![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Конструктивное устройство бортовых перекрытий
Нагрузки, действующие на бортовые перекрытия. Расчётными для бортовых перекрытий являются внешние статические и динамические нагрузки, вызванные давлением забортной воды и ударами волн, зоны действия которых показаны на рис. 126. Эти нагрузки измеряются в период мореходных приёмо-сдаточных испытаний головного судна при пустых трюмах и танках во всём диапазоне скоростей хода. Как следует из эпюры давлений, максимальная статическая нагрузка прикладывается к днищу и борту в районе скулы, при этом волновая нагрузка в этом месте минимальна, она будет такой же и на днище. Наибольшая волновая нагрузка прикладывается к борту на уровне и выше ВЛ. Нагрузка от волн, накатываемых на палубу, будет также минимальной. Рис. 126. Распределение нагрузки по поперечному сечению сухогрузного судна (ординаты в килопаскалях; суммарная нагрузка на днище не показана): Pw - волновая нагрузка; Рст - статическая нагрузка; Рг - весовая нагрузка от груза Исходя из этого соответствующие сечения балок бортового набора выбирают с учётом обеспечения его надлежащей прочности. По-видимому, в районе скулы оптимальным будет продольный набор с усиленным скуловым стрингером, а в районе днища, где велико статическое давление, — прочные флоры и днищевые стрингеры. Обшивка борта, воспринимающая большую волновую нагрузку, должна иметь соответствующую толщину и вместе с прочными шпангоутами обеспечить общую прочность и устойчивость корпуса. Обшивка борта участвует также в продольном и поперечном изгибах и вовлекает в них днище и палубу — в узлах их соединений с бортовым перекрытием, где возникают касательные и нормальные напряжения, а также напряжения кручения, которые достигают максимальных значений в оконечностях судна. Поэтому, несмотря на минимальное волновое давление на палубу, прочность её выбирается с учётом многих факторов, в том числе воздействия статической нагрузки палубного груза. Это следует также из рассмотрения поперечного сечения корпуса судна в виде эквивалентной балки (см. рис. 99), которая больше напоминает многотавровую балку с двумя стенками, воспринимающую изгибающий момент при общем продольном изгибе. Когда судно на волне подвергается горизонтальному изгибу в плоскости, перпендикулярной ДП, борта превращаются в крайние пояски эквивалентного бруса, а днище и верхняя палуба становятся стенками балки. Наибольшая величина горизонтального изгибающего момента меньше вертикального, и максимальные их величины по времени действия не совпадают. В момент действия максимального изгибающего момента в вертикальной плоскости горизонтальный момент имеет незначительную величину. Поперечная нагрузка в бортовом перекрытии может достигать больших величин при сжатии корпуса льдами или в момент ударов крутых волн — волн-убийц. Такая ситуация имеет специальное название — бортовой слеминг, который особенно опасен, если волна ударяет в развал борта при повышенной скорости судна на встречном волнении. Конструкция бортового перекрытия зависит от типа и водоизмещения судна, рода перевозимого груза и системы набора. Рис. 127. Бортовые перекрытия: а - поперечная система набора; б - продольная система набора: 1 - обшивка борта; 2 - шпангоут; 3 - бортовой стрингер; 4 - рамный шпангоут; 5 - продольные рёбра; 6 - палуба В практике отечественного судостроения бортовые перекрытия почти всех сухогрузных судов, как правило, набираются по поперечной системе набора (рис. 127, а), и их местная прочность обеспечивается часто стоящими шпангоутами, работающими вместе с поясками наружной обшивки. На судах длиной менее 100 м, когда поперечная система набора используется в палубном и днищевом перекрытиях, бортовые ветви шпангоутов вместе с бимсом и флором образуют одну раму и работают в её составе. Такая система успешно используется на всех судах с двойными бортами: на танкерах, ледоколах, судах ледового плавания, судах, швартующихся в море бортом друг к другу, — так как их борта испытывают значительные нагрузки, распределённые на небольшой части длины и сосредоточенные в основном ближе к носовой оконечности. При поперечной системе набора используют три варианта набора: ‒ однородный (монотонный) набор, состоящий из основных шпангоутов, опирающихся на палубу и днище или на конструкции, прочно соединяемые с днищем и палубой; ‒ набор из базовых и рамных шпангоутов, устанавливаемых через три-четыре основных шпангоута, и