§ 58. Прочность бортовых перекрытий

Бортовые перекрытия подвержены как действию гидростатического напора по уровень ватерлинии, так и действию различных дополнительных нагрузок на волнении. Эти дополнительные нагрузки связаны с повышением напора за счет прохождения волны, с бортовой качкой и усилиями, которые могут подействовать при ударе волн в верхнюю часть борта. Кроме того, на бортовое перекрытие действуют локальные нагрузки (см. гл. 9).

Прочность связей бортового перекрытия проверяется на действие нагрузки со стороны моря. Для расчета связей, расположенных ниже расчетной ватерлинии, используют формулы (15.1) и (15.3), а для связей, расположенных выше расчетной ватерлинии, нагрузку определяют по формуле

(15.6)

где k_w = 1,0 —для надводного борта; р_w0 — см. формулу (7.1); z_i — отстояние связи от расчетной ватерлинии.

При расчете шпангоутов, имеющих по высоте промежуточные жесткие опоры, палубы, платформы, изменение нагрузки по высоте борта в пределах пролета Шпангоута можно не учитывать. Среднее значение расчетного давления должно приниматься по формуле (15.1) для середины пролета шпангоута.

Прочность бортового набора судов, не имеющих двойных бортов и перевозящих жидкие и сыпучие грузы, дополнительно проверяют на действие инерционного внутреннего давления груза при качке судна на волнении.

Расчет пластин бортовых перекрытий выполняют аналогично расчету пластин днища, только в формулах для нагрузки z_i будет означать отстояние нижней кромки пластины от расчетной ватерлинии. Коэффициенты допускаемых напряжений k_ = = 1,1 и k_ = 0,9 — соответственно при продольной и поперечной системах набора.

Расчет набора бортового перекрытия сухогрузных судов. Прочность обычной конструкции, состоящей из одинаковых равноотстоящих шпангоутов, может быть проверена расчетом шпангоутной рамы. Из анализа работы таких рам установлено, что наиболее неблагоприятной для шпангоута является комбинация нагрузки, при которой бимсы не загружены, а шпангоут загружен наибольшей расчетной нагрузкой (рис. 15.3) [7].

Изгибающие моменты, возникающие в узле пересечения шпангоутов с флорами, зависят от соотношения жесткости и нагрузок этих балок, а также от условий работы флора в составе днищевого перекрытия. Вследствие того, что флоры обычно имеют относительно большую жесткость, шпангоут в узле пересечения можно считать жестко заделанным. Поэтому при расчете шпангоутов в составе рамы допустимо упростить решение, т. е. бортовую и палубные ветви рассматривать отдельно от днища и полагать нижние концы шпангоутов жестко заделанными в местах пересечения их с нейтральной осью флоров.

Для упрощения расчетов шпангоут можно рассматривать как неразрезную многоопорную балку, жестко заделанную у флора и жестко опертую на палубы (рис. 15.4). Статическую неопределимость шпангоутов раскрывают по теореме трех моментов с учетом разной жесткости (I₁ и I₂) трюмного и твиндеч-ного шпангоутов.

Если настил второго дна достигает борта, то длину трюмного шпангоута можно принимать с учетом скуловой кницы, соединяющей нижний конец шпангоута и настил второго дна.

За расчетные принимают нормальные напряжения в середине пролета и касательные – в опорных сечениях шпангоута. Коэффициенты допус-каемых напряжений для трюмного и твиндечных шпангоутов k_ = k_ = 0,9. Нормальные напряжения для сечений в середине пролета вычисляют по формуле (1.3), а касательные напряжения в опорных сечениях — по формуле (1.5).

Рис. 15.3. Расчетная схема шпангоутной рамы сухогрузного судна. 1 — 5—номера узлов; Мi— опорные моменты; Q — внешняя нагрузка; / — пролет трюмного шпангоута.	Рис. 15.4. Упрощенная схема расчета бортового набора сухогрузного судна: а — распределение нагрузки Q на шпангоут; б — эпюра изгибающих моментов М; в — эпюра перерезывающих сил. 1—3 — номера опор.

Расчет набора бортовых перекрытий наливных судов. При поперечной системе набора бортов танкеров обыкновенные шпангоуты рассматривают как неразрезные балки, упруго заделанные у палубы и днища и жестко опертые на бортовых стрингерах.

За расчетную длину нижнего пролета принимают расстояние между нижним бортовым стрингером и серединой высоты скуловой кницы. Длина средних пролетов равна расстоянию между стрингерами — не более 3,5 м. Расстояние между стрингерами практически одинаковое, поэтому в силу симметрии конструкции расчетный момент для среднего пролета можно определить как для изолированной балки, у которой концы жестко заделаны, а нагрузка воздействует по трапеции (рис. 15.5).

Для определения расчетного изгибающего момента рассматривают пролет шпангоута между первым и вторым стрингерами, считая от ОП. Полная нагрузка на шпангоут

где p_i и p_i+1 — расчетное давление воды на шпангоут соответственно на уровне нижней и верхней опор, вычисляемое по формуле (15.1); а — расстояние между шпангоутами, м; l_i — длина рассматриваемого расчетного пролета, м.

Рамные шпангоуты при поперечной системе набора рассчитывают в составе перекрытия, образованного стрингерами и рамными шпангоутами и перевязанного распорками (если они есть) с перекрытием продольной переборки. Палубы и поперечные переборки и днище являются в этом случае жесткими опорами для бортовых перекрытий.

	Рис. 15.5. Шпангоут наливного судна: а — распределение нагрузки; б — упрощенная расчетная схема.

При продольной системе набора рамные шпангоуты рассчитывают в составе шпангоут-ной рамы бортового танка (флор —рамный шпангоут —рамный бимс — рамная стойка продольной переборки).

Продольные балки основного набора при продольной системе набора рассчитывают как изолированные балки, жестко заделанные по концам (на рамных шпангоутах), загруженные равномерно распределенной нагрузкой. Полную нагрузку на балку определяют по формуле (15.5), нормальные напряжения— по формуле (1.3), касательные напряжения — по формуле (1.5). Расчетные значения напряжений в балках сравнивают с допускаемыми. Коэффициенты допускаемых напряжений принимают равными: k_ = k_ = 0,7 — для обыкновенных и рамных шпангоутов; k_ = k_  0,7 — для стрингеров и продольных балок основного набора.

Прочность распорок проверяют на действие сжимающих усилий, определяемых (в кН) по формуле Р = pab, где р — расчетное давление на распорку, кПа [см. формулу (15.1)]; а — расстояние между рамными шпангоутами (или между распорками по длине танка), м; b — полусумма пролетов рамных шпангоутов, примыкающих сверху и снизу к рассматриваемой распорке, м. Сжимающие напряжения в распорке (в кПа) (_сж = P/F, где F— площадь поперечного сечения распорки, м². Эти напряжения сравнивают с критическими напряжениями, определяемыми по формуле (1.11). Устойчивость будет обеспечена, если _сж < _кр.