Вопросы для повторения

1. Какие нагрузки действуют на бортовые перекрытия судна?

2. Варианты и особенности конструкции борта с поперечной системой набора на сухогрузных судах.

3. Требования, определяющие размеры обыкновенных шпангоутов.

4. На каких судах применяют продольную систему набора борта? Особенности ее конструкции.

5. Требования к конструкции соединения шпангоутов с днищем.

6. Как соединяются шпангоуты с балками набора верхней и промежуточных палуб?

7. Какими требованиями определяются размеры балок основного и рамного набора борта танкеров?

8. Чем вызвана установка на больших танкерах двойных бортов? Особенности их конструкции.

9. Какие дополнительные подкрепления бортов требуются на судах ледовых категорий?

10. Особенности конструкции бортовых перекрытий специализированных судов.

Глава 10. Палубные перекрытия и платформы § 40. Палубы сухогрузных судов

Назначение и конструктивные особенности палуб. Палубы — это горизонтальные перекрытия корпуса, идущие по всей длине и ширине судна. Горизонтальные перекрытия, расположенные на части длины или ширины судна, называются платформами. В зависимости от размеров и назначения судна корпус по высоте может иметь одну или несколько палуб и платформ. Наиболее высоко расположенная, непрерывная по всей длине судна палуба называется верхней, а палубы, размещенные ниже верхней, именуются нижними (вторая, третья и другие палубы, считая от ВП).

Надстройки и рубки также имеют палубы, разделяющие эти конструкции по высоте на ярусы, а именно: палуба надстройки 1-го яруса, палуба надстройки 2-го яруса и т. д., считая вверх от ВП. При расположении рубки на палубе надстройки принята сквозная нумерация палуб.

Расчетной называется палуба, представляющая верхний пояс эквивалентного бруса. Ею может быть или ВП, или палуба длинной средней надстройки.

Палубой надводного борта считается непроницаемая палуба, от которой вниз до ГВЛ измеряется надводный борт. Палубой надводного борта обычно является ВП, но может быть и вторая палуба, если вниз от нее до ГВЛ обеспечиваются минимально допустимая высота надводного борта и запас плавучести.

Непроницаемая палуба, до которой доведены главные поперечные водонепроницаемые переборки деления корпуса судна на отсеки, называется палубой переборок. Палуба переборок не может быть расположена ниже палубы надводного борта. Палубные перекрытия выполняют следующие функции. Во-первых, ВП, вторая палуба, если она является палубой надводного борта, палубы надстроек обеспечивают непроницаемость корпуса и надстроек. Все отверстия этих палуб, не имеющие постоянных закрытий или специальных ограждений, перед выходом судна в море закрывают герметично.

Во-вторых, палубы служат для размещения и разделения по высоте перевозимых (генеральных) грузов и колесной техники, чтобы обеспечить их сохранность при укладке, а также партионность при доставке в разные порты назначения. Число палуб на судне зависит главным образом от категории перевозимых грузов, размеров и прочности упаковки грузовых мест. Суда, перевозящие лесные и массовые грузы, не имеют нижних палуб (НП), так как нет необходимости в разделении этих грузов по высоте. На ВП всех судов размещают надстройки, рубки, грузовые, спасательные и другие устройства, различные палубные механизмы. На ВП некоторых судов (лесовозы, контейнеровозы) перевозят часть грузов.

В-третьих, ВП или палуба длинной средней надстройки является верхним пояском эквивалентного бруса, обеспечивая с другими продольными связями общую продольную прочность и жесткость корпуса судна. Наконец, палубные перекрытия служат опорными конструкциями для бортов, переборок, которые в свою очередь служат опорами для палуб.

Палубные перекрытия имеют ряд конструктивных особенностей. ВП судов прежней постройки делались с криволинейной погибью и седловатостью. Погибь палубы необходима для ее осушения от забортной воды и осадков. Наибольшая погибь любого поперечного сечения палубы находится в ДП и принимается равной 2 % от ширины корпуса в рассматриваемом сечении. Седловатость палубы, т. е. постепенный подъем ее от миделя к оконечностям, улучшает мореходные качества судна: повышается запас плавучести, увеличивается развал носовых шпангоутов и судно легче всходит на волну, уменьшается зали-ваемость. Седловатость носовой надстройки увеличивает также площадь ее палубы.

