散货船双层底结构设计船体.docx

毕业论文（设计） 57000T散货船双层底结构设计摘要船底位于船体的最下部，是保证船体总纵强度和局部强度的重要构件。作用在船底上的力主要有：（1） 总纵弯曲引起的压伸应力和压缩应力。（2） 局部横向载荷：船底板架承受底部水压力，液舱内液体的压力，货物和机器设备的重力及船舶进坞时龙骨墩的反支力。（3） 偶然载荷：船舶搁浅或航行于浅水时，船底可能与河床摩擦。而双层底除了船底板外，还有一层内底板，当船底在触礁和搁浅等意外情况下遭到破损时，双层底能保证船舶的安全。双层底结构有利于提高船舶抗沉性，确保航行安全。本文阐述的主要内容是57000T散货船双层底结构从设计到现场施工的具体施工工艺。关键词：船舶 双层底 目录 实习单位简介4第一章 船舶的主要参数7 第二章 双层底结构的设计原则 8 1 船底骨架形式的选择原则82 双底骨架设计9 （1）中桁材和旁桁材9 （2）箱形中底桁10 （3）纵骨10 （4） 实肋板11 （5）水密肋板12 （6）开孔12 第三章 双层底胎架的制作13 1画胎架格线13 2 在平台上竖立模板13 3模板画线14 4切割模板14 5 安装纵向角钢和边缘角钢14 第四章 双层底的装焊15 1 双层底分段正造法15 2 外底板的拼接15 3 内底板的拼接16 4 在底板上画纵横构架线16 5 纵横构件的安装16 6 内底纵骨的装焊16 7 焊接16 8 内底板的装焊17 9 分段完工画线17 10 分段翻身17 11 检验18 12 涂装18 致谢18 参考文献20实习单位简介主要设备：1、电气焊接、切割设备665台套，其中：数控水下等离子切割机2台，数控火焰切割机1台，各类焊机248台。2、机加工设备148台套，其中：8m以上长轴车床4台，大型龙门刨床2台。3、锻压设备73台套，其中：三辊滚板机8台，数控弯管机2台。4、动力设备139台套，其中：20立方空压机1台，10立方空压机1台，9立方空压机2台。5、起重运输设备108台套，其中：浮船坞1座，拖轮2艘，45吨汽车吊1台，40吨平板拖车2台。6、检验设备46台套，其中：各类探伤机7台。我公司一贯强调技术在船舶生产过程中的关键作用，把技术设计和施工设计作为质量控制的关键手段。自建厂以来，经不断努力，公司已建立和保持了一支技术全面、经验丰富的技术队伍，并取得了民用船舶的设计资格，先后设计了多种民用船舶，还与设计院所配合完成了多种军用舰艇的施工设计。 目前我公司技术开发中心有36台计算机应用于设计，并组成局域网络。 在放样方面，采用沪东中华集团的HD-SHM2000船体建造系统软件进行计算机放样。它可以布置生成外板板缝，展开外板零件，进行结构和外板零件处理，进行样板、胎架及样箱计算，生成型材零件弯曲加工数拆表，可供数控等离子切割机直接使用。 在机械设计方面，引进华中理工大学“开目”机械设计软件，可对复杂的机械 零件进行设计。 在电气设计方面，采用701所“电气设计”软件，对船舶电气进行设计。 另外，还采用AutoCADR14软件、AutoCAD2000软件进行图纸设计，使用武汉内河规范所船舶静水力及稳性计算软件，对船体性能进行设计和计算。 公司在多年的船舶产品建造过程当中，已形成了一整套从放样、下料加工到系泊航行试验、完工交船等系统的、科学的工艺，对薄板焊接变形控制、复杂线型建造等关键工序，已摸索出一系列完整的施工工艺，确保安装精度和质量。第一章 船舶的主要参数1、主尺度：总长：189.99m垂线间长：185.00m型宽：32.26m型深：18.00m设计吃水：11.30m2、其他数据：载重量：abt,57000T 主机：MAN-BQW 635ML-L1set功率转速：9480KW127r/min服务航速：abt, 14.20kn额定船员：27人3、本分段数据：长宽高：11970126821780（P）11970101601780（S）本分段重量：78.33 T（P）64.69T（S）第二章 双层底结构设计原则1、船体骨架形式的选择原则 在船舶总体设计一开始就应考虑船体结构的骨架形式。船体结构的骨架形式有三种：横骨架式结构，纵骨架式结构，混合骨架式结构。