Размещение груза

L(cm)

Рис 4.39. Горизонтальный стопор с торцевой плитой.

Пример 2.

Если по условиям перевозки груза или из-за его габаритов требуются «вертикд стопоры, то значения их MSL должно быть меньшим из ниже приведенных двух формул

MSL = 4 х L (кН)

MSL = 6 х Li х b/h (кН)

Допустим, что размеры двутавровой балки, из которой изготовлен стопор, равны 16 х 16 тогда значение L = 6x 16 = 96 см, а сопротивление чистого сдвига дает значение MS1 = 96 = 384 кН.

Опрокидывающий момент создается плечом h = 30 см. Ему противостоит стабилизируй момент с плечом b = 16 см, действующий на сварной шов L i = 2 x l 6 = 32 см.

MSL = 6 х 32 х 16/30 = 102,4 кН.

Это значение и есть действительная величина MSL этого стопора.

Примечание: на шов L1, поэтому, ее значение можно принять 6 кН на 1 см длины у. шва.

L1

Рис 4.40. Вертикальный стопор

Пример 3.

На рис... показано крепление угловой сваркой, выполненной только на внешней стопора. В этом случае этот шов остается один на один с опрокидывающим мом которому он, скорее всего, не сможет противостоять из-за слишком ко- стабилизирующего плеча.

58

Рис 4.41. Стопор, приваренный угловым швом с внешней стороны, отчего его надежность сомнительна.

4. Недостаточная упругость приваренных стопоров может создать ситуацию, где стопоры примут полную нагрузку от внешних сил, в то время как найтовы будут нести нагрузку чуть эолыпую от их предварительного натяжения. Эту разницу можно уменьшить, если установить деревянные прокладки между приваренными стопорами и грузовым место, используя большую эластичность дерева. Здесь следует использовать дерево мягких пород, и ни в коем случае твердых. В этом случае дерево будет одновременно защищать груз от прямого контакта со стопором и повысит коэффициент трения между стопором и грузом.

Другой способ, применимый в данном случае - использовать найтовы с меньшей упругостью, например, цепи. В любом случае, качественное предварительное натяжение, в сочетании с приваренными стопорами, является обязательным условием.

5. Следует строго соблюдать меры противопожарной безопасности при проведении сварочных работ. В случае запрета сварочных работ на берегу, стопоры к опорным балкам следует приваривать на берегу. Если сварочные работы проводятся на судне, то экипаж несет полную ответственность за получение разрешения и выполнение предписанных администрацией порта требований, а именно - несение пожарной вахты, наличие средств тушения огня во время сварочных работ и нескольких часов после их окончания.

Примечание.

1. Вышеприведенные примеры касались крепления стопоров однослойной сваркой, MSL которой равняется 4 кН на 1 см длины сварки. В случае если сварной шов состоит из трех слоев, то его MSL повышается до 10 кН на 1 см длины.

Рис 4.42.

Пример: допустимая нагрузка сдвига на стопор длиной 20 см, приваренной с обеих сторон одинарной нитью, будет = 2 x 2 0 x 4 = 160 кН. В случае наложения трехслойного шва, MSL = 2 х 20 х 10 = 400 кН.

а. При установке нескольких стопоров к одному грузовому месту, суммарное значение MSL получается умножением MSL одного стопора на число установленных стопоров.

59

б.Заранее позаботьтесь, чтобы стопоры имели одинаковые размеры и ко.тнвггя наложенных слоев швов.

Рис 4.43. Установка нескольких приваренных стопоров к одному грузовому месту.

Используем значение M S L стопора с однослойной сваркой, приведенного выше, т.е. 160 яЩ| Всего установлено 3 стопора. Суммарное значение MSL = 160 х 3 = 480 кН.

в. При расчетах и оценке прочности крепления не забывайте для получения значении I при применении Усовершенствованного метода разделить значение MSL на 1.5 Альтернативному методу - на 1,35.

4.16. Упругость найтовов, распорок и приваренных стопоров.

Упругость различных средств крепления играет важную роль в поведении крепехаи! конструкции при нагрузках. Приложение 13 Кодекса CSS включает коэффнглааг безопасности 1,5, на который делится значение MSL для определения меньшего значеннт z при расчете Усовершенствованным методом и на 1,35 - Альтернативным. CS, уменьпд значение MSL данной крепежной конструкции, в основном, предназначено для компеЕсахш? различий в упругости элементов крепления, составляющих крепежную конструкцию • - того, коэффициент безопасности своим значением закрывает небольшие откленези! направлений найтовов от идеальных.

