![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Конструктивное устройство основных элементов корпуса и их влияние на прочность судна
Пространственно-упругая конструкция набора корпуса, собранная на основе продольных и поперечных балок-связей, обеспечивает судну необходимую прочность и позволяет довести толщину обшивки корпуса до минимально приемлемых величин. При этом под прочностью корпусных конструкций понимается их способность сопротивляться действию на судно внешних и внутренних нагрузок без разрушения и опасных остаточных деформаций. Рис. 99. Расчётная схема корпуса в виде эквивалентного бруса Рассмотрим, какую роль в деле обеспечения общей и местной прочности судна играют основные конструктивные элементы корпуса. При этом общую прочность корпуса обеспечивают все продольные конструктивные балки-связи, непрерывно простирающиеся по длине не менее, чем на 15 % длины судна. Расчётная схема этих балок-связей представляется в виде эквивалетпного бруса — одной балки переменного по длине сечения (рис. 99), изгибающейся под воздействием массы всего судна и сил поддержания со стороны воды. Судно-балка при этом находится под воздействием изгибающих и скручивающих моментов и перерезывающих сил, напряжения от которых зависят от величины общего продольного изгиба корпуса в вертикальной продольной плоскости. Более подробное рассмотрение расчётной схемы не входило в нашу задачу. Местную прочность корпуса обеспечивает наружная обшивка днища, бортов и палубы, поперечные и продольные переборки, напряжения в которых возникают от воздействия давления забортной воды и находящегося внутри и снаружи корпуса груза и запасов жидкого топлива (рис. 100). Рис. 100. Схема давления воды и груза на КС При проектировании КС стремятся, чтобы масса его конструкций при достаточной прочности была минимальной. Наружная обшивка корпуса состоит из отдельных листов и вместе с набором обеспечивает необходимую прочность КС. Длина листов наружной обшивки обычно значительно больше (5‒ 10 м), чем ширина (1, 2‒ 2, 8 м). В оконечностях судна листы уменьшают в размерах в целях снижения трудоёмкости их изготовления. Листы обшивки являются основными связями в поперечных сечениях эквивалентного бруса (см. рис. 99), которые определяют способность корпуса сопротивляться общему продольному изгибу и общему кручению. Кроме этого, листы обшивки вместе с балками набора обеспечивают местную прочность корпуса. Наружная обшивка состоит из отдельных листов, соединяемых между собой по их длинным кромкам (пазами) и по коротким кромкам (стыками) с помощью сварки. Листы наружной обшивки ограничены со всех четырёх сторон балками набора и испытывают в своей плоскости поперечные и продольные усилия; при этом напряжения от продольных усилий имеют максимальную величину около линии соприкосновения продольного ребра жёсткости с листом по границам b (рис. 101). Поэтому необходимая прочность конструкции в этом месте обеспечивается двойной толщиной — обшивки и полки ребра жёсткости самой балки. Эта часть обшивки листа называется присоединённым пояском, который, работая вместе с балкой набора, увеличивает её момент инерции и момент сопротивления. Рис. 101. Присоединённые пояски обшивки, участвующие в изгибе вместе с балками набора На рис. 102 показаны нагрузки, действующие на днищевую обшивку от внешнего давления воды. В зависимости от величины напряжений в элементах этой конструкции и роли в обеспечении общей и местной прочности корпуса толщины листов в ней принимаются разными. Рис. 102. Нагрузки, действующие на днищевую обшивку: 1 - днищевая обшивка; 2 - вертикальная балка (киль); 3 - флор; 4 - днищевой стрингер; σ x - напряжение от общего изгиба судна и киля; σ y - напряжение изгиба флора в составе днищевого перекрытия Среди листов наружной обшивки особую роль в деле усиления прочности судна играют скуловой пояс, ширстрек, палубный стрингер и горизонтальный