1、本科毕业论文（20 届）PCTC 船上建结构柔性与刚性工艺设计所在学院 专业班级 船舶与海洋工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 专业毕业设计 目录目 录摘要 .1Flexible Design And Conventional Process Design on PCTC .2前 言 .3第一部分 PCTC（汽车滚装船）简介 .41.1PCTC 发展历史 .41.2 构造特点 .41.2.1 综述 .41.2.2 船舶外形 .51.2.3 船舶构造和舱室布置 .51.3 优缺点 .71.3.1 优点 .71.3.2 缺点 .71.4 滚装船运输方式 .71.5 滚装船发展方
2、向 .7第二部分 上层建筑的结构特征分析 .8第三部分 上层建筑惯性载荷计算 .103.1 某型 5000carPCTC 相关主尺度 .103.2 某型 5000carPCTC 满载时上建重量 .103.3 某型 5000carPCTC 船舶上建横向载荷 .113.3.1 横摇周期 TR.113.3.2 最大横摇角 .123.3.3 横荡加速度 ay .123.3.4 横摇角加速度 ar .133.3.5 横向合成加速度 .133.3.6 上建横向惯性载荷 .14第四部分 刚性结构设计特点 .154.1 特点一 .154.2 特点二 .164.3 特点三 .164.4 特点四 .17第五部分
3、柔性结构设计特点 .185.1 柔性结构设计的特征 .195.2 柔性结构设计的节点和受力 .195.3 柔性结构设计应用范围和设计的注意事项 .195.4 柔性结构设计的优点 .215.5 柔性结构设计的缺点 .21第六部分 柔性设计与刚性设计的比较 .226.1 甲板强结构布局不同 .226.2 防止横向菱形变形的设置不同 .226.3 满足破舱稳性要求考虑不同 .226.4 疲劳问题 .23第七部分 受力分析 .247.1 刚性设计的受力分析 .24专业毕业设计 目录7.1.1 刚性结构横向杆元模型 .247.1.2 点载荷 .257.1.3 分析结果 .257.1.3.1 杆元响应 .
4、257.1.3.2 杆元应力分布表 .277.2 柔性设计的受力分析 .297.2.1 柔性结构横向杆元模型 .297.2.2 点载荷 .307.2.3 分析结果 .307.2.3.1 杆元响应 .307.2.3.2 杆元应用分布表 .32设 计 总 结 讨 论 .35致 谢 词 .36参考文献资料 .37第八部分 外文参考资料编译 .38专业毕业设计 摘要1摘要 随着全球汽车制造业新一轮快速发展，全球汽车市场的扩大，汽车运输船 PCTC（Pure Car and Truck Carrier）在船舶市场上越来越被看好。汽车运输船的显著特点也是船东对汽车运输船一项重要指标是装载效率高，码头停泊时
5、间普遍很短，通常只有几个小时，具有层数众多的车辆甲板，往往在强力甲板（以下称主甲板）以上有 78 层的贯通全船的车辆甲板，高度可达 20 米，而居住生活区，驾驶室仍在车辆甲之上，因此 PCTC 船上建区有很重的重量和较高的重心。汽车滚装船车辆甲板层数多，且大部分的连续甲板位于干舷甲板上，当船舶受到波浪的作用而产生横摇时，左右舷水压不对称产生较大的横向弯矩，所装载的车辆的重量和因横摇面产生的作用在汽车上的惯性力反过来作用在甲板上，产生非对称载荷。在剪切效应的作用下，汽车运输船的横向强框架会发生倾斜，使得干舷甲板上的船体相对下面船体发生偏转，导致结构发生挠曲变形。传统的结构设计通常采用较强的横向结
6、构框架来抵抗该向载荷。柔性设计则利用具有一定柔性的节点的弹性变形来缓冲消耗巨大的惯性载荷。因此，本文将以某型 5000carPCTC 为例，从两种设计理念的结构，受力和使用等方面来论述两种结构的优缺点。关键词 PCTC 刚性设计 柔性设计专业毕业设计 摘要2Flexible Design And Conventional Process Design on PCTCAbstract With the rapid development of global auto manufacturing and new global car markets expansion,PCTC( Pure Car