CS, разумеется, выполняет свою роль, но до тех пор, пока нет значительной раз: упругости, но может случиться, что значение этого коэффициента будет недостате : случае, когда, например, большой штабель труб закреплен приваренными стопор а длинными стальными найтовами.

Практически невозможно определить с математической точностью прочность слоя крепежной конструкции, принимая во внимание различия в поведении всех элемо крепления, включая и конструкцию опор, размещенную под грузом. Единственный и разрешению этой дилеммы - уверенное знание принципов сущности растяжения нагрузке, здравый смысл и логическое обоснование того, что следует включать, а исключить из расчетов равновесия сил и моментов, приведенных в Приложении 13.

Если разница значений упругости слишком велика, например, при одноврем креплении груза приваренными стопорами и волокнистой тканой лентой, то единс разумное решение состоит в том, чтобы размеры стопоров были такими, чтобы они предотвращали скольжение груза, а найтовы из ленты работали на защиту опрокидывания.

4.16.1.Принципы растяжения при нагрузке.

Основное уравнение, показывающее зависимость растяжения от нагрузки:

F - сила, передаваемая крепежным устройством (кН)

А- действительное поперечное сечение крепежного устройства (см2)

60

Е - модуль упругости (кН/см )

AL - деформация, т.е. растяжение или сжатие крепежного устройства (м) L - начальная действительная длина крепежного устройства (м)

По вышеприведенной формуле можно рассчитать передаваемую силу, но при условии, что известны все четыре составляющие в правой части уравнения. Для расчета растяжения и сжатия, эту формулу можно преобразовать:

К сожалению, эту формулу почти невозможно применить к стальным тросам, поскольку сложно определить их поперечное сечение металлической части. К тому же модуль упругости их не постоянен и зависит от сорта стали и конструкции самого троса.

Информация по эластичности стальных и волокнистых тросов, как правило, приводится в диаграммах, показывающих отношение нагрузки, выраженных в процентах к растяжению, также в процентах, от первоначальной длины. Это выражается формулой:

Растяжение в % от начальной длины

Рис 4.44. Диаграмма растяжения различных тросов при нагрузке

В большинстве случаев константа «С» не является константой, как показано на р и с . , но ее значение можно принять как среднее для разумного диапазона сил. Опять же, может быть, интересно рассчитать растяжение троса для данной силы. Тогда формула принимает вид:

кт 1 F

Л/. = — х — (м)

СF„

Значение «С» в диапазоне между 0 и 80% разрывной нагрузки троса б/у можно принять = 25. Для полиэфирного троса это значение равно 3,6 как среднее при 5 0 % разрывной нагрузки. С этими значениями «С» можно определить модуль замещения растяжения к огибающей окружности поперечного сечения троса.

АхЕ

61

d Х7Г

Эти результаты основаны на значениях разрывных нагрузок этих тросов, п эмпирическими методами в Учебном Центре Бременского порта:

ВЬстального троса = 50 х d (кН), диаметр d в см.

•у

ВЬполиэфирного троса = 15 х d (кН), диаметр d в см.

Что касается цепных найтовов, то их эффективное поперечное сечение установить л« использование модуля растяжения нелегированной стали запрещается. В Герм Правилах размещения и крепления контейнеров Германский Ллойд приводит значено 104 кН/см2 для обычных цепей с длинными звеньями, изготовленных из стали диаме мм.

4.16.2. Сравнение модулей растяжения.

В заключение приводятся приближенные значения модулей растяжения некоторых . - крепления:

Е - 2 1 0 0 0 кН/см для стали, например, для прутковых найтовов.

Е « 4000 кН/см2 для цепей с длинными звеньями.

-у

Е~ 1600 кН/см для стального троса 6 х 19 + 1FC (б/у) в зависимости от пд переречного сечения.

Е~ 1100 кН/см2 для дерева хвойных пород при нагрузке вдоль волокон.

Е ~ 100 кН/см2 для дерева хвойных пород при нагрузке, приложенной по нормали к водснар, в зависимости от расстояния между годовыми кольцами.

Е ~ 70 кН/см2 для полиэфирного троса, в зависимости от площади поперечного сечения.

