1500吨浅吃水货船船体结构设计分析.docx

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1500吨浅吃水货船船体结构设计分析

毕业设计论文中文摘要

题目：

1500吨浅吃水货船船体结构设计分析

摘要

本船是1500吨级浅吃水货船，属于无限航区普通货船，可实现江海联运及电机定子、重型机械等大件运输。

本设计是以保证该船能够达到所要求的坚固程度为目的，针对该船的主要构件作出强度校核，绘制出结构图与横剖面并进行钢材级造价的估算。

结构强度校核部分，根据钢质海船入级规范（2006）进行计算，先对整体进行校核，然后是局部主要构件的强度校核，从而计算出各个部分的强度要求，选择合适的构件以保证船舶的结构坚固。

根据强度校核，了解基本结构和类型，并设计出基本结构设计书，从而对基本结构与典型横剖面作图。

钢材估算方面，主要采用余量估算方法，对所需钢材进行计算。

造价估算方面则对各个单项进行计算，并根据其所占比例，对全船价格进行估计。

本设计中所依据知识，主要来自于规范与相关船舶书籍中。

通过本设计对作者所学专业职业知识有了更好的巩固，并为以后的工作有了相应的准备。

关键词：

结构强度校核；船体结构；造价估算

1前言

1.1概述

本船是1500吨级普通运输货船，为钢质单甲板，球鼻船首，双尾鳍、双机、双桨、双舵的尾机型浅吃水江海直达货船。

全船共两个货仓，设短首楼和尾楼。

主要承运大宗散货、杂货、普通包装的钢材、集装箱等货物。

本船航行于黑龙江、松花江至我国南北沿海，以及日本、朝鲜、东南亚等江海直达航线，航区为海规工类及河规A级。

本设计需要完成该船的船体结构设计工作，包括船体结构规范计算；绘制主要横剖面图；绘制基本结构图；船体钢材估算；船舶造价估算等。

从而巩固加深所学专业知识，结合生产实践融汇所学专业知识，提高专业技能，培养工程素质以及独立完成工作的能力。

1.2货船的设计要求

1.2.1船舶主要数据

总长：

85.90m

垂线间长：

80.00m

型宽：

13.80m

型深：

5.50m

设计吃水：

2.70m

结构吃水：

3.30m

梁拱：

0.20m

方形系数：

0.809（设计吃水）

0.827（结构吃水）

结构吃水垂线间长：

80.00m

结构吃水水线长：

81.60m

计算船长：

83m

肋距：

尾至#6600mm

#6至#114650mm

#114至首600mm

纵骨间距：

上甲板货舱区域550至650mm

顶边舱舷侧500mm

顶边舱斜板600mm

双层底区域650mm

甲板间高上甲板至首楼甲板2.10m

上甲板至尾楼甲板2.30m

尾楼甲板至驾驶甲板2.30m（#8至#24）

3.0m（#24至#29）

驾驶甲板至罗径甲板2.30m

1.2.2结构概况

本船为单甲板，双机双桨尾机型江海直达杂货船，全船共分为两个货仓，共分两个货舱，共设四道水密舱室壁，货仓区域结构形式为双层底、双壳结构。

双壳结构由两部分组成，从基线起向上四米为舷侧深舱；四米以上至甲板为顶边舱，货舱区域甲板开口线以外和双层底骨架以及顶边舱结构采用纵骨架式；甲板开口线以内，深舱和舭部结构以及机舱、首、尾尖舱均采用横骨架式。

