1、2009钢质内河船舶建造规范 宣 贯,船体部分,一、09钢质内河船舶建造规范 修改换版的背景,1、随着内河航运的发展及长江黄金水道的开发与建设，内河船舶大型化已成发展趋势。原规范建立在经验性的“比较强度理论”基础之上，以基本剖面模数作为船舶总纵强度衡准的方法，已不能适应船舶大型化后保证船舶结构安全的需要。 2、随着内河造船、航运业的发展，特殊船型、特殊结构的采用越来越多，由直接计算来校核船体结构强度已成为规范不可缺失的内容。 3、02“内规”在使用过程中反映出一些不适应或不合理的问题，需要进行必要的修改。,1、将原钢质内规船舶入级与建造规范（2002）中的船舶入级内容剥离，使规范名称改为钢质内
2、规船舶建造规范，以理顺船舶的法定检验与船舶入级的关系。 2、将原钢质内规船舶入级与建造规范（2002）中的“第4章船舶振动”删除，相关要求按中国船社的船上振动控制指南（2000）进行计算评估。,3、将原钢质内规船舶入级与建造规范（2002）中的“第5章航行冰区船舶的加强” 删除，将其内容作为09内规第2章的18节。 4、将原钢质内规船舶入级与建造规范（2002）中的“第9章双壳船船体结构补充规定”、“第12章集装箱船船体补充规定”及“第13章单舷长大舱口船船体结构补充规定”等相同结构特征船舶的要求，整合为09内规的第8章大舱口船船体结构补充规定。 5、为适应内河船舶的发展，增了“第13章自卸砂
3、船船体结构补充规定”和“第14章结构强度直接计算补充规定”等两个新章节。,1、总纵强度衡准 1.1 2002（78）“内规”总强度衡准理论分析 ： 原“内规”总纵强度是建立在比较模数基础上的总强度衡准。即，以经过长期航行实践，认为在总纵强度和刚度方面较好的现有船舶作为标准，来确定允许的基本剖面模数标准。 （1）选择经多年运营证明是安全的现有船系列作为统计“样本” ； （2）计算各船的Wi值； （3）以LiBiDi为横坐标，Wi为纵坐标作Wi的分布状态图。以90以上的被统计船舶剖面模数的分布规律，做出许用的剖面模数曲线：W0f(LBD)，即确定出了内河船舶的总纵强度标准。,三、钢质内规船舶建造规
4、范（2009）船体部分主要修改内容,（4）为描述“许用剖面模数曲线”使其表现为船舶主尺度的函数，假定船舶的总纵弯矩变化规律为： ，并根据等值梁理论的基本强度关系： ，通过调整许用应力的值（采用试凑法 ），使计算所得的值与统计的许用值相吻合，从而给出规范要求的基本剖面模数Wo的计算公式为：（5）原“内规”在总纵强度研究中所采用的许用应力，仅是一个连接、协调主尺度与许用模数之间关系的一个媒介和扛杆，是相对强度的量值体现。不是衡量船舶实际强度的标准。所以，原“内规”的总纵强度是一个“比较强度” ，总强度公式本身不反映船舶的实际强度水平。,（6）原内河规范的总纵强度衡准是建立在以实船统计为基础的 “比
5、较强度理论”之上的，其最大的缺点或不足是： 其一，所确定的强度标准，完全依赖于对实船的统计分析。当船型或船长及主尺度比超出被统计船的范围，所确定的强度标准将不再适用。 其二，按“比较强度理论”确定的总强度标准，不反映船舶的实际强度水平，纯属实船的经验性总结。对船舶仅进行结构强度的安全控制，并不追求结构的优化合理，故其对总纵强度衡准的科学性、合理性不足。,（7）由于仅以剖面模数作为对总纵强度的控制并不完善，为了保证船舶的总纵强度安全02内规采用了多种补充控制要素，如甲板半剖面积、主尺度比（ ）及强力甲板和船底采用纵骨架式等。 （8）随着内河航运的发展及长江黄金水道的开发与建设，内河船舶大型化已成