Однако при криволинейной форме поверхности ВП возрастают трудоемкость и стоимость изготовления секций, затрудняется использование механизированных способов производства. Поэтому в последние годы криволинейная поверхность палубы, в частности по ширине судна, заменяется тремя плоскостями, из которых средняя горизонтальная на ширине грузовых люков приподнята, а две боковые расположены наклонно к соответствующему борту. На некоторых судах для удобства размещения грузов на ВП погибь отсутствует. Аналогично параболическую поверхность седловатости заменяют ломаной, состоящей из трех прямолинейных плоских участков. Крайние участки имеют соответствующий подъем в оконечностях судна. Ряд транспортных судов с избыточным надводным бортом (наливные, контейнеровозы и др.) совсем не имеют седловатости ВП. Всегда НП проектируют без погиби, а часто и без седловатости, чтобы не затруднять укладку тарно-штучных грузов. Погибь бимсов увеличивает также изгибающие моменты от действия сжимающих осевых сил и соответственно размеры сечения бимсов.

Палубы сухогрузных судов с вертикальной грузообработкой имеют грузовые люки — большие вырезы. По длине судна они чаще всего расположены в один ряд, посередине его ширины. Это центральные грузовые люки, ширина которых на судах достигает 0,5—0,6В и даже больше.

При ширине грузовых люков более 12 м из-за деформации их ограждений (комингсов) на волнении часто нарушается непроницаемость люковых закрытий. Кроме того, масса самих закрытий при большой ширине люков становится излишней. Поэтому на ряде судов длиной более 145—150 м в палубах сделаны парные люки, расположенные в районе трюмов, кроме первого (носового), параллельно один другому и симметрично ДП. Имеются суда и с тройными люками. Ширина каждого из парных люков чаще всего 7,0—8,0 м, что позволяет обеспечить надежность закрытий и эффективное проведение грузовых операций без горизонтальных перемещений груза в трюмах.

Длина грузовых люков универсальных сухогрузных судов достигает 14—18 м. Суда для насыпных грузов могут иметь грузовые люки практически на всей длине трюмов. Размеры грузовых люков на судах открытого типа принимают такими, чтобы подпалубные карманы, т. е. расстояние по длине от выреза до поперечной переборки не превышало 2,0—2,4 м, а по ширине до борта (наружного или внутреннего, если он установлен) составляло не более 1,2 м.

Размеры грузовых люков характеризуют приспособленность судна к ускорению грузовых работ в порту, стоимость которых достигает половины и даже более от эксплуатационных затрат. Увеличение размеров грузовых люков по эксплуатационным соображениям противоречит требованиям надежности конструкции корпуса, в частности, требованиям общей прочности и безопасности плавания. Обеспечение же общей прочности и жесткости корпуса на судах открытого типа усложняет конструкцию палуб, да и корпуса в целом. Дополнительные требования к прочности и конструкции ВП предъявляются к судам для перевозки больших палубных грузов, например к лесовозам. Палубные перекрытия, в которых предусмотрены грузовые люки, в условиях растяжения при общем изгибе судна становятся прерывистыми связями с высокой концентрацией напряжений в районе углов этих люков.

Постройка судов с горизонтальной грузообработкой вместо традиционной вертикальной или в сочетании с нею привела к сокращению времени и затрат на грузовые работы. К конструктивным особенностям судов этого типа относится устройство прочных палуб для приема тяжелых колесных транспортных средств при отсутствии или ограниченном числе поперечных переборок в грузовой части судна.

Расчетные нагрузки. Открытые участки ВП испытывают нагрузку от вкатывающейся на нее во время шторма забортной воды. При проектировании ВП эту нагрузку условно считают равномерно распределеленной и имеющей интенсивность, определяемую (в кПа) по формуле (7.3), где k_w — 1,0 для настила и основного набора и k_w — 0,75 для расчета рамных балок; расчетное гидродинамическое давление для открытых ВП p_{w min}  5 кПа.