7、 and Truck Carrier) is becoming more and more valued in ship market.The remarkable characteristic of PCTC also is an important index to car owners is high efficiency on ships loading ,quay time is generally quite short, usually only a few hours.PCTC has numerous vehicle deck layers,and above the str
8、ong deck(hereinafter to be referred as the main deck )there are seven to eight vehicle layers the height even to 20 meters through the whole ship deck.But the living quarters and the ship cab are also above the vehicle layer,so the superstructure of PCTC has heavy weight and high center of gravity.P
9、CTC has numerous vehicle deck layers, and most of the continuous deck is located in the freeboard deck.When the ship produces rolling by the role of the wave, the asymmetric of hydraulic in port/starboard ports also produce larger transverse bending moment, the load of vehicle weight and for the rol
10、e of transverse wave surfaces in the bus of the inertial effect on deck, produce asymmetric load.In shear effect, under the action of the car transports transverse strong framework will occur tilt, which makes the freeboard deck hull relative to deflect, lead to happen of torsion deformation under t
11、he hull structure.The traditional structure design usually adopts the strong horizontal structure framework to resist the to the load. Flexible design is using has certain elastic deformation of flexible node to buffer/consume huge inertial load. Therefore, this paper will take 5000carPCTC, for exam
12、ple, a certain type from two design concept of structure, the use of force and discusses the advantages and disadvantages of two kinds of structure.Keywords PCTC Conventional Design Flexible Design专业毕业设计 正文3前 言PCTC即为Pure Car and Truck Carrier，滚装船是国外60年代发展起来的一种运输船型。由于其装卸速度快、费用低，对码头要求不高，便于多式联运，实现“门对门”
