300TUE集装箱船结构规范设计Word文档格式.docx
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1.集装箱船由于其所装的是标准规格的集装箱,集装箱船的结构和一般的货船不同,为了便于装卸,垂向采用直壁式结构。
集装箱船的货舱口宽度几乎和货舱宽度一样大,舷边只留了宽度不大的甲板边板。
这样的开口对船的抗弯、抗扭和横向强度都很不利。
为了弥补强度的不足,在结构上通常采用以下措施加强:
(1)采用具有水密舷边舱的双舷侧;
(2)增加甲板板和舷侧板的厚度;
(3)加强两个货舱口之间的舱口端横梁和甲板横梁。
由于货舱的开口大,为了保证强度,必须采用相应的加强措施。
出于装卸方便的要
2
求,从抗扭强度上考虑,最方便的就是在舷侧设内纵壁和抗扭箱;
从稳性角度考虑,最方便的就是在舷侧设压载水舱。
2.集装箱船货舱区域的舷侧都具有双层壳板,其货舱载货的有效宽度和货舱宽度差不多。
内舷侧纵壁对甲板大开口造成的总纵强度的削弱做了补偿。
此外,舷边舱还能提高船体的抗沉性和用作压载水舱。
舷边舱内一般设置平台甲板,对增加总纵强度和刚度都有帮助,同时,平台甲板还可用作人员通道。
集装箱船舷侧多采用纵骨架式,有些船舶将上层平台甲板以下采用横骨架式,上层平台与甲板间采用箱形结构作为抗扭箱,以提高船舶的抗扭强度和总纵强度。
3.由于集装箱船甲板外飘、航速快,船体受到波浪的冲击力比较大,造成的冲荡应力也比较大,加上总纵合成应力也比较大,所以船体内结构所受的弯矩值也就大,所选取的构件尺寸也应较大。
和一般货船比,所受应力较大,疲劳问题更严重,从而对上甲板的设计与施工,舱口围板的设计与施工都提出了较高的要求。
4.为了装更多的集装箱,集装箱船通常设计成大的货舱开口和狭长的甲板条船舶,这使得船体的水平弯曲、扭转效应、横向强度在其总纵强度中所占的比例明显上升,舱口角隅处也会有明显的应力集中。
而随着货舱开口的宽度增加,应力集中也越来越明显,在机舱前端壁为纵横构件的交汇处,应力集中达到了最大。
一般的船舶货舱上甲板角隅采用抛物线形、椭圆形、圆弧形。
临近机舱处的甲板角隅的应力集中最大,若设计成抛物线形等常规形式,则需要很大的圆弧半径,这要求集装箱与纵舱壁、横舱壁的间隙更大,也会影响到布置的合理性,所以通常在角隅处设计成负半径的结构形式。
而舱口角隅的大小也将影响到集装箱的布置以及构件的布置。
5.为了获得更大的空间,装更多的集装箱,集装箱船的艏部线型往往外飘很严重,并且舷侧肋骨与外板夹角也很小(远远小于900)。
而且集装箱船的航速很高,通常大于20kn,并且伴有较高冰区等级,这对船首的外板抨击加强也提出了很高的要求。
有冰区加强的集装箱船在艏部的外板厚度增加较明显,并且肋骨尺寸也有较大的增加,另外在冰区加强的区域内设置了大量的防倾肘板。
集装箱船的艏楼上通常设有档浪板或防浪罩。
3
1.4结构设计概述1.4.1结构设计的依据
船体结构设计通常是在船体总体设计基本完成以后,根据以定的主尺度,型线图,总布置图以及任务书(对船舶用途,航区,建筑形式,甲板层数,主要设备,使用要求等)的要求进行的。
1.4.2结构设计任务
结构设计的任务是选择合适的结构材料和结构形式,决定全部构件的尺寸和连接方式,在保证足够的强度和安全性等要求下,使结构具有最佳的技术经济性能。
1.4.3结构设计的方法
1、母型船设计法:
就是按照母型船的结构形式,结果尺寸和航区等,经分析处理设计出新的同类船舶。
2、规范设计法:
目前民船主要采用这种方法进行结构设计,即主要按船舶建造规范进行,辅以必要的强度计算。
这种方法设计简便,一般强度能保证,但规范只能包括一般的运输船舶和通用的结构形式,而对特种尺度的船,特种船舶与特殊形式的结构,仍要按照船舶结构力学的方法进行强度校核。
3、直接设计法:
对规范规定以外的船舶,只有采用直接设计的方法来决定设计船的构件尺寸,目前这种方法还不够完善。
4、近几年来,结构设计由确定性设计逐渐向概率性设计原理过度。
概率设计原理就是将结构寿命期内影响结构安全和性能的各参数作为随机变量,用概率和数理统计方法分析结构在使用期内基本满足要求的概率。
1.4.4规范设计的基本步骤
1、根据型线图,总布置图以及任务书的要求,通过调查研究,总体分析同类船舶在结构上的优缺点,确定结构形式,肋骨间距以及改进措施。
2、船体中部剖面结构设计。
3、根据传统中部剖面与总布置图进行全船结构布置,即绘制基本结构图。
同时完
4
成主要构件计算书。
4、完成其它所有的图纸和文件。
船体中剖面图与基本结构图是全部结构的全局性构想,它集中反映了设计船的结构形式,主要构件尺寸,连接方式与构件布置,是其它结构图的原则依据,但随着设计阶段的深入与发展,结果图的绘制与计算都要不断修改和完善,直至达到最佳。
1.4.5结构布置的一般原则
1、结构的整体性原则2、受力均匀性和有效传递原则3、结构的连续性和减少应力集中原则4、局部加强原则