из бортовых стрингеров, которые вместе с деталями крепления характерны для бортовых перекрытий МО (рис. 128); ‒ набор в районе ледовых усилий, состоящий из основных и промежуточных шпангоутов, используемых только в районе действия ледовых нагрузок и опирающихся на промежуточные палубы (рис. 129). Рис. 128. Бортовые перекрытия в МО: 1 - борт; 2 - подпалубная кница; 3 - палуба; 4 - продольное ребро; 5 - карлингс; 6 - карлингс шахты; 7 - бимс шахты; 8 - шахта; 9 - рамный бимс; 10 - пиллерс; 11 - рамный шпангоут; 12 - основной шпангоут; 13 - бортовой стрингер; 14 - второе дно; 15 - днищевой стрингер; 16 - вертикальный киль; 17 - флор; 18 - днище; 19 - машинный фундамент; 20 - платформа; 21 - поперечная переборка ахтерпика; 22 - скуловая кница На судах с АЭУ по бортам и днищу выполняют специальную конструктивную защиту из ряда переборок и настилов, подкреплёнпых набором, которая должна обеспечивать целостность защитного ограждения при столкновении судов, даже если удар таранящего судна нанесён под прямым углом по центру реакторного отсека. Конструкция днища атомоходов имеет тройное дно высотой около 3 м, обеспечивая целостность защитного ограждения при посадке судна на каменную гряду серединой реакторного отсека перпендикулярно к перекрытию. Радиационная защита на атомоходах предполагает наличие четырёх защитных барьеров между ядерным реактором и окружающей средой. Защитное ограждение на бортах состоит из продольных и поперечных переборок, накрываемых сверху настилом палубы. Рис. 129. Бортовое перекрытие судна ледового плавания с промежуточными шпангоутами: 1 - днищевой вертикальный стрингер (киль); 2 - второе дно; 3 - продольная листовая балка; 4 - третье дно; 5 - бортовой стрингер; 6 - вторая палуба; 7 - твиндек; 8 - шпангоут; 9 - комингс грузового люка; 10 - поперечная переборка; 11 - флор Согласно требованиям английского Ллойда, расстояние между продольной переборкой и шпангоутами борта в реакторном помещении не должно быть менее 1, 52 м, такое же расстояние должно выдерживаться и от поперечной переборки до обшивки контейнера реактора. Протяжённость конструктивной защиты по борту в нос и корму за границы реакторного отсека должна составлять 1, 5В при использовании обычных систем набора бортовых перекрытий. Обоснованность этих рекомендаций была проверена отечественными исследованиями путём измерений рассеяния (поглощения) энергии удара в борт реакторного отсека другим судном. Доказано, что в случае прямого удара в борт атомного судна до 60‒ 70 % этой энергии поглощается бортовым перекрытием, которое деформируется на участке между поперечными переборками. При этом лучший результат при поглощении энергии удара дало бортовое перекрытие с продольной системой набора (рис. 127, б)с рамными шпангоутами, жёсткость которых удовлетворяет критической величине. Установлено, что если жёсткость шпангоутов превышает критические величины, то деформируется и разрушается только участок борта размером в одну рамную шпацию, и в этих условиях величина поглощаемой энергии будет минимальной. При максимальном поглощении энергии и докритической жёсткости шпангоутов бортовое перекрытие работает на участке между поперечными переборками, при этом поглощается максимальное количество энергии. Основными связями, поглощающими и рассеивающими энергию удара в борт, являются продольные переборки и платформы, расположенные в междубортном пространстве между продольной переборкой реакторного отсека и наружным бортом. После этого были сформулированы требования к защите бортов атомных судов конструкциями, способными максимально поглощать энергию удара при столкновении с другим судном. Затем нашими проектными организациями были разработаны методы расчёта бортовых конструкций, работающих в упругопластической зоне, и созданы конструкции (рис. 130), которые при больших деформациях остаются водонепроницаемыми. Эти конструкции разработаны и применены в отечественном атомном судостроении. Рис. 130. Конструкция бортового перекрытия атомохода «Ленин»: НП, СП, ВП, ШП - соответственно нижняя, средняя, верхняя и шлюпочная палубы Бортовые перекрытия ледоколов и судов ледового плавания (рис. 131) с дизельной и дизель-электрической установкой по прочности практически мало отличаются от судов с атомной установкой, за исключением отсутствия у первых защитных барьеров. В их конструкциях используют различные ледовые подкрепления в зависимости от мощности энергетической установки и толщины льда в