船舶原理

第五章船舶强度

⏹第一节船舶强度基本概念

⏹第二节船舶纵向强度校核及保证措施⏹第三节船舶局部强度校核及保证措施

⏹教学目标及基本要求：

弄清船舶强度有关概念, 熟知船舶在营运中不同条件下改善和保证强度的具体做法。

⏹重点：

船舶强度的基本概念，保证船舶纵向强度和局部强度条件的措施。

⏹难点：

特定装载状态下船舶各剖面静水切力和静水弯矩的计算与校核。

⏹教学内容与学时

⏹保证满足船舶的纵向强度条件1 ⏹保证满足船舶的局部强度条件1

船舶主要由船体、动力设备和航行设备组成，船体由板材和骨架构成。在船舶营运过程中，船体承受着船舶重力、浮力、波浪及其他外力的作用，船体各层甲板也承受着货物重力和各种惯性力的作用。为了保证船舶安全运输，保证船体在各种力的作用下不致产生较大的变形和损坏，船舶结构必须具有足够的强度。

第一节船舶强度基本概念

船舶结构抵抗船体发生极限变形和损坏的

能力称为船舶强度（Strength of Ships），船

舶强度分为总强度（包括纵向强度，横向强度，扭转强度）和局部强度。从船舶配载角度来说，主要考虑纵向强度和局部强度问题。船舶强度是否满足要求，取决于船体结构尺度的正确选择和船上载荷分布的合理性。对于己投人营运的船舶，只能通过合理的载荷分布来改善船舶的受力情况。因此，正确地使用船舶，合理地分布载荷，保证船舶配载满足船舶的强度要求，对保证船舶安全运输和延长船舶的使用寿命都具有现实的意义。

一、纵向强度（Longitudinal Strength）⏹船体纵向强度是指船体结构所具有的抵御

因重力和浮力沿纵向分布不一致而造成的极度变形或损坏的能力。

⏹当船舶正浮时，船舶的重力与浮力大小相等，方向相反，作用在同一条垂直线上，即重力与浮力是平衡的。但实际上船体纵向各段上的重力与浮力是不一定相平衡的，这是由于船舶的重力沿船长分布的情况与浮力沿船长分布的情况不一致所造成。

⏹船体上每一段的重量与浮力的差值就是实际作用在船体上的负荷，船体正是由于负荷的作用而产生了剪力(Shearing Force)和弯矩（Bending Moment)。

⏹由于弯矩作用使船舶产生两种变形：（1）中拱（Hogging)：船体受正弯矩作用，中部上拱，这时船中部浮力大于重力，首、尾部浮力小于重力，船舶上甲板受拉伸，船底受挤压。

⏹（2）中垂(Sagging)：船体受负弯矩作用，中部下垂，这时船中部重力大于浮力，首、尾部重力小于浮力，船舶上甲板受挤压，船底受拉伸。

⏹船舶在静水中，尽管装载比较均衡也可能产生中拱或中垂的变形，但其数值较小，为一般船舶强度所允许。若船舶由于装载不合理产生较大的中拱变形或产生较大的中垂变形是不允许的。这对船体结构有影响，轻者会使某些结构部位受到过大应力而降低船舶使用寿命，重者会发生船体变形以致断裂的严重后果。

⏹当船舶处在波浪中时，如波长接近于船长，对船体最为不利。特别是船中位于波峰或波谷时，且船舶各货舱中配载不均匀时，在波浪中航行的船舶中拱或中垂的将加剧，弯曲变形现象将更为严重，甚至危及船舶安全。在船舶配载工作中，应防止严重中拱或中垂的产生。

二、横向强度（Transverse Strength）⏹船体结构抵抗横向变形或破坏的能力称为

船体横向强度。船体在外力的作用下，除了发生总纵弯曲外，还有船宽方向的变形，这是由于水对船壳的压力以及在甲板、船底的内底板上装货的结果。

⏹一般船舶都具有坚固的横向框架来支持船

壳板、甲板等，其横向强度是足够的，船舶很少因为横向强度不足而发生横向结构断裂的情况。但是，集装箱船由于舱口宽大，无中间甲板，上甲板边板又很狭窄，给横向强度、扭转强度也带来了问题，为此集装箱船均设置强固的横向框架结构来保证横向强度。

三、扭转强度（Torsion Strength）⏹船体结构抵抗扭转变形或破坏的能力称为船体扭

转强度（TorsionStrength）。对于普通船体，一般都具有充分的抵御扭转变形或破坏的能力，故对其可不予考虑。但对甲板大开口的船如集装箱船、固体散货船），则应在配载时予以足够的重视如果在装货时，由于某舱配载不好，使船向一侧横倾，若简单地在其他货舱内向另一侧增加重量，企图以此来校正船舶横倾，这样便会使船舶产生扭转变形所以，在装货时要注意保持沿船长方向在中纵剖面左、右的重量的对称性。产生船舶扭转变形的主要原因有以下三个方面：⏹（1）由波浪引起的；

⏹（2）由于船舶横摇所引起的；

⏹（3）船舶装卸货物时引起的。

⏹作用于船体的扭转力矩中，波浪引起的扭转力矩最

大，最大扭转力矩一般发生在船中附近。

四、局部强度（Local Strength）

船体各部分结构抵抗局部变形或破坏的能力称为船体局部强度（Local Strength）。局部强度是研究船体在载荷重力作用下，局部构件抵抗弯曲和剪切的能力。局部强度虽然是局部性的，但是有时局部的破坏也会导致全船的破坏，如因大舱口角隅处的裂缝而导致整个船体断裂的事故也有发生：因此，船舶驾驶员在配积载时应认真校核船舶的局部强度，计算上甲板、中间甲板、底舱的局部强度是否符合要求，防止甲板或内底板变形或坍塌等。

第二节船舶纵向强度校核及保证措施⏹一、船舶配积载时纵向强度保证措施

为了保证船体纵向强度，我们应特

别注意货物重量沿船首尾方向的正确配置。因为当货物的纵向配置变化时，虽

然排水量保持不变，弯矩仍一可能有很

大的变化。为了减少弯矩，在船舶配载

和装卸货物时应注意下列各点：

⏹（1）满足纵向强度条件的经验方法：P61

⏹(2)应防止装卸货过程中货物重量沿船舶纵向分布不合理。对杂货船而言，应均衡各舱的装卸速度，防止在装卸中出现某货舱中货物重量与其他货舱中的货物重量相差过分悬殊。

⏹(3)应防止在中途港装卸货物以后，货物重量沿船舶纵向分布不合理。中途港货物批量较

⏹大时，应按舱容比配置；批量较小时，可选舱配置。切忌将所有中途港货物集中在一个货舱内。

⏹(4)应综合考虑油、水载荷的分布及船舶总体布置对船体总纵受力及变形的影响，据此最

终确定货物重量沿纵向的分布。