§ 19. Бортовые перекрытия

Бортовые перекрытия ледоколов принято набирать по поперечной системе. Применение этой системы набора создает благоприятные условия для восприятия ледовой нагрузки и передачи усилий на днище и палубы. При сжатии ледокола льдом нагрузка действует одновременно на большое число шпангоутов, а при движении во льду локальные ледовые усилия с помощью бортовых стрингеров перераспреде-.ляются и передаются на значительную часть площади перекрытия. Для обеспечения местной прочности бортовой обшивки, испытывающей давление льда, помимо основных (обыкновенных) шпангоутов устанавливают также промежуточные.

Существует несколько разновидностей поперечной системы набора, при которых бортовой набор выполняют в виде:

1) основных и промежуточных (ледовых) шпангоутов, опирающихся на палубы, платформы и днище;

2) основных и промежуточных шпангоутов, подкрепленных разносящими стрингерами;

3) основных, промежуточных и рамных шпангоутов в сочетании с бортовыми стрингерами.

Промежуточные шпангоуты обычно делают того же профиля, что и основные. Расстояние между шпангоутами (шпация по борту) назначают настолько малыми, насколько это допустимо по технологии постройки. Обычно оно составляет 300—450 мм. При 5 < 300 мм затрудняется качественная сварка бортового набора с наружной обшивкой, а при 8 > 450 мм заметно возрастает толщина обшивки и вес бортового перекрытия в целом. Канадские специалисты [40] считают минимально допустимым расстоянием между шпангоутами 406 мм. В оконечностях ледоколов шпангоуты обычно устанавливают нормально к обшивке (так называемый поворотный набор). Этим достигается сохранение постоянной шпации и обеспечивается высокая устойчивость шпангоутов.

В случае бортового набора, состоящего только из шпангоутов одинакового профиля (рис. 104), минимальный момент сопротив ления шпангоута с присоединенным пояском в районе ледового пояса определяют по формуле

Определенные в соответствии с формулой (105) прочные размеры шпангоута должны быть уточнены при поверочном расчете на срез:

«> 1,18-^^ = 2,07.-^ cлt^ (106)

где (О — площадь поперечного сечения стенки шпангоута (вместе с кницей, если она устанавливается); Л^пер — перерезывающая сила;

— предел текучести материала на срез. Толщину стенки шпангоута в районе ледового пояса, учитывая необходимость запаса на износ, не следует принимать менее 8 мм — для ледоколов III класса, 10 мм — II класса и Ї2 мм — I класса.

Из соображений технологии высота профиля основных и промежуточных шпангоутов должна быть не более величины шпации по борту, а ширина их свободного пояска не должна превышать 100—130 мм (см. табл. 20); толщина свободного пояска у шпангоутов сварного таврового профиля может достигать 30 мм и более. При указанных ограничениях тавровые профили для шпангоутов, подобранные по формулам (105) и (106), естественно, не будут оптимальными в весовом отношении.

Система набора, состоящая только из шпангоутов одинакового профиля, является наиболее рациональной с точки зрения весовых показателей, если отношение расстояния между поперечными переборками к расстоянию между палубами (платформами) или между палубой и днищем больше, чем 2:1.

Основные шпангоуты простираются по всей высоте борта. Вместе с палубными бимсами и днищевыми флорами они образуют замкнутые шпангоутные рамы, что обеспечивает надежное закрепление концов балок. Промежуточные шпангоуты, устанавливаемые в районе ледового пояса, как правило, на флоры и бимсы не попадают. Поэтому надежное закрепление концов промежуточных шпангоутов затруднено. Рекомендуется промежуточные шпангоуты доводить от второго дна до уровня, расположенного не менее чем на 0,5 м выше верхней кромки ледового пояса. Верхние концы их следует закреплять у разносящего стрингера или доводить до близлежащей палубы, если она поднята над верхней кромкой ледового пояса не более чем на 1,0 м.

Крепление концов балок бортового набора может быть осуществлено как при помощи книц, так и без них. В последнем случае, однако, необходимо увеличивать момент сопротивления балок. Следует стремиться к обеспечению наиболее полной заделки концов балок набора, поскольку это обычно способствует уменьшению общего веса конструкций. Кроме того, при закреплении концов бортового набора конструкция способна выдерживать значительно большие нагрузки.