在横骨架式结构中，密集的横向构件十分有利于船体的横向强度及局部强度。横骨架式结构工艺较简单，造价也比较低。 纵骨架式结构，纵向构件较为密集，有较多的梁可以计入船体等值梁剖面，因此总纵强度及稳定性较好。由于纵骨架式板格的短边平行于板宽方向，因此与横骨架式结构相比，在总总强度中，应力合成结果要小一些，有利于总纵强度。纵骨架式结构，单位排水量的钢料质量较横骨架式小，这对于减轻自重和节省材料是有利的。纵骨架式的横向强度较弱。另外，从工艺性和使用条件考虑，纵骨架式结构节点复杂，装配与焊接施工比较困难，且仓容、净空损失较大。内河大型船舶、海洋船舶及军用船舶，对于总纵强度要求较高，应采用纵骨架式结构。 有些较大的船舶，对于保证总纵强度起着重要作用的甲板及船底采用纵骨架式结构，而在主要承受局部弯曲的舷侧采用横骨架式结构，形成了混合骨架式结构。本文的57000T散货船属于海船，要求较高的总纵强度和稳定性，故选用纵骨架式结构。2、双底骨架设计（1） 中桁材与旁桁材： 中桁材必须连续贯通，旁桁材由间断板构成。纵骨架式桁材间距应不大于4.5m。中桁材的厚度与所在部位的平板龙骨的厚度相同，旁桁材厚度与所在部位的船底板厚度相同，但均应不小于5mm。对于机动船，机舱内的中桁材和旁桁材应比机舱外的中桁材腹板加厚1mm。基座范围内的旁桁材的厚度应不小于规范规定的基座桁材腹板厚度的0.8倍。 中桁材腹板高与厚之比大于100时，应设垂直加强筋，其厚度与桁材相同，宽度为厚度的8倍。加强筋的间距应不大于双层底的高度，也可以采用水平加强筋。 对于双壳船，船宽大于12m或双层底高度大于或等于700mm，应设置中纵桁材，中纵桁材可用间断板组成，其厚度和高度应与实肋板的厚度和高度相同。 （2）箱形中底桁：箱形中底桁是在双层底中线面处设置的，沿船长方向的一条水密的箱形通道。它通常从防撞舱壁通向机舱前端壁，用于集中布置各种管路，避免管子穿过货舱而妨碍装货。箱形中底桁是由两道水密的侧板（底纵桁）和内外底板、骨材等组成。侧板的厚度与水密肋板的厚度相同，两侧板的距离不大于2m。为了补偿横向强度的削弱，箱形中底桁区域的船底板和内底板应增厚。纵骨架式结构箱形中底桁在每档主肋板处设置环形框架或内、外底横骨。与侧板连接的横骨端部其腹板高度应增大。（3） 纵骨：纵骨：其中位于船底板上的纵骨叫船底纵骨，位于内底板上的纵骨叫内底纵骨。它们是保证船体总纵强度的重要构件。纵骨通常由球扁钢制成，大型船舶采用型材。本分段的纵骨全部采用的是球扁钢。内底纵骨的剖面模数为船底纵骨的0.85倍。为了排除双层底内的积水以及疏通灌水时剩留的空气，在内底纵骨上要开透气孔，在底纵骨上要开流水孔。流水孔、透气孔和通焊孔都应做成圆形或带圆角的开孔。纵骨的安装布置：纵骨沿船长方向和中底桁平行，并在船宽方向均匀设置，万吨级货船纵骨间距约为700900mm。此分段的纵骨间距为820mm。习惯上将纵骨型材的凸缘朝向中线面，但是临近中底桁的的根纵骨应背向中线面。以便于安装中底桁两侧的肘板。内外底纵骨上下对应布置。纵骨与横向构件的连接：纵骨是沿船长方向设置的构件，每根纵骨在纵向都要遇到肋板，为了保证纵向连续，通常在肋板上开切口让纵骨穿过或纵骨间断用肘板连接。纵骨与非水密肋板连接有两种方法：一是采用腹板焊接型切口的节点形式。它是在肋位上开切口让纵骨穿过，骨材腹板的一侧与肋板焊接；二是采用具有非水密衬板型切口的节点形式。它是在腹板焊接型切口的基础上加上非水密衬板的连接形式，可用于承载较大载荷处。切口的大小和形状与所用的骨材有关，开口和衬板的尺寸在有关标准中有具体规定。纵骨与水密肋板的连接也有两种方法：一是纵骨穿过水密肋板，用衬板封焊起来；二是纵骨切断，用衬板与水密板连接。普遍采用的是第二种方法。当船长大于200m时，必须采用纵骨通过水密肋板的结构形式。（4）、 实肋板双层底实肋板无论何种骨架形式，间距均应不大于2.5m，实肋板厚度与所在部位的船底的厚度相同，但应不小于5mm。双壳船实肋板高度等于或大于700mm时，可以在其腹板上开设人孔或减轻孔，但实肋板开孔处的剖面模数应满足规范要求，且应设置垂直加强筋，其间距应不大于双底高度，垂直加强筋的厚度应与肋板的厚度相同，宽度为厚度的八倍。