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第二章结构规范计算书
2.1说明
本船为内河集散两用船,航区为长江A级航区。
主要用于运载标准集装箱。
本船为球鼻艏、方尾全焊接结构的钢质货船,设单层连续甲板、尾部设四层甲板室,采用单机、单桨流线型双支点平衡舵。
本船设单层连续甲板,货舱区域为纵骨架式,设双层底及抗扭箱,艏艉及上层建筑结构为横骨架式,本计算书按CCS2022《钢质内河船舶建造规范》进行计算与校核。
2.2船体主要参数
总长LOA104.60m两柱间长LPP100.60m型宽B16.66m型深D6.35m设计吃水d5.50m
航区A级肋距0.55m梁拱0.25m
2.3结构尺寸计算
2.3.1平板龙骨、外板、内底板、甲板
2.3.1.1船底外板
根据中国船级社《钢质内河船舶建造规范》(2022)8.3.1.1及2.3.2.1的规定:
船中部船底板厚度t应不小于按下式计算所得之值:
ta(L)mm
式中:
L——船长,m;
——肋骨或纵骨间距,m;
6
a——航区系数,A级航区船舶取a=1;
、、——系数按纵骨架式,由表2.3.2.1选取。
其中:
=0.55m,a1,0.066,4.5,0.8,L=100.60m
t1a(L)
=1(0.066100.60+4.50.55-0.8)
=8.31mm
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)8.3.1.1的规定:
大舱口船货舱区域的船底板厚度t应不小于按下式及2.3.2.2式计算所得之值:
、、——系数按纵骨架式,由表8.3.1.1选取。
=0.55m,a1,0.05,3.9,1.0,L=100.60m
t2=a(L)
1(0.05100.60+3.90.55+1.0)
8.175mm
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.3.2.2船底板厚度t尚应不小于按下式计算所得之值:
t4.8drmm
d——吃水,m;
r——半波高,mA级航区取r=1.25m其中:
=0.55,d5.5,r=1.25m
7
t34.8dr
=4.80.55
5.51.25
=6.92mm
实取船底外板厚度:
t10mm2.3.1.2平板龙骨
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.3.1.1得:
平板龙骨宽度b应不小于0.1B=0.116.66=1.666m
实取b1800mm
船中部平板龙骨厚度应按船中部船底板厚度增加1mm,首、尾部平板龙骨厚度应不小于船中部船底板厚度。
船中部平板龙骨厚度实取t=12mm首、尾部平板龙骨厚度实取t=10mm2.3.1.3舭列板
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.3.3.1得:
舭列板厚度应按船中部船底板厚度增加0.5mm。
若船底板厚度大于8mm时,则舭列板厚度可与船底板厚度相同。
实取t10mm2.3.1.4舷侧外板
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.3.4.1得:
船中部及过渡区域舷侧外板厚度应不小于船底板厚度的0.9倍
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.3.4.2得:
首、尾舷侧外板的厚度,应不小于船中部船底板的厚度。
实取t=10mm2.3.1.5舷侧顶列板
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.3.5.2要求得:
船中部舷侧顶列板的厚度应不小于强力甲板边板厚度的0.85倍或舷侧外板厚度增加1mm,取其大者。
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根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)8.3.3.1要求得:
货舱区域舷侧顶列板在强力甲板以下的宽度应不小于0.15D,其厚度不小于强力甲板边板厚度的0.85倍或舷侧外板厚度增加1mm,取其大者,货舱区域外的舷侧顶列板厚度可逐渐减至首、尾部舷侧外板的厚度。
本船舷侧顶列板实取t=12mm
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.3.5.1得:
舷侧顶列板在强力甲板以下的宽度应不小于0.1D,且应不小于250mm。
即b0.1D0.16.350.635m实取:
b1000mm2.3.1.6外板局部加强
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.3.7.1要求:
主机座下的船底板,尾轴出口处的外板以及螺旋桨叶梢附近的外板均按船中部船底厚度增加2mm.
