Глава 9. Бортовые перекрытия 190

§ 36. Борт сухогрузных судов 190

Общие положения. Боковые стенки корпуса на всей длине любого судна называются бортами. Левый и правый борта судна соединяются на специальных концевых балках — штевнях. Борта судна, по высоте протянувшиеся от крайнего междудонного листа до ВП — важные структурные части корпуса судна. Вместе с днищем они обеспечивают его непроницаемость, форму и общую жесткость. Форма поверхности бортов по длине и высоте корпуса изменяется от плоской в середине до сложной криволинейной в оконечностях, образуя необходимые для мореходности плавные обтекаемые обводы судна. Построение теоретического чертежа позволяет наглядно представить форму бортовой поверхности. В средней части морские суда на длине до 40 %, а иногда и больше, имеют цилиндрическую вставку с одинаковым поперечным сечением на ее длине. Борта транспортных судов в этом районе обычно плоские вертикальные. На судах открытого типа с большими палубными вырезами плоские борта могут быть наклонными (с развалом). 190

Борта судна разбивают на перекрытия по длине — поперечными переборками, а по высоте — палубами и платформами. Размеры бортовых перекрытий по длине равны днищевым, а по высоте определяются высотой трюмов и твиндеков (табл. 9.1). Некоторые суда имеют высоту трюма до 7,0—7,5 м. 191

Таблица 9.1. Высота трюмов и твиндеков сухогрузных судов (в м) 191

Судно 191

Трюм 191

Твиндек 191

Для генерального груза 191

4-6,0 191

2,5-4,0 191

Универсальное 191

3,2-6,0 191

3,0-4,5 191

С горизонтальной грузообработкой 191

3,5-6,0 191

3,5-6,0 191

Рефрижераторное 191

2,8-3,5 191

2,3-2,8 191

Сухогрузные суда традиционных типов имеют одинарные, а некоторые лесовозы, лесовозы-пакетовозы и специализированные суда — двойные бортовые перекрытия (см. рис. 3.5 и 3.9). Внутренние борта образуют ящичную форму грузовых помещений, удобную для размещения грузов, и помогают в обеспечении необходимой жесткости корпуса на судах с большими палубными вырезами. Междубортное пространство создает дополнительный запас плавучести. Его также используют для размещения необходимых цистерн. 191

Бортовые перекрытия состоят из бортовой наружной обшивки и подкрепляющих ее балок. Балки, расположенные в вертикальных поперечных плоскостях, называют шпангоутами, а размещенные в горизонтальных плоскостях или по нормали к обшивке борта — бортовыми продольными балками и бортовыми стрингерами в зависимости от их назначения. 191

Расчетные нагрузки. Бортовые перекрытия постоянно подвергаются непосредственному воздействию внешней среды (моря), а также усилиям при общем изгибе судна, выполняя роль стенки эквивалентного бруса. Суда, плавающие во льдах, воспринимают значительные дополнительные (ледовые) нагрузки, а швартующиеся в море — большие локальные силы в зоне контакта с бортом другого судна. В носовой части скоростных судов значительные нагрузки возникают от ударов волн в развал бортов. Борта судна, будучи вместе с переборками основными опорными конструкциями для палуб, воспринимают также большую часть палубной нагрузки. 191

Внешняя нагрузка на конструкции борта со стороны моря равна сумме гидростатического и волнового давления [см. формулу (7.5)]. 192

Системы набора и шпации. Отношение сторон опорного контура бортовых перекрытий в трюмах обычно равно l/h_тр = = 34, а в твиндеках — l/h_тв = 56, т. е. перекрытия вытянуты вдоль судна. Основная нагрузка действует по нормали к поверхности бортовой обшивки. Известно, что в перекрытиях, работающих на изгиб, по соображениям экономии массы конструкции балки набора целесообразно устанавливать параллельно 192