Новый трос конструкции 6 х 19 + 1FC или подобный, примерно в 6 раз эла. использованного. После неоднократных нагрузок на 10% превышающих его раз: прочность, появляется остаточное растяжение около 2,5%, после чего трос ведет ceoi ЕК использованный. Это происходит из-за сравнительно слабой конструкции троса, и в меньшие степени это касается тросов со стальными сердечниками или тросов специальаив конструкции, используемых в подъемных механизмах.

Значение, приведенное для полиэфирного троса, может быть не соответствов.з: волокнистых лент из-за их более компактной конструкции. Однако их модули упр; будут меньше, чем у стального троса.

Примеры.

Эти примеры показывают, что только сочетание всех трех составляющих Е, А • I определяют упругое растяжение, а, следовательно, и силу крепежного устройства.

Пример 1.

Деревянная распорка сечением 10 х 0 см и длиной 1,5 м, нагружено до значения ее MSL кН/см . Сила F = ЗОкН, длина L = 1,5 м, поперечное сечение А = 100 см2, а модуль упрупхш = 1100 кН/см2. Определить размер сжатия AL.

3 0 x 1 , 5

AL = = 0,0004 м = 0,4 мм. 100x1100

Полученная величина очень мала, если сравнить ее с обычно допускаемой высока! упругостью дерева. Однако вместе с деревянными распорками устанавливаются поперечнзй

62

для распределения нагрузки, которая направлена по нормали к волокнам этих поперечин; в этом случае модуль упругости составляет только 10% от модуля упругости, действующей вдоль волокон. Кроме того, деревянная распорка может давить на судовую конструкцию, например, на стальную переборку, толщина которой около 8 мм, и которая может прогнуться только на 1 мм под действием этих 30 кН. Поэтому суммарная упругая податливость, или прогиб, может составлять 2 мм.

Пример 2.

Стальной трос диаметром 18 см и общей длинной 25 м заведен полупетлей вокруг большого штабеля труб, погруженных на крышку трюма, трос нагружен до его M S L 8 0 % от его BL. Номинальное поперечное сечение (наибольший диаметр) = 1,82 х я/4 = 2,54 см2, заменяя Е для этого троса = 1600 кН/см2, приложенная нагрузка = 1,82 х 50 х 0,8 = 1 3 0 кН.

1 3 0 x 2 5

ДЬ = = 0,80 м = 80 см. 2,54x1600

Это огромное значение можно уменьшить до 62 см, если значение предварительного натяжения = 30 кН. Но это значение не удержит трубы от смещения или даже вращения в случае предельной нагрузки на трос.

Пример 3.

Длиннозвенная крепежная цепь диаметром 13 мм, длиной 5 метров, нагружена до ее MSL 50% от BL = 212 кН. Номинальное поперечное сечение = 2 х 1,3 х я/4 = 2,65 см2, Е = 4000 кН/см2, приложенная нагрузка MSL = 0,5 х 212 = 106 кН.

Это не так уж много. Стальной трос диаметром 18 мм и той же длины и той же приложенной нагрузкой показал бы результат удлинения:

2,26x70

Этот результат может показаться удивительным, но низкий модуль упругости сочетается с низким MSL. Так что значение удлинения остается умеренным.

Пример 5.

Найтов, составленный из длиннозвенной цепи диаметром 13 мм, длиной 3 метра и кренгельса длиной 2 м, изготовленного из стального троса, диаметром 16 мм будет нагружен до MSL цепи = 106 кН. Номинальное поперечное сечение троса = 2 х 1,6 х п/4 = 4,0 см .

63

Ожидаемая выгода от упругости стального кренгельса оказалась меньше, поскольку кренгельс, или кольцо, представляет собой удвоенный трос с высоким номинальны* поперечным сечением.

4.17. Оптимальное предварительное натяжение найтовов.

Неоднородная упругость различных крепежных элементов, составляющих крепежконструкцию, может и должна компенсироваться тщательным предварительным натяжение* каждого отдельного элемента до такой степени, которой обладают эти элементы, например, элементы с высокой упругостью должны иметь более высокое предварительное натяжение, i наоборот.

Сила предварительного натяжения в найтовах зависит от технических средств, пяотноетж сцепления инструмента, используемого для натяжения и физической силы исполнител* работы. Для обычных талрепов в найтовах из стального троса предварительное натяжение i 30 кН (3 тонны в прежнем выражении) является разумным пределом. Это же значение м о ж ж получить, работая с цепями, снабженными натяжными рычагами. Однако всегда наблюдается ослабление найтовов, в большей мере это касается тросовых найтовов, i меньшей степени цепных. Через несколько часов после выхода судна в море обязате.тьн: подтяните найтовы, и начните это с подтягивания гаек на зажимах.