本船实取:
t=12mm
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.3.7.2要求:
锚链筒出口处的外板及其下方的一块外板厚度应增加0.5倍或加等厚复板。
本船设置t=12mm的复板。
2.3.1.8内舷板(纵舱壁)
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)8.3.4.1要求:
内舷板的厚度应与舷侧外板厚度相同。
纵壁板t=10mm,2.3.1.9内底板
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.3.9.1要求:
内底板的厚度t应不小于船底板厚度的0.8倍:
t1=0.8t=8mm
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.3.9.2要求:
载货部位内底板厚度t尚应不小于按下式计算所得之值:
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t5.5hmm
h——计算水柱高,m,自内底板上缘量至干舷甲板边线(或舱棚顶板与围壁板
交线)的距离。
=0.55m,h=5.35m
t5.5h
5.50.555.35
7.00mm又根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)8.3.5.2要求:
内底板的厚度应t应不小于按以下两式计算所得之值:
t=5.5h+1mmt=0.8t1mm
t1——由8.3.1.1计算所得的船底板厚度,mm;
h——计算水柱高度,m,自内底板上缘量至干舷甲板边线(或舱口围板顶缘)的距离。
=0.55m,h=5.35m,t1=8.375mm
t=5.5h1
5.50.555.351
8.00mm实取:
内底板厚度t=10mm2.3.1.10甲板
(1)中部强力甲板
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.4.1.1要求:
船长大于50m的船舶,其中部强力甲板的最小厚度t应不小于按下式计算所得之值:
ta(L85)mm
式中:
10
——纵骨间距,m;
a——航区系数,对A级航区船舶取a=1;
L=100.60m,=0.55m
t1a(L85)0.551100.6085
7.49mm
货舱强力甲板实取:
t=10mm
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)8.3.6.1要求:
货舱区域内甲板边板的厚度t尚应不小于按下式计算所得之值:
t1.1L1.1100.6011.03mm,
甲板边板实取t=12mm.
货仓区域以外的甲板边板可以逐渐减薄至甲板相同厚度:
首尾部的甲板边板厚度t=10mm
(2)首尾部强力甲板
首尾部强力甲板的最小厚度应不小于中部的0.9倍:
t20.9t10.97.496.74mm
实取t=10mm;
首尾甲板实取t=10mm;
(3)舱口角隅加强腹板
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.4.1.5要求:
甲板上所有货仓口和机舱口的角隅应为园角,园角半径r应不小于开口宽度的1/10,r小于610mm的舱口角隅,应采用等于甲板厚度1.5倍的加厚板或厚度相等的复板补偿。
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)8.3.6.2要求:
强力甲板上舱口角隅处一般采用圆角,其半径r不小于b/20,舱口角隅区域的板厚应较强力甲板增厚50%:
舱口角隅采用圆角,半径R=800mm,实取舱口角隅加厚板t=16mm。
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(4)非强力甲板
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.4.3.1要求:
其他各层非强力甲板厚度一般不小于3.0mm。
平台甲板实取t=8mm。
2.3.2船底骨架
2.3.2.1实肋板
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.6.2.1要求:
纵骨架式的实肋板间距应不大于2.5m。
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.6.1.2要求:
双层底在中纵剖面处高度一般不小于700mm也不大于1500mm。
纵骨架式的实肋板间距应不大于2.5米。
实取:
实肋板间距为2.2m,即每四个肋位设一个实肋板。
双层底高度h=1000mm。
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)8.4.2.2要求:
实肋板腹板厚度应不小于所在部位船底板厚度;
t=10mm。
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)8.4.2.3要求:
实肋板腹板高度与厚度之比大于100时或实肋板腹板高度大于800mm时,应在实肋板腹板上设置垂向加强筋,宽度为厚度的8倍,其间距不大于双层底的高度。
实取加强筋—10某800mm本船实取实肋板10某1000
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)8.4.2.5要求:
水密肋板间距应不小于0.3L,其腹板应较实肋板厚度增加1mm,对双舷侧结构船,水密实肋板应与舷侧水密横舱壁在同一肋位上。
实取t=12mm。
2.3.2.2中桁材.旁桁材
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根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)8.4.3.2要求:
中桁材应连续贯通,其厚度应为所在部位平板龙骨厚度相同。
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)8.4.3.3要求:
