第四章 保证满足船舶的强度条件

一．船体强度

船体在规定外力作用下抵抗极度变形和损坏的能力。 船体强度与船舶安全密切相关。 二．分类

船体强度分为总强度和局部强度。

总强度又分为纵向强度、扭转强度和横向强度，其中，纵向强度亦称总纵强度，最为重要。 三．强度控制

船舶设计建造完成，其船体强度就被确定或限定，不可能再增强（除非进厂改造）。随着时间的推移，船体会自然磨损、腐蚀、老化、疲劳以及损伤，船体强度总是越来越差。因此，船体强度控制的途径有二：一是正确配积载，确保满足船体纵向强度和局部强度条件；二是正确保养船体，避免损伤，使船体强度保持良好状态。

4.1 保证满足船舶的纵向强度条件

一．产生总纵弯矩和剪力的原因

船舶漂浮于水上，从刚体力学角度讲，船舶的重力与浮力相等，总体上平衡。但是，船舶的重力与浮力沿纵向长度分布不一定处处相等。从材料力学角度讲，这正是产生船体结构内力总纵弯矩和剪力的根源。 1．载荷分布曲线

设船舶沿X 轴(纵向)重量分布曲线为q w (x)，浮力(排水量)分布曲线为q D (x)

= ρA x ，则船舶重量W 和排水量水量Δ可表示为：

则船舶沿X 轴的载荷分布曲线q (x) 定义为：

⎰⎰=∆=L

D L

w dx

)x (q ,dx )x (q W ⎰=-=L

D w 0

dx )x (q 1.4)

x (q )x (q )x (q 显然，

）

（

2．平水中载荷分布

（1）均匀装载

在平水中，使重量分布和浮力(排水量)分布处处相等的装载方式，称为均匀装载。即：

q w (x) ≡q D (x)

q (x) = q w (x) - q D (x) ≡ 0

因此，船舶如果均匀装载，在平水中，船体将不发生总纵弯曲变形，不产生总纵弯矩和剪力。

（2）交叉装载

在平水中，使船舶重量分布与浮力分布不一致的装载方式，称为交叉装载。即：

q w (x) ≠q D (x)

q (x) = q w (x) - q D (x) ≠ 0

因此，船舶如果交叉装载，即使在平水中，也会发生总纵弯曲变形，产生总纵弯矩和剪力。总纵弯曲变形有中拱和中垂两种：

(i) 中拱

船体首尾处重量分布大于浮力分布，而船中处正好相反，船体发生船中上拱，首尾下垂的总纵弯曲变形，称为中拱。

(ii)中垂

船体首尾处重量分布小于浮力分布，而船中处正好相反，船体发生船中下垂，首尾上翘的总纵弯曲变形，称为中垂。

3．波浪中载荷分布

设船舶在平水中均匀装载，当船舶处于波浪上且航向与波向同向或反向时，船舶也会交替出现中拱和中垂两种总纵弯曲变形。

（1）中拱

船中处于波峰，q w (x) ＜q D (x)；首尾处于波谷，q w (x) ＞q D (x)，船舶发生中拱弯曲变形。

（2）中垂

船中处于波谷，q w (x) ＞q D (x)；首尾处于波峰，q w (x) ＜q D (x)，船舶发生中垂弯曲变形。

如果船舶在静水中的重量分布与浮力分布不一致，那么在波浪中船舶总纵弯曲变形将更加严重。

4．最大切力N

m 与最大弯矩M

m

的一般位置

不论是中拱或中垂，最大弯矩M

m 和最大剪力N

m

的位置一般不变：

最大弯矩M

m

的一般位置通常在船中0.4L区间。

最大剪力N

m

的一般位置通常在距船首尾L/4处。

5．船体受拉压

中拱时船体所受弯矩为正，上甲板受拉，船底板受压；

中垂时船体所受弯矩为负，上甲板受压，船底板受拉。

二．纵向强度和纵向变形的校核方法

1．纵向强度详算法

（1）许用切力和许用弯矩

为使船舶具有足够的总纵强度，船舶设计部门根据各个剖面的结构和材料，按我国1996年《钢质海船入级与建造规范》要求，给出船舶各个剖面（肋位）的许用切力和许用弯矩，供船舶营运装载货物时校核总纵强度之用。

教材第238页表F3－6为全集装箱船“Z”轮的各个剖面（肋位）的许用切力和许用弯矩。

（2）校核方法

校核时，一般使用随船舶资料提供的计算表格按步骤计算各剖面上的静水切力和静水弯矩，并与资料中的许用切力和许用弯矩相比较。计算过程比较麻烦，通常借助计算机或配载仪来校核。

如果静水切力和静水弯矩在港内和海上的正负两个方向的许用切力和许用弯矩的范围之内，则说明该装载状态下，船体结构无论在港内和海上，都是安全的。

2．纵向强度估算法

（1）依据

估算法的依据认为，如果船体中弯矩最大的剖面满足纵向强度要求，则整个船体都满足纵向强度要求。如前所述，船体最大弯矩通常出现在船中部0.4倍船长处，因此，只要估算船舶载荷对船中剖面的弯矩是否处在安全范围内，即可校核船体纵向强度。

（2）方法

i）计算船上所有载荷（空船重量除外）对船中之矩（绝对值）并求和Σ|P

i *X

i

|；

ii）由该装载状态下的平均型吃水和Σ|P

i *X

i

|查船舶资料中的强度曲线图（教材

第59页图4－5）；

iii）判断：如果查得点处在允许范围内，则满足纵向强度要求。

3．纵向变形的校核

（1）校核方法

观测并比较船首、中、尾三处的左右平均吃水，可以判断船体拱垂变形的大小和方向。船中吃水与首、尾吃水的平均值的差值的绝对值称为拱垂值δ，它可以反映出纵向变形的程度。

船中吃水等于首、尾吃水的平均值，说明船体没有纵向变形；

船中吃水大于首、尾吃水的平均值，说明船体中拱变形；

船中吃水小于首、尾吃水的平均值，说明船体中垂变形。

（2）纵向变形程度的划分

拱垂值δ≢L/1200，为正常范围，可以开航；