При перевозке на ВП штучных грузов расчетное давление по Правилам Регистра СССР определяют с учетом сил инерции, высоты укладки и расчетной удельной погрузочной массы груза. Для леса и кокса расчетную высоту принимают равной 0,7 от фактической высоты укладки этих грузов на ВП, но не менее вычисленной по формуле (7.3).

Нагрузку нижних грузовых палуб определяют так же, как при перевозке грузов на ВП. В любом случае расчетную нагрузку палуб, предназначенных для перевозки грузов, принимают не менее 20 кПа. В районе жилых и служебных помещений, размещенных на ВП, НП, в надстройках и рубках, нагрузку принимают не менее 0,9p_w, где p_w рассчитывают по формуле (7.3).

Рис. 10.1. Схемы систем набора палубных перекрытий сухогрузных судов: а — поперечная; б — продольная.

1 — поперечная переборка; 2 — бимсы; 3 — полубимсы; 4 — концевой бимс; 5 — карлингс; 6 — рамный полубимс; 7 — палубные продольные балки; 8 — пиллерс.

Системы набора палубных перекрытий. Палубы морских судов, как и другие перекрытия корпуса, состоят из непроницаемого стального настила и подкрепляющих его балок основного и рамного набора. Балки набора воспринимают действующую на палубы поперечную нагрузку и передают ее на борта и переборки, обеспечивают устойчивость настила палуб и перекрытия в целом при сжатии их продольными усилиями от общего изгиба. В составе шпангоутных рам поперечные палубные балки (бимсы) обеспечивают вместе с поперечными переборками заданную форму и поперечную прочность корпуса.

Палубные перекрытия в средней части в зависимости от типа и размеров судна имеют поперечную или продольную систему набора (рис. 10.1). В оконечностях напряжения от общего изгиба малы, поэтому здесь применяют поперечную систему набора палуб как наиболее технологичную.

На сухогрузных судах длиной 120 м и более для непрерывной части расчетной палубы, как правило, применяется продольная система набора. Если расчетной является палуба длинной средней надстройки, то продольную систему набора на указанных судах следует применить и для ВП. Суда меньшей длины могут иметь поперечную систему набора ВП. На судах с продольной системой набора ВП, как правило, НП имеют поперечную систему набора, поскольку напряжения от общего изгиба в этом районе сравнительно небольшие.

Рамные бимсы при продольной системе набора устанавливают в плоскости соответствующих флоров, а расстояние между ними принимают равным не более чем четырем шпациям (или 3,2 м).

Палубный настил. Сплошной стальной палубный настил формируется из поясьев, составленных из листов, расположенных симметрично и параллельно ДП. Крайние, примыкающие к борту, поясья называются палубными стрингерами. Вне цилиндрической вставки палубные стрингеры расположены параллельно касательной к борту, примерно в районе половины длины листа стрингера. По концам корпуса судна настил палуб часто формируют из поперечно расположенных листов.

Вырезы в палубах для грузовых люков, машинной шахты и другие, имеющие прямоугольную форму, располагают большей стороной вдоль судна и обязательно выполняют со скруглением углов (для уменьшения концентрации напряжений). Грузовыми люками, машинной шахтой настил палуб разделяется на непрерывные части, идущие вдоль судна между вырезами и ближайшим бортом, и прерывные части, расположенные между вырезами по длине судна. В обеспечении общей прочности судна из палубных связей принимают участие только непрерывные части настила палуб и непрерывные продольные балки, расположенные на их ширине. Ослабление настила палуб малыми вырезами шириной менее 0,15В, расположенными в разных сечениях по длине судна, при расчете общей прочности не учитывают. Количество вырезов в палубах должно быть минимальным.

Толщина настила расчетной палубы в наиболее ослабленном вырезами поперечном сечении с учетом продольных палубных балок должна удовлетворять требованиям общей прочности, устойчивости, минимальных толщин. Местная прочность настила участков ВП может быть определяющей в районе подпалубных цистерн, для которых палуба является крышей и где нагрузка на нее обусловлена действием жидкого груза, размещенного в цистерне.

