§ 33. Конструктивные типы днища сухогрузных судов 162

Одинарное дно. Оно состоит из наружной обшивки и подкрепляющих ее составных тавровых балок, установленных чаще всего по поперечной (но допустимо и по продольной) системе набора. При поперечной системе набора днища большее число балок устанавливают поперек корпуса судна. Их размещают на расстоянии практической шпации. 162

Вдоль судна в ДП устанавливают обычно непрерывный по длине трюма вертикальный киль (средний кильсон) в виде составной тавровой балки или брусковый киль в виде профильной балки (рис. 8.5). При отношении сторон днищевого перекрытия более 1,5—1,6 несущими балками являются только флоры и поэтому вептикальный киль может быть разрезным, т. е. состоять из отдельных бракет, расположенных между флорами. Возможна усиленная конструкция вертикального киля, состоящая из бруска и приваренного к нему вертикального листа с пояском по верхней кромке. На малых судах иногда применяют установленный снаружи коробчатый киль, или полосо-бульбовый профиль, поставленный изнутри на днищевую обшивку. 162

В районе МО вертикальный киль в виде листовой балки может отсутствовать, если продольные балки машинного фундамента занимают всю длину МО и заканчиваются постепенно в виде книц на длине до трех шпаций (рис. 8.6). 162

С каждой стороны от ДП на расстоянии не более 2,2 м устанавливают по одному разрезному на флорах днищевому стрингеру (боковому кильсону), если ширина судна В  10 м, и по два стрингера — при большей ширине. 162

Функции вертикального киля и днищевых стрингеров в одинарном дне, за исключением разделительных и отбойных, — такие же, как и в двойном дне. Из-за большего отношения сторон одинарного дна по сравнению с двойным функции вертикального киля и днищевых стрингеров как поддерживающих флоры балок значительно ослаблены или отсутствуют вовсе. 162

При продольной системе набора в поперечных сечениях одинарного дна на расстоянии 2—4 шпаций устанавливают флоры. а вдоль судна — равноотстоящие на размер шпации продольные балки катаного профиля. Продольные балки идут непрерывнс на длине отсека, не разрезаясь при пересечении с флорами (рис. 8.7). На поперечных водонепроницаемых переборках профильные балки разрезаются, а конструктивная непрерывность обеспечивается установкой в их плоскости книц с обеих 163

сторон переборки. В этой же плоскости устанавливают и стойки переборки. 163

Нагрузка и размеры днищевых балок. В отличие от нагрузки на двойное дно противодавление грузов на одинарное дно учитывают условно, принимая его равным 0,4 внешнего давления на тихой воде. Тогда расчетное давление (в кПа) на одинарное дно составит 163

163

где p_ст — по формуле (4.2); p_w— по формуле (7.2). 163

Если для сухогрузного судна предусматривается плавание с полным грузом при отдельных пустых трюмах (когда р_г = 0), то расчетное давление на днище равно полному внешнему давлению при расчетной осадке, т. е. сумме статического и волнового давлений. 163

Прочность флора считается обеспеченной, если момент сопротивления (в см³) его поперечного сечения в ДП на уровне свободного пояска не менее 163

163

где р — расчетное давление, кПа; а — расстояние между флорами, м; В₁ — расчетная ширина днища в рассматриваемом сечении, м; т= 11,5 — коэффициент изгибающего момента; k_ — = 0,8. 163

Высота флоров в ДП (в м) принимается не менее h = B₁/18, толщина s = 10h + 3,5  6 мм, но не более толщины днищевой обшивки. В соответствии с требуемым моментом сопротивления определяют необходимые размеры сечения свободного пояска флора в ДП. В районе опор в сечениях 0,05B₁ от бортов площадь поперечного сечения (в см²) флоров, полученная из условия среза, должна быть не менее f = 0,1B(B₁ + 7). Во флорах у днищевой обшивки около вертикального киля и в днищевых стрингерах предусматривают дренажные отверстия (голубницы) для протока воды к месту ее сбора. 163

Толщину стенки вертикального киля (в мм) находят по формуле s_к = 0,06L + 6, а толщину его свободного пояска принимают на 2 мм больше. Площадь сечения свободного пояска вертикального киля, по крайней мере, в два раза больше, чем у флора. Аналогично определяют размеры днищевых стрингеров. 164

Размеры брускового киля (в мм) получают по формулам: h = 1,5L + 100 (высота) и b = 0,7L + 8 (толщина). 164

Конструкция соединения балок. Конструкция балок и их соединения между собой зависят от того, какие балки (поперечные или продольные) остаются при пересечении непрерывными. В районе трюмов флоры, как правило, непрерывны от вертикального киля до борта. При отношении сторон днищевого перекрытия более 1,5—1,6 флоры могут быть непрерывными по всей ширине судна. В районе МО непрерывными обычно являются продольные фундаментные балки, одновременно выполняющие функции днищевых стрингеров. 164

Вертикальный киль и днищевые стрингеры одинарного дна обычно соединяют с поперечной переборкой при помощи вертикальных книц, а иногда — при помощи горизонтальных бра-кет, расположенных в плоскости свободных поясков. Размеры книц зависят от конструкции соединения поясков балок с поперечной переборкой. 164