предполагаемом районе плавания. Рис. 131. Конструкция бортового перекрытия дизель-электрического ледокола «Москва» Минимальной расчётной нагрузкой, действующей на каждый погонный метр борта ледовых судов при преодолении льда толщиной 1, 5 м, принята нагрузка до 45 т, которая может возрасти в несколько раз при большей толщине льда или сжатии судна. Поэтому наиболее рациональной системой набора для бортовых перекрытий этих судов является поперечная система с надёжной опорой концов шпангоутов на днищевые и палубные перекрытия, имеющие также мощный поперечный набор. Такая конструкция обеспечивает устойчивость днищевых и палубных перекрытий при поперечном сжатии корпуса льдами. Усиление набора ледокольных судов в носовой и кормовой оконечностях обеспечивается промежуточными шпангоутами, разносящими стрингерами и флорами, которые располагаются на высоте ледового пояса и простираются по всей длине судна при высоких ледовых классах. Это вызвано тем, что при форсировании льдов набегами и вынужденных отходах задним ходом нос и корма воспринимают максимальные ледовые нагрузки. Разносящие бортовые стрингеры устанавливают параллельно основным, если они по высоте не превышает высоты основных шпангоутов. Такие стрингеры служат опорой для концов промежуточных шпангоутов, что позволяет исключить концентрацию ледовых нагрузок в одних точках и разложить её равномерно на все шпангоуты. Бортовой набор танкера. В настоящее время танкерный флот строится в основном для вывоза нефти с северных морских приисков. По новым Правилам Российского морского регистра судоходства ледокольно-транспортные суда или суда активного ледового плавания имеют категорию ледовых усилений ЛУ7 и выше. Они способны самостоятельно плавать в осеннее-летний период навигации и под проводкой ледоколов в остальное время года. Это, как правило, суда с двойными бортами и ледокольной формой носовых обводов. Объём ледовых подкреплений у них достигает не менее 30 % от массы металлического корпуса. Система набора корпуса у них может быть различной, однако наибольшее применение получает бортовая конструкция с деформируемыми распорками между бортами (рис. 132) и между боковыми и центральными танками (рис. 133). Распорки широко используются на танкерах для увеличения прочности бортов и продольных переборок при действии поперечных нагрузок. Они используются и в форпике в виде холостых бимсов в целях создания дополнительных опор для шпангоутов, подвергающихся воздействию больших местных усилий при ходе в ледовом канале за ледоколом. Рис. 132. Конструкции бортового перекрытия танкера при поперечной системе набора: 1 - основной шпангоут; 2 - рамный шпангоут; 3 - стрингер; 4 - распорки В последние годы на танкерах широкое распространение получили бортовые перекрытия с продольной системой набора, с установкой рамных шпангоутов и бортовых стрингеров (рис. 134). Она используется на многих крупнотоннажных судах, имеющих меньшее расстояние между поперечными переборками, чем расстояние между палубой и днищем.
Рис. 133. Установка распорок в центральном (а) и боковых (б) танках арктического танкера Рис. 134. Двухкорпусный танкер с продольной системой набора: 1 - днищевой листовой стрингер; 2 - рамный шпангоут; 3 - бортовой стрингер; 4 - рамный бимс; 5 - продольная переборка На бортовые стрингеры приходится существенно меньшая нагрузка в результате установки рамных шпангоутов, которые более жёсткие, чем стрингеры, хотя и работают в более благоприятных условиях, чем при поперечной системе набора. Продольная система набора борта танкеров имеет горизонтальные рёбра жёсткости, которые опираются на рамные шпангоуты. Вместе с тем на танкерах также применяется и поперечная система набора борта, основой которой являются часто поставленные шпангоуты и редко пересекающие их бортовые стрингеры, которые, соединяясь с шельфами поперечных и продольных переборок, образуют горизонтальную раму, подкреплённую горизонтальными поперечными распорками. Для бортов танкеров, набранных по поперечной системе, характерны редко поставленные мощные стрингеры и опирающиеся на них часто поставленные шпангоуты. В зависимости от высоты борта количество стрингеров не превышает трёх, их изготавливают из листовой стали с пояском или отогнутым фланцем. При проходе через поперечные переборки стрингеры разрезаются и крепятся к ним с помощью книц. Шпангоуты пропускаются через прорези в стрингерах и жёстко крепятся к последним с помощью сварки или рёбер жёсткости.
|