（5）、水密肋板 水密舱壁下应设置水密肋板，水密肋板的厚度与实肋板厚度相同。加强筋的设置要求与中桁材相同。其间距应不大于双层底高度。对于双壳船，水密肋板腹板厚度应较实肋板腹板厚增加1mm。（6）、开孔为了便于施工，在内底板、旁桁材和实肋板上可开设人孔。内底板上的人孔应尽可能开在内底板的对角线上。这样有利于双层底内通风和方便通达双层底内各个部位。人孔口应用水米盖封闭，保证内底板的水密性。实肋板与旁桁材上开设的人孔，其高度应不大于双层底高度的一半，宽度不大于双层底高度，孔与孔的间距应不小于双层底高度的一半，否则应予以补强。补强的具体方法有：在开孔的上、下方加焊扁钢或角钢或者在开孔边缘加焊扁钢圈。直接位于支柱下方的实肋板或旁桁材上不允许开孔，以防止腹板失稳。所有实肋板和旁桁材都应有适当的流水孔和透气孔，以保证水和空气的流通。开孔半径一般不小于30mm。第三章 双层底胎架的制作双层底分段正造一般是在专用胎架上进行的。这种建造方法容易控制分段在建造过程中的变形，能保证分段的正确线型，但胎架制造将耗费较多的辅助材料及工人，增加建造成本，所以正造法适用于成批生产 、薄板结构、外板曲率较大的靠近艏艉的底部分段。由于此双层底分段外底板和内底板都是水平的，所以采用正造法。双层底分段正造一般是在专用胎架上进行的。胎架一般采用框架式。制造顺序如下。1、画胎架格线 根据229分段胎架布置图（见图纸第六页），在胎架平台上画出胎架中心线、角尺线（即肋骨检验线）。以肋骨检验线为基准画出所有模板位置线，并标出每档胎架模板的肋位号。一般外板厚度大于6mm且为横骨架结构时，每两肋距设置一道模板；外板厚度小于6mm时应每档设模板。分段两端肋位必须设置模板，以保证端部线型精度。画出分段的上、下边接缝和艏艉端接缝在平台上的投影线，并用色漆做好标记。2、在平台上竖立模板 在胎架平台上的相应肋位处竖支撑角钢，将做模板的小块钢板分别装在支撑角钢上，并装上拉马角钢及加强角钢。另一种常用的方法是，先按胎架画线样板在平台上拼装成模板，然后整块吊运，竖立到相应的肋位处，并将模板的中心线对准平台的胎架中心线。3、模板画线 用水平尺或线锤将平台上的胎架中心线和半宽尺寸投影到模板上。根据胎架制造图，用水平软管或激光经纬仪在每档模板上画出水平线及高度值。将胎架画线样板贴在相应的胎架模板上，使样板上的胎架中心线、水平线与模板上的中心线、水平线对准。按样板下口线型画出模板上口线型，并画出底板纵向接缝位置线。画线时，由于样板线型是理论型线，所以应根据分段外板的厚度，在模板上划去相应的厚度。4、切割模板 在模板画线后，便可进行切割。对精度要求高的模板气割时，留出12mm的余量，以便进行鈚磨。5、安装纵向角钢和边缘角钢 分段边缘应设边缘角钢，以保证分段边缘线型；每隔1500mm设置纵向角钢。在每块模板上画出安装角钢的位置线，然后割一切口，将角钢嵌入，用电焊固定，并检验以保证胎架制造误差在精度允许的范围内。第四章 双层底的装焊双层底部分段一般由外板、纵横构架、内底板结构组成。根据底部分段结构的不同，分段的装配方法有正造法和反造法两种。正造法是以外底板为基准面，一般在胎架上装焊，因此能够保证底部的正确线型。反造法是以内底板为基准面，在型钢平台上进行装焊。它是利用肋板、桁材等纵横骨架来保证底部线型的，其准确性要比正造法差些。本分段采用的是正造法进行建造的。1、双层底分段正造法 双层底分段正造一般是在专用胎架上进行的。双层底分段正造法的装配顺序如下：辅外底板焊接外底板画纵横构件线安装纵横构架焊接纵横构架修齐纵横构架安装内底板焊接局部内底板装焊吊环、加强画分段水平线、分段中心线和肋骨检验线分段吊离胎架翻身、外板接缝封底焊，同时进行内底板与内底纵横构架接缝的焊接火工矫正密性试验验收。2、外底板的拼接 229分段外底板是由k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7七块板按顺序组合焊接而成的（见图纸第八页中的229分段外板拼板图）。各列板的端接缝应尽可能的布置在同一横剖面上，以减少装配和焊接的工作量，有利于采用垂直自动焊接，并且容易控制焊接变形。