.

Конструкция и расчет бортовых перекрытий

Бортовые перекрытия корпусной конструкции судна состоят из наружной обшивки и бортового набора. Расчет этой конструкции отвечает за давление воды, которое может увеличиться в нарастающем волнении или во время шторма.

Нагрузки, действующие на бортовые перекрытия и системы набора бортовых перекрытий

Борта судна являются боковыми непроницаемыми стенками судна, опирающимися на палубы и днище. Форма бортовых перекрытий в зависимости от конструктивного типа судна и расположения поперечных сечений по его днищу изменяется (рис. 1). Оба противоположных борта, правый и левый, идут непрерывно по всей длине корпуса судна и соединяются, заканчиваясь на форштевне и ахтерштевне. В средней части длины оба борта вместе с верхней палубой и днищем имеют поперечные сечения в виде прямоугольников со скругленными по радиусу нижними частями, образующими скулы. По мере приближения к оконечностям эти сечения изменяют форму и все больше приближаются к треугольнику (рис. 2). В результате получается обтекаемая форма корпуса судна коробчатой пространственной балки, обеспечивающей общую и местную прочность под воздействием внешних нагрузок.

Схема миделивых сечений на лесовозах
Рис. 1 Схемы миделевых сечений лесовозов:
а — «Беломорсклес»; б — «Вытегралес»; в — «Николай Новиков»; г — «Пионер Москвы»; д — «Игорь Грабарь»; е — «Василий Шукшин»

Стенки — борта, — изгибаясь в своей плоскости, привлекают к общему продольному изгибу днище и палубы за счет касательных напряжений, возникающих по линиям соединения бортов с этими перекрытиями. Поперечное сечение балки-корпуса напоминает собой двутавровую или многотавровую балку, с двумя стенками, воспринимающую изгибающий момент при общем продольном изгибе. В листах бортовой обшивки возникают касательные и нормальные напряжения, при действии которых бортовые конструкции должны обеспечивать прочность и устойчивость.

Когда судно на волнах подвергается горизонтальному изгибу в плоскости, перпендикулярной ДП, борта превращаются в крайние пояски эквивалентного бруса, а днище и верхняя палуба становятся стенками балки. Наибольшая величина горизонтального изгибающего момента заметно меньше вертикального, и максимальные их величины по времени действия не совпадают. В момент действия максимального изгибающего момента в вертикальной плоскости горизонтальный момент имеет незначительную величину. Однако при расчетах прочности необходимо обратить внимание на действие как того, так и другого.

Чертеж шпангоутных судовых рам
Рис. 2 Шпангоутные рамы в середине длины судна (а), носовой (б) и кормовой (в) оконечностях.
1 — верхняя палуба; 2 — средняя палуба; 3 — нижняя палуба

Бортовые перекрытия подвергаются одновременному воздействию продольной нагрузки в их плоскости и поперечной нагрузки. Последняя может достигать особенно больших величин в результате ударов волн и сжатия льдов. Бортовой слеминг в развал борта особенно опасен при движении с повышенными скоростями на встречном волнении, когда имеет место встреча с особенно крутыми волнами во время жестоких штормов (волны-убийцы).

Для обеспечения прочности бортов в корпусе имеются поперечные переборки, которые вместе с днищем и палубами являются границами отдельных бортовых перекрытий (рис. 3). Однако их расположение должно согласовываться с требованиями к необходимости образовывать отдельные помещения внутри корпуса (отсеки, танки, цистерны). Роль участков бортов в этих помещениях в обеспечении общей и местной прочности различна, что отражается на расположении подкрепляющего листы набора. Особого внимания требуют к себе верхние участки бортовых перекрытий, которые вместе с верхней палубой образуют верхний поясок эквивалентного бруса. При полном раскрытии верхней палубы их роль особенно велика. Особые требования предъявляются к комплексу конструкций (днище, палуба, борта), подвергающихся воздействию вибрации от работающих механизмов и в случае оголения винтов во время качки, и особенно при расположении машинных отделений в кормовой оконечности (рис. 4). Бортовые перекрытия часто подвергаются одновременному воздействию как статической, так и динамической нагрузки. Однако основным видом нагрузки является давление забортной воды, направленное горизонтально к бортовым шпангоутам, которое устанавливается как сумма гидростатического и волнового давлений (рис. 5).

Чертеж твиндека судна
Рис. 3 Твиндек судна с верхней палубой, набранной по поперечной системе набора.
1 — настил верхней палубы; 2 — бимс; 3 — фальшборт; 4 — бортовая обшивка; 5 — шпангоут; 6 — поперечная переборка; 7 — пиллерс; 8 — карлингс; 9 — комингс грузового люка; 10 — настил нижней палубы

На рис. 6 изображена конструкция двухкорпусного судна и схема распределения волнового давления на шпангоутные рамки и листы обшивки, заключенные между балками набора. Давление воды вызывает в листах обшивки и в наборе напряжения, которые должны ими безопасно восприниматься.

Нагрузки на борта сухогрузных судов по Правилам принимаются как одностороннее давление, хотя изнутри на борта могут действовать удары перемещающегося в трюмах груза при качке.

Опасным (расчетным) для бортовых перекрытий будет случай одностороннего действия нагрузки.

Чертеж бокового сечения ледокола
Рис. 4 Сечение по отделению гребных электромоторов ледокола типа «Москва»

Классификация судов и ледоколовДля судов, плавающих во льдах, в зависимости от их категории даются рекомендации Правилами, которые были пересмотрены. Ледовые нагрузки определяются в зависимости от условий плавания и могут значительно превышать расчетные, когда суда попадают в сжатие льдов и ледоколы не всегда в состоянии их предотвратить, сами попадая в «ледовые реки».

Как уже отмечалось, несмотря на то, что с точки зрения обеспечения общей продольной прочности корпуса продольные связи бортов играют меньшую роль по сравнению со связями верхней палубы и днища, в районах у палубы и у скулы иногда целесообразно устанавливать продольные связи, принимая на отдельных участках бортов по высоте продольную систему набора. Особенно это желательно делать в верхней части бортов для судов, имеющих широкие люки, когда непрерывные части палуб остаются только у самых бортов по одному поясу (палубные стрингеры). Это всегда наблюдается на контейнеровозах и часто — на навалочниках.

Схема распределения нагрузок по поперечному сечению на корпус судна
Рис. 5 Распределение нагрузки по поперечному сечению сухогрузного судна (ординаты в кПа; суммарная нагрузка на днище не показана)
— • — • — волновая нагрузка; ——— статическая нагрузка; —– суммарная нагрузка

На этих судах при наличии двойных бортов устраиваются коридоры под палубой с часто поставленными продольными балками (рис. 7). На этом рисунке все продольные балки коридора выполнены из полосового профиля с целью упрощения изготовления конструкций. Для увеличения площади продольных связей на некоторых судах под продольные балки к листам обшивки приваривают полосы. Все другие бортовые связи обеспечивают местную прочность для бортов, так же как и для других корпусных конструкций.

Прочность оценивают по принятым в практике судостроения расчетным схемам, которые включают расчетные нагрузки и методы определения действующих напряжений. Как показывает эксплуатация судов, эти схемы достаточно правильно учитывают основные факторы, влияющие на работу отдельных элементов перекрытий.

Устройство бортового и днищевого судового перекрытия
Рис. 6 Конструкция бортового и днищевого перекрытий и схема распределения волнового давления по ширине и высоте корпуса

В практике судостроения на сухогрузных судах бортовые перекрытия, как правило, имеют поперечную систему набора, и их местная прочность обеспечивается часто стоящими шпангоутами, работающими вместе с поясками обшивки, прилегающей к балкам набора. На судах длиной менее 100 м поперечная система набора принимается для палубы и днища, и тогда две бортовые ветви шпангоута (собственно шпангоуты) вместе с бимсом по палубе и флором по днищу составляют одну раму и работают в ее составе.

При отсутствии ледовых подкреплений прочность бортового перекрытия и отдельных его связей проверяют на действие гидростатической нагрузки при осадке по действующую ватерлинию, а также на волновой напор при качке на волнении и на действие ударов волн.

