§ 41. Конструкция палубных перекрытий сухогрузных судов

Поперечная система набора. Конструкция палуб с поперечной системой набора состоит из балок основного набора (бимсов и полубимсов) и продольных рамных балок (карлингсов, комингсов-карлингсов), на которые опираются бимсы и полубимсы.

Опорными конструкциями для палубных перекрытий в целом, кроме бортов и переборок, являются концевые люковые бимсы, пиллерсы, колонны, продольные и поперечные полупереборки, консольные шпангоутные рамы в различном сочетании. Палубы с грузовыми люками чаще всего имеют концевые люковые бимсы с промежуточной опорой в ДП на пиллерсе или на стойке продольной полупереборки. При большой длине грузовых люков в качестве промежуточной опоры продольных комингсов-карлингсов могут быть установлены консольные шпангоутные рамы или поперечные полупереборки.

Палубы с поперечной системой набора наиболее просты и технологичны по конструкции, так как имеют минимальное количество уэлов пересечения балок и содержат малое число продольных связей (только карлингсы) с конструктивными и технологическими концентраторами при пересечении с поперечными переборками. Набор палубы в меньшей степени загромождает верхнее пространство грузовых помещений, чем при продольной системе набора.

Конструкции перекрытий с поперечной системой набора, как отмечалось в гл. 3, имеют два существенных недостатка: 1) низкие эйлеровы напряжения, не обеспечивающие устойчивости пластин настила ВП с обычной толщиной на судах длиной более 120—130 м; 2) уменьшенную эффективность палубы в общем изгибе судна вследствие деформации настила, обусловленной поперечной усадкой сварных швов, присоединяющих бимсы к настилу. Указанные недостатки ограничивают область применения поперечной системы набора палуб. Однако в некоторых случаях эта система набора палуб необходима: на однопалубных судах, швартующихся в море; на судах с ледовыми усилениями в границах ледового пояса.

Бимсы и полубимсы палуб с поперечной системой набора изготовляют из профильной стали (обычно несимметричного полособульба). Если пролеты бимсов равны или близки по размеру, то при пересечении с карлингсом они не разрезаются. Для бимсов ВП, работающих под действием вкатывающейся на ее открытую часть воды,

Рис. 10.4. Варианты (а и б) соединения бимсов (1) с карлингсом (2).

для обеспечения опоры достаточно непосредственно соединить стенки бимсов со стенкой карлингса (рис. 10.4, а). Чтобы предотвратить потерю устойчивости, уменьшить воздействие касательных и приведенных напряжений, в Правилах Регистра СССР предусмотрен специальный параметр, определяющий необходимость подкрепления с этой целью стенки карлингса. Обычно стенку карлингса подкрепляют вертикальным ребром, а через 3—4 шпации —бракетой (рис. 10.4,б и в).

Вырез в стенке карлингса для пропуска бимсов, как и в стенке других рамных балок (особенно в районах переменного нагружения балок, интенсивной вибрации), делают со скругле-нием в зоне свободного пояска бимсов. Это позволяет уменьшить вероятность появления трещин усталостного характера. Если пролеты бимсов и размеры их сечения существенно различаются, то для экономии массы бимсы могут быть разрезаны на карлингсе высотой h_к > 2,2h_б и соединены с ним при помощи двусторонних книц (рис. 10.4, г). При увеличенных нагрузках, например на грузовые палубы, или при высоте карлингса h_к  2,2/h_б разрезные бимсы приваривают к карлингсу не только кницами, но и торцовыми сечениями (рис. 10.4, д).

Полубимсы расположены в районе больших палубных вырезов и кроме внешней опоры на бортовом перекрытии имеют опору на продольном комингсе, который одновременно является и карлингсом. Торцовым сечением полубимс приваривают к стенке продольного комингса. Бракета трапециевидной или прямоугольной формы соединяет полубимс со свободным пояском и нижней частью стенки комингса (см. рис. 8.2).

Подпалубная часть продольного комингса, совпадающего с карлингсом, при пересечении с концевым бимсом ВП не разрезается.

При пересечении с концевым бимсом НП продольный комингс-карлингс может быть разрезан. Свободные пояски продольного комингса, концевого бимса и карлингса в углах грузовых люков соединяются с помощью расположенной в их плоскости фигурной бракеты (рис. 10.5).

Варианты соединения карлингса с поперечной переборкой показаны на рис. 10.6. В опорном сечении карлингса создаются большие нагрузки, поэтому стенку карлингса подкрепляют ребрами жесткости, а стойку переборки в его плоскости крепят не только кницей, но и торцовым сечением. Если карлингс разрезается на переборке, то разностенность его должна быть минимальной, а пояски должны быть срезаны «на ус». На судах длиной более 180 м карлингс при пересечении с переборкой сохраняет непрерывность. После его установки отверстие в переборке заделывают непроницаемо планками (см. рис. 10.6, б). Допустима конструкция с разрезом на переборке только поясков карлингса, которые после заведения стенки в прорезь переборки стыкуются с ней (см. рис. 10.6, в). Чтобы устранить появление трещин в обшивке переборки, целесообразно на уровне свободного пояска поставить с двух сторон карлингса горизонтальные ребра жесткости или кницы до ближайших стоек переборки.

Продольная система набора. Основными балками при продольной системе набора палубы являются продольные, обычно катаные, балки полособульбового профиля. Иногда в качестве палубных балок используют полосовой или другие катаные профили, удовлетворяющие требованиям устойчивости. Палубные продольные балки опираются на рамные бимсы, полубимсы (рис. 10.7), поперечные переборки. Палубные перекрытия имеют те же опорные конструкции, что и при поперечной системе набора.

