GB/T 19314.7-2019 小艇 艇体结构和构件尺寸 第7部分：多体船尺寸的确定

　　ICs 47 . 080 U 18

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 19314 . 7—2019

　　小艇 艇体结构和构件尺寸第 7 部分：多体船尺寸的确定

　　smallcraft—Hullconstructionandscantlings—

　　part7：scantlingdeterminationofmultihulls

　　2019-05-10 发布 2019-12-01 实施

　　国家市场监督管理总局中国国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 19314 . 7—2019

　　前 言

　　GB/T 19314《小艇 艇体结构和构件尺寸》共分为 9 个部分：

　　— 第 1 部分：材料：热固性树脂、玻璃纤维增强塑料、基准层合板;

　　— 第 2 部分：材料：夹层结构用芯材、埋置材料;

　　— 第 3 部分：材料：钢、铝合金、木材、其他材料;

　　— 第 4 部分：车间和制造;

　　— 第 5 部分：单体船设计压力、设计应力、构件尺寸的确定;

　　— 第 6 部分：结构布置和细则;

　　— 第 7 部分：多体船尺寸的确定;

　　— 第 8 部分：舵;

　　— 第 9 部分：帆艇附体。

　　本部分为 GB/T 19314 的第 7 部分。

　　本部分按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本部分由全国小艇标准化技术委员会(SAC/TC 241)提出并归口 。

　　本部分起草单位：中国船舶工业综合技术经济研究院、中国船舶工业集团公司第七0八研究所。

　　本部分主要起草人：李军、朱佳帅、张伟东、李江涛、刘群。

　　GB/T 19314 . 7—2019

　　小艇 艇体结构和构件尺寸

　　第 7 部分：多体船尺寸的确定

　　1 范围

　　GB/T 19314 的本部分规定了按 GB/T 19916 测量的艇体长度不大于 24 m 的多体船设计载荷、压力、应力以及构件尺寸的确定。

　　本部分适用于完整条件下满载排水量航速不大于 50 kn 的艇。 当评估稳性、干舷和浮性、所有结构整体部件、其他高负载区域(例如：压载龙骨、中披水板、舵、链盘等)时，通常包括小艇上假定为水密或风雨密的所有部件。 本部分仅适用于新建小艇。

　　本部分不适用于水翼艇、小水线面双体船和水面效应船。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 19314 . 5—2019 小艇 艇体结构和构件尺寸 第 5 部分：单体船设计压力、设计应力、构件尺寸的确定

　　GB/T 19314 . 6—2019 小艇 艇体结构和构件尺寸 第 6 部分：结构布置和细则

　　GB/T 19314 . 8 小艇 艇体结构和构件尺寸 第 8 部分：舵

　　GB/T 19314 . 9 小艇 艇体结构和构件尺寸 第 9 部分：帆艇附体

　　GB/T 19916 小艇 主要数据

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　设计类别 designcategories

　　根据适用的海况和风力，对按本部分进行评定的艇的设计划分。 假定艇驾驶正确，航速与主要海况相适应。

　　3 . 1 . 1

　　设计类别 A(“远洋”)designcategoryA(“ocean”)

　　适于航行在有义波高超过 4 m 且风速超过蒲福 8 级但不包括诸如飓风等异常情况的海况的艇。注：计算波高取 7 m。

　　3 . 1 . 2

　　设计类别 B(“近海”)designcategoryB(“offshore”)

　　适于航行在有义波高不超过 4 m 且风速不超过蒲福 8 级的海况的艇。

　　3 . 1 . 3

　　设计类别 C(“沿海”)designcategoryC(“inshore”)

　　适于航行在有义波高不超过 2 m 且风速不超过蒲福 6 级的海况的艇。

　　GB/T 19314 . 7—2019

　　3 . 1 . 4

　　设计类别 D(“遮蔽水域”)designcategoryD(“shelteredwaters”)