в практике отечественного ледоколостроения, как правило, принято нижние и верхние концы всех бортовых шпангоутов, как основных, так и промежуточных, закреплять с помощью книц или бракет. Размеры сторон книц или бракет, подкрепляющих основные шпангоуты, должны быть не менее высоты шпангоута, а их толщину принимают равной толщине стенки шпангоута. Все кницы или бракеты должны иметь поясок или фланец шириной, равной десяти толщинам кницы, но не шире 100 мм. Анализ повреждений судов показывает, что кницы, не имеющие поясков или фланцев, являются наиболее слабым звеном бортовых конструкций и повреждаются в первую очередь. Размеры сторон и толщину книц промежуточных шпангоутов следует принимать не меньше соответствующих размеров книц основных шпангоутов. При одинаковых размерах трюмных и твиндечных шпангоутов их пропускают через отверстия в палубах или платформах, после чего отверстия заделывают. Если размеры трюмных и твиндечных шпангоутов разные, то их обычно разрезают на палубе.

В районе ледового пояса часто устанавливают бортовые стрингеры. При большом расстоянии между поперечными переборками и отсутствии промежуточных опор стрингеры слабо разгружают средние по длине перекрытия шпангоуты, поэтому целесообразно устанавливать легкие, так называемые разносящие стрингеры, предназначенные лишь для разнесения ледовых усилий на соседние шпангоуты. Высота разносящих стрингеров обычно принимается равной высоте шпангоутов или превышает ее на толщину свободного пояска, который в этом случае выполняется непрерывным. Расстояние между разносящими стрингерами не должно превышать 1,2 — 1,5 лі; их следует устанавливать, когда отношение пролета шпангоута к расстоянию между шпангоутами более восьми. Толщина стенки стрингера принимается равной толщине стенки шпангоута.

Разрезные листы стенки разносящего стрингера в каждой шпации приваривают к наружной обшивке и к шпангоутам. Площадь свободного пояска разносящего стрингера должна быть не меньше площади свободного пояска шпангоута. Разносящие стрингеры крепят к поперечным переборкам кницами, имеющими длину по борту не менее двойной высоты стрингера и ширину по переборке, равную высоте стрингера; толщина этих книц должна быть равна толщине стенки стрингера. По свободной кромке кницы должен быть отогнут фланец или приварен поясок той же ширины, что и поясок стрингера, но не следует его делать шире 100 мм. При расчете прочности бортовых перекрытий, состоящих из шпангоутов одинакового профиля и разносящих стрингеров, влияние стрингеров не принимают во внимание. Прочные размеры шпангоутов определяются по формулам (105) и (106).

Наибольшее распространение на ледоколах получила разновидность поперечной системы набора с бортовыми стрингерами и рамными шпангоутами (рис. 105). Норвежский Веритас ре-

Рис. 105. Мидель-шпангоут ледокола Москвакомендует применять для ледоколов именно такую систему набора. Введение в состав бортовых перекрытий стрингеров и рамных шпангоутов позволяет обеспечить восприятие весьма больших нагрузок.

При применении набора, состоящего из шпангоутов одинакового профиля, рамных шпангоутов и стрингеров, минимальный момент сопротивления основного шпангоута с присоединенным пояском обшивки в районе ледового пояса рекомендуется определять по формуле

\^ = ко^-10' см^ (107)

При этом значения коэффициента ко принимают согласно табл.19 в зависимости от числа стрингеров и характеристики а^,, которую вычисляют по формулегде її — наибольший пролет стрингера по борту, измеряемый между рамными шпангоутами или между рамным шпангоутом и поперечной переборкой, м; п — число шпангоутных расстояний, которое укладывается на длине пролета стрингера.

Таблица 19

Значения коэффициентов к^, к^ и к^

"о, а,	Количество (		;трингеров
	Один			Два			Три
	к„	А,	к.		к,	к..	ко	к.	к.
0	9,9	8,3	1,00	5,7	8,3	1,00	5,0	8,3	1,00
0,5	10,1	7,8	0,84	6,2	7,2	0,84	5,3	5,9	0,82
1	10,2	7,2	0,76	6,7	6,2	0,70	5,7	5,1	0,64
3	10,6	5,5	0,67	7,7	4,6	0,61	6,8	3,9	0,56
5	11,0	4,6	0,61	8,5	4,0	0,56	7,6	3,3	0,52
10	11,5	3,3	0,52	10,0	2,6	0,47	9,3	2,5	0,46
15	11,8	2,6	0,46	11,0	2,1	0,43	10,3	2,0	0,42
30	—	1,5	0,38	—	1,2	0,35		1,2	0,35
50	13,0	1,0	0,32	13,0	0,8	0,30	13,0	0,8	0,30

Определенные таким образом прочные размеры шпангоута должны быть уточнены поверочным расчетом на срез. Минимальная толщина стенки шпангоута в районе ледового пояса должна быть не меньше величин, указанных выше.

