§ 60. Прочность палубных перекрытий

Нагрузка на палубы. Кроме усилий от общего продольного изгиба на палубные перекрытия действуют поперечные нагрузки, вызывающие их местный изгиб.

Прочность ВП сухогрузных судов проверяется при действии расчетных нагрузок, обусловленных заливанием при качке судна на волнении, а также давлением перевозимых грузов.

Давление на палубу, возникающее вследствие заливания ее при качке на волнении, определяется (в кПа) по формуле (15.6), где k_w = k₀k_д, k₀ = 0,70 и k₀ = 1,0 при определении расчетного давления соответственно для рамного набора или перекрытия в целом и для балок основного набора; k_д = 1,1 для миделевого сечения. В любом случае для района выше расчетной ватерлинии давление (в кПа) не должно приниматься менее p_{w min} = 0,03L + 3,5.

Прочность промежуточных палуб рассчитывают на нагрузку от давления груза. Прочность палубного перекрытия судов, перевозящих жидкие грузы, дополнительно проверяют на действие инерционного внутреннего давления груза при качке на волнении.

Ниже приведена методика расчета прочности палубных перекрытий на нагрузку от воды, влившейся на палубу при качке на волнении. Расчет прочности пластин ВП на нагрузку, обусловленную заливанием воды, не производится.

Расчет прочности набора палубы сухогрузных судов. Палубное перекрытие, куда входят бимсы и карлингсы, рассчитывают как систему взаимно пересекающихся балок. Расчетные схемы балок и условия заделки их концов зависят от конструкции палубного перекрытия и от жесткости пересекающихся балок. На рис. 15.7 показаны конструктивные схемы палубных перекрытий с одинарным и парным люками.

Рис. 15.7. Схемы палубных перекрытий сухогрузных судов с одинарным (а) и парными (б) люками. 1 — борт; 2 — карлингс; 3 — пиллерс; 4 — продольная переборка; 5 — межлюковая перемычка. Размеры — в метрах.

Бимсы. При одинарном люке и пиллерсах, стоящих по его углам, концевой люковый бимс можно рассматривать как многопролетную балку с жесткими опорами по бортам и на пиллерсах (рис. 15.8),

Рис. 15.8. Расчетная схема бимса.	Рис. 15.9. Расчетная схема концевого люкового бимса.

загруженную равномерно распределенной нагрузкой. Если в ДП стоят пиллерсы или полупереборки, то концевой люковый бимс будет служить податливой опорой для карлингса. Такой бимс можно считать изолированной балкой, жестко заделанной в ДП и упруго заделанной (при наличии рамных шпангоутов) или свободно опертой на бортах, загруженной реакцией от карлингса (рис. 15.9).

В случае применения поперечной системы набора бимсы вне выреза рассчитывают как изолированную многопролетную балку, упруго заделанную на бортах и жестко опертую на карлинг-сы, загруженную равномерно распределеной нагрузкой. Нагрузку на бимс определяют (в кН) по формулам

Q₁ = pal₁ Q₂ = pal₂,

где а — шпация поперечного набора, м; l_i — пролет бимса, м; р — расчетное давление на палубу по формуле (15.6), кПа.

Полубимсы рассматривают как однопролетную балку, свободно опертую (рис. 15.10, а), жестко (рис. 15.10, б) или упруго заделанную (рис. 15.10, в) на борту — в зависимости от жесткости шпангоута — и свободно опертую на карлингс, загруженную равномерно распределенной нагрузкой. Нагрузка на полубимс определяется по формуле (15.5).

Рис. 15.10. Расчетная схема полубимсов: а — жесткость шпангоута меньше жесткости полу бимса; б — жесткость шпангоута больше жесткости полубимса; в — жесткость шпангоута и полубимса примерно равны.

Карлингсы. Если по углам люка предусмотрены пиллерсы, то карлингс рассматривают в виде многопролетной балки, загруженной равномерно распределенной нагрузкой. Эта балка жестко заделана на поперечных переборках и жестко оперта на пиллерсы. Если в ДП предусмотрены полупереборки или пиллерсы, карлингс рассчитывают как многопролетную балку, загруженную равномерно распределенной нагрузкой, жестко заделанную на поперечных переборках и свободно опертую на податливые опоры — концевые люковые бимсы (рис. 15.11).

Рис. 15.11. Расчетная схем:, карлингса: а — распределение нагрузки; б — эпюра изгибающих моментов; с — эпюра перерезывающих сил. 0—3 — концевые опоры на переборках; 1—2 — упругие опоры на концевых бимсах; l1 и l3 — пролеты карлингса; l2 — пролет комингса-карлингса.

В тех случаях, когда люки парные и тройные, комингс-карлингс устанавливают в межлюковых продольных перемычках (см. рис. 15.7, б) и рассматривают его как изолированную однопролетную балку, жестко заделанную на поперечных переборках.

Для раскрытия статической неопределимости многопролетных балок пользуются теоремой трех моментов при жестких опорах и теоремой пяти моментов при податливых промежуточных опорах.