киль — как наиболее удалённые от нейтральной оси балки, которые при общем продольном изгибе сильно влияют на величину момента инерции поперечного сечения эквивалентного бруса. Поэтому их, как правило, делают более толстыми. Толщина обшивки зависит от длины судна, осадки и расстояния между шпангоутами. Так, для судов длиной до 20 м она составляет около 5 мм, а для судов длиной 250 м — доходит до 25 мм. Но даже для одного и того же судна толщина наружной обшивки не везде одинакова. Так, при волнении самые большие изгибающие напряжения судно испытывает в средней части, поэтому там листы толще, чем в оконечностях. Усиливают также листы наружной обшивки и в районе перехода корпуса в надстройку, в котором наблюдается высокая концентрация напряжений при изгибе судна на волне. Из-за килевой качки усиливают толщину наружной обшивки не только у днищевого набора, но также и в оконечностях судна. Если судно предназначено для плавания во льдах, толщина бортовых листов в районе ватерлинии, а также листов настила второго дна под люками трюмов и днищевых листов в носовой оконечности принимается большей по сравнению с аналогичными конструкциями на транспортных судах. Листы горизонтального киля и среднего пояса транспортных судов усиливают ещё и потому, что вместе с вертикальным килем они образуют мощную балку, которая должна выдержать реакцию кильблоков при постановке судна в док и передать усилия этой реакции на поперечные переборки. Листы обшивки продольных и поперечных переборок танкеров совместно с продольными и поперечными переборками образуют отдельные отсеки (помещения) для различных сортов наливных грузов. Общая прочность корпуса зависит в основном от толщины основных конструктивных элементов — главных балок и перекрестных связей набора, а также от системы набора, о чём было сказано выше. К основным конструктивным элементам корпуса относятся шпангоуты, флоры, стрингеры и бимсы. При разработке проекта судна места расположения шпангоутов по длине судна и форма их погибов определяются по теоретическому чертежу, поэтому принято отличать теоретический шпангоут от конструктивного, очертания которого получают после согласования трёх проекций теоретического чертежа судна и придания (спрямления) той кривизны их погибов, которая реально может быть достигнута на технологическом оборудовании верфей без снижения пропульсивных качеств судна. Конструктивный шпангоут (голл. spanthout: spant — ребро, hout — дерево) — криволинейная поперечная балка КС, придающая ему заданную форму и подкрепляющая наружную обшивку, обеспечивая её общую прочность и устойчивость (рис. 103, 104). На современном морском судне шпангоутом принято называть бортовую часть поперечной балки в районе от днища до палубы или ребро корпуса заданной кривизны (рис. 105, а-д). Это основная балка поперечного набора КС, являющаяся поперечной связью киля с палубой. Днищевая часть шпангоута называется флором. Шпангоут вместе с флором и подпалубным бимсом, лежащими в одной с ним плоскости, образуют шпапгоутную раму (см. рис. 105, а). Расстояние между шпангоутными рамами при поперечной системе набора корпуса равно конструктивной шпации (лат. spatium — пространство, промежуток) и составляет 0, 5‒ 0, 9 м. Шпангоутные рамы вместе с поперечными переборками обеспечивают прочность и жёсткость корпуса. На ледоколах в носу и в корме, а также в свесе крейсерской кормы обычных судов шпангоуты и шпангоутные рамы поворотные — их плоскости образуют с обшивкой борта — транцевым Рис. 103. Форма шпангоутов в разных сечениях судна: МШ (а): 1-3‒ соответственно верхняя, средняя и нижняя палубы; 4 ‒ флор; носовой (б) и кормовой (в) шпангоуты
1 ‒ 0-й шпангоут; 2 ‒ 7-й шпангоут; 3 ‒ 10-й шпангоут Транцевый лист — это лист, расположенный под прямым углом к продольной оси судна и снабжённый подкреплениями — шпангоутами. Он соединяется с ахтерштевнем и заменяет в этом месте флор.
