.

Листовые конструкции корпуса судна

Листы наружной обшивки и настилов обеспечивают непроницаемость корпуса и вместе с балками судового набора участвуют в обеспечении прочности и жесткости корпуса. Кроме того, листовые конструкции используются в рамных балках (флоры, кильсоны, бимсы и т. п.).

При определении толщин листов исходят из двух позиций:

  • минимальная строительная толщина, определяемая условиями износа, коррозии и технологичности. Эта величина не зависит от категории и прочностных характеристик стали и определяется, главным образом из опыта эксплуатации (по Правилам РРР);
  • толщина, определяемая расчетом прочности и устойчивости листовых конструкций, в зависимости от воспринимаемых эксплуатационных нагрузок.

Назначаемая при проектировании листовых конструкций толщина должна быть большей полученной расчетом или назначаемой по Правилам РРР строительной толщины.

Толщины листов должны быть не менее указанных в табл. 1. независимо от результатов расчета и марки стали.

Таблица 1. Минимальные толщины листов, мм
Наименование листовых конструкций“М”“О”“Р” и “Л”“М-СП”
Длина судна, м20801402080140208060140
1. Наружная обшивка в средней части судна и кормовой оконечности4,06,08,04,06,07,03,05,06,09,0
2. Скуловой пояс наружной обшивки в средней части судна и кормовой оконечности5,07,09,05,07,08,04,56,07,010,0
3. Днищевая обшивка наливных судов без двойного дна в средней части судна4,56,59,04,56,58,04,05,5
4. Ширстрек и палубный стрингер в средней части судна5,08,011,05,07,08,54,56,010,013,0
5. Настил палубы сухогрузных судов между бортом и продольным комингсом и в средней части других судов (кроме нефтеналивных)4,57,09,04,56,57,54,05,57,010,0
6. Настил палубы наливных судов в районе грузовых танков5,07,09,04,56,57,54,05,57,010,0
7. Настил палубы судов-площадок вне грузовой площадки4,06,58,04,06,07,03,55,5
8. Настил второго дна и обшивка внутренних бортов грузовых судов (кроме случаев, оговоренных в п.п. 9, 10)4,56,07,04,05,56,53,05,07.07,0
9. Настил второго дна сухогрузных судов под грузовыми люками, если предусмотрена загрузка/разгрузка грейферами, и палуб судов-площадок в пределах грузовой площадки7,010,010,07,010,010,07,09,012,012,0
10. Обшивка внутренних бортов сухогрузных судов в районе грузовых трюмов, если предусмотрена загрузка/разгрузка грейферами5,07,08,05,07,08,04,56,010,010,0
11. Обшивка непроницаемых переборок, за исключением форпиковой3,05,05,03,04,05,03,04,06,06,0
12. Обшивка переборки форпика4,06,06,03,05,06,03,05,07,07,0
13. Нижний пояс непроницаемых переборок сухогрузных судов4,06,06,03,05,06,03,05,07,07,0
14. Верхний пояс переборок в грузовых танках5,06,58,05,06,07,04,05,010,010,0
15. Верхний пояс переборок судов-площадок в пределах грузовой площадки5,08,08,05,08,08,05,07,0
16. Настил верхней палубы в оконечностях на открытых участках, настил и палубный стрингер прочных палуб надстроек, участвующих в общем изгибе4,05,05,04,05,05,03,04,06,06,0
17. Настил верхней палубы в оконечностях на участках, закрытых надстройками3,04,04,03,04,04,03,04,0
18. Настил палубы в оконечностях толкаемых судов
19. Настил платформ, палуб бака и юта4,05,05,04,05,05,03,04,06,06,0
20. Наружная обшивка в носовой оконечности5,08,010,04,57,08,04,06,07,010,0
21, Листовые конструкции внутри грузовых танков, топливных и балластных цистерн сухогрузных и наливных судов, включая флоры и кильсоны междудонных отсеков, кроме указанных в п. 22, а также кроме листов переборок4,06,07,04,06,07,03,55,07,07,0
22. Листовые конструкции под грузовыми настилами судов-площадок и под грузовыми настилами второго дна сухогрузных судов в пределах грузовых люков, если предусмотрена загрузка/разгрузка грейферами5,08,08,05,08,08,05,07,010,010,0
23. Непрерывные продольные комингсы грузовых люков7,010,012,06,09,011,05,57,513,013,0
24. Поперечные комингсы4,07,08,04,06,07,04,06,013,013,0
25. Листы шахт машинно котельных отделений и капов машинного отделения, стенок надстроек, участвующих в общем изгибе3,04,04,03,04,04,03,04,0

