Вопросы для повторения

1. Назовите назначение и функции наружной обшивки.

2. Какие нагрузки действуют на наружную обшивку?

1. Перечислите требования, предъявляемые к толщине листов наружной обшивки.

3. Назовите конструктивные элементы наружной обшивки и способы соединения ширстрека с палубным стрингером.

4. На каком чертеже разрабатывается конструкция наружной обшивки? В чем заключается особенность его выполнения?

Глава 8. Днищевые перекрытия § 32. Общая характеристика днища сухогрузных судов

Назначение, особенности днищевых перекрытий. Нижнюю часть корпуса судна называют днищем. Поперечными переборками по длине, а при установке продольных переборок и по ширине днище разбивается на ряд перекрытий. Днище служит платформой, несущей полностью или большую часть перевозимых на судне грузов, энергетическую установку, различное оборудование, топливо, балласт. При общем изгибе судна днище в качестве нижнего пояска эквивалентного бруса принимает участие в обеспечении общей прочности корпуса.

Особенностью работы днищевых перекрытий является одновременное восприятие поперечной нагрузки и знакопеременных усилий в плоскости днища от общего изгиба. Днищевые перекрытия в носовой части судна на длине 0,20—4),25 L в балластном переходе могут подвергаться большим ударным нагрузкам (слемингу). При плавании во льдах на днище и особенно на скулы корпуса, как и на борта судна, действует ледовая

Рис. 8.1. Одинарное дно. 1 – вертикальный киль; 2 – флор; 3 – днищевая обшивка; 4 – горизонтальный киль; 5 – днищевой стрингер; 6 – скуловой пояс

нагрузка, меняющаяся во времени по интенсивности и месту приложения. Днищевые перекрытия испытывают также нагрузки, обусловленные работой дизельных энергетических установок, кручением корпуса при ходе судна косым курсом на волнении, постановкой в док и другими факторами.

Перекрытие, состоящее из наружной обшивки и подкрепляющих ее балок, называют одинарным дном, часть которого показана на рис. 8.1.

Для образования топливных, масляных, балластных и других цистерн, а также защиты перевозимых грузов от забортной воды в случае повреждения днищевой обшивки в состав днища многих судов включают еще внутреннее (второе) дно. Перекрытие, состоящее из наружной днищевой обшивки, настила второго дна и расположенных между ними взаимосвязанных поперечных и продольных балок, называют двойным дном (рис. 8.2).

Правилами [17] предусмотрено устройство двойного дна в МО и в нос от него до переборки форпика на судах длиной от 50 до 61 м и на всем протяжении корпуса между переборками форпика и ахтерпика на судах длиной более 61 м. Со стороны бортов двойное дно ограничено наклонными листовыми балками — крайними междудонными листами (рис. 8.3) или скуловыми поясьями (см. рис. 8.2).

По ширине с целью повышения безопасности плавания двойное дно должно возможно больше перекрывать скулу особенно в носовой оконечности судна. Минимально допустимую ширину двойного дна на основе опыта эксплуатации определяют как расстояние между точками А левого и правого борта (см. рис. 8.3).

Рис. 8.2. Поперечное сечение корпуса сухогрузного судна с двойным дном

и поперечной системой набора днища. ОЛ — основная линия; а — шпация.

Рис. 8.3. Возможные положения крайнего междудонного листа (1): а – наклонное вниз; б – горизонтальное; в – ограничения в положении листа (1).

Между наклонным междудонным листом шириной не менее b = 0,0035L + 0,40 м и скуловым поясом образуется вдоль каждого борта углубление, называемое льялом, для сбора жидких остатков, попавших в трюмы, в МО. Глубину льяла принимают не менее половины высоты двойного дна, чтобы уменьшить вероятность попадания жидких остатков на второе дно при крене судна.

В последние годы чаще применяют горизонтальный междудонный лист, устанавливаемый в плоскости настила второго дна и по существу являющийся его частью. Это обусловлено увеличением высоты двойного дна, некоторыми технологическими

преимуществами при установке поперечных переборок и бортовых секций. Толщина горизонтального междудонного листа из-за повышенной коррозии больше толщины настила второго дна на 1 мм, а наклонного листа из-за сильной коррозии в льялах — на 2,5 мм.