Двойное дно. Высоту двойного дна измеряют как расстояние в ДП между горизонтальным килем и средним листом настила второго дна, т. е. она определяется высотой вертикального киля. Принятая в проекте высота двойного дна кроме местной прочности должна удовлетворять и другим требованиям. 164

Для выполнения работ в междудонном пространстве при постройке и ремонте судна минимально допустимой считается высота двойного дна 660—700 мм. В двойном дне необходимо предусматривать определенную кубатуру для топливных и балластных цистерн, что обеспечивается выбором соответствующей высоты вертикального киля. На лесовозах увеличение высоты двойного дна ограничено требованиями сохранения необходимой остойчивости, а на рудовозах, наоборот, увеличение высоты двойного дна является одним из способов уменьшения чрезмерной метацентрической высоты. Высотой двойного дна в некоторой степени можно регулировать высоту трюмов на судах, перевозящих генеральные (штучные) грузы. Имеются и другие технико-экономические аспекты, влияющие на выбор высоты двойного дна при проектировании судов. 164

Из названных требований, предъявляемых к высоте двойного дна, определяющим является обеспечение вместимости междудонных цистерн, поскольку на современных судах приходится иметь раздельные цистерны для топлива и балласта, в том числе и внутри двойного дна, что требует увеличения его высоты. 165

Настил второго дна образует междудонные цистерны, служит платформой для размещения грузов, энергетической установки и оборудования, защищает трюмы от затопления, а грузы от порчи. Как верхний присоединенный поясок поперечных и продольных балок настил второго дна обеспечивает их местную прочность при более экономном расходе материала, чем в одинарном дне. 165

Второе дно, являясь непрерывной продольной связью корпуса (на длине около 0,9L), вместе с другими продольными связями увеличивает общую продольную прочность судна. Его участие в моменте сопротивления нижнего пояска эквиваленного бруса в зависимости от типа и высоты двойного дна достигает 15— 20%. 165

В аварийной ситуации, при повреждении или разрушении части днищевой обшивки, нагрузка на второе дно на тихой воде пропорциональна расстоянию от настила до аварийной ватерлинии в рассматриваемом поперечном сечении судна. В любом случае расчетное давление не должно приниматься меньше испытательного. 165

Толщину настила второго дна определяют расчетом жестко заделанной балки-полоски под действием случайной нагрузки по формуле (7.7), принимая k_=1,2 при продольной системе набора днища и k_= 1,0 — при поперечной. Учет системы набора днища при определении толщины настила второго дна вполне логичен, так как в отличие от поперечной системы набора при продольной наибольшие напряжения изгиба балки-полоски направлены поперек корпуса и не суммируются с напряжениями от общего изгиба судна. Поэтому и толщина настила при продольной системе набора может быть меньше, чем при поперечной. В любом случае толщина настила (в мм) второго дна нового судна принимается не менее s_min = 0,035L + 5. 165

На судах, перевозящих генеральные и другие грузы, для удобства их обработки и размещения второе дно, как правило, расположено горизонтально (см. рис. 8.2). На судах с большой килеватостью, например на некоторых промысловых судах, второе дно приходится делать наклонным со сломом в ДП и поднимающимся к борту, чтобы обеспечить перекрытие скулы, прочность флоров и возможность доступа в цистерны внутри двойного дна в районе бортов. 166

Настил второго дна представляет собой полотнище, сформированное из листовой стали требуемой толщины. Листы настила образуют поясья, ориентированные вдоль судна по тем же соображениям, что и поясья днищевой обшивки, настила палуб. Средний пояс, как правило, устанавливают симметрично ДП. Вне цилиндрической вставки боковые поясья постепенно суживают в соответствии с уменьшением ширины корпуса, избегая пересечения пазов с продольными балками. В оконечностях судна, на длине примерно до полутора теоретических шпаций перед переборками фор- и ахтерпика, листы второго дна ввиду большого изменения ширины корпуса располагают поперек, что уменьшает отходы материала при раскрое листов. При необходимости повышения прочности килевой балки средний лист настила может быть утолщенным по сравнению с остальными по-ясьями. 166

В настиле второго дна предусматривают местные утолщения и подкрепления в виде вварных или накладных листов и ребер под ними в районе установки пиллерсов, колонн, фундаментов, фитингов под углы контейнеров, комингсов в районе горловин лазов для доступа в двойное дно и другие виды подкреплений. 166

Функции вертикального киля и днищевых стрингеров в конструкции двойного дна. Эти функции во многом подобны, хотя имеются и различия в условиях их работы. В § 32 были отмечены функции вертикального киля и днищевых стрингеров в обеспечении местной прочности днищевых перекрытий. Эти балки являются промежуточными опорами для флоров, если длина перекрытая не превышает примерно 1,40—1,45 его ширины. С увеличением длины перекрытия эта роль киля и стрингеров уменьшается и средние флоры начинают работать под действием поперечной нагрузки самостоятельно как изолированные балки. 166