Распускаются слухи, что предварительное натяжение найтовов впрямую влияет на уменьшение их держащей силы на величину этого предварительного натяжения. Это ж совсем так, если величина предварительно натяжения будет ниже 5 0 % значения N!

найтова. Объясняется это просто.

Рис 4.45 показывает вероятность смещения или поперечной деформации грузового места, установленного на гибкое основание, в результате два найтова могут реагировать в упруго* режиме при проявлении внешней силы.

Рисунок слева показывает предварительное натяжение найтовов, заведенных с обеих сторш грузового места = 0,5 MSL, при этом один найтов компенсирует другой. Правый рисунгс показывает приложенную силу = MSL. Правый найтов будет растягиваться до тех пор, п о и сила растяжения не сравняется с MSL, которая компенсирует внешнюю силу, в то же ЕГ- предварительное натяжение левого найтова снизится до нулевого значения.

Предварительное натяжение правого найтова 0,5 MSL обеспечивает минимальнее скольжение и нарушение формы грузового места. Если же при начальном креплении значение предварительного натяжения будет больше 0,5 MSL, нагрузка на правый найтс Е конечном счете, будет выше, поскольку левый найтов сохранит некоторое значение предварительного натяжения, как это показано на рис ниже.

Предварительное

натяжение = 0,5 MSL

Внешняя сила = MSL

Натяжение MSL

Предварительное натяжение = 0

Рис 4.45. Максимально допустимое значение предварительного натяжения.

64

Рис 4.46. Чрезмерное значение предварительного натяжения.

Практически предварительное натяжение в 0,5 MSL едва ли достижимо, принимая во внимание физические возможности человека, так что перестараться едва ли получится.

Для контроля значения натяжения в найтове выпускаются натяжные устройства с цифровыми датчиками, которые показывают значение величины натяжения найтова.

_5

Рис 4.47. Датчик контроля величины натяжения найтова

65

ГЛАВА 5. МЕТОД Ы РАСЧЕТА И ОЦЕНКИ КРЕПЛЕНИЯ

Грузы на торговых судах крепились во все времена. Скорее всего, в разное существовали свои практические, или эмпирические методы расчета крепления. Наг есть предположение, что камни для египетских пирамид доставлялись через Среди море, и не думаю, что моряки тех времен были столь непредусмотрительными в обесп безопасности перевозок, чтобы не крепить груз этих камней на судах. Я спраш Капитанов Дальневосточного морского пароходства, ходивших 2-ми помо капитанов, старпомами и Капитанами во времена Советского Союза и после его были ли в те времена какие-либо практические методы определения прочности креп чем они руководствовались, закрепляя груз перед выходом в море. Большинство от что руководствовались информацией в «4М», а при перевозке крушюгабари: тяжеловесных грузов обращались в Дальневосточный Научно Исследовательский Инс Морского Флота (ДНИИМФ) . Я буду очень благодарен читателям за любые досто: данные о практических методах расчетов крепления, которыми они руководство» прежние годы. Убежден, что моряки такой великой морской державы, как обязательно должны были иметь и использовать такие правила, поскольку ДНИИМФа располагались далеко не во всех дальневосточных портах и не во все в Что касается моряков зарубежных стран, то мне удалось узнать следующее.

Грузовые помощники Германской судоходной компании "Hansa-Line" до выхода Б Приложения 13 Кодекса CSS пользовались практическим правилом «Заводите один на на каждые 5 тонн массы груза». При этом каждый из этих найтовов заводился в кренгельса с четырьмя правильно наложенными зажимами, применялся трос констру] х 19 + 1FC диаметром, по крайней мере, 16 мм, но предпочтение отдавалось 18 мм тр компания имела талрепы собственной конструкции с BS более 30 т. Каждый нг

заводился только к одному палубному рыму, прочность крепления которого примга равнялась прочности места крепления к грузовому месту. Направление заводки найло было строго определено: по 4 0 % заводились к бортам и по 10% в направлении носа и кор при этом найтовы распределялись симметрично ЦТ груза. Вертикальные угла найтовов й не более 60°. При заводке найтовов избегали их контакта с острыми кромками судовых; других конструкций, а предварительное натяжение было соответствующим. Если груз большую парусность, то заводили дополнительные найтовы.

