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造船肋骨间距是什么?为何要这样设置?

核心定义

造船肋骨间距,通常简称为“肋距”,指的是船体相邻两根肋骨之间的垂直距离

为了更好地理解,我们需要先知道“肋骨”是什么。

造船肋骨间距是什么?为何要这样设置?-图1
(图片来源网络,侵删)
  • 肋骨:是船体内部的一种纵向(沿船长方向)骨架构件,它是一根根弯曲的钢条或型材,从船底的龙骨一直延伸到甲板,其形状与船体外壳的横剖面轮廓相匹配,你可以把它想象成船体的“肋骨”,它们和人的肋骨一样,主要起支撑和保护作用。

肋骨间距就是这些“肋骨”在船长方向上排列的疏密程度,间距越小,意味着肋骨数量越多,结构越密;间距越大,则肋骨数量越少,结构越疏。


为什么肋骨间距如此重要?

肋骨间距不是一个随意设定的数值,它是船舶设计中一个至关重要的参数,直接影响到船舶的结构强度、建造成本和建造效率

结构强度

肋骨间距是保证船体总强度和局部强度的关键。

  • 保证强度:船体在水上会承受各种复杂的力,包括水的压力、货物的重量、波浪的冲击等,肋骨与外板、甲板等构件共同作用,形成一个坚固的“箱型梁”结构,抵抗这些力的作用,如果肋骨间距过大,船体就像骨架太稀疏的身体,容易在受力时发生变形甚至断裂。
  • 支撑外板:肋骨为船体外壳钢板提供了强有力的支撑,如果间距太大,外板在局部压力(比如靠泊时的碰撞)下容易凹陷,合适的间距能确保外板平整、坚固。

建造成本

肋骨间距直接影响船舶的建造成本。

造船肋骨间距是什么?为何要这样设置?-图2
(图片来源网络,侵删)
  • 材料成本:肋骨间距越小,需要的肋骨型材数量就越多,钢材的消耗量也随之增加,由于结构更密,连接用的焊缝也会更长,这些都增加了材料成本。
  • 工时成本:更多的肋骨意味着更多的下料、弯曲、装配和焊接工作,直接增加了建造所需的工时和人力成本。

建造效率

肋骨间距的设定也关系到船厂的建造流程。

  • 装配速度:较大的肋骨间距意味着需要安装的构件数量减少,理论上可以提高装配速度。
  • 精度控制:间距过小,船体内部空间狭窄,会给工人的焊接、涂装等后续作业带来不便,影响施工质量和效率。

肋骨间距是如何确定的?

船舶设计师在确定肋骨间距时,需要在强度、成本、效率三者之间找到一个最佳的平衡点,主要考虑以下几个因素:

  1. 船舶类型和用途

    • 油轮、散货船等大型货船,由于货舱空间大,受力相对均匀,通常采用较大的肋骨间距(例如在600mm到900mm之间),以节省材料和成本。
    • 集装箱船,甲板上要堆叠多层沉重的集装箱,对甲板和舱口盖的局部强度要求极高,因此其甲板区域的肋骨间距会更小
    • 军船、客船、科考船等对安全性要求极高的船舶,会采用更小、更密的肋骨间距,甚至采用纵骨架式结构(下面会解释),以确保冗余强度和抗损性。
  2. 船舶主尺度

    造船肋骨间距是什么?为何要这样设置?-图3
    (图片来源网络,侵删)

    船长越长,船体梁所受的总弯矩越大,对总强度的要求越高,但船长增加并不意味着肋骨间距要等比例减小,而是通过优化结构形式来应对。

  3. 骨架结构形式

    • 横骨架式:这是最传统的形式,即肋骨间距较小,而纵向的强构件(如纵桁)间距较大,这种结构形式抵抗局部变形的能力强,建造相对简单,适用于中小型船舶或对局部强度要求高的区域(如机舱、货舱),我们上面讨论的肋骨间距主要就是针对这种形式。
    • 纵骨架式:与横骨架式相反,其纵向强构件(如纵骨)布置得非常密集,而肋骨(或称强肋骨)的间距较大,这种形式能更有效地抵抗总纵弯曲,减轻船体重量,适用于大型油轮、散货船等,在这种结构中,虽然肋骨间距大,但密集的纵骨起到了类似肋骨的支撑作用。
    • 混合骨架式:在船体中部(总纵弯曲应力最大区域)采用纵骨架式,在首尾端(结构复杂、受力复杂区域)采用横骨架式,以兼顾强度和局部结构需求。

一个简单的比喻

你可以把船体想象成一个巨大的金属鸡蛋

  • 外板就是蛋壳。
  • 肋骨就是蛋壳内部的、一圈圈排列的蛋清和蛋黄的“筋络”,它们把蛋壳撑起来,使其保持完整的球形,不易被外力捏碎。

肋骨间距就是这些“筋络”之间的距离,筋络”排得太疏(间距大),蛋壳就容易被捏扁;如果排得太密(间距小),虽然非常坚固,但制作这个鸡蛋会耗费更多的材料和精力。

造船肋骨间距是船体结构设计中的一个基础而关键的参数,它定义了船体横向骨架的排列密度,它直接决定了船舶的结构强度、建造成本和建造周期,是设计师在船舶设计初期就必须通过综合权衡和计算来精心确定的核心要素。

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