本船满足B级冰区加强的要求。

1.2.3主要性能

航速：

本船在新船状态，无浅吃水影响，风力不超过薄氏风标3级，海浪不超过2级，当主机为常用功率时静水航速为10.8海里/小时。

油耗：

在常用功率情况下，主机约4.30吨/日；副机约0.64吨/日

续航力和自持力：

本船在满载状态设计航速时的续航距离为4000海里，自持力为20天。

1.2.4舾装设备

锚设备：

首锚，1750公斤斯贝克锚3只；

系泊设备：

托索，钢索1跟，长190米；系船索，钢索1跟，长160米；

舵设备：

本船采用2只悬挂式流线型平衡舵，舵的剖面形式为小鱼尾型。

舵总面积为7.49m2，面积比例为2.48%，平衡系数为0.261。

舵为钢板组合结构，舵叶上端与舵杆用链连接。

救生设备：

本船设5.5m6人救助艇1只。

设置救生筏5只，带自亮浮灯救生圈5只，带自亮浮灯及烟雾信号救生圈2只，带救生浮索救生圈2只，救生衣5件，设保温救生服30件。

消防用品等其他设备均按《规范》配备。

1.2.5主要舱室设备

驾驶室：

设旗箱、望远镜箱、高脚扶手椅；

报务室：

设工作台、园转椅；

海图室：

设海图桌、文件柜、园转椅；

1.3货船设计要求的分析

本船为1500吨级浅吃水货船，可实现江海联运，因此在进行主要构件结构强度校核的时候采用《钢质海船入级规范（2006）》进行计算。

在《规范》中，根据本船的特点（双壳，从基线起向上四米为舷侧深舱；四米以上至甲板为顶边舱，货舱区域甲板开口线以外和双层底骨架以及顶边舱结构采用纵骨架式；甲板开口线以内，深舱和舭部结构以及机舱、首、尾尖舱均采用横骨架式。

）找到对应的规定，根据《规范》所要求对相应公式进行计算，从而得到各个构件的要求尺寸。

通过对任务书的分析，分部位计算出各个区域钢材重量，从而得到最终的刚才消耗量。

最后将造船所需各个方面人员，物品以及其他各种费用进行统计。

完成毕业设计。

2结构设计

2.1船舶结构设计概述

船体强度的任务是研究船体结构抵抗破坏的能力和变形的规律。

把船体作为一个整体来研究其强度的问题称为船体总强度问题。

船舶局部强度则是把船舶整体分为各个部件，分别按照其所在相应位置，所受力情况来进行计算强度。

船体是由板和型材组成的薄壁结构，根据结构所处的位置和受力特点，人为地将它分成船体板架、甲板板架、船侧板架和舱壁板架等。

船体结构设计通常是在船舶基本设计完成之后，已知船舶主尺度、船体型线、船舶建筑型式、甲板层数、内底分布、舱壁位置和舱室用途之后进行的。

结构设计的任务是在这个基础上决定船体结构型式、构件尺寸和连接方法的。

成功的毕业设计是合理的选择结构材料，保证结构具有必须的强度和刚性的情况下，使结构重量最轻。

在进行校核的过程中，根据《规范》进行相应构件的计算，并根据所得结果画出结构图。

2.2基本结构及用途

外板：

外板指船底部、舭部、舷部外壳板，由于船体沿肋骨围长的曲率变化较大，钢板的长边通常沿船长方向布置，便加工成型。

它用于形成船体外形及保证船体水密；直接承受水压力，使船舶具有漂浮及运载能力，并承受和传递各种横向载荷，参与骨架局部强度。

底部结构：

船底是船体等值梁的下缘，承受很大的总纵弯曲应力，还承受着及其重量、货物重量、压载水及舷外水的压力等横向载荷。

甲板：

甲板与外板共同组成船体主体。

承受总纵弯曲时的正应力；承受横向载荷：

如人员、设备重量及甲板上浪的水压力等；承受甲板上的集中载荷：

如甲板上的集中荷重、上层支柱传来的集中力等。

上甲板对保证船体总强度起重要作用，下甲板主要承受货物重量。

舷侧结构：

横骨架式舷侧结构由普通肋骨与强肋骨交替布置，并设置舷侧纵桁组成交替肋骨制的舷侧结构。

因有相当数量的强肋骨与甲板强横梁、底肋板组成横向钢架，对保证船体横向强度与刚度有利。

主要承受的外力有：

由总纵弯曲时产生的弯矩与剪切力；垂直作用于舷侧外板并与浸水深度成比例的舷外水压力；由底部及甲板传递来的压缩力；波浪的冲击力、爆炸波的冲击力、振动及各种偶然性的撞击力等横向载荷。

