§ 34. Конструкция двойного дна сухогрузных судов 169

Поперечная система набора. Конструктивными элементами двойного дна при поперечной системе набора являются рассмотренные выше продольные листовые балки — вертикальный киль, днищевые стрингеры, наклонный междудонный лист, а также поперечные балки — флоры (см. рис. 8.2). Флоры устанавливают на расстоянии одной шпации (рис. 8.10), т. е. в плоскости каждого шпангоута, и вместе с поперечными палубными балками (бимсами) они образуют шпангоутные рамки. Основное назначение флоров — обеспечивать опору днищевой обшивке, настилу второго дна и вместе с ними обеспечивать прочность днища. От расстояния между флорами (от шпации) зависят толщина обшивки, определяемая условиями прочности и (или) устойчивости, а следовательно, и масса перекрытия. 169

Для транспортных судов предпочтительно увеличение шпаций по сравнению с нормальными примерно на 10%, поскольку это приводит к существенному снижению трудоемкости и стоимости изготовления конструкции при незначительном (не более 3—5 %) увеличении массы [6]. 169

Флоры в двойном дне непрерывны на полуширине судна, т. е. разрезаны в ДП на вертикальном киле или на туннельном при его установке и соединены с ним. По конструкции флоры могут быть: сплошными и водонепроницаемыми (из сплошного листа стали), бракетными (из бракет и катаных балок), облегченными (из листовой стали с большими вырезами). Бракетные и облегченные флоры называют еще открытыми, так как они улучшают условия передвижения в междудонном пространстве по сравнению со сплошными. 169

Сплошные флоры. При поперечной системе набора двойного дна сплошные флоры устанавливают обязательно в плоскости каждого шпангоута (через одну шпацию) в районах повышенных нагрузок, а именно: в носу судна на длине 0,25L от носового перпендикуляра, в МО, под фундаментами упорных подшипников, по концам фундаментов для котлов, под концами книц стоек переборок цистерн, под пиллерсами и в других сечениях. В районе грузовых трюмов рекомендуется устанавливать сплошные флоры на каждом шпангоуте, хотя и допускается чередовать их с открытыми флорами. В последнем случае расстояние между сплошными флорами должно составлять не более четырех шпаций и не более 3,6 м. 170

170

Рис. 8.10. Схема поперечной системы набора днища. 170

1 — водонепроницаемый флор; 2 — днищевой стрингер; 3 — вертикальный киль; 4 — открытый флор; 5 — сплошной флор; а — шпация; п = 2  4 —число шпаций между сплошными флорами. 170

Толщина стенки сплошного флора должна удовлетворять прочности на срез в районе опор у бортов, где во время эксплуатации судна действуют наибольшие перерезывающие силы от распределенной нагрузки, и в районе его пересечения с вертикальным килем, где действуют реакции кильблоков при постановке судна в док. 170

170

Рис. 8.11. Сплошной флор при поперечной системе набора (b₁h2; b₂  1,5 м). 170

Площадь поперечного сечения среднего флора f_фл при эксплуатационной нагрузке определяют из условия прочности на срез поформуле (8.7), принимая для n₀=N_фл/pB₁b₁ = ak₁² + bk₁ + c коэффициенты а, b, с из Правил Регистра СССР; перерезывающую силу начисляют по формуле (8.5), где n₁ = 2y/B₁ (у — отстояние поперечного сечения флора от ДП); п₂=1,0; b₁ — расстояние между соседними флорами, м. Для определения площади поперечного сечения среднего флора необходим коэффициент k_ = 0,9. Толщина сплошного флора (в мм) получается равной отношению s_фл = 0,1f_фл/h_фл; дополнительно она проверяется на устойчивость при действии касательных напряжений с учетом вырезов в стенке. Толщина сплошного флора (в мм) нового судна при поперечной системе набора днища должна быть не менее s_min = 0,035L + 5. 170