Момент сопротивления бортовых стрингеров с присоединенным пояском обшивки в районе ледового пояса следует определять по формуле

^, = к^^.\0' см\ (108) где — предел текучести материала стрингера, кгс/см^;

кі — численный коэффициент, определяемый по табл. 19 в зависимости от числа стрингеров и характеристики а^. В то же время площадь стенки стрингера в опорном сечении, определяемая с учетом кницы, должна быть не менее вычисленной по формулеы^ = к2^-^см\ (109)

где ^2 — численный коэффициент, определяемый по табл. 19 в зависимости от числа стрингеров и характеристики а^, которую вычисляют по формулеа,= (^^ п.

Значения коэффициентов к^, к^ и к^ для промежуточных значений характеристик «о и ^і находят линейной интерполяцией. Расстояние между бортовыми стрингерами, измеренное по борту, не должно превышать 2,5 м.

Шпангоуты в трюме или твиндеке делают непрерывными и пропускают через вырезы в стрингерах. Высота стенки стрингера должна быть не менее двойной высоты шпангоута в этом районе. Стенку стрингера необходимо подкреплять ребрами жесткости или полосами, установленными в плоскости основных шпангоутов и доведенными до пояска стрингера. Толщину стенки стрингера следует принимать на 1—2 мм больше толщины стенки шпангоута. К поперечным переборкам и рамным шпангоутам стрингеры крепятся с помощью книц, имеющих длину и ширину, равные высоте стрингера. Следует доводить кницы до свободного пояска рамных шпангоутов.

Момент сопротивления рамных шпангоутов должен быть не меньше определенного по формуле

= (т -Ь 2) (- ^ см\ (110)

•где /п — число стрингеров;

— момент сопротивления стрингера с присоединенным пояском обшивки; W — момент сопротивления шпангоута с присоединенным пояском обшивки. Рамные шпангоуты устанавливают не реже чем через 6—8 шпангоутных расстояний, однако желательно, чтобы между ними было не менее 3 основных и промежуточных шпангоута. Рамные шпангоуты должны приходится на сплошные флоры, а где это возможно,— совпадать с поперечными комингсами люков. Желательно, чтобы высота /ір рамного шпангоута составляла около 0,1 его пролета, а толщина стенки была не менее, чем 0,011 /ір -Ь 3 мм. Стенки рамных шпангоутов, высота ко торых 800 мм и более, следует подкреплять ребрами жесткости при расстоянии между ними менее или равным 750 мм.

На американских ледоколах Глэсье и типа Уинд применена ферменная система набора борта (рис. 106). Их набор образует

Рис. 106. Мидель-шпангоут ледокола типа Уиндединую пространственную ферму, состоящую из бортовых шпангоутов одинакового профиля и вертикальных стоек продольных переборок, соединенных между собой распорными балками-раскосами. Ферменная система набора применена лишь в средней части корпуса упомянутых ледоколов. Недостатком этой системы является загроможденность бортовых отсеков.

Заслуживает рассмотрения метод расчета прочности бортовых конструкций, который проводился американскими инженерами в два этапа. На первом этапе ледовая нагрузка прилагалась попеременно в различных узлах фермы, а соединения стержней в узлах считались шарнирными. Растягивающие и сжимающие силы в стержнях фермы (шпангоуте, стойках продольных переборок, раскосах) приближенно определялись при помощи диаграмм Кремоны. После этого выбирались размеры связей, достаточные для восприятия найденных растягивающих и сжимающих усилий. На втором этапе выбранные размеры связей уточнялись путем поверочного расчета стержней фермы на изгиб, причем ледовая нагрузка прилагалась между узловыми точками. Определение изгибающих моментов в стержнях производилось по методу последовательного уравновешивания узлов, причем сами стержни считались жестко соединенными в узлах.

Такой расчетный метод, при котором фермы считают статически определимыми и в качестве опор не учитываются промежуточные палубы и платформы, при больших расчетных ледовых нагрузках и большом водоизмещении ледокола приводит к неоправданному утяжелению конструкций.

в табл. 20 приведены размеры связей бортового набора ряда отечественных и зарубежных ледоколов.

⇐Предыдущая глава Оглавление Следующая глава⇒