舱壁：

由舱壁板和骨架组成，是用来分隔船体内部空间，把船体分成一个个的单独舱室供装货、载客和安装机电设备等用。

可以用来保证船舶与平台的抗沉性，增强船体的强度与刚度，可以防止火灾与毒气蔓延。

上层建筑是建立在船舶主体上甲板之上的任何舱室结构。

包括船楼、甲板室、机舱棚、活动舱口盖等。

上层建筑与船舶的航海性能及居住条件密切相关。

可以作为货仓使用；由利于扩大驾驶人员视野；增加船舶储备浮力；减小甲板上浪；围弊机舱开口；如果上层建筑长度足够时，它可以全部或部分地参与主体的总纵弯曲，提高船体的总纵强度。

2.3基本结构计算书

在计算过程中要用到的主尺度：

计算船长L83m

型宽B13.80m

型深D5.5m

设计吃水d2.70m

肋距S尾至#6600mm

#6至#114650mm

#114至首600mm

2.3.1总体强度计算

根据《规范》2.2.5.1船中最小剖面模数W0应不小于按下式计算所得之值：

W0=CL2B（Cb+0.7）cm3

式中:

C——系数，按本节2.2.3.1选取；0.0412L+4=7.42m

（L不大于90m）

Cb——同本节2.2.3.1；选取0.809

L——船长,m;选取83m

B——船宽,m。

13.8m

W0=7.42×832×13.8×（0.809+0.7）=1064457.72m3

实取W0=1.07×1012cm3

根据《规范》2.2.5.2船中剖面对水平中和轴的惯性矩I应不小于按下式计算所得之值:

I=3W0Lcm4

式中：

W0——按本节2.2.5.1计算所得的船中最小剖面模数，cm3；

L——船长，83m。

I=3×1.065×1012×83=265049972.3m4

实取：

I=2.7×1016cm4

2.3.2局部强度计算

2.3.2.1外板

船底板

按《规范》2.3.1.3船底为纵骨架式时,船中0.4L区域内的船底板厚度t应不小于按下列两式计算所得之值：

t1=0.043s（L+230）mm

t2=5.6smm

式中:

s——纵骨间距,0.65m，计算时取值应不小于纵骨的标准间距;

d——吃水,3.3m;

L——船长,83m，计算时取不必大于190m;

Fb——折减系数0.8，见本章2.2.5.7

h1=0.26C,计算时取不大于0.2d;

C——系数，见本章第2节2.2.3.1。

C=0.0412L+4=7.26,当L＜90m所以h1=0.66

t1=0.043×0.65×（83+230）×0.9=8.75mm

t2=5.6×0.65×1.78=6.48mm

实取t=9mm

根据《规范》2.3.1.4离船端0.075L区域内的船底板厚度t应不小于按下式计算所得之值:

t=（0.035L+6）mm

式中:

L——船长,83m；

s——肋骨或纵骨间距,0.6m，计算时取值应不小于Sb；

Sb——肋骨或纵骨的标准间距,0.6m。

t=0.035×83+6=8.91mm

实取t=9mm

按《规范》2.3.1.2横骨架式区域内的船底板厚度t应不小于按下列两式计算所得之值:

t1=0.072sE-1（L+170）mm

t2=7.0smm

式中:

s——肋骨间距,0.65m,计算时取值应不小于肋骨的标准间距；

d——吃水,3.3m；

L——船长,83m;但计算时取不必大于200m；

Fb——折减系数0.8，见本章2.2.5.7；

E=1+

，其中，S为船底桁材或龙骨间距；

E-1=0.8h1=0.66

t1=0.072×0.65×0.8×（83+170）×0.89=8.43mm

t2=7.0×0.65×1.78=8.47mm

实取t=9mm

船首底部的加强

按《规范》2.15.3.1当船长L等于或大于65m,且航行中最小首吃水小于0.04L时,应对其从首垂线向后的底部平坦部分进行加强。

横向加强范围的边线高于基线应不小于0.014B（B为船宽）），但不必大于0.28m。

纵向加强范围的端线距首垂线的长度X应不小于按下式计算所得之值：

X=（0.65-

）Lm

式中:

L——船长,83m;

Cb——方形系数0.8,当Cb＜0.7时,Cb=0.7，当Cb＞0.8时,Cb=0.8

X=（0.65-0.4）×83=20.75m实取X=21m

在加强范围内,对首部船底板应作下列加强:

首部船底板厚度t应不小于按下式计算所得之值:

t=CC1（1.8-26

）mm

式中:

L——船长,83m；

d1——航行中的最小首吃水,2.5m；

s——骨材间距,0.6m；#114以前为0.65m

sb——骨材标准间距,0.627m；

e——纵向位置修正系数,见表2.15.3.5；在#93至#100，#100至#119，#119至首分别为0.667，1.0，0.5

C——系数,当65≤L≤145m时,C=7.3+0.081L；

当145＜L≤200m时,C=19.0；

当200＜L≤300m时,C=23.6-0.023L；

当L＞300m时，C=16.7；

C=14

C1=1.2-

，其中

为主要构件间距,C1大于1时,取C1等于1C1=0.95

所以：

t=14×0.95×（1.8-26×0.03）×0.82=11.13mm实取t=12mm#93至#100

t=14×0.95×（1.8-26×0.03）×0.98=13.3mm实取t=14mm#100至#119

t=14×0.95×（1.8-26×0.03）×0.68=9.26mm实取t=12mm#119至首

按《规范》2.15.3.3在加强范围内，对纵骨架式双层底骨架应作加强：

船底纵骨剖面模数应比按本章2.6.12.2的计算值大10%，但代入公式中的l值应不小于1.85m。

W=1.1W船底=1.1×159=174.9cm3实取W=204cm3

按《规范》2.6.12.3内底纵骨的剖面模数为船底纵骨剖面模数的85%

W=0.85W船底=0.85×159=135.15cm3实取W=157cm3

2.3.2.2平板龙骨

按《规范》2.3.2.1平板龙骨的宽度b应不小于按下式计算所得之值:

b=900+3.5Lmm

式中:

L——船长,83m。

平板龙骨的宽度不必大于1800mm。

平板龙骨的宽度应在整个船长内保持不变。

按《规范》2.3.2.2平板龙骨的厚度不应小于本节所要求的船底板厚度加2mm。

且均应不小于相邻船底板的厚度。

b=900+3.5×83=1190.5mm实取b=1200mm

t=t船底板+2=9.82mm实取t=10mm

2.3.2.3舭列板

按《规范》2.3.3.1舭列板厚度,当舭列板处为横骨架式时,应不小于按本节2.3.1.2计算所得;

t1=0.072sE-1（L+170）mm

t2=7.0smm

t1=0.072×0.65×0.8×（83+170）×0.89=8.47mm

t2=7.0×0.65×1.78=8.10mm

实取t=9mm

2.3.2.4舷侧外板

按《规范》2.3.4.1舷侧外板系指从舭列板至舷顶列板之间的外板。

按《规范》2.3.4.2舷侧为横骨架式时,船中部0.4L区域内舷侧外板厚度t应符合下列规定:

（1）距基线

D以上的舷侧外板厚度t应不小于按下列两式计算所得之值:

t1=0.073sE-1（L+110）mm

t2=4.2smm

t1=0.073×0.65×（83+110）=9.16mm

t2=4.2×0.65×2.12=5.78mm

实取t=10mm

（2）距基线

D以下的舷侧外板厚度t应不小于按下列两式计算所得之值:

t1=0.072sE-1（L+110）mm

t2=6.3smm

t1=0.072×0.65×（83+110）×0.89=8.08mm

t2=6.3×0.65×1.78=7.29mm

实取t=9mm

式中:

s——肋骨间距,0.65m，计算时取值应不小于肋骨的标准间距;