6、发展趋势。在新船型的开发、换代周期大为缩短，船舶结构理论及工程计算手段快速发展的今天，原规范仅以实船统计所获得的“基本剖面模数”，作为对船舶总纵强度的控制，已不能适应船舶大型化、新船型开发及对结构进行优化设计的需要。故应对原“内规”的总纵强度衡准做出必要的补充。,1.2 09内规对总纵强度衡准的修订： 1.2.1对船舶总纵强度的衡准，由原来的仅控制船中部的剖面模数，改为除控制船中部剖面模数外，还需依据等值梁强度理论补充校核船舶的总纵弯曲应力及甲板、船底板的屈曲强度，以适应内河船舶大型化、转业化和多用途化发展的需要。（见第2章2.2.4、2.2.5、2.2.6） （1）船体梁上下翼板的静水弯曲应
7、力应满足：（2）船体梁上下翼板的波浪合成弯曲应力应满足：,（3）重载甲板船总纵弯曲应力应满足：（4）长大舱口船的弯扭合成应力应满足：（5）船体梁的弯曲剪应力应满足：（6）船体梁上下翼板及腹板的屈曲强度应满足：,1.2.2确定了总纵强度校核的计算工况： （1）满载工况：出港、到港； （2）空载（加压载）工况：出港、到港。 （3）多货舱船最不利的隔舱装载工况。 （4）载货区域首1/4区域内，平均装载1/4总载货量工况； （5）载货区域首向尾2/3区域内，平均装载2/3总载货量工况； （6）载货区域尾1/4区域内，平均各装载1/4总载货量工况； （7）载货区域尾向首2/3区域内，平均装载2/3总载货
8、量工况。,1.2.3为保证等值梁强度理论计算结果的正确性，对船体结构的布置做出以下要求： （1） 强力甲板下横向舱壁的间距应不大于下式计算所得之值（见第2章2.12.1.3）：式中：Kl系数， ；当 时，取 ；D1在船长中点处沿舷侧自平板龙骨上表面量至强力甲板下表面的垂直距离，m；,不同横舱壁间距有限元计算应力和等值梁甲板弯曲应力的比较：,（2） 闭口剖面船（如甲板船和油船等）应在机舱前壁至首防撞舱壁之间的舱内，设置间距不大于4.0m连续的纵向桁架（见第6章6.9.1.1、第7章7.6.1.1）。 不设纵桁架且横舱壁间距较大时强力甲板应力分布图：,设间距不大于4.0m的纵桁架且横舱壁间距较小时
9、强力甲板应力分布图：,仅设支柱时横剖面变形图（比例1:50）：,设纵桁架时横剖面变形图（比例1:100）：,设纵舱壁时横剖面变形图（比例1:100）：,3）大舱口船强力甲板应力分布图：,（4）桁架对总纵弯曲挠度作用的比较：,设置纵向桁架可增强船体梁的弯曲刚度。计算表明设纵桁架比不设纵桁架，刚度可增加15左右。,1.2.4明确了中部连续的上层建筑（甲板室）参与总纵弯曲的条件（见第4章1.1.2.1（3）、4.2.2.3）： （1） 当强力甲板上第一层上层建筑（或甲板室）侧壁上的开口总长度若大于侧壁长度的20，则不能按规范给定的联合剖面特性计算方法校核总纵强度。,上层建筑（甲板室）侧壁开口对总纵弯
10、曲应力的影响：,（2） 对于以上甲板为强力甲板的双甲板船，要求上甲板与干舷甲板间舷侧外板上的开口总长度不大于船长的10。 上甲板与干舷甲板间侧壁开口对总纵弯曲应力的影响：,（3）在船中部连续的纵向构件，如上层建筑侧壁、舱口围板等终断处其阴影部分不计入船体剖面模数。（见第1章1.2.3.3、1.2.3.4）,1.2.5 考虑了强力甲板上的开口对总纵强度的影响，规定开口面积和阴影面积不能计入剖面模数计算：,1.2.6 通过对内河船舶波浪载荷的研究，提出了规范计算波浪载荷计算公式： （1） 波浪附加弯矩Mw计算公式（见第2章2.2.4.5）：式中： 中拱波浪弯矩系数， ；中垂波浪弯矩系数， ；修正系