Чертеж продольного коридора палубной конструкции судна
Рис. 7 Продольный коридор под верхней палубой
с продольными часто поставленными балками

Бортовые перекрытия почти всех сухогрузных судов набирают по поперечной системе набора, что позволяет лучше обеспечивать местную прочность, так как основные балки набора идут по борту вертикально — параллельно меньшей стороне опорного контура перекрытия. При этом местная прочность обеспечивается назначением размеров шпангоутов, работающих в составе простой или сложной (при нескольких палубах) шпангоутной рамы.

Конструкции бортов судов без ледовых подкреплений значительно отличаются от таковых у судов ледового плавания и ледоколов, так как на перекрытия судов ледового плавания действуют значительные нагрузки, распределенные на небольшой части длины или сосредоточенные.

Прочность регулярного поперечного набора, состоящего только из одних шпангоутов, оценивают путем расчета:

  • закрытых шпангоутных рам (два шпангоута, бимс, флор);
  • или открытых шпангоутных рам, разомкнутых в районе палубных грузовых люков (два шпангоута, два полубимса, флор).

Элементы соединений шпангоутных рам, а также присоединение к ним деталей днища и палубы и деталей в районе различных вырезов показаны на рис. 8. Такие же соединения должны использоваться в районе лацпортов, двойных бортов и различных распорок в форпике и на танкерах.

Читайте также: Конструкция в районе палубных вырезов

Многочисленные работы, выполненные с целью анализа работы шпангоутных рам, позволили установить, что длину пролетов отдельных балок, составляющих раму, можно принять как расстояние между точками пересечения нейтральных осей этих балок, а переменность сечения балок в районе установки книц и бракет не учитывать из-за их незначительного влияния на прочность корпуса. Прочность шпангоутов в составе рамы должна определяться для случая нахождения судна на тихой воде.

Как видно из рис. 17, у судов с двойными бортами для плавания во льдах система набора поперечная. Для танкеров с двойными бортами используется и продольная система (рис. 10, б, 18), которая для восприятия местных ледовых нагрузок считается менее рациональной, однако единообразие системы набора перекрытий борта палубы, двойного дна и продольных переборок судна технологически весьма целесообразно.

Танкеры ледового плавания с двойным дном и двойными бортами отвечают повышенным экологическим требованиям к судам, перевозящим жидкие грузы.

Как было отмечено при рассмотрении рисунков, помещенных в начале этой статьи, конструкция бортов значительно отличается для судов разных назначений и часто становится причиной появления своеобразных конструктивных решений палубы и днища. На судах для перевозки навалочных грузов, например, в верхней части борта устраивают подпалубные цистерны с целью уменьшения свободной поверхности груза в трюмах, а в нижней — бортовые скосы (скуловые цистерны) для ссыпания груза под просвет люка (см. рис. 8).

Чертеж переборки судна
Рис. 8 Гофрированная поперечная переборка судна для насыпных и навалочных грузов, установленная на трапецеидальном основании

На контейнеровозах и других судах с широким раскрытием палуб для увеличения поперечной прочности и прочности при скручивании предусматривают подпалубные коридоры, которые соединяются поперечными коридорами (см. рис. 24), а в нижней части в районе скуловых образований в оконечностях делают скуловые цистерны с целью образования площадок для контейнеров, там, где острые поперечные сечения корпуса не позволяют устанавливать контейнеры.

Поперечная система бортовых перекрытий с бортовыми стрингерами и рамными шпангоутами, выступающими за габариты основного набора (шпангоутов), создает определенные трудности при укладке генеральных грузов, занимая место у борта. Однако такая система набора бортов как на сухогрузных судах (см. рис. 15), так и на танкерах (см. рис. 13, 18) позволяет уменьшить массу перекрытий. При этом стрингеры не только передают нагрузку на рамные шпангоуты, но и несколько их разгружают.

На Транспортные судасухогрузных судах поперечная система со стрингерами и рамными шпангоутами может успешно использоваться во всех судах с двойными бортами (на ледоколах; судах ледового плавания; на судах, швартующихся в море друг к другу; на танкерах и лесовозах ледового плавания).

Эта система набора может использоваться и для обычных танкеров.

На судах, перевозящих жидкие грузы, между бортами и продольными переборками устанавливают дополнительные связи — распорки (см. рис. 12), перевязывающие борта и переборки между собой, тогда поперечная система набора со стрингерами и рам­ными шпангоутами приобретает еще дополнительные преимущества. Такие же связи-распорки используются на танкерах и при продольной системе набора бортов, а бортовые стрингеры могут вообще отсутствовать (см. рис. 24).

Морские однопалубные сухогрузные суда имеют расстояние от двойного дна до палубы всегда меньше, чем между поперечными переборками (см. рис. 3), и направление балок основного набора перекрытий борта целесообразно принимать параллельным короткой стороне опорного контура. Действительно, бортовые перекрытия подвергаются в основном действию поперечных нагрузок, поэтому это делать рационально. Тем более это целесообразно для многопалубных судов с небольшими расстояниями между палубами.

При вертикальном расположении основного набора бортов-шпангоутов местные нагрузки лучше воспринимаются несколькими соседними шпангоутами и особенно при действии ледовых нагрузок. При продольной системе набора, например, ледовые нагрузки могут действовать на листы обшивки в промежутке между соседними продольными балками или на ограниченное число таких балок. Поэтому в районе действия ледовых нагрузок и сосредоточенных усилий от кранцев при швартовке рекомендуется иметь только поперечную систему набора бортов.

Конструирование перекрытий двойных бортов

Конструкция двойных бортов танкеров, ледоколов, судов ледового плавания, контейнеровозов, а также промысловых судов, швартующихся на волнении, обеспечивает их повышенную живучесть. Особенно это важно для судов ледового плавания, получающих повреждения при сжатии во льдах, и для предотвращения утечки жидких грузов при посадке танкеров на мель или при столкновении их с другими судами, что довольно часто имеет место. Задачей является создание в двойных бортах таких конструкций, которые после получения остаточных деформаций сохраняли бы непроницаемость внутренних объемов.

Необходимо отметить, что до того, как на судах ледового плавания начали использоваться двойные борта, имели место серьезные катастрофы в результате разрушения листов наружной обшивки. Отсутствие вторых бортов сухогрузных судов после получения ледовых пробоин, которые часто возникают при сжатии тяжелых льдов, приводит к затоплению грузовых трюмов и гибели судов (п/х «Челюскин», п/х «Моссовет», т/х «Витимлес», т/х «Брянсклес», т/х «Нина Сагайдак»).

Схема амортизирующей конструкции судового борта
Рис. 9 Амортизирующая конструкция борта плавбаз.
1 — наружная трёхслойная обшивка; 2 — переборка; 3 — горизонтальные эластичные перегородки; 4 — перепускной гидравлический клапан; 5 — заполнитель трехслойной обшивки

Во всех упомянутых случаях гибели судов наличие двойных бортов спасло бы их. Это подтверждается многолетним опытом эксплуатации судов смешанного плавания, имеющих двойные борта, и, конечно, опытом танкеров типа «Самотлор» и «Уикку» и сухогрузных транспортов с двойными бортами СА-15. Особенно важно обратить внимание на опыт судов смешанного плавания, имеющих небольшие ледовые подкрепления (например, суда типа «Виталий Дьяконов»). Во всех случаях после ледовых повреждений бортов благодаря наличию вторых бортов они оставались на плаву и вторые борта предотвращали затопление трюмов и порчу грузов в них.

Для промысловых судов, швартующихся на волнении, и особенно рефрижераторов, важно сохранять целостность второго борта с дорогостоящей изоляцией и оборудованием, монтирующимися на наборе этого борта во внутренних помещениях. Для этого необходимо спроектировать междубортные конструкции так, чтобы они при повреждении выполняли роль амортизаторов. Такая конструкция бортов предлагалась для борта плавучих промысловых баз (рис. 9).