　　适于航行在有义波高不超过 0 . 5 m 且风速不超过蒲福 4 级的海况的艇。

　　3.2

　　满载排水量 loadeddisplacementmass

　　mLDC

　　满载出港状态的艇及其所有附体的总质量。

　　注 1 ：排水量包括所有可能的装载(发动机、空调等)。

　　注 2：满载排水量的单位为千克(kg) 。

　　3.3

　　帆艇 sailingcraft

　　主要靠风力推进且 AS>0 . 07(mLDC) 2/3 的小艇，其中 AS 是帆拉起后同时使用时所有帆的总侧投影面积，单位为平方米。

　　注 1 ：对于桅前帆，AS 是前三角帆的面积。

　　注 2：计算 AS 时，翼桅的面积计算在内。

　　3.4

　　多体船设计类别系数 designcategoryfactorformultihulls

　　KDC

　　根据设计类别而降低要求的系数，其值见表 1 。

　　表 1 多体船设计类别系数值

　　3.5

　　湿甲板 wetdeck

　　连接船体结构的下部区域。

　　注：某些多体船没有湿甲板但有连接桥。

　　4 符号

　　除特殊规定外，表 2 中给出的符号适用于本文件。

　　表 2 符号、系数和参数

　　GB/T 19314 . 7—2019

　　表 2(续)

　　GB/T 19314 . 7—2019

　　表 2(续)

　　GB/T 19314 . 7—2019

　　5 一般要求

　　艇体及构件的尺寸应根据以下情况确定：

　　— 对于局部载荷，应使用第 8 章和 10 . 1 中的参数;

　　— 对于总载荷，应使用第 9 章 ～第 12 章中的方法。

　　本部分没有给出的参数、系数和机械性能见 GB/T 19314 . 5—2019 。

　　本部分的使用还应结合 GB/T 19314 . 6—2019、GB/T 19314 . 8 和 GB/T 19314 . 9 。

　　6 尺寸、面积和数据

　　6 . 1 尺寸

　　与 GB/T 19314 . 5 相同的尺寸可按 GB/T 19314 . 5—2019 选取，本部分专门用到的尺寸如下：

　　—LWL 为小艇静止时满载水线长;

　　— BWL 为双体船两片体最大水线宽的总和或三体船主船体最大水线宽;

　　— BCB 为双体船浮心之间的水平距离;

　　— 艇底斜度：若艇底为近似平底形状，则船底斜度为实际斜升角;若艇底为圆形，船底斜升角应为艇底最低点(艇体中心线)和艇底与水平方向正切 50°的点之间的角度;

　　—β0.4 L 为娓部末端前方 0 . 4 · LWL 的艇底斜升角，不小于 10°且不大于 30°;

　　—βx为娓部末端前方任一截面距离处的斜升角，不小于 10°。

　　多体船的结构和主要尺寸见图 1 。

　　a)典型多体船平面图

　　图 1 典型多体船尺寸

　　GB/T 19314 . 7—2019

　　b)典型多体船任-截面图

　　说明：

　　1 — 底部区域; 5 — 湿甲板前部; 9 — 连接桥尾部;

　　2 — 外板; 6 — 湿甲板正面; 10 — 舷侧甲板实际极限尺寸。

　　3 — 内板; 7 — 主板横梁;

　　4 — 湿甲板; 8 — 湿甲板前部;

　　图 1(续)

　　6 . 2 艇速

　　对于机动艇，速度 v 为制造商标明的满载排水量情况下最大静水速度。 该速度应不小于 4 ×

　　、/Lwl kn。

　　对于帆艇，速度 v 不需要标明。

　　6 . 3 风速

　　不同设计类别的多体船风速vAWK值按表 3 选取多体船的相对风速，单位为节(kn) 。vAWK是收帆前的相对风速，是实践中得出的理论值。 受帆型、帆的张力、结构等影响，相对风速与实际风速有所不同。