 
Примечания:

  1. Толщины листов, приведенные в п.п. 1-8, 11-14 и 16-20, соответствуют шпации, равной 550 мм.
  2. Если дробная часть толщины, полученной путем интерполяции, больше или равна 0,25 мм, то округлять толщины следует в большую сторону, если меньше 0,25 мм – в меньшую. При толщинах более 6 мм допускается округлять; в меньшую сторону, если дробная часть менее 0,50 мм, и в большую сторону, если дробная часть больше или равна 0,50 мм.
  3. Грузовые и грузопассажирские морские транспортные судаСухогрузы классов “Р” и “Л” грузоподъемностью до 600 т и осадкой до 1,2 м по согласованию с Речным Регистром допускается обоснованное проектантом снижение толщин настилов второго дна и грузовых палуб судов-площадок (п. 9), если загрузку – выгрузку выполняют кранами грузоподъемностью не свыше 5 т. При этом толщины листов должны быть не менее 7 мм для судов, длина которых превышает 35 м, и 6 мм для судов длиной 35 м и меньше.
  4. При использовании специальных средств защиты от коррозии для листов, выполненных из стали повышенной прочности, толщины этих листов, указанные в таблице могут быть уменьшены пропорционально отношению 

    15,3/Rен.

Если шпация принята больше 550 мм, то толщины связей, указанные в п.п. 1-8, 11-14 и 16-20 табл. 1, должны быть увеличены пропорционально увеличению шпации, а если шпация принята меньше 550 мм, то толщины листов могут быть пропорционально уменьшены, но не более чем на 10 %.

Толщины днищевой обшивки и скулового пояса судов, предназначенных для эксплуатации на мелководье, рекомендуется увеличить на 1 мм по сравнению с указанными в п.п. 1-3 и 20 табл. 1.

Изменения толщин листов в переходных районах должны быть постепенными. Разность толщин смежных листов не должна превышать 30 % толщины наиболее толстого из соединяемых листов или 5 мм (принимается меньшее значение).

Ширина ширстрека у судов с высотой борта H > 2,5 м должна быть не менее 0,2 H, а палубного стрингера – не менее 0,6 м.

У судов с высотой борта менее 2,5 м толщину ширстрека можно принимать равной толщине наружной обшивки.

Толщины листов, определяемые расчетом прочности, приводятся в соответствующих разделах пособия.

Толщины листов связей корпусов буксиров, ледоколов и пассажирских водоизмещающих судов класса М-СП независимо от результатов расчета и марки стали не должны быть меньше приведенных в табл. 2.

Таблица 2. Минимальные толщины связей буксиров, ледоколов и пассажирских судов
Наименование связейДлина судна, м
2560100140
Минимальные толщины листов связей, мм
1. Наружная обшивка в средней части судна и кормовой оконечности5,06,07,59,0
2. Ширстрек и палубный стрингер в средней части судна6,010,011,513,0
3. Наружная обшивка форпика6,09,010,011,0
4. Наружная обшивка в районе от форпика до сечения, отстоящего на 0,25L в корму от носового перпендикуляра6,07,08,510,0
5. Скуловой пояс наружной обшивки в средней части судна и кормовой оконечности6,07,08,510,0
6. Настил верхней палубы в оконечностях на длине 0,15L от носового и кормового перпендикуляров5,56,06,06,0
7. Настил платформ4,56,06,06,0
8. Обшивка непроницаемых переборок5,06,06,06,0