钢板拼接时，一般先将正确端的边缘对齐，用松紧螺丝紧固，对于薄板可用撬杠撬紧。如果不用松紧螺丝紧固，在定位焊时要先在中间和两端固定，然后再加密定位焊。在兼有边、端缝的情况下，一般先拼装边缝。若先拼装端缝，由于边缝尺度较长，定位焊的收缩变形较大，可能产生间隙，则边缝的修正量就较大。而在焊接时，为了减少焊接应力，应先焊接端缝，后焊边缝。对于大面积的钢板拼接，可分成几片，分别拼接，随后再进行片与片之间的横向拼接。如图中k4和k5先进行边接缝的焊接，再整体用端接缝和k3板的边接缝对接。为了减少横向接缝的切割工作，那在拼板时应尽量将端接缝对齐。采用自动焊时起弧点与熄弧点处的焊接质量较差。为了消除这种缺陷，在钢板拼装整齐后，可在板缝的两端设置引弧板和熄弧板。这种工艺板的规格一般为100mm100mm左右，厚度与所拼的钢板厚度相当。钢板之间在整条焊缝上的间距是相等的。当钢板厚度在10mm以下时，间隙为3mm；钢板厚度在12mm以上时，其间隙为4mm。此分段的板厚均大于12mm，故焊缝间隙应为4mm。3、内底板的拼接 内底板由k1、k2、k3、k4、k5五块板组成。拼接方法与外板的拼接方法相同。4、在底板上画纵横构架线 根据胎架中心线在分段两端标出中心点，连接该两点即得分段中心线，然后画出肋骨线。在底板上画出纵横构件的安装位置线，画好纵横构架线后，需进行复查，并作出标记。5、纵横构件的安装 根据实际情况，选用分离装配法对纵横构件进行安装。在分段装配基准面的列板上，先安装布置较密的主向构件并进行焊接，再安装交叉构件并进行焊接。这种装配与焊接交替进行的方法，有利于扩大自动焊、半自动焊的范围，减少分段的总体变形。6、内底纵骨的装焊 把内底纵骨嵌入横向构架的切口内，进行定位焊，使上口符合内底安装线。7、焊接 当采用分离装配法安装纵横构件时，纵向构件要便装边焊，常采用单面连续焊，并且中桁材、旁桁材、船底纵骨与船底外板的脚焊缝需用自动或半自动焊机施焊。在外底板上安装肋板后，则先焊肋板与中桁材、旁桁材、船底纵骨连接的连续脚焊缝，然后在焊接肋板与船底外板的单面连续平角焊缝。8、内底板装焊 在平台上拼装内底板。根据内底板厚度，预先开坡口，定位焊后，采用二氧化碳气体保护焊或埋弧自动焊焊接内底板对接焊缝。焊完正面焊缝后翻板，并进行反面焊缝的焊接；或采用单面焊双面成型工艺，然后画构架线和边界线。在焊好的内底板上装配纵骨，纵骨定位焊后，采用自动焊机焊接纵骨与内底板的角焊缝，再画边界线并进行准确切割。将内底板平面分段吊装到船底构架上，并用定位焊将它与船底构架、船底外板焊牢定位。9、分段完工画线 待分段装焊完工后，把分段上的船体中心线、基准肋骨线、水平检验线及分段余量线，复绘到双层底分段的表面上并做好标记，供船台装配定位时用。10、分段翻身、进行封底焊 在完成画线的分段上安装吊环。吊环一般安装在强构件或纵横构件交叉的位置，且构件与外板间焊牢，然后割除底板与胎架连接的马板。再按合理的方案进行分段的翻身。骨架与内底板的角焊缝，以及外底板外表面对接缝的碳刨开槽封底焊等可待分段翻身后进行焊接。这样可使接缝处于俯焊位置，但在吊环处的骨架与内底板间的焊缝，必须在分段吊离胎架前施焊，且焊接的长度应超过吊环处的一倍以上，以保证分段吊运安全。11、检验 双层底分段的检验分为装配和焊接两方面的检验，装配质量指分段的外形尺寸及型线情况，以及焊接变形的火工矫正。焊接质量好是指焊缝的外部与内部没有缺陷，密性试验好，并为船体总装做好准备。如图第二十二页229分段完工测量图，分别测量分段的长度、宽度、高度及四角水平交叉点，再与分段理论长度、宽度、高度及四角交叉点的理论值进行对比，如果在误差允许的范围内分别对应相等，则通过检验。12、涂装 见图纸第二十四页。涂装区域有货舱区域、中管弄区域、底边压载水舱及外板。229分段涂装面积为957.9；239分段涂装面积为804.4. 参考文献1 魏莉洁.船舶结构与制图.人民交通出版社，2006.82 李忠林 魏莉洁.船舶建造工艺学.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2006.3 刘向东.船体结构与强度设计. 人民交通出版社，2006.12.4