192

Рис. 9.1. Продольная система набор борта в верхнем твиндеке. 192

У крупнотоннажных спе-циализированных судов, имеющих прогиб на тихой воде (обычно у судов с МКО в корме), наибольшие сжима-ющие напряжения действуют в верхних связях эквивалентного бруса. Для обеспечения устойчивости связей ВП и бортовой обшивки в районе верхнего твиндека таких судов применяют продольную систему набора (рис. 9.1). Ниже верхнего твиндека сжимающие напряжения от общего изгиба существенно меньше, и поэтому борт имеет поперечную систему набора, как на обычных судах. 192

В оконечностях судна на длине примерно 0,20L от соответствующего перпендикуляра, включая район МО, расположенного в корме, бортовые перекрытия сухогрузных судов обычно подкрепляют по поперечной системе набора. В условиях быстро меняющейся формы обводов и шпангоутов в оконечностях конструкция борта с поперечной системой более технологична. 192

Шпангоуты устанавливают в плоскости флоров. При продольной системе набора днища в плоскости шпангоутов, не совпадающих с флорами, размещают скуловые кницы, а внутри двойного дна — скуловые бракеты (см. рис. 8.19). Таким образом, шпангоуты являются частью поперечных замкнутых или незамкнутых шпангоутных рам. Форма шпангоутных рам придает судну необходимые обводы, а прочность и жесткость поперечных балок, составляющих рамы, обеспечивает местную прочность соответствующих перекрытий и вместе с поперечными переборками — поперечную прочность корпуса. 193

Расстояние между плоскостями, в которых установлены смежные балки основного набора, называют конструктивной {практической) шпацией. В пределах цилиндрической вставки для шпангоутов и в пределах вертикальных бортов для горизонтальных балок расстояние между соответствующими балками, измеренное по наружной обшивке, совпадает с размером практической шпации. В районе криволинейной поверхности борта фактическое расстояние между смежными балками, измеренное по наружной обшивке, оказывается больше конструктивной шпации. Если в Правилах Регистра СССР для конкретных балок не указано, что принимать за расчетную шпацию, то при расчете момента сопротивления используется практическая шпация, значение которой в конструкции должно соответствовать отраслевому стандарту. 193

Размеры бортовых балок. В составе корпуса судна под действием нагрузок шпангоутные рамы работают как единая взаимосвязанная конструкция. В практических расчетах, учитывая принятые допущения, некоторую неопределенность в значение и распределении расчетных нагрузок на звенья шпангоутных рам, шпангоуты часто рассматривают как изолированные балки с предполагаемыми граничными условиями. Такой подход оправдывается и тем, что за расчетный для них, как правило, принимают изгибающий момент, действующий в пролете, который мало зависит от опорных моментов, меньше их по абсолютному значению и поэтому способствует снижению металлоемкости балок бортового набора. 193

Кницы у концов шпангоутов увеличивают расчетное сечение в районе опор и в результате, несмотря на большие опорные изгибающие моменты, нормальные напряжения не превышают допускаемых в пролете. Кничные соединения шпангоутов с палубными балками вверху и днищевыми внизу воспринимают перерезывающие силы и обеспечивают необходимую жесткость шпангоутных рам. 193

Момент сопротивления шпангоутов с присоединенным пояском при поперечной системе набора борта находят (в см³) по формуле (8.10), в которой р — интенсивность расчетной нагрузки для соответствующего шпангоута (в трюме, в твиндеке) , определяемая посередине его длины согласно формуле (7.5), кПа; т = 14,5; 16 и 17,5 — соответственно для шпангоутов в трюме одно-, двух- и трехпалубных судов; k_= 1,0 и 0,6 соответственно для трюмных и твиндечных шпангоутов многопалубных судов. 193

194

Рис. 9.2. Поперечное сечение корпуса судна по консольной шпангоутной раме. 194

При продольной системе набора размеры горизонтальных бортовых балок, опирающихся на рамные шпангоуты, рассчитывают из условия действия опорных изгибающих моментов, и поэтому для них в формуле (8.10) принимают коэффициент момента т = 12, a k_ = 0,45-0,55 в зависимости от расположения балок по высоте борта. Если угол между стенкой балкр и нормалью к обшивке  > 15°, момент сопротивления, полученный по формуле (8.10), умножают на коэффициент 1/cos. 195

