4.4 Определение профиля холостых шпангоутов борта и второго борта

4.4.1 Размер холостых шпангоутов борта судов всех типов определяется, исходя из следующих условий:

-условие местной прочности при давлении забортной воды;

-условие местной прочности при эксплуатационных перегрузках (во время швартовки, шлюзования, погрузки и выгрузки плавучим краном и др.);

-условие местной прочности при действии ледовых нагрузок;

При расчёте по условию местной прочности при давлении забортной воды величина нагрузки на холостой шпангоут борта (рис.4.4.1) вычисляется по формуле

, кН,

(4.4.1)

где кН/м³-удельный вес воды;

T- осадка судна в полном грузу, м;

h- высота расчётной волны, м;

a – шпация, м.

Расчётная схема холостого шпангоута зависит от наличия и количества бортовых стрингеров. При их отсутствии шпангоут изображается в виде однопролётной статически определимой балки, свободно опёртой на палубу и днище (рис.4.4.1а). В этом случае максимальный изгибающий момент (в пролёте балки) будет равен

, кНм,

(4.4.2)

где -высота борта, м.

Требуемый момент сопротивления холостого шпангоута при отсутствии бортовых стрингеров

(4.4.3)

Бортовые стрингеры (рис.4.4.1) играют роль промежуточных шарнирных опор для холостого шпангоута. При одном бортовом стрингере схема холостого шпангоута представляет собой двухпролётную балку (рис.4.4.1б), а при двух стрингерах - трёхпролётную балку (рис.4.4.1в).

Как известно, многопролётные балки являются статически неопределимыми. Для раскрытия статической неопределимости в дополнение к условиям статики необходимо составить дополнительные уравнения, что усложняет задачу проектирования. Поэтому, в данной работе, учитывая приближённый характер расчётов, используется упрощённый подход.

Рис.4.4.1

Наиболее нагруженным является нижний пролёт балки длиной , где - расстояние, м, от основной плоскости до нижнего стрингера (при одном стрингере он же является и нижним). Давление воды посередине этого пролёта равно

, кПа

(4.4.4)

Величина нагрузки на нижний пролёт

, кН

(4.4.5)

Как показал выполненный анализ, расчётный изгибающий момент имеет место в опорном сечении шпангоута у нижнего стрингера . Он может быть вычислен по приближённой формуле

, кНм

(4.4.6)

Требуемый момент сопротивления холостого шпангоута при наличии бортовых стрингеров

(4.4.7)

По моменту сопротивления из таблиц П.1, П.2 или П.3 выбирается необходимый по условию местной прочности при давлении забортной воды профиль холостого шпангоута борта.

Условие местной прочности при эксплуатационных перегрузках. Расчёт выполняется в предположении, что нагрузка на борт распределена на площадке, имеющей бесконечно малую высоту и вытянутой вдоль судна. Рекомендуемая интенсивность расчётной нагрузки q_{э ,} кН/м. на набор борта при эксплуатационных перегрузках приведена в табл.4.4.1.

Таблица 4.4.1

Категория судна по интенсивности эксплуатации	Интенсивность расчётной нагрузки qэ , кН/м. на набор борта при эксплуатационных перегрузках при длине судна L, м
	50	80	110	140
И	60	65	70	75
У	35	40	45	50
С	25	30	35	40
Н	40	45	50	55

Схема приложения эксплуатационной нагрузки q_э к бортовому набору показана на рис.4.4.2 а (со снятой наружной обшивкой).

Рис. 4.4.2

Каждый холостой шпангоут воспринимает нагрузку с участка длиной, равной шпации , м. Эта нагрузка может быть представлена в виде сосредоточенной силы

, кН

(4.4.8)

Интенсивность расчётной нагрузки q_э. приведённая в табл.4.4.1, получена путём анализа прочности реальных конструкций судов в предположении, что каждый пролёт холостого шпангоута (рис.4.4.2б) представляет собой однопролётную балку на шарнирных опорах (рис.4.4.2 в)

Тогда минимальный момент сопротивления холостого шпангоута с присоединённым пояском, требующийся по условию местной прочности при эксплуатационных перегрузках, определится по формуле

, см3,

(4.4.9)

где - длина наибольшего из пролётов холостого шпангоута, м.

По значению из табл. П.1, табл.П.2 или табл.П.3 подбирается профиль, необходимый по условию местной прочности при эксплуатационных перегрузках.