Рис. 105. Шпангоуты в бортовом наборе: а - бортовой набор в районе грузового люка; б - набор крейсерской кормы; в - бортовой набор трёхпалубного судна; г - связь борта с одинарным дном; д - бортовой набор в районе МО: 1 - твиндечные шпангоуты; 2 - кницы; 3 - трюмные шпангоуты; 4 - полка скуловой кницы; 5 - скуловая кница; 6 - бимс; 7 - транцевый лист; 8 - кормовые шпангоуты; 9 - ахтерштевень; 10 - продольный комингс; 11 - поперечный комингс; 12 - рамный бимс; 13 - рамный шпангоут; 14 - бортовой стрингер; 15 - промежуточная палуба; 16 - днищевые флоры; 17 - средний кильсон (балка); 18 - соединение шпангоута с флором внакрой В соединениях с поперечными переборками шпангоуты повышают продольную прочность судна, предотвращая деформирование наружной обшивки. На судах ледового плавания между основными шпангоутами устанавливают дополнительные промежуточные шпангоуты. У судов с меньшими ледовыми подкреплениями они ограничены носовой оконечностью. На танкерах с продольной системой набора борта, а также в тех районах корпуса, где возникают особенно большие напряжения или где КС должен быть особенно жёстким, например в районах МО и больших грузовых люков, устанавливают усиленные шпангоутные профили — так называемые рамные шпангоуты. Они состоят из стенок с приваренными полками. На концах больших грузовых люков рамные шпангоуты вместе с люковыми концевыми бимсами и люковым поперечным комингсом образуют замкнутую рамку большой жёсткости и прочности. Для подкрепления шпангоутов в носовой и кормовой оконечностях устанавливают бортовые стрингеры. Шпангоут в трюме грузового помещения называют трюмным, в твиндеке — твиндечным. Размеры трюмных шпангоутов зависят от величины судна, от осадки и высоты скуловых бракет. Обычные концевые крепления трюмных шпангоутов к бимсам выполняются с помощью книц (см. рис. 105, в). У судов с одинарным дном или с горизонтальным настилом второго дна трюмные шпангоуты у наружной обшивки соединяют с флорами внакрой, чтобы обеспечить достаточную жёсткость на изгиб (см. рис. 105, г). Шпангоуты выполняют из катаного профиля, в зависимости от требуемого момента сопротивления профиля, или составных профилей: полособульба, швеллера, двутавра. Теоретический шпангоут (рис. 106) — кривые линии на проекции «Корпус» теоретического чертежа, образованные пересечением поперечного сечения корпуса плоскостями, параллельными плоскости МШ. Вследствие симметрии судна относительно ДП на чертеже изображают только половины шпангоутов. Для построения теоретических кривых всех шпангоутов длину судна разбивают на 20 равных участков, не считая сечения MШ, причём 10 носовых шпангоутов находятся справа от ДП, а 10 кормовых шпангоутов — слева; нумерация их идёт от НП в корму, начиная с 0-го. Шпангоуты за КП получают отрицательные номера. Рис. 106. Теоретические шпангоуты на проекции «Корпус»: ВП - верхняя палуба По форме кривых линий шпангоутов, полученных с теоретического чертежа, на стапеле снимают лекала и изготавливают шпангоуты на специальном гибочном оборудовании. Флор (рис. 107, 108) (англ floor — пол, настил) — нижняя часть шпангоутной рамы, основная поперечная балка днищевого настила, служащая продолжением бортовых шпангоутов, с высокой стенкой, приварным или отогнутым пояском. Поскольку днищевая обшивка корпуса испытывает большие усилия, чем бортовая, конструкция днищевого флора должна быть более прочной. Она зависит от способа крепления к обшивке, системы набора днищевого перекрытия и наличия двойного дна. Па судах без двойного дна флоры устанавливают на каждом шпангоуте. Их изготавливают облегчёнными из листовой стали с вырезами и пояском по верхней кромке, нижней кромкой они привариваются к днищевой обшивке. С бортовыми кромками шпангоутов флоры соединяются с помощью скуловых книц (см. рис. 108). Расстояния между флорами на судах, перевозящих в трюмах тяжёлые грузы, равно расстоянию между бортовыми шпангоутами (шпациями).