Конструкция сплошного флора показана на рис. 8.11. В стенке сплошных флоров для перемещения в двойном дне и вентиляции междудонных отсеков необходимы вырезы — лазы — обычно овальной, реже круглой формы. Количество вырезов должно быть наименьшим. Минимальный размер лазов 375х х450 мм. Чтобы сохранить необходимую жесткость флора как балки, вертикальный размер выреза не должен превышать половины высоты флора h. 171

По ширине судна вырезы в сплошном флоре, как и в других рамных балках, располагают на достаточном удалении от опор (во флорах — не менее половины высоты вертикального киля) и мест приложения сосредоточенных усилий (т. е. вне района установки пиллерсов, опор фундаментов, фитингов для крепления контейнеров на втором дне). Между вырезами стенку флора подкрепляют вертикальными ребрами жесткости, срезанными «на ус» по концам, с целью предотвратить потерю устойчивости стенки при изгибе флора. Сплошные листы с вырезами увеличенных размеров составляют открытые (облегченные) флоры. 171

В сплошных флорах, как и в проницаемых днищевых стрингерах, для прохода воздуха к воздушным трубам при заполнении между донных цистерн, а также для прохода топлива или балласта к приемным патрубкам при осушении цистерн, делают небольшие круглые вырезы — голубницы. Диаметр верхних голубниц (для воздуха) — 50 мм и нижних (для протока жидкости)— 75 мм. Голубницы могут быть совмещены с угловыми срезами сплошного флора для прохода сварных швов (см. рис. 8.11) при условии увеличения радиуса для обеспечения площади голубниц. 171

Водонепроницаемые флоры. Водонепроницаемые флоры в двойном дне обязательно устанавливают в плоскости аварийных поперечных переборок. В случае смещения непроницаемого флора на одну шпацию от переборки под нею устанавливается сплошной флор. Для разделения междудонного пространства по длине судна на отдельные отсеки водонепроницаемые флоры могут быть установлены в необходимом количестве и между поперечными переборками в районе МО или трюмов. 171

Нагрузка на непроницаемый флор, пропорциональная испытательному напору, действует по нормали к его плоскости, когда одна из разделяемых им цистерн пустая. Допускаемые напряжения в середине пролета балки-полоски, мысленно выделяемой в стенке непроницаемого флора, приняты равными 0,8а_н при определении его толщины по формуле s = 15,8a – + s_к, где а  0,9 м — расстояние между ребрами жесткости; к — коэффициент в зависимости от отношения сторон опорного контура пластины [см. формулу (7.7)]; р = gH — расчетная нагрузка, кПа; Н — испытательный напор, м; k_ = 0,8. 171

Фактическая нагрузка на непроницаемый флор во время эксплуатации будет иметь значительно меньшую интенсивность, так как каждый литр воздуха, вышедший с запозданием из «воздушных мешков» заполненной цистерны, уменьшает интенсивность нагрузки на 0,5 м вод. ст. (~4,9 кПа) при диаметре воздушной трубы 50 мм. Проектная толщина непроницаемого флора должна быть не менее толщины сплошного флора и не менее минимальной толщины для деталей внутри цистерн двойного дна. 172

В двойном дне высотой более 900 мм непроницаемые флоры подкрепляют установленными вертикально, срезанным «на ус», ребрами 172

172

Рис. 8.12. Бракетный флор. 172

1 — сплошной флор; 2 — днищевой стрингер; h_к — высота вертикального киля; l₁ и l₂ — пролет балок бракетного флора; а — шпация; а₁ — расстояние между сплошными флорами. 172

жесткости с моментом сопротивления (в см³), определяемым по формуле 172

172

где Q = pah_к, кН; h_к — принятая в проекте высота двойного дна, м; т = 8; k_ = 1,0. 172