Дополнительно принимают конструктивные меры, предотвращающие заваливание балки при ее косом изгибе. 195

195

Рис. 9.3. Скуловое соединение шпангоута с флором. 195

Конструкция борта. По перечная система набора бортовых перекрытий конструктивно реализуется в виде системы обыкновенных шпангоутов, системы рамных шпангоутов и системы распорных («трюмных») бимсов. 195

Система обыкновенных шпангоутов предусматривает подкрепление бортовой обшивки одинаковыми балками и применяется в районе трюмов сухогрузных судов без ледовых усилений. В плоскости концевых бимсов, а также посередине длинных грузовых люков необходимы усиленные (рамные) шпангоуты. В последнем случае рамные шпангоуты входят в состав сдвоенных (иногда строенных) консольных рам, поддерживающих продольные комингсы грузовых люков (рис. 9.2, сеч. В —В). 195

Систему рамных шпангоутов применяют для подкрепления борта в районе МО и ледовых усилений (см. § 38). Система с «трюмными» бимсами, когда-то применявшаяся в районе трюмов и загромождавшая их опорными для шпангоутов «холостыми» бимсами, в послевоенные годы сохранилась только в районе пиков судна. 195

Нижние концы шпангоутов соединяют с днищевыми балками через горизонтальный или наклонный междудонный лист при помощи скуловых книц. Высоту скуловой кницы над настилом второго дна принимают не менее 0,1 высоты трюма (рис. 9.3). В любом случае верхняя кромка скуловой кницы должна достигнуть или перекрыть сечение шпангоута, в котором изгибающий момент по абсолютному значению становится равным моменту в пролете. При горизонтальном междудонном листе момент сопротивления опорного сечения скуловой кницы с присоединенным пояском наружной обшивки и с учетом сварных швов (см. сеч. А—А на рис. 9.3) требуется в 2,5 раза больше, чем в пролете шпангоута. Этим требованием определяют минимальный размер горизонтальной кромки скуловой кницы. 195

Шпангоуты из несимметричного катаного профиля соединяют со скуловой кницей, внакрой или в ее плоскости («в замок»), подобно соединению балок бракетного флора с браке-тами в двойном дне (см. рис. 8.13). Шпангоуты симметричного профиля соединяют со скуловой кницей 196

196

196

Рис. 9.4. Соединение скуловой кницы с наклонным междудонным листом ( == 50°). 196

Рис. 9.5. Соединение фестонного листа (1) настила второго дна с пояском скуловой кницы (2). 196

встык со сдвигом стыковых соединений стенки и пояска на расстояние не менее 150 мм. 196

Верхние концы трюмных и твиндечных шпангоутов соединяют с расположенными в их плоскости бимсами при помощи обычно равнобоких книц. Более приемлемы бимсовые соединения балок с одним или двумя допустимыми (до 25—40 мм) технологическими зазорами и с приставными кницами (рис. 9.6). Однако в районах интенсивной вибрации, ледовых усилений, локальных нагрузок и на судах, швартующихся в море, технологические зазоры не допускаются. 196

Накройные кничные соединения, несмотря на кажущуюся простоту конструкции, затруднительно качественно выполнить при сборке секций из-за близкого расположения к настилу палубы и к бортовой обшивке соответствующей кромки кницы. Поэтому работоспособность таких узлов ниже, чем с приставными кницами. 196

В случае продольной системы набора палубы шпангоуты, расположенные между рамными бимсами, доводят до настила палубы и 197