В расчетах геометрических элементов поперечных сечений балок ширину присоединенного пояска всех балок (кроме карлингса и концевого люкового бимса в районе люка) принимают равной 1/6 пролета. Для карлингса и концевого люкового бимса в районе выреза ширина присоединенного пояска палубы составляет 1/12 пролета.

Продольные балки основного набора палуб рассчитывают как изолированные однопролетные балки, жестко заделанные на рамных бимсах, загруженные равномерно распределенной нагрузкой. Полную нагрузку на балку определяют по формуле (15.5), где р — расчетное давление на палубу по формуле (15.6), кПа; а — шпация продольного набора, м; l — пролет балки (расстояние между бимсами), м.

Ниже приведена методика расчета карлингса и концевого люкового бимса с учетом их взаимного влияния.

Карлингс жестко заделан на поперечных переборках, а концевые люковые бимсы служат податливыми опорами (см. рис. 15.11). Нагрузка на карлингс Q₁ = Q₃ = pl₁b, Q₂ = pl₂b, где b — ширина площади палубы, поддерживаемой карлингсом, м (см. рис. 15.7, а). Из симметрии конструкции и нагрузки следует, что l₁ = l₂; М₀ = М₃; M₁ = М₂; f₁ = f₂, R₀ = R₃; R₁ == = R₂, поэтому вместо четырех уравнений можно составить только два и, решив систему уравнений, определить все неизвестные. Составим уравнения

неразрывности углов поворота на опорах 0 и 1:

где I и I₁ — моменты инерции карлингса и концевого бимса. Податливость (просадка) упругой опоры

где A₁ — коэффициент податливости упругой опоры (прогиб от единичной силы, м/кН). Для определения коэффициента податливости рассмотрим концевой люковый бимс. Расчетная схема концевого люкового бимса приведена на рис. 15.9; вместо R возьмем единичную силу Р = 1. Используя таблицы изгиба статически неопределимых балок [20, т. 1], запишем выражение прогиба под действием единичной силы при х — а:

Просадка упругой опоры f₁ = f₂. Решая систему, находят M₀, M₁ и максимальные изгибающие моменты от пролетной нагрузки:

в пролете 0 — 1 M_max= — 0,125Q₁l₁; в пролете 1 —2 М_max = — 0,125Q₂/2.

Далее определяют реакции

Затем строят эпюры изгибающих моментов и перерезывающих сил (см. рис. 15.11,б и в), находят максимальные нормальные и касательные напряжения и сравнивают их с допускаемыми.

Зная реакцию R₁, рассчитывают максимальные моменты в опорном и Пролетном сечениях концевого люкового бимса и максимальную перерезывающую силу, используя таблицы статически неопределимых балок, затем находят максимальные нормальные напряжения по формуле (1.3), максимальные касательные — по формуле (1.5) и сравнивают их с допускаемыми. Коэффициенты допускаемых напряжений принимают равными: k_ = k_ = 0,75 для бимсов; k_ = k_  0,6 для продольного набора ВП. Стенку карлингса в опорном сечении дополнительно проверяют по приведенным напряжениям [13]; k_пр < 0,85.

Пиллерсы. Пиллерсы рассчитывают на устойчивость. Порядок расчета аналогичен расчету распорок (см. § 58). Нагрузка на пиллерс

где р — расчетное давление на вышележащую палубу, которое определяется по формуле (15.6) или (10.1), кПа; l — расстояние, измеренное вдоль карлингсов между серединами их пролетов, м; b — средняя ширина площади палубы, поддерживаемой пиллерсом, включая грузовые люки в рассматриваемом районе, м; (P₁l₁b₁) — сумма нагрузок

Рис. 15.12. Расчетные схемы балок рамного набора палубы среднего танка: a — бимса; б — отбойного листа.

от расположенных выше пиллерсов, которые могут передаваться на данный пиллерс, кН.

Расчет прочности набора палубы наливных судов. Прочность бимсов и отбойного листа в среднем танке рассчитывают в составе перекрытия с учетом взаимного влияния. Перекрытие принимают жестко заделанным на продольных и поперечных переборках, загруженным равномерно распределенной нагрузкой. Методика расчета перекрытия с небольшим числом балок главного направления и одной перекрестной связью рассмотрена в гл. 1. На рис. 15.12, а и б приведены расчетные схемы бимса и отбойного листа при расчете прочности перекрытия среднего танка с четырьмя бимсами. Полную нагрузку на бимс определяют по формуле (15.5), где р — расчетное давление на палубу [см. формулу (15.6)], кПа; a — расстояние между бимсами, м; l — пролет бимса (расстояние между продольными переборками), м. Бимсы в бортовых танках рассчитывают в составе шпангоутной рамы.

Расчетная схема и методы расчета продольных балок основного набора палубы наливных судов аналогичны расчетной схеме и методам расчета балок основного набора палубы сухогрузных судов.

Зная расчетные схемы перекрытий и балок, с помощью таблиц [20, т. 1] следует определить элементы изгиба М, N, моменты сопротивления W_min и W_max, нормальные и касательные напряжения, а полученные напряжения сравнить с допускаемыми. Коэффициенты допускаемых напряжений равны: k_ = k_  0,6 — для продольного набора; k_ = k_ = 0,75 — для поперечного набора.