Условие местной прочности при действии ледовых нагрузок. Ледовые нагрузки прикладываются к корпусу в пределах ледового пояса наружной обшивки борта. Они условно могут быть представлены в виде равномерно распределённой нагрузки , приложенной вдоль судна на уровне действующей ватерлинии по аналогии с рис.4.4.2. Интенсивность расчётного давления льда на бортовой набор в средней части длины судна в зависимости от категории ледового усиления и длины судна приведена в табл. 4.4.2

Таблица 4.4.2

Интенсивность расчётного давления льда , на бортовой набор в средней части длины судна
Категория	Лёд 40		Лёд 30			Лёд 20
Длина судна L, м	60	140	25	80	140	25	80	140
	80	170	60	100	150	40	80	130

На холостой шпангоут приходится сосредоточенная сила

, кН

(4.4.10)

Расчёт на действие ледовых усилий производится по методу предельных нагрузок. Предельная нагрузка

, кН,

(4.4.11)

где - коэффициент запаса.

Предельная нагрузка прикладывается в середине наиболее длинного пролёта холостого шпангоута (рис 4.4.3). Тогда предельный изгибающий момент при отсутствии бортовых стрингеров (рис. 4.4.3 а) будет равен

, кНм

(4.4.12)

Предельный изгибающий момент при установке одного бортового стрингера (рис.4.4.3 б)

, кНм

(4.4.13)

При установке двух бортовых стрингеров, если нагрузка к холостому шпангоуту приложена в среднем пролёте (рис.4.4.3б),

, кНм

(4.4.14)

Если же при двух бортовых стрингерах холостой шпангоут доходит не до палубы, а до верхнего стрингера, нагрузка прикладывается в соответствии с рис.4.4.3б и применяется формула (4.4.13)

Рис.4.4.3

Предельный момент сопротивления определяется по формуле

, см3

(4.4.15)

По значению из табл. П.1, табл.П.2 или табл. П.3 определяется необходимый профиль холостого шпангоута борта, удовлетворяющий условию местной прочности при действии ледовых нагрузок.

Выбор профиля холостого шпангоута борта производится в табл.4.4.3.

Таблица 4.4.3

Выбор профиля холостого шпангоута борта
Обозначение и номер требуемого профиля				Принятый профиль
по условию местной прочности при давлении забортной воды	по условию местной прочности при эксплуатационных перегрузках	по условию местной при ледовых нагрузках	обозначение и номер профиля		площадь поперечного сечения

4.4.2 Размер холостых стоек внутреннего борта теплохода бункерного типа определяется, исходя из следующих условий:

-условие местной прочности при давлении навалочного груза;

-условие местной прочности при эксплуатационных перегрузках.

Условие местной прочности при давлении навалочного груза.

Давление навалочного груза на внутренний борт распределяется по закону треугольника (рис.4.4.4). Суммарная горизонтальная нагрузка равна

, кН.

(4.4.16)

где -объёмный вес груза. кН/м³;

-высота штабеля груза, м;

-угол естественного откоса груза;

-шпация, м.

Физико-механические свойства навалочных грузов ( ) приведены в табл.4.4.4.

Таблица 4.4.4

Физико-механические характеристики навалочных грузов
Наименование груза	Наибольший объёмный вес,	Наибольший угол естественного откоса
		градусы	радианы
Колчедан медный	32	45	0,80
Руда железная	24	40	0,70
Руда марганцевая	20	50	0,87
Соль	20	45	0,80
Гравий	19	40	0,70
Песок речной	18	40	0,70
Щебень	17	42	0,73
Апатит	16	42	0,73
Мел	10	45	0,80
Уголь каменный	9	42	0,73
Зерно (пшеница)	8	35	0,61
Кокс	7	50	0,87

Высота штабеля груза определяется по формуле

,м ,

(4.4.17)

Q- грузоподъёмность судна, кН;

-длина грузового трюма, м;

- относительная длина грузового трюма, определяемая по табл. 2.2.2;

-ширина грузового трюма (по чертежу), м;

-коэффициент неравномерности давления груза на холостой набор, определяемый по табл. 4.1.2

Рис.4.4.4

Расчётная схема холостой стойки представляет собой многопролётную балку, раскрытие статической неопределимости которой в рамках данной работы не предусмотрено. Поэтому целесообразно использовать приближённый подход к определению расчётного изгибающего момента.