　　表 3 不同设计类别的 VAWK值

　　GB/T 19314 . 7—2019

　　6 . 4 区域

　　℃/槡LWL ≤5 时，底部和舷侧之间的界线为水线。

　　℃/槡LWL >5 时，底部和舷侧之间的界线为毗缘线。 若毗缘线没有清楚界定，则应在与艇体水平线正切 50°处选择一点(见图 1) 。

　　湿甲板区域为连接艇体或舷外支架的任意平台的底部和前部区域，包括与艇体或舷外支架的连接构件。 对于局部负载，连接桥的前部和底部看做湿甲板的一部分。

　　舷侧分为外侧和内侧，其中内侧承担较少的局部载荷。

　　7 压力调整系数

　　7 . 1 区域压力分布系数 KAR

　　对于所有多体船(包括机动艇和帆艇)，kAR参数与 GB/T 19314 . 5 中规定相同，但 kAR MIN是专门针对机动艇的。

　　注 ：区别产生的原因是多体帆艇并不像单体帆艇那样在前部干舷受到猛烈撞击，因为多体船不会产生明显横倾。

　　7 . 2 艇底斜度压力衰减系数 KDR

　　艇底斜度压力衰减系数 KDR 按式(1)进行计算。

　　K 且 0.5 ≤ KDR ≤ 1 …………………………

　　艇底斜度角βx 的函数且作用在任意截面(根据 GB/T 19314 . 5 获得)。如果βx>30°,该系数会降低艇底压力并等于 0 . 5,βx=60°为压力降低的极限。

　　7 . 3 纵向压力分布系数 KL

　　除nCGMH替代 nCG外，其他要求和计算方法按 GB/T 19314 . 5 。

　　7 . 4 湿甲板纵向压力分布系数 KLWD

　　湿甲板纵向压力分布系数 kLWD按式(2) ~式(4)进行计算。 两点之间应使用线性插值法。 湿甲板(水平)区域和内板(接近垂直)之间连接部分的设计压力取值为湿甲板压力。

　　当 时，

　　k …………………………( 2 )

　　当 时，

　　k …………………………( 3 )

　　当 时，

　　kLWD = 1 …………………………( 4 )

　　7 . 5 速度修正系数 Kvs

　　帆艇速度修正系数 kVS按表 4 取值。 对于速度更快的轻质帆艇，该系数提高了计算航速。

　　犌犅/犜 19314 . 7—2019

　　表 4 k犞犛值

　　7 . 6 上层建筑和甲板室压力分布系数 k犛犝犘

　　上层建筑和甲板室压力分布系数 KSUP按 GB/T 19314 . 5 进行计算。

　　7 . 7 垂向压力分布系数 K犣

　　垂向压力分布系数 KZ 按 GB/T 19314 . 5 进行计算。

　　7 . 8 湿甲板垂向压力分布系数 k犣犠犇

　　湿甲板垂向压力分布系数 KZWD按式(5)和式(6)进行计算。

　　当 KZWD≤0 . 06LWL 时 ，

　　K 且 KZWD 不大于 2 …………………………( 5 )

　　当 KZWD>0 . 06LWL 时 ，

　　K 且 KZWD 不大于 0.5 …………………………

　　n

　　对于机动艇，nCGMH应不小于 1 . 2 且不大于式(8)的计算值。

　　n …………………………( 8 )

　　对于多体帆艇，nCGMH应取 1 . 2 。

　　8 局部载荷计算

　　8 . 1 -般要求

　　本部分应与下列部分联合使用：

　　— 对于一般尺寸和局部载荷，与 GB/T 19314 . 5 联合使用;

　　— 对于结构设计细节，与 GB/T 19314 . 6 联合使用;

　　— 对于舵，与 GB/T 19314 . 8 联合使用;