Несколько другого типа устройство конструкций двойных бортов предлагается для судов, работающих во льдах, и имеющих слабые ледовые подкрепления бортов, получающих остаточные деформации. В другом случае предлагаются обычные листовые междубортные конструкции (рис. 10), которые при деформациях наружных бортов под действием внешних нагрузок теряют устойчивость, поглощая энергию внешнего воздействия.

Схема столкновения судов
Рис. 10 Столкновение судов при прямом центральном ударе:
а — схема соударения; б — расчетная схема; в — образование складок в перекрытиях, обеспечивающих конструктивную защиту

Однако из-за сложности расчетов ограничивать передачу усилий на вторые борта при листовом междубортном наборе затруднительно. Проще это может быть решено путем использования ферменных конструкций из трубчатых распорок, которые теряют устойчивость после превышения расчетных нагрузок, предотвращая повреждение вторых бортов. Деформированные распорки могут быть заменены более короткими целыми в судовых условиях на деформированный борт. Это восстановит прочность борта для дальнейшей работы (рис. 11).

Чертеж конструкции двойных бортов судна
Рис. 11 Объемная конструкция двойных бортов с распорками и листами с ребрами при потере устойчивости от превышения расчетных нагрузок:
I — верхняя граница ледового пояса; II — конструктивная ватерлиния; III — нижняя граница ледового пояса; IV — второе дно

Распорки на бортах с целью восприятия поперечных нагрузок широко используются для увеличения прочности бортов и продольных переборок на танкерах. На рис. 12 показаны два метода установки распорок на двух двухкорпусных танкерах в центральном и бортовых танках. Подобные поперечные связи используются также в форпике в виде одиночных холостых (без листов) бимсов с целью создания дополнительных опор для шпангоутов, подвергающихся воздействию больших местных усилий.

Практика временного подкрепления распорками бортов из бревен использовалась на судах при плавании во льдах. Такое подкрепление бортовых перекрытий бревнами использовали при спасении т/х «М. Сомов» в Антарктике ледоколом «Владивосток».

Горизонтальное расположение бортовых распорок на танкере можно видеть на рис. 13. Некоторые танкеры имеют два ряда горизонтальных рам по высоте в бортовых танках. Встречается и наклонное расположение распорок в бортовых танках на судах без двойных бортов.

Особого внимания требует создание надежных бортовых перекрытий с двойными бортами на транспортных судах ледового плавания и ледоколах, испытывающих давление льдин даже на днище.

Схема установок распорок в судовых танках
Рис. 12 Установка распорок в центральном (а) и боковых (б) танках танкера

Элементы шпангоутной рамы под палубами, у днища и у вырезов в палубе образуют по всему периметру рам с помощью книц и бракет жесткие узлы, которые имеют отношение не только к бортам, но также к палубным и днищевым перекрытиям, которые перевязываются между собой горизонтальными распорками и вертикальными пиллерсами (рис. 14).

Поперечная система набора борта танкеров включает часто стоящие шпангоуты и пересекающие их бортовые стрингеры, которые, соединяясь с шельфами поперечных переборок, вместе с шельфами продольных переборок образуют горизонтальную раму, подкрепленную горизонтальными поперечными распорками (см. рис. 13).

Расположение распорок в бортовых судовых танках
Рис. 13 Распорки в бортовых танках танкера

Расчетными нагрузками для бортовых стрингеров являются нагрузки с внешней стороны борта при пустых бортовых и средних танках. Продольная система набора борта танкеров имеет горизонтальные ребра жесткости, которые опираются на рамные шпан­гоуты. Она используется на многих крупнотоннажных судах, имеющих меньшее расстояние между поперечными переборками, чем расстояние между палубой и днищем.

Бортовые перекрытия танкеров с поперечной системой набора при установке рамных шпангоутов и бортовых стрингеров получили широкое распространение. На бортовые стрингеры приходится существенно меньшая нагрузка в результате установки рамных шпангоутов, которые должны быть более жесткими, чем стрингеры. Рамные шпангоуты таких бортовых перекрытий работают в более благоприятных условиях, чем при продольной системе набора.

Будет интересно: Конструкция и расчеты днищевых перекрытий в корпусе судна

Бортовые перекрытия разных типов судов представляют собой вертикальные или несколько наклонные стенки, обеспечивающие герметичность судов со стороны бортов. В зависимости от назначения судна и перевозимого им груза конструктивное оформление бортовых перекрытий может значительно меняться. На рис. 15 можно видеть бортовые перекрытия двухпалубного сухогрузного судна, у которого обычная поперечная система набора бортов в нижней части перевязывается с продольной системой набора днища, а в верхней его части — с обычной продольной системой верхней палубы и в промежутке опирается на нижнюю палубу, имеющую поперечную систему набора. Борта по длине разбиваются на отдельные перекрытия поперечными переборками, которые вместе с палубами и днищем являются опорными контурами для бортовых перекрытий.

На рис. 16 представлены бортовые перекрытия с поперечной системой набора контейнеровоза со встроенными грузовыми люками и продольной системой набора палубы и днища. Под палубой находится коридор, по всем плоскостям которого установлены продольные балки; часть из них приварена к полосам. Это позволяет увеличить площадь очень узкого верхнего пояска поперечных сечений корпуса.

Чертеж соединения шпангоута с бимсом в корпусе судна
Рис. 14 (а) Типовые детали конструктивных узлов корпуса судна (начало).
Конструкция соединения шпангоута с рамным бимсом:
1 — шпангоут; 2 — кница; 3 — стенка рамного бимса; 4 — продольная подпалубная балка; 5 — ребро жесткости; 6 — поясок рамного бимса
Виды деталей конструктивных узлов корпуса судна
Рис. 14 (б) Типовые детали конструктивных узлов корпуса судна (начало).
Бескничное крепление концов пиллерса:
а — с цилиндрической вставкой; б — с конической вставкой; в — с цилиндрической вставкой уменьшенной высоты

Бортовые перекрытия судов смешанного плавания река—море все больше становились по конструкции и по общему виду похожими на морские суда. Особенно это заметно на судах типа «Виталий Дьяконов» (рис. 17), в большом количестве работающих в водах Восточной Арктики и в морях ДВ. Многие из них получили имена известных ученых-кораблестроителей (Бубнов, Папкович, Воскресенский, Попов) и принадлежат разным пароходствам ДВ. Они имеют мощные ледовые подкрепления и хорошую мореходность.

Для некоторых из них даже сняты ограничения для плавания в море. Эти суда успешно используются как контейнеровозы и лесовозы летом в Арктике, а зимой в замерзающих морях ДВ. На рис. 17 можно видеть характерное сечение морского судна с наклонными двойными бортами, образующими бортовые балластные и топливные цистерны.

Методы соединения комингса с судовой палубой
Рис. 14 (в) Типовые детали конструктивных узлов корпуса судна (окончание).
Конструктивные варианты соединения комингса с палубой:
а — неразрезной комингс; б — разрезной комингс
Схема соединения поясков комингсов в судовой конструкции
Рис. 14 (г) Типовые детали конструктивных узлов корпуса судна (окончание).
Конструкция соединения поясков поперечного и продольного комингсов (палуба снята).
1 — карлингс; 2 — соединительная кница; 3 — поперечный комингс; 4 — вырез грузового люка; 5 — продольный комингс; 6 — пиллерс; 7 — бимс
Пересечение бимса с карлингсом в судовой конструкции
Рис. 14 (д) Типовые детали конструктивных узлов корпуса судна (окончание).
Узел пересечения рамного бимса (1) с карлингсом (2)
Чертеж комингса судовых грузовых люков
Рис. 14 (е) Типовые детали конструктивных узлов корпуса судна (окончание).
Комингс грузовых люков нижних палуб
Схема деталей судовых комингсов
Рис. 14 (ё) Типовые детали конструктивных узлов корпуса судна (окончание).
Конструктивные детали комингсов грузовых люков верхней палубы:
1 — продольный комингс; 2 — горизонтальное ребро; 3 и 6 — бракеты; 4 — настил палубы; 5 — полубимс; 7 — фланец комингса; 8 — поперечный комингс; 9 — бимс

Непрерывные комингсы этих судов выполнены из СПП и при широком раскрытии верхней палубы увеличивают верхний поясок эквивалентного бруса. Расчеты показали, что дополнительное присоединение фальшбортов к ширстреку позволило бы увеличить площадь эквивалентного бруса и получить возможность надпалубные связи (продольные комингсы и фальшборты) делать из того же материала, который использован для основного корпуса.