 
Примечания:

  1. Приведенные значения минимальных толщин листов связей соответствуют шпации 550 мм и должны быть откорректированы с учетом фактической шпации;
  2. Наружная обшивка, настил палуб и переборкиТолщина настила верхней палубы, кроме ее участков, указанных в п. 6, при шпации, равной 350 мм, не должна приниматься менее 5,5 мм независимо от длины судна;
  3. В случае, когда длина судна не совпадает с указанными в таблице значениями, минимальные толщины листов связей определяют путем линейной интерполяции табличных данных.

Конструирование набора балок и их соединений

Особенности судовых балок

Судовые балки (набор) служат, главным образом, для подкрепления судовых листовых конструкций, чтобы при минимальной металлоемкости обеспечить их прочность, жесткость и устойчивость. Количество и расположение балок, их высота и другие размеры зависят от выбора материала корпуса, системы набора, шпации, чередования рамных и холостых шпангоутов.

После решения всех принципиальных вопросов проектирования корпусных конструкций возникает задача конструирования балок, их соединений и окончаний, при том необходимо обеспечить:

  • прочность и жесткость балки;
  • устойчивость отдельных ее элементов (поясков, стенки);
  • устойчивость плоской формы изгиба;
  • минимальную массу и габариты;
  • технологичность (возможность резки, гибки, сварки).

Особенностью судовых балок является то, что они работают вместе с присоединенным пояском обшивки. Это надо учитывать при разработке соединений балки с обшивкой. Например, на рис. 1, а показан вариант правильного, а на рис. 1, б – нерационального соединения таврового профиля с обшивкой, поскольку в последнем случае момент сопротивления балки с пояском получается меньше.

Соединение таврового профиля судового корпуса
Рис. 1 Соединение таврового профиля с обшивкой:
а – правильное; б – неправильное

При определении элементов поперечного Конструкция судового наборасечения балок судового набора ширину присоединенного пояска c назначают следующим образом:

  • для продольных ребер жесткости при продольной системе набора, холостых бимсов и шпангоутов при поперечной системе набора, а также ребер жесткости переборок

c1=0,5a,          Форм. 1

где:

  • a – расстояние между ребрами, см.

В любом случае ширина присоединенного пояска не должна приниматься более пятидесяти его толщин или 1/6 длины расчетного пролета (в зависимости от того, что меньше);

  • при расчете рамных связей, расположенных перпендикулярно холостым балкам (бимсов, шпангоутов, флоров при продольной системе набора), а также карлингсов, кильсонов и бортовых стрингеров при поперечной системе набора; ширину присоединенного пояска для этих связей вычисляют по формуле:

c2=c1+(bc1)φ,          Форм. 2

где:

  • с1 – определяется по формуле 1;
  • b — расстояние между рамными одноименными связями;
  • φ – редукционный коэффициент, назначаемый по табл. 3;
  • при расчете рамных связей одного направления с холостым набором (карлингсов и кильсонов при продольной системе, рамных шпангоутов при поперечной и т. п.) в расчетные значения площади присоединенного пояска вводятся площади поперечных сечений холостого набора, находящегося в пределах пояска, а сама ширина присоединенного пояска определяется по формуле:

c3=0,5d1+0,45100ta2,          Форм. 3

где:

  • d – расстояние между рамными одноименными связями, см;
  • а – расстояние между холостыми одноименными балками, см;
  • t – толщина пластины, см.
Таблица 3. Редукционные коэффициенты при толщине пластины, мм
Вид деформацииТолщина пластины, мм
46812
Растяжение0,070,180,330,56
Сжатие0,030,070,120,28

 
В сортаменте балок, изготавливаемых промышленностью, указываются все геометрические элементы балок, в том числе с присоединенным пояском и без него.