Рис. 107. Соединение флора со шпангоутом: 1 - флор; 2 - шпангоут; 3 - кницы; 4 - палуба; 5 - комингс
Рис. 108. Варианты крепления нижнего конца трюмного шпангоута с флором: 1 - шпангоут; 2 - флор; 3 - скуловая кница При поперечной системе набора на судах с одинарным дном флоры изотавливаются неразрезными до киля, к которому они привариваются с обеих сторон. У нижней кромки в стенке флора делаются вырезы для стока воды. Высота флора зависит от типа и водоизмещения судна, она колеблется от 250 до 300 мм на речных судах и от 500 до 700 мм — на морских. Толщина стенки флора может быть от 3 до 6‒ 8 мм, а на крупных морских судах до 12‒ 14 мм. Для облегчения массы набора в листах флоров делают круглые или продолговатые овальные вырезы размерами в свету 600 x 400 мм. Флоры двойного дна бывают сплошные, непроницаемые и бракетные (открытые) (рис. 109). Сплошные флоры (рис. 109, а) изготавливают из цельного листа и приваривают по контуру к вертикальному килю, днищу и настилу второго дна. Для облегчения конструкции они делаются с лазами и отверстиями, которые одновременно обеспечивают доступ в междудонное пространство, дренаж, вентиляцию и проход непрерывных продольных рёбер жёсткости. Эти флоры ставятся в местах повышенной прочности: в районе МО и в носовой части судна. Толщина листа этих флоров составляет около 0, 01 высоты, а в местах, где флор подвергается интенсивной коррозии, она принимается на 2 мм больше. Рис. 109. Виды флоров: а - сплошной проницаемый; б - сплошной непроницаемый, различной формы и размеров; в - открытый бракетный; г - сплошной облегчённый: 1 - сплошной флор; 2 - рёбра жёсткости; 3 - непроницаемый флор; 4 - бракета; 5 - верхняя балка; 6 - нижняя балка При поперечной системе набора сплошные флоры устанавливают на каждом шпангоуте лишь в тех районах днища, которые воспринимают значительные нагрузки: в МО и носовой оконечности, а также по всей длине корпуса на судах, перевозящих насыпные грузы. Устанавливаются сплошные флоры также в местах, где на днище передаются сосредоточенные нагрузки — под поперечными переборками, пиллерсами, фундаментами машин, котлов и т. д. В остальных районах прочность перекрытия вполне обеспечивается при постановке сплошных флоров через 3‒ 4 шпации, но не далее 3, 6 м друг от друга. В других частях КС они чередуются с облегчёнными флорами. Непроницаемые флоры (рис. 109, б) предназначаются для разделения междудонного пространства на отдельные отсеки. Они изготавливаются из сплошного листа без отверстий; места прохода через них продольных балок тщательно обвариваются и проверяются на водонепроницаемость. Толщина этих флоров несколько выше, чем сплошных, так как на них действует большее гидростатическое давление, поэтому они подкрепляются вертикальными рёбрами жёсткости через каждые 0, 9 м. Рис. 110. Установка непроницаемого флора во втором дне: 1 - туннельный киль; 2 - непроницаемый флор; 3 - продольные балки днищевого набора; 4 - шпангоуты; 5 - настил второго дна На днищевой обшивке и под настилом второго дна, сверху над флорами, одну над другой устанавливают продольные балки (рис. 110). На флорах, являющихся непроницаемыми переборками междудонного пространства, балки разрезают и крепят к этим флорам кницами или бракетами; через сплошные флоры продольные балки пропускают через специальные вырезы (рис. 111), стенки балок приваривают к флорам.
1 ‒ флор проницаемый; 2 ‒ флор непроницаемый; 3 ‒ полособульб (продольная балка); 4 ‒ двутавр (продольная балка); 5 ‒ заделочная планка На транспортных морских судах расстояние между флорами принимают 2, 4‒ 3, 6 м. В пределах МО сплошные флоры устанавливают на каждом втором шпангоуте, т. е. через две шпации. Бракетные флоры (рис. 109, в) устанавливаются на каждом шпангоуте в промежутках между сплошными, когда последние стоят не на каждой шпации. Они не играют существенной роли в работе днищевого перекрытия, а предназначаются для подкрепления обшивки и настила второго дна и передачи с них поперечной нагрузки на стрингеры, вертикальный киль и борта. Состоят они из верхних и нижних профильных балок, соединённых с вертикальным килем, междудонным листом и днищевыми стрингерами при помощи бракет (англ. bracket — пластина) прямоугольной или более сложной формы, служащая для подкрепления балок судового набора или соединения их между собой (рис. 112). Рис. 112. Судовая бракета: 1 - днищевой лист; 2 - бракета; 3 - вертикальный киль; 4 - скуловой лист При большой высоте бракеты выполняют с отогнутым фланцем или