25. конструкция корпуса судна

В соответствии с рекомендациями Регистра 2002 г. корпус будет изготовлен с применением сталей ВСт3пс4 ГОСТ 5521-93 Re_н= 235 Мпа, ВСт3пс3 ГОСТ 5521-93 Re_н=235 Мпа, ВСт3пс2 ГОСТ 5521-93 Re_н= 235 Мпа

Судно набрано по комбинированной системе набора: нос, днище, борта, корма, МО,– поперечная система, палуба – продольная система набора.

В проекте принята шпация равная 600 мм.

Минимальные толщины связей приняты по таблице 2.4.1.1 РРР

В соответствии с Регистром в проекте приняты толщины листов:

Наружная обшивка в средней части судна и кормовой оконечности – 4 мм

Скуловой пояс наружной обшивки в средней части судна – 5 мм

Настил палубы судна между бортом и продольным комингсом – 4 мм

Настил второго дна - 5 мм

Обшивка внутренних бортов – 5 мм

Ширстрек и палубный стрингер в средней части судна – 5 мм

Обшивка водопроницаемых переборок за исключением форпиковой – 3 мм

Обшивка переборки форпика – 4 мм

Нижний пояс водонепроницаемых переборок судна – 4 мм

Настил палубы в оконечностях на открытых участках - 3 мм

Настил палубы в оконечностях закрытых надстройками – 3 мм

Флоры, кильсоны – 4 мм

Непрерывные продольные комингсы грузовых люков – 8 мм

Поперечные комингсы 6 мм

Рекомендации Регистра по конструированию корпуса судна:

1. При конструировании корпусов судов должен соблюдаться принцип совмещения связей в одной плоскости, что бы образовывались замкнутые конструкции.

2. Форма сечения связей должна иметь плавные переходы. Разность толщин смежных листов не должна превышать 30% толщины наиболее толстого из соединяемых листов или 5 мм (принимается меньшее значение)

3. Необходимо обеспечить непрерывность возможно большего числа основных продольных связей корпуса

4. В одном поперечном сечении корпуса не допускается прерывать более 1/3 продольных ребер жесткости, а также более двух продольных рамных связей расположенных по днищу или по палубе судна. Сечение, в котором прерываются продольные связи, должные отстоять друг от друга не менее чем на 2 шпации. Переход от продольной системы набора судна к поперечной должен быть постепенным.

5. В районах окончания палуб, платформ, настила второго дна, продольных переборок должны быть предусмотрены кницы или другие конструкции, уменьшающие концевые напряжения.

6. Ребра жесткости в местах окончания должны быть доведены до поперечной связи и закреплены кницами

7. Рамные продольные связи (стрингеры, карлингсы, кильсоны, комингсы грузовых люков) должны заканчиваться на переборках и поперечных рамных связях

8. Концы холостых шпангоутов борта должны быть перевязаны кницами с ближайшими продольными ребрами палубы и днища, набранными по продольной системе набора

Конструирование балок набора.

1. Соединение балок набора, стенки которых расположены в одной плоскости (бимса со стороны шпангоута, шпангоута с флором и т.д.), допускается производить кницами, при этом рамные балки должны быть сварены друг с другом. Размеры сторон книц определяются высотой меньшего профиля при соединении элементов холостого набора кницы должны перекрывать набор на протяжении не менее двух высот меньшего профиля, при соединении элементов рамного набора – не менее одной высоты меньшего профиля. Толщина книц, соединяющих рамный и холостой набор, должна быть не менее толщины меньшего профиля.

2. Кницы и бракеты, размером одной из привариваемых сторон которых более 35 толщин, должны иметь по свободной кромке приваренную полосу или фланец. Ширину приваренной полосы по одну сторону от линии приварки или фланца необходимо принимать в пределах 8-12 их толщин.

3. Рамные балки в местах пересечения с переборками должны крепиться к обеим сторонам переборок кницами, установленными в плоскости стенки рамной связи переборок.

4. Холостой набор должен быть пропущен через вырезы в проницаемых рамных связях. Стенка холостого набора должна быть приварена к стенке проницаемой рамной связи или проницаемой переборке либо связи должны быть соединены при помощи книц. Высота книц должна быть не менее двух высот, а толщина стенки не менее толщины холостого набора. Смещение кницы от плоскости стенки холостого набора не должно превышать катета сварного шва, увеличенного на 1 мм.