В статье Справочные показатели для проектирования судового мидель-шпангоута. Приложение“Мидель-шпангоуты некоторых судов внутреннего и смешанного плавания” приведен сортамент наиболее употребительных балок.

Рамные балки

Балки рамного набора изготавливают главным образом из таврового профиля, а иногда — из гнутого профиля. Стенку сварного таврового профиля делают из листа или широкой полосы, полку – из полосы. Можно применять готовые сварные тавры, элементы которых приведены в ОН9-594-68 «Тавры стальные сварные для морских судов», а можно подобрать элементы тавра, пользуясь методами проектирования балок оптимального сечения.

Предлагается к прочтению: Малотоннажные суда из армо- и стеклоцемента

Определить оптимальные размеры двутавровой сварной балки можно следующим образом (заданы максимальные значения изгибающих моментов M, перерезывающих сил N и допускаемых напряжений [σ], [τ]):

  • площадь сечения стенки балки;

f=N0,85τ,          Форм. 4

  • наименьшая высота и толщина стенки из условия сопротивления сдвигу, при которых стенка не теряет устойчивости;

h=mf=mN0,85τ          Форм. 5

tfm=N0,85mτ          Форм. 6

m=ht=70÷80.

Для стальных пластин с Reн = 235 МПа, m = 80.

Если толщина стенки балки определяется из условия минимальной строительной толщины t = t0, то оптимальная по массе высота стенки определяется по формуле:

hопт=k Wk1 t0          Форм. 7

где:

k=2f2+f4f22f1+f;

  • среднее значение k можно принять равным 4,5;
  • тогда:

hопт1,16Wt0.          Форм. 8

При этом необходимо проверить стенку балки на устойчивость

m1=hоптt0.

Если окажется, что m1> m следует принять высоту балки не hопт, a h = mt0.

Площадь свободного пояска балки определяется следующим образом:

f1=Whfk1

где:

  • W – требуемый момент сопротивления балки:

W=Mσ.

Ширину свободного пояска b1 выбирают из условия обеспечения его устойчивости. При этом половину пояска по ширине рассматривают как пластину свободно опертую по трем кромкам и совершенно свободную по четвертой.

Для такой стальной пластины Элерово напряжение:

σ3=0,084100t1b1/22МПа.

Приравнивая это напряжение пределу текучести, получим:

b1=100t133,0Rен.

В частности, для стали с пределом текучести 235 МПа b1 = 37t1, т. е.:

b1t1=37.

Для сталей с более высокими значениями Reн свободный поясок должен быть утолщен.

Целесообразно в любом случае толщину свободного пояска назначать на два-три мм больше толщины стенки балки. Связано это с тем, что при Особенности коррозии в морской и пресной водекоррозии даже небольшое уменьшение толщины стенки значительно снижает момент сопротивления балки.

Соотношение размеров тавровых профилей приведено в табл. 4.

Таблица 4. Соотношение размеров стальных сварных тавровых профилей
Соотношение размеровRe, МПа
235290340390

ht

 не более

80655550

bt1

 не более

20191716

bt1

 не менее

89910

t1t

 не более

2222

 

Обозначение сварных размеров судового корпуса
Рис. 2 Обозначение размеров сварного таврового профиля:
1 – стенка; 2 – полка; 3 – присоединенный поясок

На речных судах иногда применяется Конструкция судового наборарамный набор с отогнутой полкой. Основное преимущество этих профилей – их технологичность. Но у гнутого профиля не удается получить такое же рациональное соотношение площади полки и стенки, как у таврового, поскольку толщина полки равна толщине стенки, а максимальная ширина фланца по условиям устойчивости не должны превышать 10-12 толщин. Для увеличения момента сопротивления балки гнутого профиля приходится увеличивать высоту профиля, что приводит к возрастанию массы набора и уменьшению полезного объема отсека.

