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第八章 上建筑设
第八章 上层建筑设计 8.1 上层建筑的变形特征 船体上层连续甲板以上的舱室结构物统称为上层建筑; 客船上层建筑较长; 货船通常只有含机舱的较短上层建筑; 上层建筑的侧壁在主船体向内相当距离; 上层建筑与主船体之间的作用极其复杂,这是造船界研究的一个重要问题; 上层建筑与主体连接线之间的作用 假若上层建筑是搁置在主体上的,当主体受到中拱弯曲时,上层建筑保持原状,两部分将发生纵向移动和分离; 并且越接近端部,这种移动和分离现象越厉害。 实际上,上层建筑与主船体是连接在一起的,因此,为了抵抗可能出现的这种纵向移动和分离,在连接线上产生了相互作用的水平剪力和相互作用的竖向力。 甲板室与船体的作用 8.3 主体在上层建筑端部的应力集中及加强设计 * * * * * * * 水平剪力对上层建筑的偏心力矩作用使得上层建筑的弯曲与主船体方向相反; 引起了侧壁的纵向应变; 这种弯曲减少了弯曲应力。 倾斜越接近端部越厉害; 称为端点效应。 若上层建筑很长,长度中点离端部很远,端部效应可以忽略。 若上层建筑很短,长度中点的剖面也要受到端点效应的影响。 竖向力迫使船楼产生与主体相同曲率的弯曲, 即它参与船体梁总纵弯曲的程度最大。 若甲板室支持在甲板横梁上,甲板室与主体具有不同的曲率半径; 应力沿横剖面的分布曲线有一个突变的坡度; 即使在长度中点其应力也很小; 甲板室和主体基本上是相对独立的。 若在甲板室下设置横舱壁,并且向上一致延伸到甲板室顶; 则在该处甲板室与主体有相同的变形。 上层建筑的端点效应和柔度效应始终是存在的,上层建筑剖面中的弯曲应力一般要小于按梁的理论计算所得值; 上层建筑的效率为: 或者根据上层建筑本身所承担的荷重来定义上层建筑的效率: 上层建筑实际承受的荷重 上层建筑100%有效时所承受的荷重 8.2 上层建筑设计 8.2.1 强力上层建筑的设计 在分析间断纵向构件的基础上,一般认为,凡长度超过船长的15%,且不小于其高度6倍的长桥楼,其中段可完全有效的参加船体梁总纵弯曲; 对长甲板室,若还支持在不少于三道横舱壁之上,其中段也能完全有效的参加船体梁总纵弯曲。 对于长甲板室,一般都不设计成强力的。 设计基本要求:使船体强度与无上层建筑时等强度。 上层建筑剖面积 无上层建筑时: 此时,上甲板厚度可以减小; 则上甲板的面积减小了 ,上层建筑甲板的剖面模数W1发生了变化。 上层建筑甲板剖面积又必须增加一个微量 。引起的甲板剖面模数的增加为: 计入上层建筑侧壁影响,上层建筑甲板剖面模数增加为: 强力上层建筑设计的基本步骤为: 先计算按剖面模数相等计算所需上层建筑甲板剖面积; 将上甲板减小到第二甲板的厚度,算出与原来的剖面积之差; 计算出应增加的上层建筑甲板剖面积; 根据上层建筑侧壁剖面积,算出上层建筑甲板应减小的剖面积; 最后,计算上层建筑甲板需要的剖面积; 校核船体剖面模数W; 根据上层建筑甲板需要的剖面积进行上层建筑甲板的材料分配。 8.2.2 轻型上层建筑的设计 ◆ 设置长甲板室后的甲板总纵弯曲应力与无甲板室相等。 ◆ 有强力上层建筑的总纵弯曲应力小于无甲板室。 ◆ 有强力上层建筑的总纵弯曲应力大于无甲板室。 8.3.1 主体在上层建筑端部的应力集中 在上层建筑端部,由于断面形状突然中断,使该主体结构中产生极大的应力集中。 前面已指出,当船体梁发生弯曲变形时,在主体与上层建筑的连接线上产生了水平剪q(x),其分布如下图所示。 若一单位力T作用在半无限板的直线边缘上,则距作用点x处的正应力为: 又若一单位力T作用在板的表面上,沿力的作用线垂直方向横剖面上产生的正应力为: 若在上层建筑与主体连接线上以一系列集中力T(=qc)代替分布剪力q,对每一个集中力T可求得在主体板边横剖面上产生的正应力为: 当t-3-= t-4=0时, 在实际结构中这相当于船楼侧壁与主体舷侧外板连接的情况; 舷侧 船楼侧壁 在实际结构中这相当于甲板室侧壁与主体甲板相连接的情况。 甲板 甲板室侧壁 无论哪种情况,理论上在靠近集中力T作用点处,主体板边的的正应力均无限增大,且当过了力的作用点之后,应力改变符号。 * *
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