Бракетные флоры. С целью улучшить доступ внутри междудонных цистерн допускается между сплошными флорами устанавливать бракетные флоры в районе трюмов с высотой двойного дна до 1000 мм и только в тех сечениях по длине судна, где сплошные флоры могут быть заменены ими. Бракетные флоры имеют меньшую массу, чем облегченные и тем более сплошные флоры. Однако трудоемкость изготовления бракетных флоров на 25—30 % выше, чем трудоемкость изготовления листовых флоров. Поскольку несущая способность бракетных флоров значительно меньше несущей способности сплошных, их количество между сплошными флорами ограничено. Конструкция бракетного флора показана на рис. 8.12. Протяженность каждой бракеты у вертикального киля и междудонного листа составляет не менее 0,75 высоты киля, а у днищевого стрингера — не менее 0,35 h_к. 172

173

Рис. 8.13. Закрепление концов балок бракетного флора. a₁  0,25h; a₂  0,75h; b  0,65h; с =20-40 мм. 173

Ha полуширине судна бракеты толщиной, равной толщине сплошного флора, соединяются между собой нижней и верхней балками с моментом сопротивления их сечения (в см³) не менее 173

(8.10) 173

где р — расчетная нагрузка, кПа; l — пролет балок между внутренними кромками бракет, м; т = 12; k_ = 0,80. 173

Для нижних балок расчетная нагрузка равна внешнему давлению на вершине волны, т. е. сумме статического и волнового давления, как для днищевой обшивки [см. формулу (7.5)]. Момент сопротивления верхних балок бракетного флора Правилами всех предыдущих изданий (также и 1985 г.) допускался на 15 % меньше, чем у нижних балок. Новые Правила Регистра СССР увеличили расчетную нагрузку для верхних балок, установив ее соответствующей испытательному напору. 173

Для уменьшения размеров сечения балок бракетного флора они могут быть перевязаны при пролете l  2,5 м и посередине должны быть перевязаны вертикальными стойками при большем пролете. Размер поперечного сечения этих стоек определяют условиями прочности (площадь сечения) и устойчивости (минимальный момент инерции) при сжатии. Промежуточные стойки являются упругими опорами для балок бракетного флора. Поэтому их момент сопротивления, полученный при полном пролете между бракетами, допустимо уменьшать лишь в два раза в случае установки промежуточных стоек. Соединение балок с бракетами 174

174

Рис. 8.14. Схема продольной системы набора днища. 174

1 — днищевой стрингер; 2 — продольные балки; 3 — вертикальный киль; 4 — сплошной флор; 5 — доковые бракеты; 6 — днищевая обшивка; 7 — скуловые бракеты; а — шпация; а₁ — расстояние между флорами; с — расстояние между доковыми бракетами. 174

может быть нахлесточным (рис. 8.13, а и б) или стыковым в одной плоскости (рис. 8.13, в и г). 174

На судах с поперечной системой набора днища и высотой двойного дна более 800 мм вместо бракетных флоров следует устанавливать менее трудоемкие облегченные флоры с увеличенными вырезами высотой до 0,6, длиной до 1,2 и расстоянием между ними 0,5 высоты вертикального киля. Толщина облегченных флоров составляет не менее толщины сплошных в данном районе, а расстояние между подкрепляющими ребрами увеличено до 2,2 м. 174

Продольная система набора. Конструкция двойного дна с продольной системой набора отличается от конструкции с поперечной системой тем, что между вертикальным килем и днищевыми стрингерами по днищевой обшивке и настилу второго дна устанавливают продольные балки на расстоянии одной шпации (рис. 8.14). По длине перекрытия количество флоров сокращается в два — четыре раза. Расстояние между флорами при продольной системе набора в средней части длины судна допускается до 3,6 м при наличии вертикальных промежуточных распорок между нижней и верхней продольными балками или до 3,2 м, если они отсутствуют, и при том условии, что расстояние составляет не более четырех шпаций. В новых Правилах Регистра СССР расстояние между сплошными флорами допускается принимать до 3,75 м, но не более пяти шпаций при условии обязательной установки промежуточных вертикальных распорок. Расстояние между флорами не допускается более двух шпаций в районах 0,25L в носу, в МКО, а также в грузовых трюмах при разгрузке грейферами. 174

