什么是船舶强度？4种船舶强度的概念

船舶结构抵抗船体发生极限变形和损坏的能力称为船舶强度（Strength of ships）。船舶强度分为总强度（包括纵向强度，横向强度，扭转强度）和局部强度。从船舶积载角度来说，   主要考虑船舶的纵向强度和局部强度问题。船舶强度是否满足要求，取决于船体结构尺度的正确选择和船上载荷分布的合理性。对于已投入营运的船舶，只能通过合理的载荷分布来改善船舶的受力情况。因此，正确地使用船舶，合理地分布载荷，保证船舶积载满足船舶的强度要求，对保证船舶安全运输和延长船舶的使用寿命都具有重要的现实意义。

一、纵向强度

 

船体结构抵抗总纵弯曲或破坏的能力称为船体纵向强度（Longitudinalstrength），纵向强度主要研究船体在外力作用下抵抗纵向弯曲、剪切和扭转的能力。当船舶正浮时，船舶总   的重力与总浮力大小相等，方向相反，作用在同一条垂直线上，即重力与浮力相平衡。如图  5-1所示。

但实际上船体纵向各段上的重力与浮力是不一定相平衡的，这是由于船舶的重力沿船长  分布的情况与浮力沿船长分布的情况不一致所造成。船舶装载情况如图 5-2a 所示。若船体的各段之间可以自由上下移动，取得新的平衡，就会产生如图 5-2b 的状态，但事实上船体是一个整体，各段之间有结构上的联系，结果便造成如图5-2c 所示的变形。

船体上每一段的重量与浮力的差值就是实际作用在船体上的负荷，船体正是由于负荷的作用而产生了剪力（Shearing force）和弯矩（Bending moment），如图5-3所示，剪力最大值在距船首和船尾约 1/4 船长附近；而最大的弯矩值则约在船中处。

由于弯矩作用使船舶产生两种变形：

1.中拱（Hogging）：船体受正弯矩作用，中部上拱，这时船中部浮力大于重力，首、尾部浮力小于重力，船舶上甲板受拉伸，船底受挤压。如图 5-4a

2.中垂（Sagging）：船体受负弯矩作用，中部下垂，这时船中部重力大于浮力，首、尾部重力小于浮力，船舶上甲板受挤压，船底受拉伸。如图 5-4b

船舶由于积载引起的弯矩，可称为静水弯矩。船舶在静水中，尽管装载比较均衡也可能   产生中拱或中垂的变形，但其数值较小，为一般船舶强度所允许。但若船舶首、尾舱柜载重   较多而中部舱柜载重较少，则会产生较大的中拱变形；反之，会产生较大的中垂变形。如图  5-4 所示。对一般船舶来说，这种情况是不允许的。因为这种装载对船体结构有影响，轻者会使某些结构部位受到过大应力而降低船舶使用寿命，重者会发生船体变形以致断裂的严重   后果。

上述情况是船舶在静水中发生的。当船舶处在波浪中时，如波长接近于船长，对船体最为不利。特别是船中位于波峰或波谷时，且船舶各货舱中装载不均匀时，在波浪中航行的船舶中拱或中垂将加剧，弯曲变形现象将更为严重，甚至威胁船舶安全。在船舶积载工作中，   应防止较大的中拱或中垂的产生。

二、横向强度

 

船体结构抵抗横向变形或破坏的能力称为船体横向强度（Transverse Strength）。船体在外力的作用下，除了发生总纵弯曲外，还有船宽方向的变形，这是由于水对船壳的压力以及   在甲板、船底的内底板上装货的结果。

一般船舶都具有坚固的横向框架来支持船壳板、甲板等，一般船舶的横向构件尺寸与纵   向构件相比要大得多，因而横向强度一般是足够的，船舶很少因为横向强度不足而发生横向   结构断裂的情况。但是，如集装箱船由于舱口宽大，无中间甲板，上甲板边板又很狭窄，给   横向强度、扭转强度也带来了问题，为此集装箱船均设置强固的横向框架结构甚至采用双层   船壳等来保证船舶的横向强度。

三、扭转强度

 

船体结构抵抗扭转变形或破坏的能力称为船体扭转强度（Torsion Strength）。对于普通船体，一般都具有充分的抵御扭转变形或破坏的能力，故对其可不予考虑，但对甲板大开口  的船（如集装箱船、固体散货船），则应在配载时予以足够的重视。如果在装货时，由于某   舱配载不好，使船向一侧横倾，若简单地在其他货舱内向另一侧增加重量，企图以此来校正   船舶横倾，这样便会使船舶产生扭转变形。所以，在装货时要注意保持沿船长方向在中纵剖   面左、右的重量的对称性。产生船舶扭转变形的主要原因

有以下三个方面：

1)由波浪引起的；

2)由于船舶横摇所引起的；

3)船舶装卸货物时引起的。

作用于船体的扭转力矩中，波浪引起的扭转力矩最大，最大扭转力矩一般发生在船中附近。

四、局部强度

 

船体各部分结构抵抗局部变形或破坏的能力称为船体局部强度（Local Strength）。局部强度是研究船体在载荷重力作用下，局部构件抵抗弯曲和剪切的能力。局部强度虽然是局部   性的，但是有时局部的破坏也会导致全船的破坏，如因大舱口角隅处的裂缝而导致整个船体   断裂的事故时有发生。因此，船舶驾驶员在配积载时应认真校核船舶的局部强度，计算上甲板、中间甲板、底舱的局部强度是否符合要求，防止甲板或内底板变形或坍塌等。