11、数， ；航区系数,（2） 波浪附加切力Fw计算公式（见第2章2.2.4.6）：式中： K1系数， ；K2系数， ，当 ，取航区波高修正系数。 （3） 波浪扭矩MT计算公式（见第2章2.2.5.2）：式中：KT系数， ；ZS船中大开口剖面的扭转中心至船底基线的距离，m；航区系数。,1.2.7 将基本剖面模数WO计算公式中的吃水参数d改为了型深D。因为，船舶的总纵弯矩与吃水并不存在正比关系，吃水大总纵弯矩不一定大，吃水小也不一定总纵弯矩小。基本剖面模数是对船舶固有总纵强度能力的描述，所以采用型深参数D是合理的。 1.2.8 对船体梁剖面中和轴处剪应力计算公式做了修正（见第2章2.2.4.11）：式
12、中：Ki、i是与剖面型式有关的修正系数。,2、修订了大舱口船的定义，规定当船中部强力甲板具有符合下列条件之一的大舱口时，应视为大舱口船（见第2章2.2.1.3）： （1） （2） （3） 且,3、调整了工程船的主尺度比及最小剖面模数（见第2章10.2.1.1）： （1）工程船的主尺度比应符合 、 的规定。 （2）工程船的船体中剖面模数W0（强力甲板边线或平板龙骨处）应不小于按下式计算所得之值（见第2章10.2.2.1）：cm2m 式中： 航区系数， K1系数， ；K2系数， ； （3）规定起重船若其起重机机座设置在船中部时，且起重重量大于等于按下式计算所得之值，其总纵强度除满足本节规定外尚应按
13、本篇第14章第3节的规定采用有限元法进行计算校核。（见第2章10.2.4.3）t 式中：P起重重量，t；设计排水量，t。,起重机机座典型结构图：,船底板应力云图：,甲板应力云图：,4、增加了以下内河新型船型和结构型式： 4.1 增加了自卸式砂船船型的结构补充规定（见第13章）。,4.2 增加了双舷单底结构型式的大舱口船型（见第2章8.1.1.1）。,5、明确了本规范适用于船长在20m140m范围内的船舶（见第1章1.1.1.1）。 6、从提高船舶的抗沉性增加了对水密舱壁的设置要求（见第1章1.2.6.2）。 7、 增加了内河船使用高强度钢的相关要求（见第1章1.3.3）。 8、对局部强度做了以
14、下方面的完善 8.1明确了桁架结构可作为构件的有效支撑，并对甲板船实肋板剖面模数计算公式进行了修改（见第7章7.5.1.2）：cm3 式中：K系数， ；l实肋板跨距，m，取舷侧至纵舱壁（双向纵桁架）或纵舱壁（双向纵桁架）之间距离之大者，但不小于下式计算值：,8.2将原单底大舱口船实肋板剖面模数计算公式进行了调整 （1）将公式中的系数修改为5.8，使计算公式改为（见第8章8.5.2.2）：（2）根据该业内反馈意见下一步该公式将修改为：式中：K系数，当所装载货物的积载因数大于等于0.6m3/t时，取K=3.35；当所装载货物的积载因数小于0.6m3/t时，取K=4.06。 s肋距（实肋板间距），m
15、；l实肋板跨距，m；d吃水，m；r计算半波高，m。,9、对内河船锚泊设备的配备要求进行了调整（见第3章3.4.2）： （1）对内河船舾装数N的计算公式进行了修改适当降低了锚重及链径：式中： S满载没计水线以上侧投影面积，m2；K1、K2系数，按下表选取：,（2）明确了当船舶需要顺流锚泊或对船舶锚泊方位有特别要求时，方要求配备尾锚设备。,10、为使规范能够满足特殊船型、特殊结构或特殊装载的强度校核，在原“直接计算指南”的基础上增加了“结构强度直接计算补充规定”一章（见第14章）。 （1）明确了强度直接计算的适用范围及条件。 （2）明确了计算方法和计算模型。 （3）明确了计算载荷及边界条件。 （4