5. Соединение продольных ребер жесткости или холостого поперечного набора на непроницаемых переборках должно осуществляться с помощью книц, устанавливаемых с двух сторон рамной связи или переборки в одной плоскости со стенкой соединяемой связи или стойкой переборки, то стенки книц должны находиться в плоскости этих стоек или ребер рамной связи.

6. При закреплении концов балок не допускается приварка их стенок и поясков, а также книц к неподкрепленным листам: в плоскости стенки балки, пояска или кницы должно быть поставлено ребро жесткости или другая конструкция, надлежащим образом перевязанная с набором.

7. Толщина стенки набора должна быть равна толщине обшивки или настила к которому стенка прилегает. Толщина стенки может быть уменьшена по сравнению с толщиной обшивки на 1-2 мм и утолщением внутреннего дна или палубы на 2-3 мм

8. Толщина приваренного свободного пояска балки должна быть равной 1,25-1,75 толщины ее стенки. Ширина отогнутого фланца или приваренного несимметричного свободного пояска должна приниматься в пределах 8-12 их толщин. Ширина симметричного свободного пояска должна приниматься в пределах 15-25 его толщин.

Вырезы в корпусных конструкциях.

1. Прямоугольные вырезы в продольных связях должны иметь скругления в углах радиусом не менее 0,1 ширины выреза.

2. Вырезы в полотнищах, имеющие ширину больше 20 их толщины, но меньше 0,05 ширины непрерывного участка полотнища, в данном месте должны быть подкреплены по контуру.

3. Вырезы в продольных связях корпуса судна рекомендуется располагать большей стороной вдоль судна.

4. Связи у вырезов необходимо оканчивать на специально установленные связи и приваривать к ней. Если вырезов несколько, их следует по возможности располагать на одной линии вдоль судна, несовмещая несколько вырезов в одном поперечном сечении.

5. Делать вырезы в стенке балки непосредственно вблизи опор и книц не разрешается. Вырезы должны быть на расстоянии не менее 50% высоты балки от конца кницы.

6. Суммарная высота вырезов в стенках рамного набора для холостых балок не должна превышать 40% высоты рамного набора. Высота облегчающих вырезов и вырезов для лазов не должна превышать 50%, а ширина – 75% высоты рамной связи в данном месте. Расстояние от кромок всех вырезов в рамных связях до кромок вырезов для прохода балок холостого набора должно быть не менее высоты этих балок.

7. Высота вырезов для голубниц (протоков) в наборе не должна превышать 20% высоты балки, а длина должна быть не более 15 толщин обшивки или настила

8. Круглые вырезы диаметром не более 20% высоты балки рамного набора расположенные на расстоянии не менее двух высот балки друг от друга или от других вырезов, допускается не подкреплять.

25.1 Набор днища

В соответствии с п. 2.4.3.2 Российского Речного Регистра высота междудонного пространства принята 0,8 м.

В соответствии с п. 2.4.3.3 в плоскости ДП устанавливается непрерывный киль, а также боковые кильсоны, отстоящие на расстоянии 2 м от ДП, выполненные из стали толщиной 4 мм.

В связи с невысоким значением L/H (16,7) набор днища выполняется по поперечной системе набора, что позволит уменьшить металлоемкость, а следовательно и цену судна.

По поперечной системе формируются рамные шпангоуты – флоры, отстоящие друг от друга на величину 1,8 м и холостые шпангоуты – бракетные флоры, установленные между рамными шпангоутами на расстоянии шпации.

По продольной системе выполнены ребра жесткости сечением плособульба, установленные на днище на расстоянии 4350 мм и 4650 мм от ДП.

Момент сопротивления поперечного сечения продольных ребер жесткости днища с присоединенным пояском должен быть не менее:

W=10k₀a₁d₁²(T+r)=10*1*0,6*1,8²(1,2+0,6)=35 см³,

где к₀ – коэффициент, принимаемый равным при отсутствии распорки – 1

а₁ – шпация

d₁ – расстояние между флорами

Т – осадка

r – длина расчетной полуволны

По сортаменту уголков выбираем полособульб №10, имеющий параметры: f₀=8,63 см², i₀=85,22 cм⁴, f=30,23 см², i=354 cм⁴, W=42,2 cм³, Z=8,41 cм.