В Великобритании и Соединенных Штатах применялось «Трехкратное правило», которого заключалась в том, что «Безопасная рабочая нагрузка (SWL) всех найтовов дол быть равна весу груза». В этом правиле SWL найтовов определялась как 1/3 разрь прочности (BS) нагрузки скольжения тросовых зажимов. Отсюда, сумма всех зна* разрывной прочности должна была втрое превышать вес груза, т.е.: Разрывная прочн всех найтовов должна равняться весу груза, умноженному на 3. Это правило на1: действовать при периоде качки равном 13 секунд или более и при небольшой МЦВ (G> Более подробно с этим правилом можно ознакомиться в книге Джона Нотта, указанно* i библиографии.

Кодекс CSS в своем Приложении 13 также приводит эмпирическое правило, которое б>: рассмотрен более подробно в этой главе.

5.1Расчет и оценка прочности крепления. Приложение 13 Кодекса CSS..

Внастоящее время международные правила требуют, чтобы грузы были надежно размеше

изакреплены. В основном, идея применения правил в том, что судно может оборудовано для перевозки отдельного типа груза, например, контейнеровозы, а срел: крепления являются частью конструкции, которые отвечают стандартам и одобр Классификационным обществом, затем документация и руководства, относящиеся к систе должна быть перенесена в Наставление по Креплению грузов. Этот документ обязате:

66

должен находиться на борту судна и обязательно использоваться в каждом рейсе. Широкий ряд приемлемых устройств можно было бы разместить при таком подходе.

Но, существуют другие грузовые единицы, обычно перевозимые в единственном числе, устройства, размещение которых нельзя включать в конструкцию судна, как это было в случаях, упомянутых ранее. И М О определяет их как «нестандартизированные грузы»; Кодекс Безопасного Размещения и Крепления Грузов (Кодекс CSS) предлагает методы расчетов и оценки для определения надежных крепежных конструкций, применяемых в таких случаях. Этот метод был включен в Приложение 13 «Усовершенствованный Метод Расчета». Он достоин особого внимания тем, что будь груз стандартный или нестандартный, он подвергается тем же самым, иногда жестоким, воздействиям погоды, бортовой, килевой и вертикальной качке. При проектировании крепежных конструкций с учетом всех этих факторов, Классификационные общества используют более сложные математические методы, которые, возможно, были бы полезны морякам для определения крепежных конструкций при перевозке одиночного места нестандартного груза, но методы расчетов, используемые ими слишком сложны.

Исследовательская группа М М О , под руководством Капитана Германа Кэпса (Hermann Kaps), профессор морских наук, преподавателя Бременского Политехнического Университета, разработала универсальный и более упрощенный метод расчета. Как объясняет профессор Кэпс, эти упрощения включают:

•замену динамического процесса, от которых возникают силы, статическим положением, при котором можно проверить равенство сил и моменты нагрузок

•замену вероятностных вычислений распределения внешних сил на допущения пиковых нагрузок

•введение однородных вычислений распределения сил крепления с дополнительным коэффициентом безопасности.

Эта методика сложная, но пользователю совсем не обязательно решать и выполнить оценку по выше упомянутым этапам. Методика, изложенная в методах Приложении 13, представлена в таблицах и пояснениях, что облегчает ее использование и является весьма удобной в применении.

Цель крепления грузового места заключается в предотвращении смещения или опрокидывания груза. Но почему должно произойти смещение или опрокидывание? Любой моряк знает, что спокойное состояние судна заканчивается с его выходом в море. Именно в рейсе судно и грузы будут испытывать непрерывные движения от воздействия условий погоды и моря.

Если судно находится в статическом крене, скажем в 15°, грузовое место на палубе может и не сместиться. Но, когда судно испытывает бортовую качку с размахом в те же 15°, грузовое место испытывает ту же самую качку, при которой возникают ускорения и силы, действующие на груз; вот здесь то и возникает опасность смещения или опрокидывания. Именно здесь и подключаются другие факторы, не только крен сам по себе, но также и движения судна. Одним из этих факторов, причем основным, является сила. Сила, через конструкции судна и крепежные конструкции действует на грузовое место и, при ее достаточном значении, она заставляет груз смещаться или опрокидываться. Именно эту опасность и предотвращают крепежные конструкции, а также вес груза, с учетом сил тяжести и трения.

Как вычисляются силы в Приложении 13, будет показано позже, а сейчас скажем, что единицей силы в метрической системе мер является килоньютон, которая и используется при расчете и оценке крепления в Приложении 13. Вспомним, что 1кН = 98,1 кг, но, поскольку

67