　　— 对于帆艇附件，与 GB/T 19314 . 9 联合使用。

　　GB/T 19314 . 7—2019

　　8 . 2 多体船底部压力 PBMH

　　水线下的多体船底部压力 PBMH 取式(9)和式(10)的较大值。

　　P ……………………

　　注：kDC指数 0 . 5 表示设计类别没有完全影响滑行速度。

　　8 . 3 多体船舷侧压力 PSMH

　　多体船(包括帆艇和机动艇)舷侧压力 PSMH 取式(12)和式(13)的较大值：

　　PSMH 为船底与甲板间基准压力的插值，甲板压力见 8 . 4 。

　　多体船内舷侧设计压力应不大于外舷侧设计压力的 85%。

　　8 . 4 多体船甲板压力 PDMH

　　多体船甲板压力 PDMH 为式(14)和式(15)中的较大值。

　　甲板压力施加于暴露在大气环境中的下层甲板。 不暴露在大气环境中的 甲板为上层甲板(见GB/T 19314 . 5—2019) 。

　　8 . 5 多体船上层建筑压力 PSUP MH

　　暴露于大气环境中的多体船上层建筑和甲板室的压力 PSUP MH 取式(17)和式(18)中的较大值。

　　9 总载荷计算

　　9 . 1 双体帆艇

　　双体帆艇的总载荷应按 9 . 3 的规定进行计算。

　　GB/T 19314 . 7—2019

　　侧支索和桅杆底部之间的载荷路径在第 9 章 ～第 12 章中进行了系统分析。

　　应使用 9 . 3 的计算方法在下列位置计算来自帆装和海洋的扭转载荷：

　　— 艇体与一组连接桥(管路或平板)连接的位置;

　　— 艇体与视作湿甲板和连接桥且作为整体结构一部分的梁连接的位置。

　　9 . 2 三体帆艇

　　三体帆艇的帆装和帆载荷按 9 . 3 的规定，并作为结构分析的基础。

　　9 . 3 来自帆装和帆作用力的双体帆艇总载荷

　　9 . 3 . 1 最大稳性扶正力矩 MHD1

　　对于 A类和 B类多体船，KVS = 1 时的最大稳性扶正力矩 MHD1 是最大扶正力矩。

　　对于 C类较轻的多体船，KVS大于 1 时，受狂风中的高加速和船艄入水的快降速等动态影响，最大稳性扶正力矩 MHD1 可大于最大扶正力矩。

　　为保证最小的索具强度，MHD3 应不小于 KHD · MHD1 , KHD值见表 5 。

　　注：艇长大于 12 m 时，MHD3 是主要指标，但只有当该指标表示抗横倾能力且与 MHD1 的实际部分相比过小时，该力矩可能在狂风时达到上限。

　　表 5 KHD值

　　a) 对双体船，mLDC条件下的设计扶正力矩 RMDCAT 按式(25)计算：

　　RMDCAT = 10m ………………………( 25 )

　　b ) 对三体船，mLDC条件下的设计扶正力矩 RMDTRI 是最大设计扶正力矩。

　　注：为简化计算，忽略源自横倾角和水线上艇重心高度的影响。

　　对于浅吃水附体，H LP =0 . 04 × MLDC 0.33 ;对于深吃水附体，H LP =0 . 4 × TC 。

　　9 . 3 . 2 多体船设计扶正力矩 MHD

　　多体船设计扶正力矩 MHD 的确定方法如下：

　　— 若 LWL≤12 m, MHD =MHD1 ;

　　GB/T 19314 . 7—2019

　　— 若 LWL>12 m, MHD 应取 MHD2、MHD3 和 KHD · MHD1 三者的最大值。

　　9 . 3 . 3 主侧支索链盘与桅杆压缩的简化载荷

　　式 (26) ~式(29)主要用于通过左舷和右舷上侧支索和上前桅支索将桅杆连接到艇体结构的情况。若桅杆由上侧支索和下侧支索支撑，则该方法也适用于起桅杆加强筋作用的下侧支索。

　　T ……………………( 29 )