13、服务，迎合了现代航运的发展趋势。因此，不论是在国内还是国外，滚装船运输都在稳步发展，滚装船需求不断增长，滚装船市场日渐兴旺。汽车滚装船车辆甲板层数多，且大部分的连续甲板位于干舷甲板上，当船舶受到波浪的作用而产生横摇时，左右舷水压不对称产生较大的横向弯矩，所装载的车辆的重量和因横摇面产生的作用在汽车上的惯性力反过来作用在甲板上，产生非对称载荷。在剪切效应的作用下，汽车运输船的横向强框架会发生倾斜，使得干舷甲板上的船体相对下面船体发生偏转，导致结构发生挠曲变形。 但由于PCTC船型的特定性，在船体设计是要认真的分析对待此船舶的特殊结构设计，主要为防挠曲结构的设计。汽车滚装船结构设计一般有两种形式，
14、即刚性设计和弹性设计。刚性设计是指在结构设计中采用通常的船舶结构力学原理和方式来解决船舶的横向强度问题。通过在干舷甲板上下设置半横舱壁和全横舱壁与强肋骨、甲板强横梁组成横向防挠曲框架。在设置全横舱壁时应与船舶的水密分割一并考虑，相互对应，达到同时满足船舶的破舱稳性要求。而车辆在干舷甲板以下车辆舱内的通行则通过设于水密横舱壁上的水密门来实现。将柔性设计概念引入到汽车滚装船的结构设计，以解决船体结构发生挠曲变形的问题，是由挪威船级社（DNV）首先提出，并逐步发展完善和广泛使用。其基本理念是干舷甲板以上，用框架的横向位移减少构件上的应力水平。但对节点疲劳要求更高，对施工工艺要求严，针对在以往同类型船
15、中的一些关键部位更容易出现裂纹，需要更多的结构解析。此外，结构设计中波浪载荷及随机载荷的考虑也是直接计算法的重要组成部分。为此干舷甲板以上不设防挠曲框架，以强肋骨取代重型防挠强肋骨或半舱壁。车辆舱内安装甲板横梁与垂直肋骨或支柱之间的弹性连接，也就是干舷甲板以上强横梁与强肋骨，支柱错开布置，强横梁两端自由旋转，没有弯矩传递。专业毕业设计 正文4第一部分 PCTC（汽车滚装船）简介PCTC（汽车滚装船）即为 Pure Car and Truck Carrier，译为“纯汽车卡车运输船” ，它是利用运货车辆来载运货物的专用船舶，用牵引车牵引载有箱货或其他件货的半挂车或轮式托盘直接进出货舱装卸的运输船
16、舶。1.1 PCTC 发展历史滚装船是在汽车轮渡的基础上发展演变而来的。二战后，英国曾用退役的登陆艇开辟一条通往德国汉堡的定期航线，装载货物的车辆可直接登上陆岸。尽管用登陆艇运输经济性差，没有推广价值，但是，这却是在交通运输史上具有划时代意义的事件，因为由此在海洋运输方式中开创了新的形式 滚装运输。 从20世纪50年代后期，美国、英自从集装箱船诞生后，人们在使用集装箱船过程中，发现装卸集装箱并不方便，要动用许多吊货装置和起重设备。人们设想将集装箱的装卸方式改为用运货车辆直接上下集装箱船，将货物装卸方式从吊上吊下改为水平方向的作业。 在集装箱船基础上，有些国家又出现了一种新型船舶 滚装船。这样，
17、可以省去许多装卸、起重设备，简化装卸程序，还可以使集装箱船能在一般码头停靠，不需要对港口码头进行大规模改造。这样就出现了集装箱滚装船，现代货运船舶中的滚装船就是指这种集装箱滚装船。 世界上第一艘滚装船“彗星”号，是美国于1958年建造的。直到1966年，丹麦才建成了北欧第一艘滚装船“苏墨赛特”号。由于北欧地区海岸的潮差较小，公路运输网稠密，利用滚装船可构成海上运输和公路运输的集成运输系统，所以滚装船在北欧迅速发展，自1958年美国建造第一艘滚装船后，在北欧发展应用较多，世界海运发达国家也在使用。20世纪末约占全世界滚装船运输总量的一半。滚装船在中国的海上航线应用也很多，在烟台-大连，海口-湛江