приваренным пояском, что повышает их устойчивость. Между флорами могут устанавливаться промежуточные подкрепляющие стойки, связывающие верхние и нижние балки днищевого набора в жёсткую конструкцию. Бракетные флоры имеют меньший вес, но они менее технологичны, и вместо них часто устанавливают сплошные флоры. Открытые флоры устанавливают во втором дне, они могут быть бракетными и облегчёнными. В первом случае соединение верхних и нижних балок набора второго дна с вертикальным килем, днищевыми стрингерами и крайним междудонным листом осуществляется с помощью бракет, что вместе с флором создаёт монолитную жёсткую конструкцию. Все флоры, кроме расположенных в районе фор- и ахтерпика, прерываются на вертикальном киле, а при стрингерной (продольной) конструкции дна — и на днищевых стрингерах. Расстояние между флорами равно одной шпации при поперечной и двум-четырем шпациям — при продольной системе набора днища. В районе скулы флора соединяется с крайним междудонным листом и через него — со скуловой кницей и шпангоутом. Открытые облегчённые флоры (рис. 109, г) состоят из листов с большими вырезами (до 1, 2 высоты вертикального киля), имеют вертикальные рёбра жёсткости, отстоящие друг от друга на расстоянии не более чем 2, 2 м. Стрингер (рис. 11З) (англ. string — привязывать, скреплять) — продольный элемент набора КС в виде листовой или тавровой балки, стенка которой устанавливается перпендикулярно к обшивке корпуса. Стрингер входит в качестве связующего конструктивного элемента во все перекрытия судна. Его функции в составе корпуса зависят от системы набора и типа судна. Рис. 113. Конструкция корпуса судна (разрез по МШ): 1 - палубный стрингер; 2 - карлингсы; 3 - продольные балки; 4 - рамный бимс; 5 - шпангоут; 6 - ширстрек; 7 - скуловой киль; 8 - днищевые стрингеры; 9 - вертикальный киль; 10 - горизонтальный киль; 11 - пиллерс Различают следующие типы стрингеров: ‒ скуловой; ‒ днищевой, в том числе вертикальный киль; ‒ бортовой; ‒ палубный. Днищевой стрингер (см. рис. 113) — усиленная продольная балка с приварной полкой, применяемая на сухогрузных морских судах длиной от 180 и более метров в конструкции двойного дна, или тавровая балка, используемая в конструкции днищевого перекрытия на малых судах без двойного дна. Может разрезаться флорами или быть непрерывной в зависимости от системы набора. На судах внутреннего плавания этот стрингер называют кильсоном. Для доступа в отсеки междудонного пространства в стрингерах делают овальные отверстия размером не менее 350 x 450 мм или круглые диаметром не менее 450 мм (чтобы через них мог пролезть человек). Толщина днищевого стрингера берётся равной толщине флора. В носовой части судна, воспринимающей большие динамические нагрузки на волне, расстояние между стрингерами уменьшается; кроме того, между основными стрингерами для местного подкрепления обшивки и набора дополнительно устанавливаются полустрингеры в виде бракет уменьшенной высоты, привариваемых только к днищу и флорам. Чтобы избежать концентрации напряжений при сварке, стрингеры по концам крепятся к настилу через кницы. Скуловой стрингер располагается со стороны трюма над скуловым поясом, придавая ему дополнительную прочность, и представляет собой продольную балку, ограничивающую двойное дно крайним (наклонным) листом. Средний днищевой стрингер (вертикальный киль) — это центральный пояс днищевой обшивки, связывающий воедино две половины КС. Выполняется в виде тавровой балки, располагаемой в ДП между вторым настилом двойного дна и горизонтальным килем (рис. 114, а, б). В отличие от обычного днищевого стрингера вертикальный киль, как одна из основных продольных связей корпуса, не разрезается на длине 0, 6 L, и в нём не делается никаких вырезов на длине 0, 75 L от HП, хотя требование неразрывности киля в настоящее время утратило силу, так как сварка обеспечивает равнопрочность соединяемых половин любого металлического стержня. Горизонтальный киль на небольших судах является нижним пояском вертикального киля, но на более крупных судах он представляет собой килевой пояс наружной обшивки по толщине на 3‒ 5 мм больше, чем сама обшивка. Может выполняться в качестве отдельного корпусного элемента, присоединяемого к нижней полке вертикального киля, при этом его ширина обычно больше ширины верхней и нижней полок киля. Однако в районах, где имеется килеватость днища, горизонтальный киль имеет выгнутый внутрь профиль (рис. 114, в), к которому приваривается днищевая обшивка. Рис. 114. Конструкция