旁桁材由间断板构成,其厚度与所在部位船底板厚度相同,但应不小于相连实肋板厚度。
本船货仓区,设置一道中桁材t=12mm,;
两道旁桁材t=10mm。
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)8.4.3.4要求:
纵骨架式双层底纵桁材,其高度与厚度之比大于100时或腹板高度大于800mm时应设置垂向加强筋,其厚度与桁材的厚度相同,宽度为厚度的8倍,其间距不大于1000mm。
—10某80mm。
2.3.2.3船底纵骨与内底纵骨
(1)内底纵骨
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)8.4.4.1要求:
货舱区域内底纵骨的剖面模数W应不小于按下式计算所得之值:
W5.8hl2cm3
l——纵骨跨距,m;
h——计算水柱高,m。
装载金属矿石、非金属矿石或颗粒状货物时按本章8.3.5.1
计算。
装载集装箱和杂货时,取内底板上表面量至干舷甲板边线(或舱口围板顶缘)的距离。
其中:
=0.55m,l=2.2m,h=5.35m。
W5.8hl2
5.80.555.352.22
=82.60cm3
查型钢表选取角钢L100某80某8带板宽度取600mm厚度t=8mmW=89.36cm3,I=773.22cm4。
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满足要求
(2)船底纵骨
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)8.5.4.1要求:
船底纵骨除应满足2.6.7.1的要求外,其剖面模数尚应不小于内底纵骨剖面模数的0.85倍;
W≥0.85某82.60=70.21cm3
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.6.7.1要求:
船底纵骨的剖面模数为2.5.6.1计算所得之值的0.8倍;
惯性矩符合2.5.6.2的规定.
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.5.6.1要求,船底纵骨的剖面模数W应不小于按下式计算所得之值:
WK(dr)l2cm3
K——系数,在船中部K=0.015L+5.6,其中L为船长,船中部以外可逐步递减至0.8K;
r——半波高,m,按本篇1.2.5.1的规定;
l——纵骨跨距,m,取实肋板间距。
K=0.015L+5.6=7.11,=0.55m,d=5.5m,l=2.2m,r=1.25
WK(dr)l2
7.110.55(5.51.25)2.22
=127.76cm3
W0.8W10.8127.76102.2cm3
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.5.6.2要求,纵骨剖面惯性矩I应不小于按下式计算所得之值:
I1.1al2cm4
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a——纵骨连同带板的剖面积,cm2
a=67.94cm2,l=2.2mI1.1al2
1.167.942.22
=361.71cm4
查型钢表选取角钢L125某80某12带板宽度取600mm厚度t=8mmW=165.61cm3,I=1644.19cm4。
满足要求(3)肘板
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.6.8.1要求:
纵骨架式中桁材在实肋板间距的中点,应左右加设通至邻近纵骨处的肘板,其厚度与实肋板相同.
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.6.8.2要求:
纵骨在水密肋板处中断时,应用宽度等于2.5倍纵骨高度,厚度与水密肋板相同的肘板与水密肋板连接.
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.6.8.3要求,纵骨架式双层底的舭部无实肋板的肋位上应设置与实肋板厚度相同的肘板,并延伸至邻近的船底纵骨和内底纵骨。
2.3.2.4开孔
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.6.9.2要求:
实肋板与旁桁材均应开设人孔,开孔位置应沿船长、船宽方向尽量呈直线排列。
孔口边缘距支柱下方肘板趾点或舱壁的水平距离应与小于500mm。
孔边缘应光滑,开孔高度应不大于双层底高度的一半,开孔宽度应不大于双层底的高度,孔与孔之间的距离应不小于双层底的高度。
若不能满足上述要求,应予以补强。
取人孔实肋板400某600旁桁材400某600
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取减轻孔圆400
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.6.9.3要求:
实肋板与旁桁材上应开设适当的流水孔和透气孔,并应考虑到泵的抽吸率,使自舱内各处的空气管和吸口的水和空气能自由流通。
取流水孔圆R50取透气孔圆R50
2.3.3舷侧骨架
2.3.3.1普通肋骨
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)8.6.1.1要求:
舷舱内的骨架如为横骨架式,其外舷肋骨和内舷肋骨(舱壁扶强材)的剖面模数应符合本篇2.7.2的规定。
根据《钢质内河船舶建造规范》(2022)2.7.2.1要求:
主肋骨和普通肋骨的剖面模数W应不小于按下式计算所得之值:
K——系数,按表2.7.2.1选取;
——肋骨间距,m;
l——肋骨跨距,m,对设有舷侧纵桁的普通肋骨,取肋骨与实肋板内缘交点至舷侧纵桁的垂直距离,但应不小于1.25m。
K=4.9,=0.55,d=5.35,r=1.25,l=2.2WK(dr)l2
4.90.55(5.351.25)2.2286.09cm3
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