Важной функцией вертикального киля является разделение междудонного пространства по ширине судна на изолированные цистерны левого и правого бортов с целью ограничить уменьшение остойчивости судна при появлении свободной поверхности. Поэтому вертикальный киль на большей части длины судна (0,75L) должен быть непроницаемым. Проницаемые днищевые стрингеры выполняют функции отбойных балок, уменьшая динамическое воздействие жидкого топлива или балласта на конструкции при качке. С этой целью Правила Регистра СССР прямо или косвенно ограничивают расстояние между вертикальным килем и ближайшим днищевым стрингером, а также между смежными стрингерами (не более 4 м при поперечной системе набора и не более 4,5 м при продольной). 166

Вертикальный киль и днищевые стрингеры выполняют роль разносящих балок, вовлекая в совместную работу дополнительное число флоров и таким образом распределяя на большую площадь днищевой поверхности явно выраженные локальные поперечные нагрузки, действующие на днище при плавании судна во льдах, на мелководье, при посадке на грунт и сле-минге. 167

Другая функция вертикального киля и днищевых стрингеров— обеспечение так называемого распора для пластин днищевой обшивки и настила второго дна при поперечной системе набора днища. Распор препятствует сближению длинных сторон пластины и вызывает в ней равномерно распределенные по толщине растягивающие (цепные) напряжения. При продольной системе набора днища функцию распора пластин обшивки выполняют флоры. 167

Вертикальный киль и днищевые стрингеры (с учетом вырезов), как и другие продольные связи, принимают участие в общем изгибе судна в составе нижнего пояска эквивалентного бруса. Однако их суммарная доля в моменте сопротивления корпуса на уровне днища обычных судов составляет около 3— 4 %. Большее значение для общей прочности судна имеет не непосредственный вклад киля и днищевых стрингеров в момент сопротивления корпуса, а то, что они препятствуют снижению эффективности днищевой обшивки и настила внутреннего дна из-за сварочных деформаций последних в виде гофров. 167

Выше были названы общие функции вертикального киля и днищевых стрингеров, но в ряде случаев, например в обеспечении местной прочности днища, роль киля оказывается доминирующей. Особой функцией вертикального киля, а на больших судах и днищевых стрингеров является образование с другими деталями днища жесткой килевой балки, способной воспринимать реакции опорных устройств при постройке судна и спуске его на воду, а также реакции кильблоков при постановке судна в док. 167

Вертикальный киль на длине 0,6L в середине корпуса, как правило, непрерывен, а на длине 0,75L непроницаем, и поэтому его толщина должна быть не менее толщины водонепроницаемых флоров. Аналогично и днищевый стрингер при необходимости делается по длине цистерны непроницаемым. В проницаемых днищевых стрингерах в районе установки поперечных переборок при любой системе набора допускают лишь небольшие вырезы диаметром не более 300—350 мм (рис. 8.8). Исключаются вырезы в днищевых стрингерах и в районе действия сосредоточенных сил (от пиллерсов, контейнеров и др.). 167

Туннельный киль. В двойном дне многих современных судов для размещения и удобства обслуживания трубопроводов и арматуры топливных, балластных и других систем, идущих в нос от МО, выгораживают специальный непроницаемый коридор. Чаще всего такой коридор, образованный двумя вертикальными стенками, устраивают посередине ширины корпуса симметрично ДП. В этих случаях его называют туннельным килем, так как он выполняет все функции обычного 168

168

168

Рис. 8.9. Доковые бракеты туннельного киля. 168

 Рис. 8.8. Соединение днищевого стрингера (а) и вертикального киля (б) с водонепроницаемым флором. 168

листового вертикального киля. Иногда коридор для трубопроводов судовых систем размещают примерно на четверти ширины корпуса, совмещая одну из его стенок с днищевым стрингером. Трубопроводы, идущие в корму от МО, прокладывают в туннеле гребного вала. 168

Флоры, разрезаемые коридором для трубопроводов, плохо воспринимают перерезывающие силы на его ширине из-за больших вырезов. Поскольку в районе ДП перерезывающие силы во флорах минимальны, то именно здесь и устраивают туннельный киль, ширина которого (в м) равна b = 0,004L + 1,0  1,9. Толщину стенок туннельного киля допускается принимать на 10 % меньше толщины вертикального киля при условии обеспечения непроницаемости и требуемой устойчивости. В плоскости каждого шпангоута боковые стенки туннельного киля соединяются верхними и нижними балками или бракетами (см. рис. 3.6 и 3.9). 168

Верхняя балка туннельного киля работает на растяжение, поэтому площадь поперечного сечения определяют из условия прочности при растяжении силами, возникающими в верхнем пояске при изгибе флора. Нижняя балка туннельного киля испытывает сложный изгиб под действием вертикальной и осевой сжимающей нагрузки. 169

С целью более равномерного обжатия кильблоков и уменьшения вмятин горизонтального киля во время докования судна при ширине туннельного киля b  1,2 м рекомендуется установка продольной разрезной балки в ДП или другое дополнительное подкрепление. При продольной системе набора днища кроме установки горизонтальных ребер стенки туннельного киля между флорами подкрепляют доковыми бракетами (рис. 8.9). 169