Чертеж конструкции двухпалубного сухогруза
Рис. 15 Сухогрузное двухпалубное судно со смешанной системой набора Ю. А. Шиманского с полупереборками для шифтинг-бордсов в ДП при перевозке сыпучих грузов

На рис. 18 представлены арктические танкеры Приморского морского пароходства с двойным корпусом типа «Самотлор», прошедшие модернизацию и обновление и успешно работающие летом в Арктике, а зимой в сложных ледовых условиях Охотского моря. Зимой 2001 г. работа этих танкеров в Охотском море сильно усложнилась из-за полного его замерзания. Потребовалась организация регулярных проводок с помощью мощных ледоколов. Особые трудности встретились и в работе на шельфе Сахалина.

Чертеж конструкции бортов контейнеровоза
Рис. 16 Конструкция бортов однобортного контейнеровоза с широким раскрытием палубы

Наличие вторых бортов и днища даже при получении ледовых пробоин гарантировало защиту от утечки жидких грузов. Опыт эксплуатации танкеров этого типа в Охотском море указывает на большое обмерзание надпалубных конструкций, затрудняющее отдачу якорей и работу механизмов. Необходима трудоемкая ручная околка льда на палубе. Это задерживает начало грузовых операций в портах и передачу топлива для промысловых судов. Это обстоятельство необходимо учесть при про­ектировании новых танкеров для работы на шельфе Сахалина и вообще в Охотском море.

Чертеж судна с двойными бортами
Рис. 17 Судно типа река—море «Профессор Бубнов» (типа «Виталий Дьяконов») с двойными бортами

Необходимо провести обстоятельное сравнение условий использования танкеров типа «Самотлор» с танкерами постройки типа «Победа» (см. рис. Конструкция двойного дна в районе скулы в судовом корпусе“Сложная форма шпангоутов в оконечностях”), первый из которых (т/х «Астрахань») прошел успешные испытания в Арктике.

Чертеж бортовых перекрытий танкера
Рис. 18 Бортовые перекрытия танкера ледового плавания типа «Самотлор» с двойными бортами и двойным дном

Проф. И. П. Мирошниченко указывал на трудности, возникающие от обмерзания контейнеровозов в Охотском море, рекомендовал увеличивать высоту борта и все контейнеры располагать внутри корпуса судна.

С обмерзанием встречаются и на рудовозах, совершающих рейсы в устье Енисея. Конструкция танкера-рудовоза, предназначенного для Арктики, показана на рис. 19. Борта этих судов предлагается обеспечить мощными ледовыми подкреплениями для круглогодичной работы во льдах. На рис. 20 показан арктический танкер с двумя бортами с оригинальной конструкцией.

Конструкция бортовых перекрытий танкера-рудовоза
Рис. 19 Бортовое перекрытие танкера-рудовоза для Арктики с продольной системой набора

Навалочники, предназначенные для транспортировки легких навалочных грузов в виде зерна и бобов, а также угля, должны иметь своеобразную конструкцию бортовых перекрытий с подпалубными и скуловыми цистернами для размещения балласта и создания условий предотвращения опасного перемещения сыпучих грузов при качке и для обеспечения ссыпания груза под просвет люков при выгрузке (рис. 21).

Танкеры и танкеры-рудовозы для Арктики должны обязательно иметь двойные корпуса с целью предотвращения утечки жидких грузов и загрязнения окружающей среды.

На судах с большим раскрытием палуб с целью обеспечения достаточной поперечной прочности корпуса при его кручении на волнении выполняются поперечные коридоры, расположенные на всей ширине судна под межлюковыми перемычками, опирающимися на рамные шпангоуты бортов. На некоторых судах поперечные коридоры опираются на мощные продольные коридоры, служащие для перемещения экипажа вдоль судна. Их конструкция предусматривает увеличение площади верхнего пояска эквивалентного бруса (рис. 22).

На рис. 23 показана конструкция двойных бортов с клетчатой системой набора с подпалубным продольным коридором. Клетчатая система набора бортов создает повышенную местную прочность в условиях стоянки судов на волнении при проведении грузовых операций. Большие местные нагрузки при швартовке через кранцы достигают особенно большой величины в условиях сильного волнения моря.

Чертеж конструкции двухкорпусного танкера
Рис. 20 Двухкорпусный танкер с продольной системой набора

Бортовые конструкции контейнеровоза с двумя бортами и продольными и поперечными коридорами можно видеть на рис. 24. Уступ в нижней части борта объясняется тем, что поперечное сечение расположено в районе заострения корпуса судна к оконечностям.

Бортовые перекрытия ледоколов и транспортных судов с атомными установками требуют к себе особого внимания, так как в случае аварии судна они должны защитить от повреждения атомные реакторы. Конструкция атомоходов во всех возможных случаях столкновения судов должна обеспечивать сохранность внутренних помещений, в которых располагаются реакторы. Для этой цели бортовые и днищевые конструкции при посадке на мель или при столкновениях должны, получая большие остаточные деформации, поглощать всю энергию соударения.

Схема бортовых перекрытий навалочника
Рис. 21 Бортовое перекрытие навалочника с подъемом днища (хоппер) и подпалубными балластными цистернами

При этом реакторный отсек должен оставаться, в отличие от танкеров, проницаемым. Для разработки наиболее надежных конструкций в разных странах проводились многочисленные экспериментальные исследования с целью определения критической скорости, допускающей максимальные деформации при различном конструктивном оформлении, в частности, бортовых перекрытий. Этим вопросам в военном кораблестроении всегда уделялось повышенное внимание при разработке противоминной защиты.

Чертеж подпалубного коридора судна
Рис. 22 Подпалубный бортовый коридор судна с двойными бортами, соединенными с коридором противоположного борта и поперечными коридорами, идущими вдоль поперечной переборки.
1 — борт; 2 — палуба продольного коридора; 3 — стенка поперечного коридора; 4 — продольный комингс; 5 — поперечный комингс; 6 — поперечная переборка

К моменту начала Первой мировой войны были разработаны конструкции из большого числа продольных переборок, устанавливаемых на небольшом расстоянии друг от друга и образующих противоминную защиту. Эти же принципы были положены в основу проектирования двойных бортов танкеров и ограждений реакторных отсеков на атомных судах. Дополнительные исследования проводились с использованием МКЭ. Они позволили уточнить распределение напряжений при действии ударных нагрузок в конструкциях при различном их исполнении.

Стрингерная система судовых бортов
Рис. 23 Русская (стрингерная) система бортов плавучей базы

Исследования двойных бортовых конструкций танкеров позволили установить роль отдельных связей двойных бортов в обеспечении прочности при разрушающих динамических нагрузках, а также бортов с несколькими продольными переборками. Такие испытания проводились в том числе и в Японии в исследовательском институте.

Предлагается к прочтению: Конструкция двойного дна в районе скулы в судовом корпусе

На атомных российских ледоколах, как и на мощных дизельных ледоколах, для бортов рекомендованы конструкции, показанные на рис. 25, состоящие из многочисленных платформ, установленных между наружным и вторым бортами. Эти платформы выполняют роль листовых распорок, подкрепленных поперечными ребрами. На ледоколах типа «Северный ветер» распорки установлены в виде наклонных холостых балок без листов.

Два транспортных судна с атомными установками были спроектированы и построены в США («Саванна») и в Японии («Митсу»). Однако они не нашли применения. Оба судна имели своеобразные бортовые конструкции с целью предохранения от повреждений реакторов. На американском судне (рис. 26) с целью «смягчения» ударов в борт в дополнение к двум переборкам устанавливались маты и прослойки из красного дерева, а на японском был принят двойной борт с большим числом горизонтальных стрингеров, выполнявших роль распорок (рис. 27).