вертикального киля на судах без двойного дна: а, б - в виде тавровой балки по днищу; в - в виде прогона поверх флоров: 1 - вертикальный киль; 2 - горизонтальный киль Бортовой стрингер (см. рис. 113) — продольная тавровая балка (реже листовая), соединяемая с бортовой обшивкой и шпангоутами; служит промежуточной опорой для шпангоутов, а при равной высоте стенок у стрингера и шпангоута является балкой, распределяющей местную нагрузку. В бортовом перекрытии сухогрузного судна из-за большой длины трюма жёсткость бортового стрингера значительно ниже, чем рамного шпангоута. Поэтому эти стрингеры как перекрестные связи малоэффективны, и их роль сводится к поддержанию промежуточных шпангоутов и передаче усилий на рамные шпангоуты. Благодаря этому обыкновенные шпангоуты, имея промежуточные опоры, могут иметь меньшее сечение. В результате общий вес бортовых перекрытий с рамными шпангоутами оказывается меньшим, чем при обычной конструкции. Такие конструкции нашли широкое применение на судах с небольшой грузовместимостью — рудовозах, углевозах. На танкерах, корпуса которых набраны по комбинированной системе, т.е. днище и палуба по продольной, борта — по поперечной, бортовое перекрытие состоит из редко поставленных мощных стрингеров и опирающихся на них шпангоутов. Количество стрингеров зависит от высоты борта и обычно составляет от одного до трёх. Они представляют собой высокие балки с приваренным пояском или отогнутым фланцем. На поперечных переборках стрингеры разрезаются и крепятся к переборкам большими кницами. Рёбра жёсткости, привариваемые к стенке стрингера на каждом втором шпангоуте, служат для повышения устойчивости стенки. Палубный стрингер может выполняться в виде листа и тавровой балки. Как правило, на судах большого водоизмещения применяется листовой стрингер, представляющий собой утолщённый крайний пояс палубного настила, примыкающий к ширстреку, расположенному в верхней части бортового полотнища (см. рис. 113). Толщина его составляет не менее 85 % от толщины ширстрека, к оконечностям она постепенно уменьшается до толщины листов палубного настила. Это объясняется тем, что при общем изгибе корпуса в месте соединения палубного стрингера с ширстреком возникают значительные касательные напряжения, подобные тем напряжениям, которые имеют место в двутавровой балке в месте соединения её стенки с полкой. Во время крена судна на волне, когда имеет место косой изгиб корпуса, наиболее удалёнными от нейтральной оси оказываются палубный стрингер и ширстрек. Следовательно, в местах их соединения напряжения выше, чем в других местах палубного перекрытия, и этому узлу в теории прочности корпуса придаётся особое значение. В связи с этим разработаны и применяются несколько разновидностей узлов соединения палубного стрингера и ширстрека. Рис. 115. Узлы соединения палубного стрингера и ширстрека (а‒ д) Соединение, показанное на рис. 115, а, используется на небольших судах. На крупных судах для устранения усадочных напряжений при сварке широко применяется клёпаное соединение при помощи стрингерного угольника (рис. 115, б). Постановка угольника на заклёпках создаёт эластичное соединение, которое предотвращает возникновение трещин и распространение их с палубы на борт и с борта на палубу. Однако оба соединения имеют один недостаток: в кромке ширстрека возникают высокие нормальные напряжения, вызванные изгибом корпуса, ведущие к образованию трещин. Поэтому этот узел лучше работает, если две детали соединяются впритык (рис. 115, в, г). Лучшим методом соединения является соединение внахлёст (рис. 115, д), которое широко применяется на танкерах и рудовозах. Однако оно более трудоёмко в изготовлении и его применение несколько уменьшает свободную площадь палубы. Ширстрек (рис. 116) (англ. sheer — отвесный, strake — полоса, пояс) — основная продольная связь, испытывающая на волнении наибольшую нагрузку от изгиба КС. Конструктивно представляет собой верхний усиленный пояс бортовой обшивки борта судна, изготавливается на 20‒ 40 % толще, чем листы этой обшивки. Рис. 116. Конструкция рамного бимса (а) и полубимса (б): 1 - палубный стрингер; 2 - бимс; 3 - карлингс; 4 - пиллерс; 5 - кница; 6 - борт; 7 - комингс люка; 8 - шпангоут; 9 - узел крепления ширстрека с палубным стрингером; 10 - полубимс; 11 - продольная балка Высокая концентрация напряжений в районах носовой оконечности и концов надстроек вынуждает усиливать толщину наружной обшивки и делать её равной толщине ширстрека. Бимсы (англ. beams, мн. число от beam — балка, перекладина) и полубимсы представляют собой приваренные снизу к настилу палубы катаные или сварные балки поперечного набора судна, преимущественно таврового профиля, поддерживающие настил палубы (платформы) (рис. 116, а, б). Если бимс не покрыт палубным настилом, его называют холостым. Они не разрезаются другими балками, а упруго заделываются на шпангоуты у бортов и свободно опираются на подпалубные рёбра жёсткости — карлингсы, которые лежат на поперечных переборках и шпангоутных рамах. Расчёт простых бимсов производится в составе шпангоутной рамы. В изгибе корпуса бимсы участия не принимают, но своей жёсткостью они обеспечивают устойчивость настила палубы и всего перекрытия. Поэтому помимо момента сопротивления бимсы должны иметь определённую величину момента инерции, характеризующего их жёсткость. Усиленные бимсы относят к рамным бимсам, которые устанавливаются в местах действия больших сосредоточенных нагрузок (например, под палубными механизмами), а также в тех местах, где нет пиллерсов, т.е. непосредственно под карлингсами. Обычно полурамные бимсы совмещают с комингсами люков (см. рис. 116, б). Тогда по высоте они одинаковы с высотой карлингсов. Вместе с усиленными бортовыми шпангоутами и флорами рамные бимсы образуют шпангоутную раму, которая широко используется при продольной системе набора палубы и устанавливается через каждые 3‒ 5 шпаций (не далее 3, 5 м друг от друга в плоскости флоров). Высота вырезов для пропуска продольных балок в них не должна превышать 0, 6 высоты бимса, а стенка бимса в районе вырезов подкрепляется рёбрами жёсткости и бракетами. Рамные бимсы на танкерах имеют ту же конструкцию, что и на сухогрузных судах, за исключением высоты, которая доходит на крупных танкерах до 1, 0‒ 1, 2 м. Действующую на палубу (платформу) поперечную нагрузку бимсы и рамные бимсы передают и распределяют через борта, переборки и другие конструктивные элементы КС. Поэтому они служат жёсткими опорами для продольных балок. Расчёт нагрузок рамных бимсов производится в составе шпангоутной рамы, либо как упруго заделанной по концам балки палубного перекрытия совместно с другими балками, включая карлингсы. Схема расчёта показана на рис. 117, а, б, на котором бимс представлен в виде поперечной балки переменного сечения, упруго заделанной по концам и опирающейся на продольные балки. Нагрузкой для бимса являются сосредоточенные в центре реакции карлингсов. Рис. 117. Схема работы бимса(а) и карлингса(б) Усиленные бимсы, совпадающие с носовой или кормовой кромками грузового люка, называют концевыми бимсами. Полубимс — это часть полного бимса, расположенного в районе грузовых люков между бортом и продольным комингсом люка. Выполняется в виде однопролётной балки с упругой заделкой на шпангоуте и свободной опорой на комингсе (см. рис. 116, б). Со шпангоутами и комингсами бимсы и полубимсы соединяются при помощи книц. Карлингс (см. рис. 113, 116) (англ. carlings) — продольная несущая подпалубная балка, используемая для поддержания бимсов и усиления прочности палубы в районе больших вырезов под грузовые люки, где установлены комингсы. В конструкции палубного перекрытия карлингс ставится вдоль краёв люка под палубой (см. рис. 116), обеспечивая прочность перекрытия вместе с остальными элементами корпуса — палубным стрингером и продольными балками палубного набора при действии на него поперечной нагрузки. Вместе с бимсами карлингс образует перекрестные продольные связи подпалубного набора. Опорами для карлингсов служат поперечные переборки корпуса, поперечные комингсы люков и пиллерсы. Карлингс воспринимает реакции опирающихся на него бимсов и иолубимсов. Поэтому при расчётах его можно представлять балкой ступенчато-переменного сечения (см. рис. 117, б), ввиду симметричности деформации жёстко заделанной на переборках и дополнительно опирающейся на упруго проседающие опоры — рамные бимсы. Реакции бимсов заменены равномерно распределённой нагрузкой. Карлингсы изготавливаются в виде мощных сварных тавровых балок. Чтобы вырезы для пропуска бимсов не вызывали сильного снижения прочности карлингса, его высота принимается не менее полуторной высоты бимса. Стенки карлингса в районе вырезов на каждом втором бимсе подкрепляются рёбрами жёсткости, на каждом четвёртом — бракетами. В районе люка карлингс переходит в продольный комингс, имеющий отогнутую или приваренную с внутренней стороны полку (см. рис. 116). Жёсткими опорами для рамных бимсов на танкерах являются продольные переборки, поэтому