197

Рис. 9.6. Бимсовые соединения шпангоутов. 197

кницей соединяют с ближайшей продольной балкой (рис. 9.7). Более рациональны варианты а и в, особенно если крайняя палубная продольная балка принадлежит бортовой секции. Применяемые иногда в этих узлах накройные кницы (вариант б) не обеспечивают каких-либо преимуществ [6]. Вариант г имеет «жесткую» точку и допускается лишь при толщине настила палубы не менее 20 мм и при отсутствии подпа-лубной цистерны. Кницы соединяют с палубной продольной балкой кольцевым швом на ее стенке вне свободного пояска балки. 197

197

Рис. 9.7. Соединения (а—г) не совпадающих с бимсами шпангоутов с палубой при продольной системе ее набора. 197

В конструкции соединения трюмного и твиндечного шпангоутов на нижней палубе раньше обеспечивали непроницаемость настила. В частности, при закрытии грузовых люков деревянными лючинами и брезентом настил нижних палуб предусматривался непроницаемым. Поэтому шпангоуты на нижних палубах, как правило, разрезали и присоединяли к палубному перекрытию кницами (рис. 9.8, а и е). Если же шпангоуты перепускали через соответствующие вырезы в настиле палубы, то эти вырезы заделывали непроницаемо. 197

198

Рис. 9.8. Соединения (а—е) шпангоутов с промежуточной палубой. 198

С введением закрытия грузовых люков металлическими крышками отпала необходимость в непроницаемой заделке отверстий в палубах ниже палубы надводного борта, если они не перекрывают цистерны. Это обстоятельство упростило конструкцию соединения шпангоутов с нижними палубами и платформами. Трюмный и нижний твиндечный шпангоуты при существенной разности в размерах сечения могут соединяться непосредственно между собой ниже или выше палубы (рис. 9.8,6 и г). Возможен вариант соединения твиндечных шпангоутов с промежуточной палубой при помощи переходной вставки (рис. 9.8, в). Если опорные кницы отсутствуют, размер сечения шпангоутов в твиндеке увеличивают, так как определяющими становятся опорный изгибающий момент или перерезывающая сила (рис. 9.8, д). В такой конструкции необходим полный провар соединения шпангоута с настилом палубы. 198

В соединении рамных шпангоутов и рамных бимсов (полубимсов) технологические зазоры не допускаются. Кницы могут быть приставными или вварными (рис. 9.9). Размеры катетов приставных книц должны быть не менее чем высота стенки меньшей из соединяемых балок. Рамные балки рекомендуется соединять со скруглением свободной кромки. В местах окончания книц стенки рамных балок подкрепляют ребрами, а спаренные консольные рамы — бракетами. 198

199

Рис. 9.9. Бимсовые соединения рамных балок: а и б — с помощью приставных книц; в и г — с помощью вварных книц. 199

199

Рис. 9.10. Уменьшение концентрации напряжений скруглением свободной кромки кницы: а — в районе ее концов; б — по всей длине кницы, r₁ =0,35c; r₂==1,5c. 199

Минимальный размер катета кницы определяют (в см) из условия ее рав-нопрочности с бимсом по формуле 200

200

Рис. 9.11. Бескничные соединения шпангоута с бимсом. 200

(9.1) 200

где п — коэффициент по Правилам [17] в зависимости от вида кничного соединения; W — момент сопротивления бимса, см³; s — толщина кницы, мм. При отгибе по свободной кромке фланца размер катетов кницы можно уменьшить на 15 %. 200

Кроме прочности необходимо обеспечить устойчивость кницы отгибом фланца или приваркой пояска, что непременно требуется у книц с катетом более 45s. 200

Для качественной приварки книц к балкам по ее концам необходимы притупления (срезы острых углов), равные 10—20 мм. Уменьшить концентрацию напряжений в кничном соединении можно скруглением свободной кромки кницы по всей ее длине или только в районе концов (рис. 9.10) при условии увеличения размера катета, полученного по формуле (9.1). 200

В некоторых конструктивных узлах (в рефрижераторных помещениях, в надстройках и др.) применяют бескничные соединения балок (рис. 9.11). Установка диагонального ребра повышает дееспособность бескничного соединения, однако их несущая способность и жесткость значительно ниже, чем у книч-ных соединений таких же балок. 200