Чертеж борта контейнеровоза
Рис. 24 Борт контейнеровоза с подпалубным коридором и скуловой цистерной, образующей, площадку для установки контейнеров.
1 — площадка; 2 — второй борт; 3 — направляющие для установки контейнеров; 4 — двойная поперечная переборка

На всех трех типах ограждения реакторов, таким образом, использовались горизонтальные распорки в виде бортовых стрингеров с горизонтальным набором. Листы стрингеров или платформ в виде присоединенных поясков горизонтальных ребер вместе с последними во всех случаях выполняют роль распорок, которые в условиях динамического нагружения со стороны бортов работают на сжатие.

Раньше неоднократно отмечалось, что почти на всех судах борта в оконечностях имеют поперечную систему набора, однако есть отдельные примеры, когда используется продольная система набора по всему судну, в том числе и в оконечностях. Примером могут служить танкеры-турбоэлектроходы типа Т-2 (рис. 28).

Чертеж рамы атомохода
Рис. 25 Открытая рама атомохода «Ленин»:
ШП — шлюпочная палуба; ВП — верхняя палуба; СП — средняя палуба; НП — нижняя палуба

Поперечная прочность танкеров и судов с атомными механизмами обеспечивается также поперечными непроницаемыми и проницаемыми переборками, на которые бортовые перекрытия опираются.

При производстве первых супертанкеров судостроение не располагало достаточными данными о роли распорок (crosstie) в обеспечении местной прочности как бортов, так и продольных переборок. Считалось, что чем больше распорок, тем надежнее работают конструкции. Устанавливали распорки на трех уровнях. Позже ограничились распорками на двух уровнях для супертанкеров и на одном уровне для малых и средних танкеров. Эти распорки обычно опираются на рамные шпангоуты бортов и продольных переборок, как это показано на рис. 29. При разных условиях загрузки танков распорки работают на растяжение или сжатие и обеспечивают прочность шпангоутных рам.

Схема устройства шпангоута атомного судна
Рис. 26 Конструктивный мидель-шпангоут атомного американского грузопассажирского судна «Саванна».
1 — атомный реактор; 2 — кольцевое ребро; 3 — цемент; 4 — маты, предотвращающие повреждения реактора при столкновении (красное дерево чередуется со стальными листами); 5 — дерево; 6 — днище реактора; 7 — закрытие люка; 8 — дверь; 9 — пожарная станция; 10 — крышка; 11 — стальное кольцо

При использовании двойных бортов на морских судах и судах смешанного плавания расстояние между поперечными водонепроницаемыми переборками можно значительно увеличить и в некоторых случаях обеспечивать непотопляемость судна за счет устройства двойных бортов.

Это дает возможность, например, на судах с горизонтальной погрузкой в междупалубных пространствах иметь сквозное движение грузов на колесах по всей длине судна.

В некоторых случаях двойные борта могут иметь наклон как снаружи, так и изнутри. В первом случае это делается для улучшения остойчивости, а во втором — для ссыпания груза под люк.

В 1936 г. по заказу СССР в Амстердаме были построены лесовозы с двойными бортами с парными люками, которые являлись прообразом современных судов («А. Андреев», «Косарев»). Во время их эксплуатации встретились большие трудности с обеспечением водонепроницаемости громадных люков старыми методами при отсутствии в то время механических закрытий. Команда судов с трудом справлялась с работой по открыванию и закрыванию грузовых люков.

Поперечное сечение атомного судна
Рис. 27 Схема поперечного сечения японского атомного транспортного судна «Матсу»

Подобные суда стали строиться вновь только после появления механических закрытий и грузовых люков. Такие суда в большом количестве уже много лет строятся во многих странах. Особенно удачным был проект судов типа «Полтава» и «Бежица», отлично зарекомендовавших себя в эксплуатации, о чем свидетельствуют многочисленные заказы зарубежных фирм на постройку таких судов в СССР. Этот проект разрабатывался под руководством проф. И. П. Мирошниченко.

Чертеж сечения машинного отделения танкера
Рис. 28 Конструктивное сечение по машинному отделению танкера с продольной системой набора бортов в оконечностях
Конструкция распорки в бортовом отсеке судна
Рис. 29 Распорка в бортовом отсеке танкера.
1 — борт; 2 — рамный шпангоут; 3 — стойка переборки; 4 — продольная переборка

Расчетное определение элементов бортовых перекрытий

Практика эксплуатации судов разных конструктивных типов и размеров, построенных в последние годы с использованием рекомендаций Правил, а также регулярно издаваемых дополнений к ним, в основном дают возможность спроектировать новые суда и провести модернизацию, обеспечив достаточную прочность конструкций. Однако встречаются затруднения при проектировании новых конструктивных типов судов, и не всегда удается избежать ошибок, которые приводят к повреждениям. Существующие положения иногда в недостаточной степени учитывают условия будущей эксплуатации судов в новых условиях. Не все требования Правил и рекомендательных документов достаточно обоснованы, и некоторые их положения все еще целесообразно подвергать дополнительному изучению и уточнению.

Вопросы обеспечения эксплуатационной надежности новых судов ледового плавания и ледоколов уже вызвали целый ряд новых требований. Они объясняются использованием северных трасс в течение всего года на западном участке СМП и продлением навигации на его востоке.

Гибель т/х «Рязань» с грузом техники для разработок у берегов Берингова моря зимой 2000/2001 г. не остановила проведения работ по доставке грузов через льды. Было совершено несколько рейсов с техникой к месту проведения работ в тундре. Использовались суда-вертолетоносцы и мощные вертолеты.

Планируемое увеличение мощности ледоколов вызовет увеличение скорости проводки грузовых судов. Потребуются более надежные транспортные суда ледового плавания. В конструкциях должны действовать более высокие внешние нагрузки, поэтому требуется модернизация всех судов, построенных для использования в более легких условиях плавания. Изменится и тактика ледовых проводок, связанная с усовершенствованием конструкций и изменением способов разрушения льда судами двойного действия (DA). С целью изменения использования судов в караване и при одиночном плавании изменятся и приемы совместной работы судов с ледоколами (например, толкание ледоколами проводимых во льдах судов и появление судов, разрушающих лед кормой, обводы носовой оконечности которых приспособлены для скоростного движения на чистой воде).

Местную прочность бортов, как любого перекрытия, оценивают по принятым в судостроении расчетным схемам, включающим в себя выбор расчетных нагрузок и методов определения напряжений в отдельных связях и узлах. Так как во многих случаях расчетные нагрузки выбирают весьма приближенно, а расчетные методики определения напряжений основываются на ряде допущений, результаты определения напряжения в бортовых конструкциях могут значительно отличаться от фактических.

В этом приходится убеждаться после получения повреждений, однако и по полученным повреждениям до настоящего времени не всегда удается выявлять величину действующих нагрузок. Процесс этот сложный и требует серьезных экспериментальных и теоретических исследований, однако необходимо стремиться, чтобы расчетные схемы с возможно большей точностью учитывали основные факторы, влияющие на работу конструкций.

Расчет бортовых перекрытий по Нормам прочности производится как расчет системы пересекающихся балок, состоящих из обычных шпангоутов, рамных шпангоутов и бортовых стрингеров. Палубы и поперечные переборки, на которые опираются эти три системы связей, рассматриваются как жесткие опоры для бортовых перекрытий.

На судах с горизонтальной погрузкой, у которых поперечные переборки устанавливают на очень большом расстоянии одна от другой, может появиться необходимость учета влияния деформаций палуб в их плоскости на напряженное состояние бортовых перекрытий.

Читайте также: Принципы проектирования элементов днищевых конструкций в носовой оконечности

Нормы прочности дают расчетные значения высот волн h1 и h2, причем h1 — среднестатистическая высота волны, соответствующая эксплуатационной нагрузке обеспеченностью 10-5, h2 — высота волны при экстремальных нагрузках обеспеченностью 10-8. Назначают коэффициенты запаса относительно нагрузок, при достижении которых исчерпывается несущая способность связей (например, шпангоутов).