Таким образом, при продольной системе набора пластины днищевой обшивки и настила второго дна ориентированы вдоль судна. Продольное расположение пластин, как уже упоминалось, значительно увеличивает их устойчивость при сжатии усилиями от общего изгиба судна и нейтрализует негативное влияние деформации обшивки из-за усадки сварных швов. 175

Размеры вертикального киля, днищевых стрингеров и флоров определяют из условия местной прочности так же, как и при поперечной системе набора (см. § 32). Однако жесткость вертикального киля и стрингеров увеличивается из-за участия продольных балок в совместном с ними изгибе днищевого перекрытия. Поскольку расстояние между флорами при продольной системе набора увеличено, требование прочности стенки флоров в районе опор при действии перерезывающих сил может стать определяющим. Необходима также проверка стенки флоров на устойчивость при действии на них касательных напряжений. Минимально допустимая толщина сплошного флора увеличена на 1 мм по сравнению с толщиной флора при поперечной системе набора. Дополнительной функцией флоров при продольной системе набора является обеспечение промежуточных опор для днищевых продольных балок. 175

Днищевые продольные балки. Эти балки одновременно с поперечной нагрузкой воспринимают попеременно сжимающие и растягивающие напряжения от общего изгиба, т. е. находятся в условиях так называемого сложного изгиба. Поэтому к продольным балкам предъявляют требования прочности и устойчивости. Известно, что при использовании стали с пределом текучести не более 390 МПа днищевые продольные балки, удовлетворяющие требованиям местной прочности, являются одновременно и устойчивыми. 175

При равных расстояниях между флорами и равномерно распределенной нагрузке продольные балки оказываются жестко заделанными на флорах. Требуемый момент сопротивления нижней балки с присоединенным пояском определяют так же, как и для нижней балки бракетного флора, по формуле (8.10), принимая ту же интенсивность внешней поперечной нагрузки и тот же коэффициент изгибающего момента т = 12. Расчетный пролет продольных балок равен наибольшему расстоянию между флорами (в районе трюмов). Коэффициент допускаемых напряжений для продольных балок днища определяют по формуле k_ = 0,3 + x/L, принимая отношение x/L в пределах 0,2  x/L  0,4, где х — отстояние среднего сечения рассматриваемого пролета балки от миделя, м. 175

Момент сопротивления продольных балок, установленных по настилу второго дна, определяют аналогично. За расчетную нагрузку принимают давление, соответствующее испытательному напору до верха воздушной трубы, а коэффициент допускаемых напряжений k_ = 0,4 + x/L. 176

Нижние и верхние днищевые продольные балки при отношении пролета к высоте поперечного сечения l/h < 10 дополнительно проверяют на прочность при срезе. Требуемая площадь поперечного сечения стенки балки (в см²) в районе опор с учетом вырезов находят по формуле f_ст = 10N/k__н + 0,1hs_к, где N = pal/2 — перерезывающая сила, кН; p —расчетное давление, кПа; h — высота стенки балки, см; k_ = 0,70. 176

поперечное сечение которых (в см²) имеет площадь f = 10pal/k__н + f_к, где p – расчетная нагрузка (внеш-няя или внутренняя со стороны груза в трюме – что больше), кПа; l – пролет подкрепляемых балок, равный расстоянию между флорами, м; k_ = 0,5; f_к = 0,l/hs_к. Полученный размер поперечного сечения стойки проверяют на устойчивость. Поскольку промежу-точные стойки обеспечивают для нижних и верхних продольных балок только упругую опору, требуемый момент сопротивления этих балок уменьшают лишь в два раза. 176

176

176

176

176

176

176

Рис. 8.15. Варианты соединения продольных балок со сплошным флором. 176

Под действием нагрузки, передаваемой продольными балками на флор, и от его собственного изгиба по кромкам вырезов образуются зоны повышенных напряжений, где довольно часто при эксплуатации судна появляются трещины. Это следует учитывать при выборе формы и размеров вырезов в стенке флоров и других рамных балок в конструкции соединения с балками основного набора. 177