Ввиду различия условий работы и требований, предъявляемых к днищевым перекрытиям в зависимости от района по длине судна, конструкция днища неоднородна. В фор- и ахтерпике, за редким исключением, днище одинарное с поперечной системой набора. Между форпиковой и ахтерпиковой переборками практически уже на судах длиной более 50 м предусматривается двойное дно. В носовом районе конструкцию днища упрочняют из-за возможности слеминга. В районе МО с целью исключения резонанса конструкции при работе главных двигателей также требуется подкрепление днища. Разнородность конструкции днища может быть обусловлена и специализацией судна. В частности, комбинированные суда, например нефтерудовозы, имеют двойное дно только в среднем трюме по ширине корпуса для руды, а в бортовых цистернах для нефти (в обратных рейсах) — одинарное дно (см. рис. 3.11 и 3.13). Суда для массовых грузов имеют плоское дно также только частично по ширине корпуса, а у бортов это дно граничит со скуловыми цистернами с наклонным настилом.

Если для днища принята поперечная система набора в средней части корпуса, то она, естественно, сохраняется и в оконечностях судна с учетом необходимости уменьшения шпаций и установки дополнительных подкреплений. Если в средней части на длине 0,4L система набора продольная, то в оконечностях она постепенно переходит в поперечную.

Основными органическими недостатками конструкции с поперечной системой набора, как уже указывалось, являются низкие эйлеровы напряжения и снижение эффективности обшивки при сжатии из-за ее деформации (поперечной погиби), вызываемой усадкой поперечных сварных швов (рис. 8.4). Поэтому Правила Регистра СССР ограничивают применение поперечной системы набора для днища и ВП, допуская ее на судах длиной не более 100—120 м. Однако конструкция с продольной системой набора значительно более сложная и, следовательно, более дорогая в изготовлении. Пересечение и соединение продольных балок

Рис. 8.4. Деформация днищевой обшивки из-за усадки сварных швов: а — при поперечной системе набора; б — при продольной системе набора.

1 — вертикальный киль; 2 — флор; 3 — днищевая обшивка; 4 — продольная балка.

с поперечными связями, особенно разрезных балок с поперечными переборками, часто снижают надежность конструкции узлов при работе этих балок на растяжение — сжатие.

Габаритные размеры перекрытий. Днищевые перекрытия в средней части по длине судна имеют в плане прямоугольную, а в оконечностях трапециевидную или близкую к ней форму. Для выбора системы набора и конструкции, определения размеров поперечного сечения и положения днищевых балок, проверки местной прочности кроме расчетных нагрузок необходимо знать габаритные размеры перекрытий.

Габаритные размеры днищевых перекрытий определяются размерами грузовых и иных помещений, которые зависят от назначения судна, его архитектурно-конструктивного типа и района по длине корпуса, от категории и вида перевозимых грузов. На судах без продольных переборок ширину днищевого перекрытия обычно считают равной ширине корпуса в рассматриваемом сечении. В расчетах местной прочности днища сухогрузных судов за ширину перекрытия В₁ по предложению проф. В. В. Козля-кова можно принимать расстояние между серединами скуловых книц, что составляет примерно 0,92 ширины корпуса в данном сечении. На судах с двойными бортами расчетная ширина днищевого перекрытия принимается равной расстоянию между внутренними бортами. При наличии продольных переборок, например на рудовозах, комбинированных судах, расчетной шириной днищевых перекрытий является расстояние между этими переборками.

Длина днищевых перекрытий определяется расстоянием между смежными поперечными переборками, требования к размещению которых приведены в гл. 11. По данным статистики, около 70 % отечественных головных сухогрузных судов имеют длину трюмов 15—22 м. На многих новых судах предусматривается возможность перевозки контейнеров. Поэтому доля удлиненных трюмов (20—22 м), а следовательно, и днищевых перекрытий возрастает. В любом случае длина перекрытий должна быть кратна целому числу практических шпаций поперечного набора.

Расчетная нагрузка на днище. Размеры днищевых балок и настила второго дна определяют с учетом нагрузок, обусловленных воздействием внешней среды (моря), перевозимых грузов и работой механизмов, а также с учетом испытательного и предполагаемого аварийного давления. Для судов, плавающих во льдах, размеры элементов конструкций (обшивки, балок набора) днищевых перекрытий в пределах ледового пояса проверяют на действие расчетной ледовой нагрузки.

Расчетные поперечные нагрузки предполагаются равномерно распределенными по площади перекрытия. Дополнительные нагрузки на днищевые перекрытия, в частности от удара волн, давления льда, являются локальными и рассматриваются отдельно в соответствующих главах.

Внешние нагрузки на корпус судна со стороны моря, как уже отмечалось в главе 7, определяются суммой статического и волнового давления воды [см. формулу (7.5)]. Ординату точки приложения внешней статической нагрузки для днища в центре перекрытия в плане принимают равной расчетной осадке судна.

Волновые нагрузки на конструкции корпуса, обусловленные перемещениями и ускорениями судна при качке на волнении, определяют по формуле (7.2).