Пусть наибольшим пролётом холостой стойки внутреннего борта является средний пролёт, расположенный между верхним и нижним шельфами (рис. 4.4.4). Среднее давление груза в этом пролёте равно

, кПа

(4.4.18)

Суммарная нагрузка на холостую стойку в среднем пролёте будет равна

, кН

(4.4.19)

Наибольший изгибающий момент в опорном сечении среднего пролёта (у нижнего шельфа) приближённо можно вычислить по формуле

(4.4.20)

Наибольшие давления действуют в нижнем пролёте холостой стойки (между нижним шельфом и вторым дном). Среднее давление в нём будет равно

, кПа

(4.4.21)

Суммарная нагрузка на холостую стойку в нижнем пролёте будет равна

, кН

(4.4.22)

Наибольший изгибающий момент в опорном сечении нижнего пролёта (у второго дна) приближённо можно вычислить по формуле

(4.4.23)

Расчётный изгибающий момент принимается равным наибольшему из значений и

Тогда требуемый момент сопротивления холостой стойки будет равен

(4.4.24)

По значению из табл. П.1. табл. П.2 или табл. П.3 выбирается профиль, удовлетворяющий условию местной прочности при давлении навалочного груза.

Условие местной прочности при эксплуатационных перегрузках. При проведении грузовых работ суда бункерного типа категорий «И» и «У» испытывают многочисленные удары грейфером о внутренние борта. Нагрузки, возникающие при этом, носят характер эксплуатационных перегрузок. Их интенсивность для судов категорий «И» и «У» рекомендуется принять по таблице 4.4.5. Суда категории «С» предназначены для перевозки тарно-штучных грузов. Для них учёт эксплуатационных перегрузок не требуется.

Таблица 4.4.5

Интенсивность нагрузки при эксплуатационных перегрузках внутреннего борта сухогрузного теплохода бункерного типа
Категория судна по интенсивности эксплуатации	Интенсивность нагрузки ,кН/м
«И»	100
«У»	80

Расчётная схема холостой стойки при эксплуатационных перегрузках принимается в соответствии с рис.4.4.2в

Тогда минимальный момент сопротивления холостого шпангоута с присоединённым пояском, требующийся по условию местной прочности при эксплуатационных перегрузках, определится по формуле

, см3,

(4.4.25)

где - длина наибольшего из пролётов холостой стойки, м;

a-шпация, м.

По значению из табл. П.1, табл.П.2 или табл.П.3 подбирается профиль, необходимый по условию местной прочности при эксплуатационных перегрузках.

Окончательный выбор профиля холостых стоек второго борта теплохода бункерного типа производится в табл. 4.4.6

Размер холостых стоек внутреннего борта нефтеналивного танкера определяется, исходя из условия местной прочности при перевозке груза. Схема приложения нагрузок на холостую стойку показана на рис.4.4.5.Суммарная нагрузка может быть представлена в виде суммы нагрузок, распределённых по треугольнику и прямоугольнику , причём первая нагрузка равна

, кН

(4.4.26)

Таблица 4.4.6

Выбор профиля холостых стоек второго борта теплохода бункерного типа
Обозначение и номер требуемого профиля		Принятый профиль
по условию местной прочности при давлении груза	по условию местной прочности при эксплуатационных перегрузках	обозначение и номер профиля	площадь поперечного сечения

А вторая нагрузка определится из формулы

, кН

(4.4.27)

При этом:

- удельный вес нефтепродукта;

- плотность нефтепродукта, т/м³ (табл.4.1.3);

g=9,81 м/с²-земное ускорение;

- высота расширительной шахты над верхней кромкой борта, м;

= 2 кПа- давление, удерживаемое дыхательным клапаном;

-высота столба жидкого груза от второго дна до настила палубы (определяется по рис. 4.4.5), м;

1. шпация, м.

Давление груза посередине среднего пролёта (между верхним и нижним шельфами) равно

, кПа

(4.4.28)

Суммарная нагрузка на холостую стойку в среднем пролёте

, кН

(4.4.29)

Наибольший изгибающий момент в опорном сечении среднего пролёта (у нижнего шельфа) приближённо можно вычислить по формуле

, кНм

(4.4.30)

Наибольшие давления действуют в нижнем пролёте холостой стойки (между нижним шельфом и вторым дном). Среднее давление в нём будет равно

, кПа

(4.4.31)

Суммарная нагрузка на холостую стойку в нижнем пролёте будет равна

, кН

(4.4.32)

Наибольший изгибающий момент в опорном сечении нижнего пролёта (у второго дна) приближённо можно вычислить по формуле

,кНм

(4.4.33)

Расчётный изгибающий момент принимается равным наибольшему из значений и

Тогда требуемый момент сопротивления холостой стойки будет равен

(4.4.34)

По значению из табл. П.1. табл. П.2 или табл. П.3 выбирается профиль, удовлетворяющий условию местной прочности при давлении наливного груза.

Рис. 4.4.5