船体发生变形或破坏的能力。
2、强度分类
纵强度
总强度 横强度
强度
扭转强度
局部强度
二、总纵强度 (Longitudinal strength)
• 按船舶腐蚀程度确定允许负荷量； • 舱内货物重量分布应均匀； • 装载重大件货物时应加衬垫； • 自动舱盖上不能装货或只能装轻货； • 固体散货应合理平舱； • 装载重货时应限制其落底速度。
四、扭转强度 （Torsional strength）
定义
船舶结构抵抗船体沿船长方向发生扭转变形的 能力。
油水分配及使用：油水应自中区向首尾装 载；使用时应自首尾向中区。
正确使用位于中区的深舱和冷藏舱：不应 空舱。
（2）尾机船压载状态
• 压载安排：尽量使用接近中区的压载舱，
可以使用但切忌单独使用首尾部压载舱。
• 油水分配及使用：同中机船满载状态。 • 正确使用位于中区的深舱：应作为压载
舱使用。
（3）中后机船压载状态
（一）定义 船舶结构抵抗船体沿船长方向发生
弯曲或变形的能力。 （二）船体纵向弯曲或变形的原因
船舶所受重力和浮力沿船长方向分 布不一致造成。
p(x)
（三）负荷曲线、剪力曲线和弯矩曲线
重量曲线（Weight curve） 浮力曲线（Buoyancy curve）
b( x) q(x) p(x) b(x)
Pi 调整值
上下限 范围
1955 196 2151 1759
19.53
2619 262 2881 2357
19.9 6
2676
268
2944 2408
27.12
3636 364 4000 3272
18.81
2522 252 2774 2270
100 13408
2、静水弯矩及静水切力法 LBP90m的船舶，通常只校核计算船中 剖面上的静水弯矩。
Pd
9.81 Hd
c

9.81
Hd S.F .
9.81
Hd

Pd 9.81 Hd 0.72 7.06Hd
Pd 9.81 Hd 1.2 11.77Hd
（六）实际负荷量的计算
（1）均布载荷（Even distributed load）
Pd 9.81
MS

M

S
90m<LBP 150m的船舶，通常需要校核 船中剖面上的静水弯矩和波浪弯矩。
MS

M

S
Mw

M

w
LBP>150m的船舶，需要校核重要剖面 的剪力和弯矩。
Mi.s

M
i

.s
Mi.w

M
i

.w
Ni.s

N
i

.s
Ni.w

N
i

.w
船中剖面静水许用弯矩MS的计算
M S wd C 10 3 M w
3、百分比校核法
目前的装载计算机对船舶总纵强度的 校
核多采用主要剖面的实际剪力和弯矩与该
剖面的许用剪力和弯矩的比值是否超过 100％来确定纵强度是否满足要求。
一般分港内和海上两种状态校核。
M S 100%，N S 100%
MS
NS
4、强度曲线图法
（1）适用条件
船长小于90m或者装载 均匀，不需要校核静水 切力时，可以使用该法。
（3）腐蚀极限 船长大于或等于60m的远洋干散货
船，
船长大于或等于90m的远洋液体货船，在 船中40％L区间强力甲板的剖面模数应满 足：
无 限 航 区 （类 航 区 ） ：wdn 0.90wd 近 海 航 区 （类 航 区 ） ：wdn 0.84wd 沿 海 航 区 （ 类 航 区 ） ：wdn 0.80wd
98.1kN/4个 前轮
68.7kN/2个 前轮
98.1kN/4个 前轮
98.1kN/2个 前轮
集中载荷和集装箱载荷的允许负荷量同理可 查得。
2、经验公式计算法（均布载荷Pd）
上甲板
Pd
9.81 Hc
c
9.81
Hc S.F .
9.811.2(或1.5)

• 中间甲板和内底板
（2）曲线图的构成
• 纵坐标：载荷对船中力
矩的绝对值之和。
• 横坐标：平均型吃水。
• 点划线 • 虚线 • 实线 • 点划线和虚线之间：有利范围 • 虚线和实线之间：允许范围 • 实线之外：危险范围 • 点划线左上方：中拱范围 • 点划线右下方：中垂范围
M