Давление на днище от перевозимого груза зависит от рода и вида груза, сил инерции при ходе судна на волнении, от усилий с расположенных выше конструкций палуб. Его определяют (в кПа) по формуле

(8.1)

где h_г — наибольшая высота укладки груза в трюме, м; k_г  1,0 — коэффициент учета палубной нагрузки, передаваемой на днище; a_z — расчетные ускорения (в м/с²) для вычисления сил инерции при качке судна, определяемые по специальным формулам в Правилах Регистра СССР.

Расчетное давление на днище принимают (в кПа) равным большему по абсолютному значению давлению при условном положении судна на вершине и подошве волны

	(8.2)
	(8.3)

Собственная масса днища при расчете статической составляющей поперечной нагрузки не учитывается ввиду ее относительной малости.

При перевозке легких грузов (p_rmin) их противодавление меньше внешнего давления при положении судна на вершине волны. Поэтому в таких случаях расчетная нагрузка на днище определяется по формуле (8.2) и направлена снизу вверх. При перевозке тяжелых грузов (p_{г max}) их противодавление может превысить внешнее давление со стороны моря при положении судна на подошве волны. В этом случае расчетное давление на днище определяется по формуле (8.3) и направлено сверху вниз. Чтобы исключить ошибку в определении расчетной нагрузки, ее следует вычислить для заданного количества и плотности груза в трюме при положении судна как на вершине, так и на подошве волны и принять большую по абсолютному значению.

Расчетное давление на второе дно, водонепроницаемые флор и днищевой стрингер принимают не менее чем давление, соответствующее испытательному напору до верха воздушной трубы.

Местная прочность двойного дна. Днищевые перекрытия при расчете прочности рассматривают как балочные системы, состоящие из балок двух взаимно перпендикулярных направлений с определенными граничными условиями. Изгибающие моменты (в кНм) и перерезывающие силы (в кН) в вертикальном киле, днищевых стрингерах и флорах в зависимости от отношения сторон перекрытия k₁ = L₁/B₁ определяют по формулам

	(8.4)
	(8.5)

где p — расчетная нагрузка, определяемая по формуле (8.2) или (8.3), кПа; L₁ — длина рассматриваемой балки, м; b₁ — среднее расстояние между балками одного направления, смежными с рассматриваемой, м; m = ak₁² + bk₁ + с и n₀ — a₀k₁² + b₀k₁ + c₀ — безразмерные значения изгибающего момента и перерезывающей силы соответственно; а, b, с, а₀, b₀, с₀ — аппроксимирующие коэффициенты в таблицах Правил Регистра СССР. Коэффициенты m₁ и п₁ учитывают отстояние рассматриваемого сечения балки от ее середины, а m₂ и п₂ — отстояние балки от середины перекрытия.

Требуемые моменты сопротивления (в см³) и площади поперечного сечения стенки (в см²) рассматриваемой балки определяют из условия прочности при изгибе и срезе соответственно по формулам

	(8.6)
	(8.7)

где _д = k__н; _д = k__н — допускаемые нормальные и касательные напряжения, МПа. Для опорных сечений балок m₁ = 1 и п₁ = 1. Для средних в перекрытии днища балок, т. е. для вертикального киля и среднего флора, m₂= 1 и n₂ = 1.

Высоту вертикального киля (в м) из условия изгиба однородного по конструкции днищевого перекрытия в Правилах Регистра СССР определяют по формуле

(8.8)

где k_m = 1,0 на сухогрузных и наливных судах и k_m = 0,8 на судах для массовых грузов; m = M_к/pL₁²b₁ — коэффициент, зависящий от соотношения сторон днищевого перекрытия; p — расчетное давление, определяемое по формуле (8.2) или (8.3); s_дн— средняя толщина днищевой обшивки между вертикальным килем и ближайшим днищевым стрингером, мм.

Высоту вертикального киля не следует принимать меньше минимально допустимой по эксплуатационным требованиям h_min = 0,006L + 0,35  0,65 м. Используя формулу (8.7), найдем площадь поперечного сечения стенки вертикального киля (в см²) до износа

(8.9)

и толщину его стенки (в мм) s_вк – 0,1f_к/h_к. Аналогично из условия прочности на срез определяют толщину днищевых стрингеров и сплошных флоров.

Толщину вертикального и стенок туннельного киля (в мм) принимают в любом случае не менее s_min = 0,035L + 6,5, а толщину флоров и днищевых стрингеров — не менее s_min = 0,35L + 6,0 при продольной системе набора и на 1 мм меньше при поперечной.

Полученные толщины вертикального киля и днищевых стрингеров проверяют на устойчивость при действии нормальных (от общего изгиба) и касательных (от изгиба днища) напряжений. Стенку сплошных флоров в районе опор проверяют на устойчивость при действии касательных напряжений, вызванных перерезывающей силой.