5.2 Проверка прочности холостого шпангоута наружного борта

Расчёт призводим для балки (полособульб №20б). Расчётное давление со стороны моря определяем для судна в балласте.

Давление для точки нижней опоры шпангоута (на уровне двойного дна):

, кПа

где Рст’ ,кПа – расчётное гидростатическое давление,

d = 3,0 м – расчётная осадка;

= 0,8 м – отстояние двойного дна от ОП;

кПа.

, кПа- расчётное давление ниже уровня расчётной ватерлинии;

где Рво = 25,6 кПа;

L = 110,8 м – длина судна;

кПа

кПа.

Давление на уровне платформы:

, кПа

где =3,4 м –отстояние точки приложения нагрузки от ОП;

Волновое давление на уровне бортового стрингера:

кПа.

где =5,45 м –отстояние бортового стрингера от ОП;

В любом случае расчётное давление выше расчётной ватерлинии не должно приниматься меньше, чем:

кПа.

Принимаем =6,83 кПа.

Полученное распределение давления по длине шпангоута показано на рисунке 5.3.

Решение для этой балки находим методом угловых перемещений. Для этого разобьём нагрузку этой балки на два случая, показанных на рисунке 5.4.

Рисунок 5.4- Расчётные схемы

В результате расчётов в первом случае было получено:

кНм; кНм; кНм ; кНм

-105,94 кН; -144,5 кН; -51,43 кН.

В результате расчётов во втором случае было получено:

кНм; кНм; кНм ; кНм.

-83,7 кН; 5,27 кН; 31,28 кН.

И тоговое значение моментов и перерезывающих сил, эпюры моментов и перерезывающих сил показаны на рисунке 5.5.

Рисунок 5.5-Эпюра моментов и перерезывающих сил

Максимальный (расчётный) момент равен:

M_max = 67,58 кНм ,

Расчётные нормальные напряжения определяем по формуле:

, МПа;

где W, см³- момент сопротивления балки:

, см³

, см³ – момент сопротивления нового профиля с присоединённым пояском;

I_но – момент инерции балки с присоединённым пояском относительно собственной нейтральной оси, см⁴;

Z – отстояние от нейтральной оси до наиболее удаленной точки поперечного сечения балки, см.

Толщину присоединённого пояска принимаем равной толщине бортовой обшивки t = 0,01 м;

Ширину принимаем равной:

м

Расчётная схема для определения Iно и Z приведена на рисунке 5.6.

Рисунок 5.5

На рисунке:

9. h=20 см-высота профиля;

10. S₁ =31,36 см²- площадь профиля;

11. y₁= 12,06 см –расстояние до центра тяжести профиля;

12. Z₁ = h- y₁ = 20-12,06=7,94 см –отстояние центра тяжести балки от оси сравнения;

13. I₁ = 1265 см⁴- момент инерции профиля;

14. Z₂ = 20,5 см – отстояние центра тяжести обшивки от оси сравнения;

15. S₂ =60 см²- площадь присоединённого пояска;

16. I₂ = см⁴-момент инерции присоединённого пояска.

Найдём положения центра тяжести площади сечения балки с присоединённым пояском:

, см

см.

Момент инерции поперечного сечения балки:

см⁴;

см⁴.

Принимаем Z=Z_но = 14,08 см .

см³;

Киз=f(DS,W₀)– коэффициент износа, определяем по рисунку 2.2-1 [1],

DS ,мм–уменьшение толщины связи за 12 лет;

0,2 мм/год-среднегодовое уменьшение толщины связи;

мм.

Тогда Киз=0,9.

см³;

МПа.

Допускаемые напряжения определим по формуле:

, МПа

где К_s =1- для рамных шпангоутах на сухогрузных судах;

МПа.

s_max = 300,3 МПа < s_д = 305,6 МПа – расчётные напряжения меньше допускаемых, т.е. прочность шпангоута обеспечивается.

Касательные напряжения в шпангоуте определим по формуле:

где =3512,7 кН- расчётная перерезывающая сила;

S=299 -статический момент верхней части шпангоута относительно нейтральной оси;

;

=0,012 м-толщина профиля.

Допускаемые касательные напряжения равны: .

-прочность шпангоута по касательным напряжениям обеспечена.