　　9 . 4 波浪载荷计算

　　9 . 4 . 1 通则

　　艇应考虑：

　　— 与艇轴线垂直的艇体(中拱或中垂)垂直弯矩;

　　— 艇体水平弯矩(侧面压力等);

　　— 与艇轴线夹角 45°的扭矩，既可为有独立连接桥的艇(例如运动双体船)，也可为箱式结构;

　　— 独立连接桥艇的水平剪切载荷和弯矩(例如运动双体船);

　　— 其他。

　　9 . 4 . 2 每个艇体的纵向弯矩

　　每个艇体的纵向弯矩按式(30)计算。

　　MBH = 0.5 × mLDC × LWL …………………………( 30 )

　　在此力矩下艇体任意位置的弯曲应力 σ 应不大于表 6 中的 σd 。

　　当 LWL/D>12 时应进行验证，D 为水线中点处的型深。

　　9 . 4 . 3 扭矩

　　扭矩按式(31)计算。

　　T= 1.25 × LWL × mLDC × nCGMH …………………………( 31 )

　　艇体上任意位置由该扭矩 T 产生的应力，应不大于表 6 中的设计应力。

　　10 尺寸方程和设计应力

　　10 . 1 局部压力载荷的设计应力和尺寸计算

　　GB/T 19314 . 5—2019 的第 10 章为板的局部载荷设计应力和尺寸计算，第 11 章为加强筋的局部载荷设计应力和尺寸计算。

　　10 . 2 帆与索具作用下整体载荷的设计应力和尺寸计算

　　10 . 2 . 1 整体载荷产生的设计应力见表 6 。

　　GB/T 19314 . 7—2019

　　表 6 加强构件的设计应力

　　本部分给出的尺寸计算只涉及连接桥，其他尺寸计算应由其他合适的方法计算得出。

　　10 . 2 . 2 应使用 GB/T 19314 . 6—2019 的附录 B 以确定设计剪切应力。 若连接桥腹板由胶合板制造，则胶合板边缘的数据见 GB/T 19314 . 5—2019 的附录 E。 部分胶合板腹板可水平调整为 ±45°的板，以获得更高的设计剪切应力。

　　注：整体载荷产生的剪切应力，尤其是抗剪腹板的剪切应力为面内剪切应力或板内剪切应力。

　　1 1 整体载荷分析

　　结构布置应能通过下列方法来适应由整体载荷产生的应力：

　　a) 对机动艇，应对不同挠曲连接桥进行扭转力矩分析。

　　b ) 对帆艇，应使用下列方法分析由帆装和帆产生的应力：

　　1) 桅杆舱壁可看做双体船主舱壁。 该隔板距离桅座足够近，以从台阶、侧支索和板上传递不同载荷。 该舱壁应按照第 12 章进行分析。

　　2) 其他梁应按照第 12 章进行分析。

　　注：对帆艇，帆装和帆载荷的组合可视为满足扭转力矩标准。

　　12 桅杆横梁分析

　　12 . 1 概述

　　下列分析忽略了艇体重量影响以进行简化。

　　桅杆横梁可看做工字梁，其舱壁是腹板，且甲板或上层建筑和艇体或湿甲板分别是上下凸缘。 这些凸缘通常强度不足，需要通过额外的凸缘进行强化(FRP结构的 UD锻压薄片、木质结构的木片等)。

　　对于一个高腹板工字梁，通常使用以下设定：

　　a) 剪力只由腹板承担;

　　b ) 弯矩只由上下凸缘承担。

　　假定使用完整工程，可以使用其他复杂分析方法进行分析。

　　12 . 2 剪力

　　最大剪力 FCPW 见式(26) 。

　　GB/T 19314 . 7—2019

　　侧支索链板上剪力的传递需要进行验证(详见 GB/T 19314 . 9) 。该剪力可直接从舱壁传递，但若存在开口，则在开口周围会有应力集中且存在二次弯矩。 剪力也可通过舷侧传递到其他舱壁或桅杆舱壁，但剪力传递是可实现的。