18、等轮渡口岸都有广泛的应用。 1.2 构造特点1.2.1 综述滚装船造型特殊，其船身高大，有好几层甲板。船首部大都装有球鼻，中部专业毕业设计 正文5线型平直，尾部采用方尾，设有大门或跳板。航行时，折叠式的尾跳板矗立在船尾，驾驶台等上层建筑设置在船尾部或船首。 滚装船上没有货舱口，也没有吊杆和起重设备。船首部是居住仓室，尾部是机仓，中部是个大货仓。在大货仓内有多层甲板，它们之间由斜坡或大型升降机连接。斜坡道长三、四十米，宽四、五米，有活动的，也有固定的。它的船尾高高地竖立一块大跳板，船靠码头后，放下跳板，装有集装箱的运货车辆开上、开下，进行集装箱装卸作业。滚装船上的运货车辆不仅可从船的尾部进出，还
19、可驶到船舱的各层甲板，进行集装箱装卸。 滚装船有多层甲板便于货运单元放置，上甲板为平整板面。各甲板间设有斜坡道或升降平台互相连通，用于车辆通行。上层建筑布置在船头或船尾，以利货物摆放。机舱布设在尾部，烟囱置于两舷。滚装船的出入口通常设于尾部，设有铰接跳板与岸搭接，用于滚装货上下船。载货车辆从主甲板尾部开进来，一直开到货仓前端。 为了运输安全，滚装船设有专门的防摇水仓和其它防摇设备，以减少船舶摇摆；为了操纵方便，滚装船首部设有侧向推进器，可向任意方向转动，便于船的回旋。 滚装船和其它运输船舶相比，无论是船的外形、内部结构、舱室布置及装置设备都独具一格。 1.2.2 从船的外形来看滚装船船型高大，
20、有几层甲板，便于载运集装箱的车辆上、下船。由于滚装船的货舱容积利用率比一般货船低，要装运一定重量的货物，就得增加船的长度、宽度、高度。所以，滚装船要比同吨位的一般货船高大。 1.2.3 从船的构造和舱室布置来看滚装船很特别，它的首部装有球鼻，中部线型平直，尾部采用方尾。上层建筑布置在船头或船尾，以利货物摆放。机舱布设在尾部，烟囱置于两舷，居住舱设置在船首部，船体中部是一个大货舱。为了多装货物，居住舱下面的甲板也用来装载集装箱。 滚装船上的货舱有的像陆上的仓库。在货舱内有多层甲板，运货车辆由斜坡道进入货舱，或由大型升降机来堆放集装箱。为了充分利用货舱容积，在滚装船货舱中设置有活动平台。平时，活动
21、平台可翻起贴着舷侧，或者升起置放于上层甲板下；需要时，才将活动平台放下，可把货舱分隔成2 3层。 专业毕业设计 正文61.3 优缺点1.3.1优点滚装船与集装箱船一样，装卸效率高，它是通过车辆活动来装卸集装箱，每小时可达1000 2000吨，能节省大量装卸劳动力，减少船舶停靠时间，提高船舶利用率。船舶周转快和水陆直达联运方便，而且实现了从发货单位到收货单位的“门门”直接运输，减少了运输过程中的货损和差错。 滚装船运输，船与岸都不需起重设备，即使港口设备条件很差，滚装船也能高效率装卸。滚装船还有比集装箱船更胜一筹地方，便是码头上不需要起重设备，也不需要大规模改造、扩建码头，增添装卸设备。 滚装船
22、具有更大适应性，它除了能装载集装箱外，还能运载特种货物和各种大件货物，有专门装运钢管、钢板的钢铁滚装船，专门装运铁路车辆的机车车辆滚装船，专门装运钻探设备、农业机械的专用滚装船，还可以混装多种物资及用于军事运输。由此可见，滚装船具有广阔的应用前景。 1.3.2 缺点滚装船的缺点是重心高，稳性较差。滚装船船体结构的特点是甲板层数多，为使车辆在舱内通行无阻，货舱内不设横舱壁，舱内支柱也很少，因此，滚装船的结构强度和抗沉性较差。而且，横格舱壁少，会影响抗沉性，甲板的强度也受到影响。 1.4 滚装船运输方式滚装船以装满集装箱或货物的车辆为运输单元，车辆通过船上的首门、尾门或舷门的跳板开进开出。装载时，
23、汽车及由牵引车辆拖带的挂车通过跳板开进舱内。到达目的港后，放下跳板，然后专门装货的车辆（拖车或铲车） ，从船和各层甲板开上开下进行装卸作业，车辆可直接开往收货单位。 为了充分利用货仓，在货仓的局部区域设有活动平台，平时翻起或贴在舷侧；需要装运车辆时，将活动平台放下，把货仓隔成二、三层，以便多装车辆。 1.5 滚装船发展方向滚装船滚装船近十年来发展很快，迄今世界上已有两千余艘。滚装船正向着速度更高、装载量更大、性能更完善的方向发展。现在滚装船一般用柴油机作动力，航速在20节左右，快的可超过25节。未来的滚装船可采用新的动力装置，速度更快。现在滚装船装载集装箱，未来的滚装船除了装载集装箱外，还可装载石专业毕业设计 正文7油、矿砂等多种货物，用途将更广泛。图1所示为某 PCTC 船舶三维立体效果图。图1 某 PCTC 船舶三维立体效果图。
