第六章船舶结构强度与结构设计课件(使用.pptx

L o g Company LogoCompany Logo本节内容本节内容上层建筑与甲板室的变形特征上层建筑与甲板室的变形特征1上层建筑强度上层建筑强度2肋骨框架计算肋骨框架计算3船底板船底板架架4L o g Company LogoCompany Logo上层建筑与甲板室的变形特征上层建筑与甲板室的变形特征上层建筑是建立在船舶主体上甲板之上的任何舱室上层建筑是建立在船舶主体上甲板之上的任何舱室结构。结构。船楼：船侧外板的延伸船楼：船侧外板的延伸上层建筑上层建筑 甲板室：船舷向内缩进一段甲板室：船舷向内缩进一段船楼根据位置不同：首楼、桥楼、尾楼。船楼根据位置不同：首楼、桥楼、尾楼。现以现以第一层上层建筑第一层上层建筑来分析其变形特征。来分析其变形特征。L o g Company LogoCompany Logo上层建筑与甲板室的变形特征上层建筑与甲板室的变形特征设主体受中拱弯矩作用，这时上甲板受拉伸长。但设主体受中拱弯矩作用，这时上甲板受拉伸长。但是由于有上层建筑与之连接，上甲板的伸长受到上是由于有上层建筑与之连接，上甲板的伸长受到上层建筑下沿的约束，这个约束以连接线处分布的水层建筑下沿的约束，这个约束以连接线处分布的水平剪力来表示。同时，上层建筑下沿受到上甲板伸平剪力来表示。同时，上层建筑下沿受到上甲板伸长的牵连，亦将随之伸长，这种强制变形的作用，长的牵连，亦将随之伸长，这种强制变形的作用，以另一组水平剪力表示。以另一组水平剪力表示。L o g Company LogoCompany Logo上层建筑与甲板室的变形特征上层建筑与甲板室的变形特征由于主体对上层建筑的强制变形的是偏心作用的，由于主体对上层建筑的强制变形的是偏心作用的，故作用在上层建筑下沿的水平剪力将使上层建筑向故作用在上层建筑下沿的水平剪力将使上层建筑向主体弯曲相反的方向弯曲，这种分开倾向越近上层主体弯曲相反的方向弯曲，这种分开倾向越近上层建筑端点越强烈。然而这种分开倾向受到与主体连建筑端点越强烈。然而这种分开倾向受到与主体连接的作用所克服，所以在连接线上存在着抵制这种接的作用所克服，所以在连接线上存在着抵制这种倾向的两种竖向分布力，分别作用于上层建筑下沿倾向的两种竖向分布力，分别作用于上层建筑下沿的连接线上和主体的上甲板连接线上。的连接线上和主体的上甲板连接线上。L o g Company LogoCompany Logo上层建筑与甲板室的变形特征上层建筑与甲板室的变形特征弯曲应力、剪应力和船长的关系弯曲应力、剪应力和船长的关系在船长方向，弯曲应力和剪应力的在连接线上平衡。在船长方向，弯曲应力和剪应力的在连接线上平衡。高度越高，变形越大；上层建筑端点的约束为高度越高，变形越大；上层建筑端点的约束为0，是变，是变形最大的一点。因此离端点越近，受影响也越大；当形最大的一点。因此离端点越近，受影响也越大；当上层建筑长度达到一定程度，端点对中点断面影响可上层建筑长度达到一定程度，端点对中点断面影响可以忽略不计。以忽略不计。L o g Company LogoCompany Logo上层建筑与甲板室的变形特征上层建筑与甲板室的变形特征还有一种影响应力分布的因素就是上层建筑侧壁内还有一种影响应力分布的因素就是上层建筑侧壁内作用的竖向力。如果是甲板室，支持它的上甲板横作用的竖向力。如果是甲板室，支持它的上甲板横梁弯曲，结果使主体与上层建筑的曲率不同，甚至梁弯曲，结果使主体与上层建筑的曲率不同，甚至相反；如果是长甲板室，在其侧壁内的弯曲应力又相反；如果是长甲板室，在其侧壁内的弯曲应力又将呈线性分布，到甲板室甲板处将沿甲板宽度保持将呈线性分布，到甲板室甲板处将沿甲板宽度保持常量。产生这个影响的控制因素是上甲板刚性，上常量。产生这个影响的控制因素是上甲板刚性，上甲板刚性越大，上层建筑越能与主体的弯曲一致。甲板刚性越大，上层建筑越能与主体的弯曲一致。L o g Company LogoCompany Logo上层建筑与甲板室的变形特征上层建筑与甲板室的变形特征从上述分析可知，上层建筑内的应力要小于简单弯曲理从上述分析可知，上层建筑内的应力要小于简单弯曲理论计算所得的应力。因而把上层建筑的效率定义为：论计算所得的应力。因而把上层建筑的效率定义为：式中：无上层建筑时上甲板内应力；式中：无上层建筑时上甲板内应力；有上层建筑时上甲板内实际应力；有上层建筑时上甲板内实际应力；上层建筑上层建筑100%100%有效时的上甲板内的应力。有效时的上甲板内的应力。L o g Company LogoCompany Logo上层建筑与甲板室的变形特征上层建筑与甲板室的变形特征或者根据上层建筑本身所负担的荷重来定义上层建筑的或者根据上层建筑本身所负担的荷重来定义上层建筑的效率为：效率为：上述两种定义都可以表征上层建筑的效率。上述两种定义都可以表征上层建筑的效率。L o g Company LogoCompany Logo上层建筑强度上层建筑强度上层建筑强度计算主要是计算它的应力分布。现假定上上层建筑强度计算主要是计算它的应力分布。现假定上层建筑长度为层建筑长度为2l，坐标原点取在它的一段。