Конструктивную непрерывность палубных продольных балок в средней части обеспечивают на длине не менее 0,6L. При пересечении с

	Рис. 10.5. Поперечное сечение корпуса судна по концевому бимсу (а) и конструктивные разрезы (б).

рамными бимсами и полубимсами продольные балки не разрезают. На судах длиной L  60 м конструктивная непрерывность разрезных на поперечных переборках продольных балок обеспечивается кницами, поставленными с обеих сторон переборки в плоскости балки. Сами балки по торцам имеют плавную обрезку (рис. 10.8, а). До разработки новых Правил Регистра СССР подобная конструкция применялась на судах длиной до 180 м.

На судах длиной L  120 м, если продольные балки разрезаны на переборках, предусматривается приварка их торцов к поперечной переборке (рис. 10.8, б). В этих случаях рекомендуется также установка одной непрерывной кницы, ввариваемой в соответствующую прорезь в листе переборки (рис. 10.8, в). В результате уменьшаются разностенность балок и концентрация напряжений.

Рис. 10.6. Варианты (а—в) соединения карлингса (1) с поперечной переборкой (2).

На судах длиной L > 120 м предусматривают непрерывные палубные продольные балки при пересечении с переборками. Непосредственно продольные балки стыкуют вне плоскости переборок и рамных бимсов (рис. 10.8,г). Монтажный стык продольных балок отстоит от переборки на расстоянии не менее 200—300 мм.

Размеры и форма вырезов в стенках рамных балок для прохода балок основного набора не должны вызывать повышенной концентрации напряжений. Высота этих вырезов допускается не более 0,4—0,6 высоты рамных бимсов. В районе опор рамных балок (бимсов, полубимсов и др.) на длине полуторной высоты балки вырезы для прохода основного набора рекомендуется заделать планками, чтобы обеспечить восприятие перерезывающих сил. По этой же причине при перевозке тяжелых палубных грузов иногда необходимо утолщение стенки рамных балок в районе опор.

Рис. 10.7. Соединение палубных балок при продольной системе набора.

Конструкция соединения рамного бимса и карлингса зависит от соотношения значений их высоты, условий нагружения, работы и ориентации балок. Как правило, непрерывной при пересечении остается поддерживающая, а следовательно, и более высокая балка. Обычно поддерживающей балкой является карлингс, при пересечении с которым рамные бимсы, подобно простым, проходят либо непрерывно, либо разрезаясь на стенке карлингса. Возможны конструкции палубы, например на судах с горизонтальной грузообработ-кой, в которых поддерживающей балкой будет рамный бимс.

Консольные бимсы, служащие опорными конструкциями палубного набора длинных трюмов, находятся в тяжелых условиях работы. Конструктивно их выполняют в виде спаренных (иногда строенных) шпангоутных полурам переменного сечения (см. рис. 9.2). Наиболее нагруженными элементами консольной рамы оказываются кницы, соединяющие консольные бимсы и рамные шпангоуты. Так, на одном из судов типа «Пула» с люком длиной 23,2 м из-за потери устойчивости таких книц консольные бимсы перестали выполнять свои функции опорной конструкции и произошел разрыв продольного комингса-карлингса второй палубы ⁸.

Рис. 10.8. Варианты (а—г) соединения палубных продольных балок с поперечной переборкой.

	Рис. 10.10. Соединение соосных пиллерсов с помощью промежуточного элемента. 1 — пиллерс в твиндеке; 2 — промежуточный элемент; 3 — пиллерс в трюме.
Рис. 10.9. Соединение пиллерса (1) с карлингсом (2) и вторым дном (3): а — при работе только на сжатие; б — при работе на сжатие и на растяжение. b/a=1,5; s0 = s + 4 мм; D0 = D + 6s.

Несущую способность консольных бимсов можно повысить, если применить утолщенную бимсовую кницу. Радиус скругле-ния ее свободной кромки должен быть не менее высоты стенки бимса в опорном сечении. Стенки и пояски консольного бимса и рамного шпангоута в районе их соединения необходимо подкрепить ребрами. При пересечении с пояском рамного шпангоута поясок консольного бимса остается непрерывным до бортовой обшивки в случае применения приставной кницы или плавно переходит в поясок рамного шпангоута по свободной кромке вварной кницы.

Пиллерсы. Традиционными опорными конструкциями палубных перекрытий, уменьшающими массу палубного набора, являются пиллерсы. Это полые стойки круглого или различного составного сечения в зависимости от места установки. Они подвергаются не только сжатию, но и растяжению (при перевозке в трюме тяжелых грузов и прогибе днищевого перекрытия). Однако расчетным условием является работа пиллерсов на сжатие. Следовательно, необходимо обеспечить их устойчивость и прочность на сжатие. Нагрузка на пиллерсы определяется количеством груза на площади палубы, поддерживаемой данным пиллерсом.

Пиллерсы в твиндеках и трюмах располагают, как правило, по одной вертикальной оси и устанавливают под пересечением балок. Рамные балки в местах установки пиллерсов подкрепляют кницами (рис. 10.9). Если пиллерсы подвергаются растяжению, следует более надежно соединить их с опорными палубными и днищевыми конструкциями при помощи книц, бракет, крестовин и т. п. В случае передачи больших нагрузок (более 245 кН) во избежание жестких точек в соединении с рамными балками рекомендуется пиллерсы соединять с набором при помощи промежуточного элемента (рис. 10.10).

С развитием средств внутритрюмной механизации обработки грузов (в частности, при использовании автопогрузчиков) пиллерсы, установленные по углам грузовых люков, стали мешать маневрированию и сдерживать ускорение грузовых работ. Поэтому число их сократили до двух; пиллерсы установили под поперечными комингсами грузовых люков в ДП (см. рис. 10.5) и усилили консольные бимсы посередине продольных комингсов.