　　12 . 3 弯矩

　　12 . 3 . 1 最大弯矩

　　最大弯矩位于中心线处，按式(32)计算。

　　MBMAX = 0.5 × FCPW × BCP …………………………( 32 )

　　在上述简化分析中，只有凸缘能够承受弯矩。

　　12 . 3 . 2 尺寸、截面、中轴线

　　上下凸缘由以下组成：

　　— 上甲板壳体，宽 bet , 截面 bet ×(tto+tti) ;

　　— 底部湿甲板壳体，宽 bet , 截面 beb ×(tbo+ttbi) ;

　　— 其他上凸缘，宽 btf和截面 btf ×ttf ;

　　— 其他下凸缘，宽 bbf和截面 bbf ×tbf 。

　　顶部和底部壳体截面的宽度与 GB/T 19314 . 5 中定义的宽度相等。

　　在简化和保守计算过程中，计算只使用其他顶部和底部凸缘，忽略顶部和底部镀层的影响。

　　总截面、中轴位置、次弯矩和截面模量应进行计算，以确认压缩设计应力的范围。 该值越小越不好。应使用 GB/T 19314 . 5—2019 中 H . 4 关于加强筋计算的内容，特别针对使用了不同材料的梁。

　　12 . 4 腹板的剪应力

　　12 . 4 . 1 剪切屈曲分析

　　在简化分析中，只有腹板承受剪力。 可使用 GB/T 19314 . 5—2019 中 H . 4 关于加强筋计算的内容，特别是针对使用了不同材料的梁。

　　对于腹板工字梁，腹板剪力可按式(33)进行近似计算。 该应力应为 τd 与 0 . 33τcr的较小值。

　　…………………………( 33 )

　　12 . 4 . 2 剪切屈曲分析

　　12 . 4 . 2 . 1 临界剪应力

　　受到剪力的大型板会导致变形并在 45°时产生褶皱。 在这种条件下，板的边缘会受力过大而需要进行详细分析。 使用垂直加强筋可减小腹板的尺寸，单壳板的临界剪应力按式(34)进行计算。

　　12 . 4 . 2 . 2 夹层剪切屈曲

　　夹层结构应避免剪切屈曲。 临界剪切屈曲应力按式(35)计算。 剪应力宜不超过临界剪切屈曲应力

　　的 33% 。

　　τcr = 2.98 × k

　　剪应力系数(视作简单支撑板)按式(36)计算。

　　GB/T 19314 . 7—2019

　　k

　　以上计算只适用于对称的夹层结构。

　　12 . 4 . 3 腹板开口剪力

　　12 . 4 . 3 . 1 剪应力

　　最初剪力流 为 s 通 道 开 口 的 腹 板 顶 层 和 底 层 剩 余 部 分 最 终 剪 力流 为 s2 = 其他腹板的剪应力为 且应小于 τd 和 τcrt 。因舱口区域的 s2>s1 ,腹板通常应通过切割方式加固。

　　若 H1 与 H2 不相等，由于上层和底层工字梁的惯性，剪切力应分散在上层和底层腹板上。

　　12 . 4 . 3 . 2 次弯矩

　　若为矩形开口(a×b)，则由于剪力的作用，在切角处的次弯矩为 M 若为圆形开口，可按式(37)近似计算。

　　M …………………………( 37 )

　　为承受不超过表 6 弯曲载荷引起的弯矩，截面通常做成工字梁，且在开口周围进行加强(上层凸缘为甲板或艇体镀层)。

　　12 . 5 其他梁的分析

　　对于多体帆艇，除非有特殊情况，该船除桅杆梁之外还需要至少一根梁。

　　娓部梁通常接近主帆的帆叶点，在迎风艇体处受到了来自上层侧支索载荷 FCPW ×LCP/LBB 的部分载荷，在中线处受到了主帆叶牵引力 TMS 。该梁可看做完全固定在顺风艇体中心线(CL)处。