为了便于计坐标原点取在它的一段。为了便于计算，特作几项假定如下算，特作几项假定如下：1.上层建筑与主体都对称于上层建筑的长度中点；上层建筑与主体都对称于上层建筑的长度中点；2.上层建筑和主体的挠度在上层建筑端点处相同，在上上层建筑和主体的挠度在上层建筑端点处相同，在上层建筑长度中点处均为层建筑长度中点处均为0；3.两部分结构的曲率在长度中点相交处相同；两部分结构的曲率在长度中点相交处相同；4.在长度中点处的上层建筑下沿和主体上沿的应力相同。在长度中点处的上层建筑下沿和主体上沿的应力相同。对钢制主体的铝合金上层建筑结构需要乘上比值对钢制主体的铝合金上层建筑结构需要乘上比值Ea/Es才能得到上层建筑内的应力。才能得到上层建筑内的应力。L o g Company LogoCompany Logo上层建筑强度上层建筑强度上层建筑和主体之间有两组力作：一组是水平剪力；一上层建筑和主体之间有两组力作：一组是水平剪力；一组是竖向力。组是竖向力。L o g Company LogoCompany Logo上层建筑设计上层建筑设计按照上层建筑强度参与船体总强度的作用可分为：按照上层建筑强度参与船体总强度的作用可分为：强力上层建筑强力上层建筑：长桥楼、长甲板室等；：长桥楼、长甲板室等；轻型上层建筑轻型上层建筑：短桥楼、短甲板室、轻型长甲板室；：短桥楼、短甲板室、轻型长甲板室；强力上层建筑强力上层建筑：强力上层建筑的中段是假定完全有效地：强力上层建筑的中段是假定完全有效地参与总纵强度作用的，所以整个剖面的高度发生变化。参与总纵强度作用的，所以整个剖面的高度发生变化。即原上甲板的设计要求降低，而上层建筑的设计要求提即原上甲板的设计要求降低，而上层建筑的设计要求提高。高。L o g Company LogoCompany Logo上层建筑设计上层建筑设计轻型上层建筑轻型上层建筑：短桥楼和甲板室一般设计成轻型上层建：短桥楼和甲板室一般设计成轻型上层建筑。因为这些上层建筑长度短，受到端点效应影响大，筑。因为这些上层建筑长度短，受到端点效应影响大，很难完全参与总强度作用。另外，甲板室侧壁一般有门很难完全参与总强度作用。另外，甲板室侧壁一般有门窗开口，由于应力集中必须加强，使结构重量更加增加。窗开口，由于应力集中必须加强，使结构重量更加增加。长甲板室也不宜设计成强力上层建筑，其原因是将长甲长甲板室也不宜设计成强力上层建筑，其原因是将长甲板室设计成强力上层建筑必然过多增大船体上部重量，板室设计成强力上层建筑必然过多增大船体上部重量，这对船舶稳性是不利的。这对船舶稳性是不利的。L o g Company LogoCompany Logo上层建筑设计上层建筑设计强力上层建筑和船舶性能：强力上层建筑和船舶性能：首先，强力上层建筑对于船体总强度是一个加强，对船首先，强力上层建筑对于船体总强度是一个加强，对船体重量也存在一定关系。当上层建筑长度较短或者形式体重量也存在一定关系。当上层建筑长度较短或者形式为甲板室时，加强强度需要过多增加重量；当上层建筑为甲板室时，加强强度需要过多增加重量；当上层建筑为长桥楼时，上层建筑所增加的重量可以和上甲板所减为长桥楼时，上层建筑所增加的重量可以和上甲板所减小的重量相抵消。小的重量相抵消。但无论怎样，强力上层建筑都会提高船体重量重心，只但无论怎样，强力上层建筑都会提高船体重量重心，只是程度不同。是程度不同。L o g Company LogoCompany Logo上层建筑设计上层建筑设计近些年，由于甲板设备的增多，希望能够将长甲板室设近些年，由于甲板设备的增多，希望能够将长甲板室设计成轻型上层建筑的形式，使其减小结构重量，降低重计成轻型上层建筑的形式，使其减小结构重量，降低重心位置，不参与总强度的作用。但由于长度的关系，不心位置，不参与总强度的作用。但由于长度的关系，不能完全地不参与，仍要受到主体弯曲影响，因而采取其能完全地不参与，仍要受到主体弯曲影响，因而采取其他措施来控制其参与程度。他措施来控制其参与程度。L o g Company LogoCompany Logo上层建筑设计上层建筑设计近些年，由于甲板设备的增多，希望能够将长甲板室设近些年，由于甲板设备的增多，希望能够将长甲板室设计成轻型上层建筑的形式，使其减小结构重量，降低重计成轻型上层建筑的形式，使其减小结构重量，降低重心位置，不参与总强度的作用。但由于长度的关系，不心位置，不参与总强度的作用。但由于长度的关系，不能完全地不参与，仍要受到主体弯曲影响，因而采取其能完全地不参与，仍要受到主体弯曲影响，因而采取其他措施来控制其参与程度。他措施来控制其参与程度。L o g Company LogoCompany Logo上层建筑设计上层建筑设计降低轻型上层建筑与总弯曲的措施降低轻型上层建筑与总弯曲的措施1.采用伸缩接头或滑动连接采用伸缩接头或滑动连接缩短上层建筑的长度，进而降低上层建筑与总弯曲的程缩短上层建筑的长度，进而降低上层建筑与总弯曲的程度。度。2.上层建筑材料为低上层建筑材料为低Ea的轻合金的轻合金L o g oC l i c k t o e d i t c o m p a n y s l o g a n