При поперечной системе набора, являющейся основной для бортовых перекрытий, используют три варианта набора:

  • однородный (монотонный) набор, состоящий из основных шпангоутов, опирающихся на палубу и днище или на конструкции, прочно соединяемые с днищем и палубой (рис. 30);
  • набор из базовых и рамных шпангоутов, устанавливаемых через три-четыре основных шпангоута, и из бортовых стрингеров, которые вместе с деталями крепления показаны на рис. 31;
  • набор в районе ледовых усилий, состоящий из основных и промежуточных шпангоутов, используемых только в районе действия ледовых нагрузок и опирающихся на промежуточные палубы (рис. 32).

Количество рамных шпангоутов и бортовых стрингеров в перекрытии может меняться в зависимости от соотношения его сторон и характера действующей нагрузки. Совместная работа листов наружной обшивки и балок набора разных направлений обеспечивает требуемую прочность перекрытия и устойчивость пластин, находящихся в его составе.

Схема бортового набора на судне
Рис. 30 Бортовой набор судна для перевозки насыпных грузов, состоящий из основных шпангоутов между подпалубной цистерной и скуловым скосом (хоппер)

При расчете замкнутых шпангоутных рам (два шпангоута, бимс и флор), в углах которых имеются подпалубные и скуловые кницы, величина изгибающих моментов поперечных сечений шпангоутов в районе скулы получается больше, чем в предположении, что шпангоут работает отдельно и считается жестко заделанным. Однако увеличение поперечных сечений шпангоутов путем установки скуловых книц позволяет безопасно воспринимать эти увеличенные опорные моменты.

Устройство бортовых перекрытий в машинном отделении судна
Рис. 31 Бортовые перекрытия в машинном отделении.
1 — борт; 2 — подпалубная кница; 3 — палуба; 4 — продольное ребро; 5 — карлингс; 6 — карлингс шахты; 7 — бимс шахты; 8 — шахта; 9 — рамный бимс; 10 — пиллерс; 11 — рамный шпангоут; 12 — основной шпангоут; 13 — бортовой стрингер; 14 — второе дно; 15 — днищевой стрингер; 16 — вертикальный киль; 17 — флор; 18 — днище; 19 — машинный фундамент; 20 — платформа; 21 — поперечная переборка ахтерпика; 22 — скуловая кница

В результате этого увеличения сечения шпангоута у опоры происходит уменьшение расчетного изгибающего момента в пролете шпангоута.

Конструкция бортовых перекрытий судна
Рис. 32 Бортовое перекрытие с основными и промежуточными шпангоутами судна ледового плавания

Если бы скуловые кницы были убраны и в районе скулы было выполнено бескничное соединение, это способствовало бы увеличению расчетного изгибающего момента в пролете шпангоута, что привело бы к увеличению требуемого момента сопротивления его расчетного сечения, а, следовательно, к увеличению массы каждого шпангоута и всего бортового перекрытия.

Конструкция бортовых перекрытий в машинном отделении

Конструкции бортовых перекрытий в машинном и котельном отделениях вне зависимости от того, располагаются ли они в середине длины судна или в оконечностях, должны иметь специальные подкрепления. Эти подкрепления, так же как подкрепления на днище, должны безопасно воспринимать дополнительные усилия, передаваемые на корпус работающими главными и вспомогательными механизмами, а также усилия от навешиваемых на бортовые перекрытия многочисленных трубопроводов и различного оборудования.

Во время качки на борта через распорные тяги, соединяющие цилиндры главных механизмов с бортами, передаются знакопеременные нагрузки. Эти тяги имеют также назначение уменьшать усилия от вибрации на фундаментные болты и фундаменты главных механизмов.

На рис. 33 показано общее расположение главных механизмов в кормовой части оконечности судна.

Схема расположения механизмов в судовой корме
Рис. 33 Расположение механизмов, фундаментов и платформ со вспомогательными механизмами в корме

На большинстве судов машинное отделение располагается в самой корме у ахтерпиковой переборки или на некотором расстоянии от кормы (промежуточное расположение). Как было показано раньше, главные механизмы монтируют на фундаментах, устанавливаемых на днищевые перекрытия, а вспомогательные механизмы — на ряде платформ, разбивающих по высоте все пространство машинного отделения на отдельные помещения.

На платформах оборудуют посты управления и мастерские. Платформы выполняют роль мощных бортовых стрингеров, увеличивающих местную прочность бортов и служащих надежной опорой для бортового набора. Они поддерживаются пиллерсами (рис. 34), которые передают нагрузки на нижерасположенные платформы и на днищевое перекрытие, на котором смонтированы фундаменты главных двигателей.

Устройство бортовых перекрытий судна
Рис. 34 Бортовые перекрытия с продольной системой набора в машинном отделении

На рис. 31 представлена конструкция машинного отделения, бортовые перекрытия которого имеют поперечную систему набора, состоящую из рамных шпангоутов, между последними установлено три обыкновенных шпангоута. Кроме этого, между обыкновенными шпангоутами поставлены промежуточные шпангоуты в районе ледового пояса. В районе машинного отделения бортовой набор усиливается бортовыми стрингерами. По Правилам Регистра рамные шпангоуты в машинном отделении должны устанавливаться на расстоянии не более пяти шпаций или 3 м в зависимости от того, что меньше, а бортовые стрингеры — на расстоянии не более 2,5 м (рис. 35). На ледоколах и судах ледового плавания для обеспечения большей безопасности при плавании во льдах в машинном отделении делают двойные борта (см. рис. 35).

Чертеж двойных бортов в машинном отделении судна
Рис. 35 Двойные борта в кормовом машинном отделении

В большинстве случаев в машинном отделении борта имеют поперечную систему набора, однако встречается и продольная система набора. На рис. 36 показана конструкция в машинном отделении небольшого судна без двойного дна.

Система набора без двойного дна судна
Рис. 36 Продольная система набора в машинном отделении судна без двойного дна

Пересечение поясков рамных шпангоутов и бортовых стрингеров в машинном отделении осуществляется с помощью крестообразных вварных листов (рис. 37).

Чертеж вварного листа корпусной конструкции судна
Рис. 37 Крестообразный вварной лист, соединяющий свободные пояски бортового стрингера и рамного шпангоута

Детали соединения и узлы конструкций бортовых перекрытий на судах разных конструктивных типов

Скуловые кницы все чаще убирают совсем, заменяя их продольными кницами, которые на сухогрузных судах не мешают размещению груза у бортов, или концы шпангоутов пропускают через настил двойного дна (рис. 38).

Схема соединения концов шпангоута судовой конструкции
Рис. 38 Соединение концов шпангоутов у двойного дна:
а — стандартное присоединение (1 — шпангоут; 2 — скуловая кница; 3 — ветви открытого флора; 4 — бракета);
б — соединение при наличии второго борта (7 — продольное ребро; 2 — бракета; 3 — ребро жесткости; 4 — рамный шпангоут; 5 — второй борт; 6 — второе дно; 7 — флор);
в — установка продольных скуловых книц (1 — борт; 2 — второе дно; 3 — продольная кница; 4 — шпангоут);
г — бескничное соединение шпангоута, проходящего внутрь двойного дна

Шпангоуты обычно пропускают через отверстия специальной формы, выполненные в промежуточных водонепроницаемых палубах и стрингерах таким образом, как это показано на рис. 39, и с помощью коротких листов обеспечивают дополнительную опору подобно тому, как это показано на этом же рисунке для продольного набора палуб.

Чертеж водонепроницаемого прохода судовых шпангоутов
Рис. 39 Водонепроницаемый проход шпангоутов через листы второй палубы

При желании обеспечить водонепроницаемость палубы у проходов шпангоутов устанавливают заглушки (см. рис. 38). Оригинальное бескничное соединение в районе скулы и его детали можно видеть на рис. 40. Такая конструкция осуществлена на одном из судов иностранной постройки.