16、）明确了强度校核标准。,1、在审核总纵强度过程中，要特别注意“静水弯矩”计算的正确性。保证“静水弯矩”计算正确的关键是，空船重量分布及各装载工况的重量分布要正确。 （1）要根据船型特点和总布置图特征对空船重量分布的正确性进行判定。 尾机型货船空船重量分布特征图：,四、执行09内规应主意的事项,中机型客船空船重量分布特征图：,重量分布表：,（2）重量分布图的面积要等于空船重量，重量分布图的面积形心距舯纵坐标要等于空船重心纵坐标。,2、规范对以上甲板为强力甲板的双甲板船的上甲板与干舷甲板间舷侧板上的开口做出限定，主要是为了保证规范所采用的等值梁总强度理论计算结果的正确性。 规范规定开口总长度不大于
17、船长的10，是指开口长度在此范围内时，等值梁强度理论仍然适用，其计算结果的误差在可接受的范围内。 这并不是说上甲板与干舷甲板间的舷侧板上不允许开设总长度大于船长的10的开口，而是说当开口超出规定后应采用其它有效的方法计算船舶的总纵强度（如有限元法）。,3、要关注结构布置的合理性： （1）船体主体结构在中部范围内应尽可能避免纵向结构突变，如双层底、纵向舱壁不应在中部范围内终断，纵向强力构件不应终断于同一剖面等。如不可避免，则应设置有效的过渡结构以降低应力集中的影响。 （2）构件的剖面尺寸应保持一致，避免突变。如果构件剖面尺寸必须变化，则应使剖面逐渐变化过渡。否则剖面突变处将发生应力集中，破坏构件
18、的强度。,受均布荷重变剖面简支梁，计算比较如下：,二维计算模型（突变剖面处未过渡）,二维计算模型（突变剖面处过渡，过渡长度 ),梁计算模型,计算结果比较：,双层底在船中部范围内终断时，终断处应力集中情况：,某滚装船在码头装载时，首部双层底终断处发生船体屈曲拆断时的强度分析：,该船破断剖面处“等值梁”及“有限元计算应力如下表所列：,（3）结构应以中纵剖面对称布置，否则规范给出的总纵强度最小剖面模数值将不适用。比如，船体破损后就不能按规范要求进行总纵强度的校核。因为，规范给出的总纵强度的计算假定是外载荷的合力作用在中纵剖面内，且中纵剖面与横剖面的交线为剖面的最大形心主轴（中和轴为最小形心主轴）。如
19、果剖面不对称其形心主轴将发生相对偏移和转动，外力作用平面与主轴平面不重合，此时剖面将发生非对称弯曲。,（4） 纵、横向构件应尽可能均匀布置，一般纵、横向构件的间距偏差应不大于20。否则规范给出的源自板架理论的船底构件计算公式将不适用。 构件不均匀布置对构件强度的影响分析： 主向梁、交叉构件均布（主向梁、交叉构件的间距均为2.0m）：,主向梁、交叉构件非均布（主向梁均布间距为2.0m，交叉构件非均布距中间距为2.4m）：,构件不均匀布置对构件强度的影响分析：,（5）在首尾升高甲板处舷侧外板，应增设弧形过渡肘板降低该处的应力集中，防止外板被撕裂。,（ 图1）升高甲板处舷侧板不加过渡肘板,（ 图2）
20、升高甲板处舷侧板增加过渡肘板,（6）长度大于其高度三倍的甲板室（或上层建筑），即l3h，其纵围壁和端壁的支承甲板下方应设置强构件，以防止甲板因总纵弯曲而产生较大变形及端部连接处的疲劳损伤。 甲板室外围壁下方不设强构件时甲板变形及应力情况：,甲板室外围壁下方增设强构件时甲板变形及应力情况：,（7）强力甲板上的开孔应为长轴沿船长方向的椭圆形（或圆形），降低开孔周边的应力集中。较大开口的角隅应增设圆弧。,典型开孔形式：,椭圆形开孔、圆形开孔孔缘应力分布情况：,对角线与力方向成45度的正方形开口应力分布情况：,对角线与力方向垂直（平行）的正方形开口应力分布情况：,典型孔口边缘应力总结：,4、09内规对