S

0
M S M SL
MS MS
• 甲板剖面模数wd和舱底板剖面模数wb
弯曲应力
wd

Ix Zd
wb

Ix Zb
Zd Zb wd wb
甲板剖面模数的腐蚀修正 （1） 近似公式计算法
wdn wd n
（2）经验法
根据有关实测资料，可以近似认为甲板剖 面模数每年平均扣除腐蚀量约为0.4～0.6％。
扣除原则：使用年限小于5年的船舶取下限， 使用年限10年以上的船舶取上限。
d
中机船
中后机船 尾机船
弯矩
0
中垂
中拱
2、拱垂大小比较
• 满载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较
中机船 中后机船 尾机船
空载状态下三种类型船舶所受的弯矩比较
中机船 中后机船 尾机船
中后机船空载状态与满载状态的弯矩比较
满载状态 空载状态
3、改善措施
（1）中机船满载状态
货物配置：按舱容比分配货物，在舱容允 许的条件下，中区货舱应按装货重量的上 限值装，首尾货舱按下限值装；中途港货 物不应过分集中于中区货舱。
M w 9.81FL2BP B (Cb 0.7) 10 2
影响MS因素：营运时间长短、LBP、B、夏 季满载时的方形系数Cb(不得小于0.6)、 剖面模数Wd 。 船中剖面实际静水弯矩MS´的计算
M

S

9.81
1 2
[(WH

m
Wm

x

Pi xi ) C LBP ]
产生原因
沿船长方向单位长度重力和浮力横向不共垂线 造成的。 具有甲板大开口船舶应校核其总纵扭转强度。 如集装箱船舶、木材船等。
负荷曲线（Load curve）
q(x) p(x) b(x)
剪力曲线（Shear curve） 负荷曲线的积分曲线。
x
x
N (x) 0 q(x)dx 0 ( p(x) b(x))dx
弯矩曲线（Bending moment curve）
剪力曲线的积分曲线；负荷曲线的双重 积分曲线。
量（kPa）。
• 集中载荷P：某一较小特定面积上允许承
受的最大重量（kN）。
• 车辆载荷Pv ：载车部位允许承受的以特定
车轮数目为前提的车辆及所
载货物的总重量（kN）。
• 堆积负荷Pc ：载箱部位上作用在箱底座处
的集装箱总重量（kN）。
（四）局部强度的校核方法
甲板实际负荷量 甲板允许负荷量

影响因素：装载排水量、船舶类型、 LBP、 计算状态时的方形系数Cb。
船舶各剖面实际剪力和弯矩的计算公式 （1）计算各剖面的重力和重力矩 （2）计算各剖面的浮力和浮力矩 （3）计算各剖面的实际剪力 （4）计算各剖面的实际弯矩
SFi Wi Bi BMi MGi Wi li M Bi
（六）船舶总纵强度的校核方法
1、经验法（舱容比配货法）
Pi

Vi .ch
Vi .ch
Q
Pi Pi Pi Pi (110%)
舱别 NO.1 NO.2 NO.3 NO.4 NO.5 Total
货舱容积 3075 4119 4210 5719 3967 21090
舱容比％ 14.58
同尾机船压载状态
三、 局部强度 （Local strength）
（一）定义
• 船舶结构抵抗船体局部发生变形或破坏
的能力。
• 船舶局部结构抵抗内外力作用的能力。
（二）主要计算（校核）部位 舱口盖、上甲板、中间甲板、底舱
底板、平台。
（三）允许负荷量的表示方法
• 均布载荷Pd：单位面积允许承受的最大重
x
xx
M (x) 0 N (x)dx 0 0 q(x)dx
结论 剪力最大值约位于距首尾L/4处； 弯矩最大值约位于船中处，且向 首尾逐渐减小。
（四）船体剪切变形
单位长度的船体，其前后两端受到 大小相等、方向相反的切力作用，则该 段船体将出现剪切变形。
剪切应力最大值出现在相应板材与 横剖面水平中心线的交点处。