Схема бескничного соединения судового шпангоута
Рис. 40 Бескничное соединение шпангоута в районе скуловых образований

На рис. 41 даны детали конструкций танкера с двойным дном и двумя продольными переборками. Борта и продольные переборки перевязаны на двух уровнях распорками, и при продольной системе их набора бортовые стрингеры отсутствуют. При поперечной системе набора бортов и продольной системе палубных перекрытий в случае наличия рамных шпангоутов вместо установки книц часто осуществляют плавный переход от рамных шпангоутов к рамным бимсам (рис. 42).

Продольная система набора танкера
Рис. 41 Детали конструкций танкера с продольной системой набора борта с двойным дном.
1 — ватервейс; 2 — крепление продольных ребер к флорам; 3 — проход продольного ребра через шпангоутную раму; 4 — кничное крепление продольного ребра борта к шпангоуту; 5 — проход продольного ребра через стойку переборки; 6 — крепление продольного ребра к флору полосой

Подпалубные коридоры у бортов контейнеровоза при продольной системе набора перекрытий палуб и бортов имеют водонепроницаемые переборки и рамные шпангоуты, а в промежутке между ними устанавливают бракеты (рис. 43). Такие же конструкции образуют и наклонные подпалубные цистерны на судах для перевозки сыпучих грузов.

На некоторых судах подпалубные коридоры используют в качестве проходов вдоль судна, тогда водонепроницаемые переборки в них отсутствуют и на одинаковых расстояниях одна от другой устанавливают только поперечные рамы.

Фигурные кницы корпусной конструкции судна
Рис. 42 Плавный переход от рамных шпангоутов к рамным бимсам (фигурные кницы)

При поперечной системе набора бортов в промежутке между рамами располагают два или три шпангоута, которые по концам имеют бракеты, доходящие у продольных комингсов и бортов до ближайших продольных ребер палубы (см. рис. 31).

Если под палубным коридором имеются двойные борта, то рамные шпангоуты обычно чередуются с обыкновенными. Дета­ли их конструкций представлены на рис. 44.

Чертеж продольной системы набора контейнеровоза
Рис. 43 Продольная система набора борта контейнеровоза при двойных бортах.
1 — борт; 2 — фальшборт; 3 — планширь; 4 — стойка; 5 — верхняя палуба; 6 — водонепроницаемая переборка; 7 — второй борт; 8 — бракета; 9 — рамный шпангоут и рамный бимс; 10 — продольное ребро; 11 — палуба коридора

Обыкновенные шпангоутные рамы обычно состоят из отдельных прокатных или составных сварных стержней:

  • двух шпангоутов по бортам;
  • бимсов по палубам;
  • и флоров по днищу.

Бортовые ветви шпангоутов соединяются с бимсами кницами, которые и обеспечивают совместную их работу в составе шпангоутной рамы. На рис. 45 изображено такое кничное соединение двух составных сварных тавровых профилей. Пояски шпангоута и бимса соединены с пояском кницы, концы которого приварены на некотором расстоянии от мест повышенной концентрации, имеющейся по концам кни­цы.

Схема рамного шпангоута двойного борта судна
Рис. 44 Рамный листовой шпангоут двойного борта.
1 — рамный шпангоут; 2 — бортовой стрингер; 3 — шпангоут (стойка)

В стенках шпангоута и бимса для прохода сварных швов устраивают отверстия, а стыки фигурной кницы со стенками бимса и шпангоута соединяют стыковыми сварными швами, которые не доходят полностью до поясков и листов обшивки, заканчиваясь у надрезов. Эта мера препятствует распространению трещин на обшивку и пояски балок в случае их появления при некачественном выполнении сварки.

Устройство бимсовой кницы корпусной конструкции судна
Рис. 45 Бимсовая кница с ребром жесткости.
1 — шпангоут; 2 — ребро; 3 — бимс; 4 — полка бимса

Ребро жесткости по полю кницы увеличивает устойчивость плоской формы ее изгиба. Как показывает опыт эксплуатации судов, установка подобных ребер в дополнение к пояску по свободной кромке кницы существенно увеличивает устойчивость кничных соединений, которые во многих случаях оказывались слабым звеном в системе бимс—шпангоут—кница.

Конструктивная защита бортов судов с атомными энергетическими установками

Проектирование защиты атомных реакторов от повреждений при столкновении судов и других авариях является очень важным. Надежные системы защиты, разработанные для атомных судов, ограничивают объемы повреждений прежде всего бортовых и днищевых конструкций с целью обеспечения радиационной безопасности во всех случаях аварий энергетических установок на судне, в том числе тяжелых навигационных аварий, пожаров на борту судна или вблизи него, а также аварийных происшествий, вызванных ошибками обслуживающего персонала или чрезвычайными обстоятельствами.

На судах с атомными устройствами по бортам и днищу выполняют специальную конструктивную защиту из ряда переборок и настилов, подкрепленных набором, которая должна обеспечивать целостность защитного ограждения при столкновении судов, даже если удар таранящего судна нанесен под прямым углом по центру реакторного отсека. На первом транспортном атомоходе-лихтеровозе «Севморпуть», вступившем в эксплуатацию в начале 1989 г., так же как и на атомных ледоколах, радиационная защита полностью удовлетворяет международным требованиям. Конструкция днища имеет тройное дно высотой около 3 м, обеспечивая целостность защитного ограждения при посадке судна на каменную гряду серединой реакторного отсека перпендикулярно к перекрытию.

Рекомендуется к прочтению: Общий продольный изгиб и общая продольная прочность корпусных конструкций судна

Защита на атомоходах предполагает наличие четырех защитных барьеров между ядерным топливом и окружающей средой. Защитное ограждение на бортах состоит из продольных и поперечных переборок, а сверху имеется настил верхней палубы.

Временные положения английского Ллойда требовали иметь расстояние между продольной переборкой и шпангоутами борта не менее 1,52 м и такое же расстояние от переборки до обшивки контейнера реактора. Протяженность защиты по борту в нос и корму за границы реакторного отсека рекомендовалась равной 1,5 В при постепенном переходе к обычным системам набора бортовых перекрытий.

Защита бортов предполагает наличие конструкций, способных при ударе поглощать энергию удара.

Во многих странах занимаются исследованиями рассеивания энергии удара при столкновениях судов в процессе деформирования бортовых конструкций. Разработаны методы расчета конструкций, работающих в упруго-пластической зоне, и созданы конструкции, которые при больших деформациях остаются водонепроницаемыми.

Изучение различных конструктивных образований свидетельствует, что наибольшая доля энергии удара (60—70%) поглощается бортовыми перекрытиями, деформирующимися на участках между поперечными переборками. Чем больше материала привлекается к работе при деформировании конструкций, тем больше поглощается энергии. С этой точки зрения наилучшим образом ведет себя продольная система набора бортовых перекрытий с рамными шпангоутами, которые обладают жесткостью, не превышающей определенной критической величины.

Установлено, что если жесткость шпангоутов превышает критические величины, то деформируется и разрушается только участок борта размером в одну рамную шпацию, и в этих условиях величина поглощаемой энергии будет минимальной. При максимальном поглощении энергии и докритической жесткости шпангоутов бортовое перекрытие работает на участке между поперечными переборками, при этом поглощается максимальное количество энергии.

Основными связями, поглощающими и рассеивающими энергию удара в борт, являются продольные переборки и платформы, расположенные в междубортном пространстве между продольной переборкой реакторного отсека и наружным бортом.

Конструкция боковых (скуловых) килей

Боковые кили устанавливают в районе скуловых образований корпуса судна в середине длины судна (1/3—1/4L) так, чтобы расстояние до них от диаметральной плоскости судна было возможно большим. Боковые кили предназначаются для уменьшения размахов бортовой качки судна, которая вызывает большие инерционные усилия в корпусных конструкциях.

Чем дальше от ДП располагаются боковые кили, тем больше их эффективность; их установка в оконечностях нерациональна. Стенки пластинчатых боковых килей обычно приваривают нормально к обводам корпуса у скулы, так чтобы во избежание повреждений они не выходили за габариты описанных прямоугольников в данном поперечном сечении (рис. 46, а). Это делают из условий удобства постановки судна в док и его швартовки.