Конструкция сплошного проницаемого флора показана на рис. 8.16. На обычных судах флор разрезают только на вертикальном или туннельном киле. По флору устанавливают вертикальные ребра жесткости, которые являются опорой для продольных балок и обеспечивают устойчивость стенки флора. 177

Более сложной является конструкция соединения продольных балок с водонепроницаемым флором, особенно в районе монтажных стыков. 177

Рис. 8.16. Двойное дно с продольной системой набора 177

178

178

Рис. 8.17. Соединение разрезных днищевых продольных балок с водонепроницаемым флором. с = (2,53,0)h; k = 1015 мм; =min (4s; 60) мм;  = 30°. 178

178

Рис. 8.18. Варианты соединений днищевых продольных балок с водонепроницаемым флором   s/2: a — соединение продольных балок с непроницаемым флором без разреза; б —то же с разрезом. 178

Для удобства сборки продольные балки обычно разрезают. Для уменьшения концентрации напряжений в этих случаях концы балок и свободные кромки бракет в отличие от первых подобных конструкций делают с плавным изменением сечения (рис. 8.17). На судах длиной более 80 м новые Правила Регистра СССР рекомендуют приварку к непроницаемым флорам торцов разрезных продольных балок с обеспечением минимальной разностенности (рис. 8.18). 178

При использовании стали повышенной прочности для днищевых и палубных связей продольные балки следует пропускать через непроницаемые флоры без разреза. Для удобства сборки свободные пояски продольных балок в местах установки непроницаемых флоров срезают газом на длине l = s_фл + 4 мм. После этого флоры легко нанизывают предварительно сделанными прорезями на стенки продольных балок и приваривают к обшивке, а сами балки по периметру сваривают со стенкой флоров. 179

Монтажный стык продольных балок отстоит от непроницаемого флора под переборкой на 200—300 мм и перекрывается бракетой, установленной в плоскости балок (см. рис. 8.18, а). В этих случаях в двойном дне сухогрузных судов при перевозке обычных грузов бракеты с обратной стороны флора можно не ставить. 179

179

Рис. 8.19. Бракеты двойного дна: а, б — доковые у вертикального киля; в, г — скуловые. 179

Подкрепление продольных рамных балок. При продольной системе набора увеличивается расстояние между флорами, и поэтому продольные рамные балки нуждаются в подкреплении. Для обеспечения устойчивости вертикального киля при сжатии напряжениями от общего изгиба, чтобы не увеличивать толщину, по высоте стенки устанавливают одно или два горизонтальных ребра жесткости, размеры поперечного сечения которых определяют также из условия устойчивости (см. рис. 8.16). Аналогичное подкрепление имеют стенки туннельного киля (см. рис. 8.9) и днищевые стрингеры. Проницаемые стрингеры по условиям технологичности рекомендуют подкреплять вертикальными ребрами, но применяют подкрепление и горизонтальными ребрами. 179

Дополнительно вертикальный или туннельный киль подкрепляют с каждого борта поперечными доковыми бракетами, расположенными одна от другой или от флора на расстоянии не более 1,2 м по вертикальному килю и не более одной шпации по туннельному. По ширине эти бракеты имеют размер одной шпации и соединяются с ближайшими к килю парами продольных днищевых балок (см. рис. 8.9 и рис. 8.19, а и б). В результате соединения вертикального киля с ближайшими продольными балками получается жесткая, достаточно прочная килевая балка, воспринимающая реакции кильблоков при постановке судна в док. В районе скулы крайний междудонный лист между сплошными флорами подкрепляют скуловыми бракетами (см. рис. 8.19, в и г), установленными в плоскости шпангоутов на расстоянии одной шпации. Установка скуловых бракет обеспечивает также необходимую жесткость соединения бортов судна с днищем. 180