Проверку общей прочности корпуса судна выполняют только после определения размеров всех продольных связей эквивалентного бруса. Сначала толщину настила палубы, а точнее, ее отношение к шпации при выбранной системе набора, находят из условия устойчивости (см. § 25). Сжимающие напряжения в первом приближении можно принять по Правилам Регистра СССР равными допускаемым при прогибе судна. Минимально допустимая толщина (в мм) настила расчетной палубы между бортом и линией люковых вырезов равна: s_min = 0,055L + 3,8 при L < 80 м; s_min = 0,040L + 5,0 при L  80 м.

Конструкция подкрепления настила палуб в районе углов больших вырезов зависит от их расположения по длине и высоте корпуса судна, т. е. от степени напряженности продольных связей, от расстояния между вырезами, от формы углов выреза. Внешние углы крайних вырезов грузовых люков ВП скругляют по радиусу r  , где b — ширина люка;  — отношение требуемого момента сопротивления поперечного сечения корпуса к фактическому.

Рис. 10.2. Размеры вварного листа в углах грузового люка (s1 = 1,35s0).	Рис. 10.3. Усиление палубных связей в районе больших вырезов b0 = (0,2-0,3)b; b1 = 0,35b; l = (0,30,5)b; s1= (1,5l,6)s.

Если необходимо увеличить просвет грузового люка в углах, скругление можно выполнить по дуге эллипса с отношением его полуосей m/п = 2 при п  0,05b или по дуге окружности радиусом r 0,07b при условии подкрепления углов вырезов вварными листами (рис. 10.2). Размеры скруглений углов вырезов в настиле ВП вне средней части (0,4L) и в настиле НП на всей длине могут быть уменьшены в два раза.

Смежные углы последовательно расположенных вырезов грузовых люков на расстоянии а один от другого имеют радиус r0,1a при отсутствии вварных листов и r  0,07a, когда они имеются (см. рис. 10.2). При скруглений этих углов по дуге эллипса п  0,05a

Потерянная площадь сечения палубы в районе изолированного выреза (группы вырезов) компенсируется утолщением листов или увеличением площади поперечного сечения продольных балок (рис. 10.3).

Балки набора палуб. После выбора системы набора каждого из палубных перекрытий следует выполнить конструктивную компоновку палуб: согласовать проектные шпации перекрытий корпуса, уточнить положение балок основного и рамного набора. Кроме того, нужно выбрать необходимые размеры листов настила, особенно ширину, с учетом принятых шпаций, допускаемого расстояния между параллельными сварными швами, возможно большей унификации листов. При любой системе набора рекомендуется карлингсы совмещать с продольными комингсами грузовых люков. На НП на длине люков продольные комингсы одновременно являются и карлингсами. Возможны конструкции и с карлингсами, поставленными отдельно от комингсов.

Все палубные балки рассчитывают на действие поперечной нагрузки с учетом их участия в общем изгибе судна. Бимсы при поперечной системе набора рассматривают как неразрезные балки, опирающиеся на жесткие опоры. Ввиду трудоемкости расчетов и условности ряда допущений расчет плоской шпангоутной рамы для практических целей обычно не выполняют. Подобно флорам и шпангоутам, бимсы рассматривают изолированно с условными граничными условиями. К тому же конструктивные особенности и разное расположение шпангоутных рам даже на длине одного трюма могут привести к существенным различиям в граничных условиях балок. Непрерывные и прерывные участки палубных перекрытий сухогрузных судов, имеющих грузовые люки, часто неоднородны по конструкции. Это следует учитывать в расчете местной прочности балок. Момент сопротивления поперечного сечения бимсов вычисляют (в см³) по формуле (8.10), где полагают т= 10 и k_ = 0,70.

Для обеспечения устойчивости расчетной палубы с поперечной системой набора, при сжатии наибольшими напряжениями от общего изгиба, регламентируют момент инерции поперечного сечения полубимса, принимая его жестко заделанным по борту и свободно опертым на ближайшем карлингсе.

В средней части однопалубных судов при прочих равных условиях бимсы и полубимсы имеют на 20 % больший момент сопротивления, чем бимсы ВП двух- и более палубных судов. Это позволяет ограничить перекос шпангоутных рамок при кручении корпуса.