Местоположение точки примыкания к судовому корпусу
Рис. 46 Назначение местоположения точки примыкания к корпусу:
а — боковых килей; б — разновидности их конструкций

Кроме пластинчатых килей устанавливают двухпластинчатые полые кили, обладающие большей прочностью, чем прочность пластинчатых килей.

Боковые кили на судах ледового плавания часто получают повреждения в результате воздействия льда, уходящего под корпус судна. Поэтому на ледоколах их вообще не делают, что при океанских переходах ледоколов по открытой воде отрицательно влияет на их мореходные качества.

Непрерывный высокий боковой киль является продольной связью. В нем при общем изгибе корпуса возникают большие напряжения, которые при эксплуатации судов неоднократно вызывали их повреждения. Кроме того, по концам боковых килей, как в прерывистых связях, возникает высокая концентрация напряжений, способствующая возникновению трещин. Поэтому концы боковых килей устанавливают на накладках, и они сводятся на нет, как обычно требуется для всех прерывистых связей (рис. 46, б).

Делаются попытки устанавливать прочные боковые кили на транспортных судах ледового плавания.

Например, танкеры типа «Вентспилс» оборудованы такими боковыми килями. Предполагается, что кили способны выдержать нагрузки от льда, уходящего под корпус.

На судах ледового плавания боковые кили при ходе во льдах часто отрываются. Хотя современная их конструкция и не приводит к повреждениям основного корпуса, неоднократно наблюдались случаи частичного отрыва скулового киля.

На судах строят боковые кили, разделенные по длине на отдельные участки, однако такие кили вряд ли целесообразно применять, так как даже при небольшой длине отдельных участков они привлекаются к общему изгибу корпуса, и, следовательно, вместо двух районов по концам прерывистых боковых килей появится еще несколько прерывистых связей с повышенной концентрацией напряжения. И если концы сплошных бортовых килей находятся в зоне небольших напряжений, действующих в поперечных сечениях корпуса, то промежуточные разрезы будут располагаться в зонах с высокими напряжениями, а это совсем не желательно.

Однослойные боковые кили обычно предусматривают такими, чтобы при их разрушении они не повредили основной корпус судна, а трещины в них не распространялись на обшивку и не вызывали водотечности. Для этой цели часто стенки боковых килей устанавливают на полосы, предварительно приваренные к листам обшивки. При повреждениях судна раньше должна отделяться стенка от полосы, а не полоса от корпуса.

Однослойные боковые кили обычно выполняют из полосовой стали, к которой по свободной кромке приваривают ребра жесткости, а на малых судах кили изготавливают из прокатных профилей с высокой стенкой. Для того чтобы трещины, которые иногда возникают в сварных стыках отдельных участков скуловых килей, не распространялись на обшивку, под этими стыками делаются вырезы. Через подобные вырезы проходят и стыки обшивки корпуса (рис. 47).

Схема прохода сварных швов через киль судна
Рис. 47 Проход сварных швов обшивки через боковой киль легкого американского фрегата

Внутри корпуса в районе установки боковых килей целесообразны подкрепления в виде внутренних скуловых стрингеров, продольных и поперечных ребер жесткости и бракет. Особенно это важно для обеспечения ледовой прочности килей. Полые двух­слойные боковые кили внутри подкрепляются поперечными бракетами, устанавливаемыми в плоскости поперечного набора основного корпуса.

На некоторых крупнотоннажных судах можно встретить с наружной стороны корпуса доковые наружные кили, выполненные в виде коробки и используемые с целью отпирания на килевую дорожку при постановке судна в док.

Ледовые подкрепления бортов

Назначение ледовых подкреплений бортов, особенно в районах носовой оконечности, заключается в восприятии ледовых нагрузок при движении судов во льдах. Степень усиления бортов зависит от ледового класса ледоколов и судов ледового плавания. Ледоколы должны иметь наиболее мощные подкрепления для самостоятельной работы во льдах и при проводке караванов. Наиболее мощные подкрепления имеют российские атомные ледоколы. Как на ледоколах, так и на транспортных судах ледового плавания всегда целесообразно делать двойные борта.

Величина ледовых нагрузок на бортовые перекрытия зависит от мощности энергетической установки на судах ледового плавания, а тактика плавания во льдах и прочность конструкций должны соответствовать возможностям плавания судов без повреждения конструкций.

Будет интересно: Напряжения в корпусе судна при его общем продольном изгибе

В кормовой оконечности ледовые нагрузки при отходе задним ходом распространяются до самого днища. Наибольшей величины ледовые нагрузки достигают в оконечностях: в носу при форсировании льдов и в корме при вынужденных отходах задним ходом. В условиях сильного сжатия полей льда и их передвижения в районах застрявшего судна возможно значительное увеличение внешних ледовых нагрузок, действующих с обоих бортов. В результате такого сжатия погибло много судов, в том числе знаменитый «Челюскин» и теплоход «Нина Сагайдак» (в 1983 г.). Многие суда ледового плавания получили пробоины, приведшие к затоплению трюмов и порче груза.

До настоящего времени судостроители не располагают достаточно надежными данными о внешних нагрузках, действующих на корпуса судов, плавающих в экстремальных условиях во льдах. В основном используется метод определения внешних нагрузок по остаточным деформациям корпусных конструкций. По этим нагрузкам производится модернизация повреждаемых районов корпуса. Как правило, повторных повреждений модернизированных конструкций не возникает.

За расчетную нагрузку бортовых перекрытий дальневосточных судов ледового плавания принимают нагрузку, равную 35—43 т/пог. м. При сжатии льдов эта нагрузка может достигать и большей величины. При расчетах конструкций ледоколов типа «Уинд» (рис. 48) американцы предполагали, что давление льда достигает около 20 мПа.

Схема мидель-шпангоута ледокола
Рис. 48 Конструктивный мидель-шпангоут американского ледокола

Ширину ледового пояса, к которому прикладывается нагрузка, принимают такой, чтобы общее усилие, создаваемое давлением льда по длине всего судна, имело достаточную величину для подъема судна перед разрушением льда. Для ледоколов типа «Москва» (рис. 49), прошедших модернизацию в 1988 г. по разработке кафедры конструкции судов ДВПИ, расчетная толщина льда, действующего на борт, принята равной 1,5 м.

Максимальная величина ледовых усилий, которые могут возникать на борту судна при сжатии его корпуса льдом, ограничена способностью льда сопротивляться сжатию, растяжению и срезу. Однако расчетная нагрузка для транспортных судов, плавающих за ледоколом и в битом льду, значительно меньше.

Наиболее рациональной системой набора для бортов ледоколов и судов ледового плавания является поперечная система с надежным опиранием концов шпангоутов на днище и палубы, имеющих также мощный поперечный набор. Такая конструкция обеспечивает устойчивость днище­вых и палубных перекрытий при поперечном сжатии корпуса льдами.

Принято конструировать бортовые перекрытия с учетом распределения на них ледовых нагрузок из шпангоутов одного профиля, подкрепленных бортовыми стрингерами, или дополнительно устанавливать рамные шпангоуты.

Чертеж поперечного сечения ледокола
Рис. 49 Поперечное конструктивное сечение ледокола «Москва»

Конструкцию бортов судов, плавающих во льдах, кроме основных шпангоутов и стрингеров часто дополняют промежуточными шпангоутами и разносящими стрингерами. Обычно промежуточные шпангоуты располагают на высоте ледового пояса, и концы их, особенно в районе скулы, должны надежно опираться на разносящие бортовые стрингеры или перевязываться с днищевым набором.

Рекомендуется к прочтению: Ограждение открытых палуб фальшбортами, леерами и волноотбойниками и подвижные соединения

Такие стрингеры часто устанавливают и в других местах параллельно основным стрингерам, если их высота не превышает высоты основных шпангоутов. Разносящие стрингеры служат для концов промежуточных шпангоутов опорой, исключающей возникновение жестких точек, и позволяют при сосредоточенных ледовых нагрузках разнести последние на соседние шпангоуты, т. е. заставить эти шпангоуты работать совместно со шпангоутом, на который действует нагрузка.

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Октябрь, 28, 2020 131 0
Читайте также