надобность в карлингсах в отсеках танков отпадает. В среднем отсеке роль карлингса выполняет отбойный лист. Это мощная балка с пояском, высота которой в два раза превышает высоту рамных бимсов и доходит на больших танкерах до 2‒ 2, 5 м. Стенки отбойного листа подкрепляются рёбрами жёсткости. С рамным бимсом отбойный лист соединяется кницами. Пиллерс (см. рис. 113, 116, 118) (англ. pillars — мн. ч. от pillar — колонна, столб) — одиночная вертикальная стойка, устанавливаемая под комингсами в углах грузовых люков и служащая для передачи усилия нагрузки с палубы на днище, и наоборот; может служить также опорой для тяжёлых палубных механизмов и грузов. Обязательным условием мест их установки являются районы: ‒ днища — в местах пересечения днищевых стрингеров с рамным флором; ‒ палубы — в местах пересечения рамного бимса с карлингсом. Если пиллерс не попадает на днищевой стрингер, флор подкрепляется в данном месте бракетами. При больших нагрузках на пиллерс под него часто ставят накладной лист или соединяют его кницей с днищем. Рис. 118. Пиллерс (конструкция и установка): 1 - наружная обшивка днища; 2 - настил второго дна; 3 - накладной лист; 4 - пиллерс; 5 - поперечный комингс люка; 6 - утолщённый поясок карлингса
Верхний конец пиллерса закрепляется на карлингсе или рамном бимсе, при этом место соединения подкрепляется бракетами. На многопалубных судах пиллерсы ставят под каждой палубой на одной вертикали, с образованием непрерывной линии опор, передающих нагрузку с палуб на днищевое перекрытие. Концы их соединяются с балками набора при помощи книц. Поскольку пиллерсы работают на сжатие, наиболее рациональным профилем для пиллерсов является толстостенная труба или сваренные между собой листы, угольники или швеллеры. Иногда применяют трубы, сваренные из листового материала, или пиллерсы иного сечения, сваренные из листов или профилей. Кроме того, в углах больших палубных вырезов под комингсы грузовых люков настилают более утолщённые палубные листы, а углы вырезов скругляют. Для поддержания поперечных балок в отдельных местах палубного перекрытия могут ставиться дополнительные местные пиллерсы. На небольших судах в ДП вместо пиллерса иногда устанавливают неразрезной продольный карлингс. Установка пиллерсов способствует уменьшению массы палубных перекрытий. Обычно их ставят либо по концам грузового люка в ДП (два пиллерса на каждый трюм), либо по углам грузового люка (четыре пиллерса на каждый трюм). Во время эксплуатации судна пиллерсы работают в основном на сжатие и продольный изгиб. Однако в отдельных случаях может наблюдаться и их растяжение. Так, растягивающие нагрузки испытывают пиллерсы, установленные под брашпилем, при подъёме якоря, что нередко приводило к их отрыву от палубы, особенно при сильном сжатии бортов на судах ледового плавания. Значительные поперечные нагрузки передаются на пиллерсы при ударах грейфером или грузами при погрузке и выгрузке грузов, навалах груза во время шторма. При изгибе палубного перекрытия пиллерсы подвергаются также изгибным усилиям. Тем не менее, при определении прочных размеров пиллерса в качестве расчётной принимают сжимающую нагрузку, приходящуюся на поддерживаемый пиллерсом участок палубы. Все остальные нагрузки, носящие случайный характер, учитываются введением коэффициента запаса в диапазоне 2‒ 6. Нижний предел устанавливается для жёстких коротких пиллерсов, верхний — для длинных гибких. Иногда на судах применяют съёмные пиллерсы, устанавливаемые в случае необходимости (при размещении на палубе тяжеловесных грузов) в дополнение к основным, которые легко убираются при разгрузке судна. Концы флоров, бимсов, шпангоутов и других балок набора корпуса соединяют в узлах связей с помощью книц. Этим достигается неизменность углов между осями балок и, следовательно, обеспечивается геометрическая неизменяемость формы КС.
Рис. 119. Судовая кница: 1 - настил палубы; 2 - ребро жёсткости; 3 - кницы; 4 - шпангоут Кница (рис. 119) (англ. knee — колено) корпусная деталь в виде пластины треугольный или трапециевидной формы, соединяющая сходящиеся под углом балки набора КС (шпангоуты с бимсами и флорами, стойки переборок со стрингерами и рёбрами жёсткости и т. п.). Балки, установленные с помощью книц, образуют равнопрочное с корпусом соединение и благодаря этому могут применяться с меньшим поперечным сечением. Кницы изготавливают из материала корпуса. Свободные наклонные кромки книц для большей жёсткости могут иметь отогнутый фланцем край или приварной поясок.
|