L——船长,83m，计算时取值不必大于200m;

d——吃水,3.3m;

Fd、Fb——折减系数，分别为1和0.8，见本章2.2.5.7;

E=1+

，其中,S为舷侧纵桁间距，m；E-1=1

h2=0.5C,计算时，取不大于0.36d；h2=1.19

h1、C=7.26见本节2.3.1.2。

h1=0.66

（3）距基线

至距基线

D区域内的舷侧外板厚度t，由上述计算所得t2之值用内插法求得。

实取t=9mm

按《规范》2.3.4.4离船端0.075L区域内的舷侧外板厚度应符合本节2.3.1.4的要求,实取t=9mm

按《规范》2.3.4.5船中部0.4L区域内的舷侧外板厚度应不小于本节2.3.4.4要求的端部舷侧外板厚度,并应使船中部0.4L区域外的舷侧板厚度能逐渐向端部舷侧外板厚度过渡,实取t=9mm

冰区加强

按《规范》4.5.1.1冰带外板的加强,其纵向范围从首柱向后至满载水线最大宽度处,但不超过0.2L。

≤0.2L=16.6m

垂向范围从LWL以上500mm至BWL以下500mm。

h=（Lwl+500）-（Bwl-500）=3.3-2.5+1=1.8m

按《规范》4.5.1.2冰带外板厚度至少应为船中部外板厚度规范值的1.25倍,但不必大于25mm,其厚度应逐渐过渡。

t冰=1.25tt=8.98mmt冰=11.23mm实取t冰=12mm

2.3.2.5舷顶列板

按《规范》2.3.5.1舷顶列板的宽度应不小于：

b=800+5Lmm，但也不必大于1800mm

式中：

L——船长，83m。

b=800+5×83=1215mm实取b=1250mm

按《规范》2.3.5.3舷侧为纵骨架式时，船中0.4L区域内的舷顶列板厚度t应不小于按下列两式计算所得之值:

t1=0.06s（L1+110）mm

t2=0.9smm

式中:

s——纵骨间距,0.627m，计算时取值应不小于纵骨的标准间距;

L——船长,83m;

L1=L,其中L为船长,m，但计算时取值不必大于200m;

Fd——折减系数1，见本章2.2.5.7

t1=0.06×0.627×（83+110）=7.24mm

t2=0.9×0.627×12.57=7.1mm

按《规范》2.3.5.4在船中部0.4L区域内的舷顶列板的厚度，在任何情况下均应不小于强力甲板边板厚度的0.8倍，也不小于相邻舷侧外板的厚度。

舷顶列板的厚度可逐渐向两端过渡到端部的舷侧外板厚度。

t=0.8t甲板边板=0.8×16=12.8mm

实取t=14mm

2.3.2.6强力甲板

按《规范》2.4.2.1开口边线外强力甲板厚度t，除应符合中剖面模数要求外,还应不小于按下列各式计算所得之值:

纵骨架式:

t1=0.06s（L1+110）mm

t2=0.9smm

式中:

s——纵骨间距,0.65m，计算时取值应不小于纵骨的标准间距;

L——船长,83m;

L1=L,m，但计算时取值不必大于200m;

Fd——折减系数，见本章2.2.5.7。

t1=0.06×0.65×（83+110）=7.53mm

t2=0.9×0.65×12.57=7.35mm

实取t=8mm

按《规范》2.4.2.2在开口边线以内及离船端0.075L区域内的强力甲板,无论是纵骨架式或横骨架式,其厚度t应不小于按下式计算所得之值:

t=0.9s

开口边线内：

s=0.65mt=0.9×0.65×12.57=7.35mm

离船端0.075L区域：

s=0.6mt=0.9×0.6×12.57=6.17mm

实取t=8mm

按《规范》2.4.3.1在船中部0.4L区域内的强力甲板边板宽度，应不小于（6.8L+500）mm。

其中L为船长，但不必大于1800mm。

b=6.8×83+500=1064.4mm实取b=1580mm

强力甲板边板在端部的宽度，应不小于船中部宽度的65%。

强力甲板边板厚度，应不小于强力甲板厚度。

b边=0.65b=0.65×1064.4=691.9mm实取b=700mm

2.3.2.7中内龙骨

按《规范》2.5.2.1在船舶中纵剖面处应设置中内龙骨。

中内龙骨的高度应等于肋板的高度,其腹板厚度t

和面板剖面积A应不小于按下列各式计算所得之值:

在船中部0.4L区域内：

t=0.06L+6.2mm

t=0.06×83+6.2=11.18mm

实取t=12mm

A=0.65L+2cm2

A=0.65×83=55.95cm2

实取A=56cm2

在船端0.075L区域内：

t=0.05L+5.5mm

t=0.05×83=9.65mm

实取10mm

A=0.52Lcm2

A=0.52×83=43.16cm2

实取A=44cm2

式中:

L——船长,83m。

2.3.2.8旁内龙骨

按《规范》2.5.3.1旁内龙骨的高度与该处肋板高度相同。

其腹板的厚度t和面板的剖面积A,应不小于按

下列各式计算所得之值：

t=0.05L+5mm

t=0.05×83+5=9.15mm实取t=10mm

A=0.25L+5cm2

A=0.25×83=25.75cm2实取A=26cm2

实取⊥

式中:

L——船长,83m。

2.3.2.9中桁材

按《规范》2.6.2.1在船体中纵剖面处应设置中桁材。

中桁材高度h0应不小于：

h0=25B+42d+300mm，且不小于650mm

式中:

B——船宽,13.8m;

d——吃水,3.3m。

h0=25×13.8+42×3.3+300=783.6mm实取h0=900mm

2.6.2.2中桁材的厚度t应不小于下述规定:

船中部0.4L区域内:

t=0.0077h0+4mm

t=0.0077×783.6=10.03mm实取t=11mm

式中:

h0——双层底计算高度,783.6mm。

2.3.2.10旁桁材

按《规范》2.6.4.1旁桁材的厚度可比本节2.6.2.2规定的中桁材厚度减少3mm。

t=t中-3=10.03-3=7.03mm实取t=8mm

水密旁桁材厚度应较旁桁材厚度增厚2mm。

但旁桁材的厚度均应不小于相应的肋板厚度。

t=t旁+2=9.03mm实取t=10mm

2.3.2.11实肋板

横骨架区域（#24至#29）

按《规范》2.6.5.1货舱和机舱实肋板的厚度t应不小于按下式计算所得之值，但不必超过15mm：

t=0.0077h0+1mm

式中:

h0——双层底计算高度,783.6mm。

炉舱内实肋板和污水阱处的实肋板应较上式增加2.5mm。

t=0.0077×783.6+1=7.03mm

实取t=8mm

纵骨架区域（#29至#114）

按《规范》2.6.11.2纵骨架式实肋板厚度应较本节2.6.5.1要求的实肋板厚度增厚10%,但不必大于15mm,

t=1.1（0.0077h0+1）=7.73mm

实取t=8mm

按《规范》2.6.6.2水密肋板的高度大于0.9m而不超过2m时,应设置间距不大于0.9m的垂直加强筋,加强筋两端应削斜,其剖面模数W应不小于按下式计算所得之值:

W=5.5shl2cm3

式中:

s——加强筋间距,0.65m；

h——由内底板到溢流管顶的垂直距离,5.4m；

l——加强筋跨距,0.9m；即实取的双层底高度

W=5.5×0.65×5.4×0.81=15.64cm3

实取W=16cm3

肋板上的每根纵骨处应设置垂直加强筋。

非水密肋板垂直加强筋的厚度等于肋板厚度,宽度应不小于150mm;船长