Карлингсы и продольные комингсы при любой системе набора являются опорами для бимсов и полубимсов. В свою очередь, сами карлингсы имеют опоры на поперечных переборках и концевых бимсах, а в некоторых случаях опираются и на пиллерсы. Карлингсы должны быть достаточно жесткими, чтобы при сжатии палубного перекрытия выполнять роль жесткого опорного контура.

Продольные комингсы-карлингсы — балки ступенчато-переременного сечения, жестко заделанные на поперечных переборках и имеющие упругие опоры на концевых бимсах. Момент сопротивления поперечного сечения карлингсов определяется по формуле, аналогичной формуле (8.10). Он зависит: от размера пролетов карлингса между опорами; от ширины палубы, поддерживаемой рассматриваемым карлингсом; от приведенных в Правилах Регистра СССР коэффициентов момента и допускаемых напряжений (k_ = 0,6 для ВП и k_ = 0,7 для НП). Момент сопротивления продольного комингса, являющегося одновременно карлингсом, увеличивается на 20 % для ВП и на 10 % для НП при прочих равных условиях.

Концевой люковый бимс служит промежуточной опорой карлингсов, продольных балок при продольной системе набора и сам опирается на пиллерс или продольную полупереборку при установке их в ДП. Имеются суда с палубными перекрытиями и без внутритрюмных опорных конструкций.

Момент сопротивления концевого люкового бимса определяют (в см³) по формуле

где р — расчетная нагрузка на рассматриваемую палубу, кПа; b₁ — ширина палубы, поддерживаемая комингсом-карлингсом, опирающимся на концевой люковый бимс, м; l_к — длина карлингса, м; l — длина грузового люка, м; l₁ — часть длины концевого бимса между люком и бортом, м; т — коэффициент момента; k_ = 0,70.

В местах установки фитингов для крепления перевозимых на палубе контейнеров вместо обычных необходимы рамные бимсы, соответствующие по прочности расчетной нагрузке. Высоту стенки всех рамных балок палубных перекрытий во избежание больших потерь вместимости грузовых помещений следует принимать возможно меньшей, но не менее требуемой Правилами Регистра СССР.

Неразрезные балки основного набора при продольной системе рассматриваются как однопролетные, жестко заделанные на опорах (на рамных бимсах, полубимсах и переборках). Момент сопротивления палубных продольных балок с учетом надбавки на коррозию определяют (в см³) по формуле (8.10), принимая m=12; k_ = 0,2 + x₁/L; 0,2  x₁/L  0,4, где x₁ —отстояние середины пролета балки от миделя (в м) для расчетной палубы в средней части длины судна, и k_ = 0,6 — в оконечностях ВП и для НП. Полученные из условия местного изгиба размеры поперечного сечения продольных балок в средней части расчетной палубы проверяют на устойчивость при сжатии их напряжениями от общего изгиба судна.

Рамные бимсы (полубимсы) при продольной системе набора палубы обеспечивают продольным балкам жесткие промежуточные опоры, устойчивость палубного перекрытия при действии в его плоскости напряжений от общего изгиба, жесткость шпангоутных рам, восприятие локальных нагрузок. Изгибающий момент и момент сопротивления рамных бимсов определяют по тем же формулам, которые используют для обычных бимсов. В этом случае шпацию заменяют на расстояние между рамными бимсами, принимают т= 10; k_ = 0,70 и соответствующее значение _к. Кроме прочности рамных бимсов (полубимсов) на изгиб требуется обеспечить прочность стенки на действие перерезывающей силы N = pa₁l/2k, где k = 0,685 учитывает ослабление стенки вырезом. Площадь поперечного сечения стенки рамного бимса определяют (в см²) по формуле

где a₁ — расстояние между рамными бимсами, м; l—пролет рамного бимса, м; k_ = 0,80; h — высота стенки рамного бимса, см.

Для обеспечения устойчивости палубного перекрытия в целом требуется, чтобы рамные бимсы (полубимсы) обладали необходимой жесткостью, т. е. моментом инерции поперечного сечения, гарантирующим плоскую форму их изгиба. Стенки рамных балок палубных перекрытий в зависимости от их высоты и толщины подкрепляют вертикальными ребрами жесткости и кницами устойчивости.