21、已进行总纵强度应力校核的船舶，不再硬性规定强力甲板和船底必须采用纵骨架式结构型式。强力甲板和船底结构只要满足规范的强度和屈曲要求，允许采用横骨架式。 5、船底龙骨道数对实肋板强度的影响 （1）当船底板架的长宽比l/b2.0时，船底板架呈鞍形弯曲特征。一般船舶的船底板架都具有此种弯曲特征：,（2）单底大舱口船船底板架的长宽一般都大于2.0，其船底板架基本呈桶形弯曲特征：,（3）船底板架的“相对刚度系数”u一般都比较大，设置较多道数的龙骨对降低实肋板的弯矩并无明显作用，在某种情况下可能还有副作用成为实肋板的负担。分析表明，35道龙骨为最佳设置，其对实肋板的支撑作用最为明显。设置多于5道的龙骨，对改
22、善实肋板的强度已没有太大作用。所以规范只给出了5道龙骨以下的实肋板强度计算修正。船底龙骨道数对实肋板最大弯矩的影响呈下图所示：,6、构件支撑条件的确定：（1）纵、横舱壁由于其平面内的弯曲刚度可视为无穷大，故其可作为强构件的刚性支持（或刚性固定）。（2）双向桁架可作为强构件的刚性支持（或刚性固定）。,双向纵桁架与纵舱壁支持效果的比较：,设纵桁架与设纵舱壁时时横剖面变形图（比例1:100）：,（3）强构件（强横梁、实肋板、纵桁及龙骨等）可作为普通构件（纵骨、横梁及底肋骨等）的刚性支持。 （4）强力甲板以下的支柱不能作为构件的刚性支持。关于支柱对强横梁、实肋板支撑效果见以下分析： 采用空间梁系有限元
23、分析方法和连续梁计算模型进行比较计算，以期定量分析船体主体结构中的支柱对强横梁、纵桁、实肋板及龙骨的支持作用。 设：甲板强横梁及甲板纵桁的剖面惯性矩为 ；实肋板及底龙骨剖面惯性矩为 ； 强肋骨的剖面惯性矩为 ；支柱为管形，剖面积为 ；甲板载荷由主向梁强横梁承担，其强度为 ；船底载荷由主向梁实肋板承担，其强度为 。,空间梁系有限元模型图：,连续梁计算模型图：,不同模型实肋板、强横梁、龙骨及甲板纵桁最大弯矩值比较：, 船底板架的刚度变化对强横梁及实肋板弯矩的影响：,1/2舱长处实肋板、强横梁弯矩图、变形图比较：,连续梁模型计算所得实肋板弯矩图：,空间梁系有限元模型计算所得实肋板弯矩图：,空间梁系有
24、限元模型计算所得强横梁弯矩图：,连续梁模型计算所得强横梁弯矩图：,空间梁系有限元模型计算所得强横梁、实肋板变形图：,连续梁模型计算所得强横梁、实肋板变形图：, 支柱对强横梁及实肋板的支持作用，与甲板板架的刚度、船底板架的刚度、甲板载荷及船底载荷有关。通常应采用空间梁系力学模型或平面刚架力学模型，由直接计算方法校核被支柱连接的强横梁和实肋板的强度。,7、大舱口船船体应关注问题： （1）大舱口的开口宽度一般不得大于0.8倍的船宽，否则会降低船舶抗弯扭总纵强度的能力。 （2）大舱口的开口长度不宜过短，一般不小于船长的0.6倍，否则： 随着舱口长度的减小“翘曲正应力”增大，弯扭组合应力的极值将向船中移动，并在船中部形成两个较大的应力“峰值”。,在舱口角隅处还将出现较大的应力集中。,（3）舱口区域甲板边板上尽可能减少开孔，如要开孔，开孔应为长轴沿船长方向的椭圆形（或圆形开孔），开孔之间要相互远离，开孔边缘应复板加强，大舱口角隅区域禁止开孔。任何情况下大舱口范围内的甲板边板上的开孔宽度不得大于0.4倍甲板边板宽度。,（4）大舱口角隅应采有抛物线形、或椭圆形、或圆弧形或如下图所示的负圆弧形角隅。圆弧型角隅应采取加厚板加强。,Thank You !,