Момент инерции поперечного сечения продольных ребер жесткости днища с присоединенным пояском должен быть не менее:

I=2,8d₁²(f+100a₁t)=2,8*1,8²(30,23+100*0,6*0,4)=492 см⁴

Момент инерции выбранного уголка меньше допустимого поэтому принимаем решение о выборе другого полособульба с большим моментом инерции: выбираем полособульб №12, имеющий параметры: f₀=11,15 см², i₀=158 cм⁴, f=36,55 см², i=625,8 cм⁴, W=63,6 cм³, Z=9,84 cм.

Толщина листов рамных шпангоутов принята согласно таблице 2.4.1.1 п. 2.1 РРР и составляет 4 мм.

Флоры имеют вырезы, подкрепленные ребрами жесткости – полособульбами.

Стенки рамного набора при отношении высоты к толщине большем 80, а также ослабленные вырезом стенки высотой более 500 мм должны быть подкреплены вертикальными или горизонтальными ребрами жесткости с соблюдением следующих указаний: 1) высота вертикальных подкрепляющих ребер должна быть не менне 10% высоты стенки. Расстояние между вертикальными ребрами не должно превышать высоты стенки балки; 2) момент инерции горизонтальных подкрепляющих ребер с присоединенным пояском должен быть не менее:

i=5,1*10^-7Re_н*l²*(at+f)= 5,1*10^-7*235*195²(70*0,4+5,84)=154,2 cм⁴,

где Re_н – предел текучести стали

l – длина подкрепляющего ребра

а – расстояние между подкрепляющими ребрами

f – площадь ребра без пояска

По рассчитанному значению выбираем полособульб № 8, имеющий параметры: f₀=5,84 см², i₀=36,23 cм⁴, f=20,84 см², i=155,2 cм⁴, W=23 cм³, Z=6,76 cм.

Бракетные флоры состоят из верхних и нижних непрерывных балок, соединенных бракетами у кильсонов и у двойного борта.

Ширина бракет по обеим сторонам вертикального киля составляет 0,5 высоты междудонного пространства (0,4м). Ширина бракет у кильсонов составляет 0,3 высоты междудонного пространства (0,24м). Бракеты выполнены из стали толщиной 4 мм и имеют отогнутый фланец шириной 40 мм.

Момент сопротивления поперечного сечения с присоединенным пояском нижней балки бракетного флора должен быть не менее:

W=5k₀ac₁²(T+r)=5*1*0,6*1,4²*(1,2+0,6)=10,6 см³ ,

где с₁ – наибольшее расстояние между внутренними кромками бракет

Рассчитанному значению соответствует неравнобокий уголок 56х36х5, с параметрами: f₀=4,41 см², i₀=13,8 cм⁴, f=19,4 см², i=68 cм⁴, W=13,8 cм³, Z=4,94 cм.

Момент сопротивления поперечного сечения с присоединенным пояском верхней балки бракетного флора должен быть не менее:

W=4k₀ac₁²Н=4*1*0,6*1,4²*2,44=11,3 см³ или

W=0,4k₀ac₁²Pн=0,4*1*0,6*1,4²*16,1=7,6 см³,

где Pн – вес груза с учетом коэффициента неравномерности

(сечение профиля выбираем по большему значению)

Рассчитанному значению соответствует неравнобокий уголок 56х36х5

25.2 Набор борта

Система бортового набора поперечная, с чередующимися рамными и холостыми шпаногоутами. Рамные шпангоуты установлены в плоскости флоров, холостые – в плоскости бракетных флоров.

Момент сопротивления поперечного сечения рамного шпангоута с присоединенным пояском должен быть не менее:

W=10k*H*d₁=10*2,33*2,44*1,8=102,7 см³,

где к==2,33

Рамный шпангоут выполнен в виде тавра

Так как рамный шпангоут пересекается с бортовым стрингером, то высота стенки принимается такой же: h=200 мм. Толщина стенки t=t₀=4 мм.

Ширина полки b=80 мм.

Толщина полки: =1,75*4=7 мм.

Присоединенный пояс: а=60*t₀=60*4=240 мм.

Таблица 25.2.1 – Параметры тавра

№	Размеры (мм)	f(см2)	z(см)	fz(см3)
1	t0ха=4х240	9,6	0,2	1,9
2	tхh=4х200	8	10,4	83,2
3	xb=7х80	5,6	20,7	115,9
		23,2		201

см

Таблица 25.2.2 – Моменты инерции элементов тавра

	iсоб (см4)	iпер (см4)
Пояс	0,13	0,38
Стенка	266,67	865,3
Полка	0,23	2393,34
	3526,05

I=i_соб +i_пер=3526,05см⁴

I₀=I-f z₀²=3526,05-23,2*8,66²=1786 см⁴

W_min=I₀/z_max=1786/(23,2-8,66)=122,8 см³

122,8 см³>102,7 см³

W_min>W

Момент сопротивления поперечного сечения холостого шпангоута с присоединенным пояском должен быть не менее:

W=12k*L*a=12*2,33*1,3*0,6=22 см³

По рассчитанному моменту сопротивления подбираем профиль, который будет являться вертикальными балками борта холостого шпангоута: полособульб №8, имеющий параметры: f₀=5,84 см², i₀=36,23 cм⁴, f=20,84 см², i=155,2 cм⁴, W=23 cм³, Z=6,76 cм.

Подбор бортового стрингера

Согласно п. 2.4.4.10 РРР при высоте борта превышающей 2 м должен быть поставлен один бортовой стрингер. Размеры бортовых стрингеров должны быть

не менее размеров, требуемых для рамных шпангоутов или для бортовых шпангоутов при однородной поперечной системе набора. В соответствии с этим пунктом параметры бортового стрингера приняты такими же как и у рамного шпангоута: высота стенки h=200 мм. Толщина стенки t=t₀=4 мм, ширина полки b=80 мм, толщина полки: =7 мм

25.3 Набор палубы

Момент сопротивления поперечного сечения продольных подпалубных ребер жесткости с присоединенным пояском для участков палуб, не предназначенных для размещения груза должен быть не менее:

W=3,6аd₁²=3,6*0,6*1,8²=7 cм³

По рассчитанному значению выбираем полособульб №5, имеющий параметры: f₀=2,87 см², i₀=6,96 cм⁴, f=12,47 см², i=31,51 cм⁴, W=7,11 cм³, Z=4,49 cм

Момент инерции поперечного сечения продольных подпалубных ребер с присоединенным пояском должен быть не менее:

i=0,0127Re_H(f+100a₁t) d₁²=0,0127*235(2,28+100*0,3*0,4)1,8²=138,1 cм⁴

Из расчета следует, что момент инерции, выбранного полособульба не удовлетворяет условию, поэтому принимаем решение о выборе другого полособульба, с большим моментом: выбираем полособульб №8, имеющий параметры: f₀=5,84 см², i₀=36,23 cм⁴, f=20,84 см², i=155,2 cм⁴, W=23 cм³, Z=6,76 cм

Рамные бимсы установлены в плоскости каждого рамного шпангоута, а также в плоскости поперечных комингсов грузовых люков, шахт машинно-котельных отделений и в местах подкреплений подпалубными механизмами и устройствами.

Момент сопротивления поперечного сечения рамных бимсов с присоединенным пояском для участков палубы не предназначенных для размещения груза должен быть не менее:

W=k₀k₁k₂dB₁²=7,2*1*1*1,8*1²=12,96 cм³

Т.к. бимс пересекают подпалубные ребра жесткости из полособульба №8, то исходя из п. 2.3.3.6. РРР высота стенки принимается равной h=200 мм.

Толщина стенки t=4 мм, толщина полки: =5 мм, присоединенный пояс: а=60*t₀=60*4=240 мм, ширина полки b=35 мм

Таблица 25.3.1 – Параметры бимса

№	Размеры (мм)	f(см2)	z(см)	fz(см3)
1	t0ха=4х240	9,6	0,2	1,9
2	tхh=4х200	8	10,4	83,2
3	xb=5х35	1,75	20,65	36,14
		19,35		121,24

см

Таблица 25.3.2 – Момент инерции элементов бимса

	iсоб (см4)	iпер (см4)
Пояс	0,13	0,4
Стенка	266,67	865,3
Полка	0,04	746,29
	1878,83

I=i_соб +i_пер=1878,83 см⁴

I₀=I-f z₀²=1878,83-19,35*6,27²=1118 см⁴

W_min=I₀/z_max=1118/(200-6,27)=81,4 см³

W_min>W

Вывод: т.к. момент сопротивления тавра больше регламентируемого по Регистру, то прочность палубы считается обеспеченной