У гнутого профиля из-за отсутствия симметрии возникает внецентренное растяжение-сжатие и дополнительные напряжения от его кручения. Узел пересечения гнутых профилей получается конструктивно сложным и ослабленным. Перечисленные недостатки гнутого профиля ограничивают его применение на судах.

Во многих случаях затруднительно выдержать отношение высоты профиля рамного набора к толщине стенки, необходимое для обеспечения ее устойчивости. Например, при высоте двойного дна 1 000 мм стенка флора из стали с Re = 300 МПа должна иметь толщину ~16 мм, хотя из соображений прочности и минимальных толщин достаточно 8 мм. Большая толщина значительно увеличивает массу конструкции, поэтому ее делают тоньше, а для обеспечения ее устойчивости устанавливают ребра жесткости (рис. 3). Например, при действии осевых сжимающих усилий целесообразно устанавливать продольные ребра на равном расстоянии друг от друга и от поясков балки (рис. 3, а).

Размещение ребер жесткости судового корпуса
Рис. 3 Варианты размещений ребер жесткости

Поперечные ребра целесообразно использовать вместо книц для соединения холостого набора с рамным (рис. 3, в).

В соответствии с требованиями «Правил» Элементы конструкции корпуса суднастенки рамного набора при соотношении высоты h, см к толщине t, см, большем 

80235ReнReнв МПа

 должны быть подкреплены ребрами нормальными или параллельными пояскам рамного набора с соблюдением следующих условий:

  • расстояние между подкрепляющими ребрами S, см, установленными нормально пояскам рамного набора должно быть не более

S=0,24h/t9,5hReн/235h/t75235/Reн.          Форм. 9

Момент инерции этих балок с присоединенным пояском, см4, должен быть не менее

l=0,1St3lks/h,          Форм. 10

где:

  • k – коэффициент, определяемый по табл. 5;
  • момент инерции площади поперечного сечения ребер жесткости, параллельных пояскам рамного набора с присоединенным пояском, см4, должен быть не менее

l=5,1·107Reнf+atl2,          Форм. 11

где:

  • f – площадь поперечного сечения ребра (без присоединенного пояска), см2;
  • а – расстояние между подкрепляющими ребрами, см;
  • l – длина подкрепляемого участка, см.
Таблица 5. Значения коэффициента k
htReн23580859095100105110115120
k01,053,535,046,657,899,2310,312,0

 
Ребра допускается выполнять из полосы, если отношение их высоты к толщине не превышает 10, при этом высота ребра должна быть не менее 50 мм, а толщина не менее 0,8 толщины подкрепляющей стенки.

Отношение h/t для стенок рамного набора, подвергающегося действию больших локальных нагрузок (набор бортов всех судов, набор палуб судов – площадок при грузовых операциях грейферами) должно быть не более

h/t=55235/Rен.          Форм. 12

Толщина приваренной полки (тавровых профилей) не должна превышать двух толщин ее стенки. Ширина симметричной полки не должна превышать 24-х ее толщин, а толщина полки, приваренной с одной стороны стенки – 12-ти толщин. Ширину отогнутого фланца следует принимать в пределах 8 ÷ 12 толщин.

Если в полотнище рамной балки (флоры, стрингеры) имеются вырезы (лазы), то вместо одного горизонтального ребра устанавливают два, расположенных вдоль лаза.

Читайте также: Материалы конструкций корпуса, активно используемые в судостроении

Вырезы в рамных связях делают для облегчения конструкций, доступа в междудонные отсеки, проходов трубопроводов, каналов вентиляции, кабельных трасс, для протекания жидкости, проходов для балок другого направления. Чтобы не было значительного ослабления балок, размеры вырезов в них ограничивают.

Вырезы выполняют следующим образом.

Центр выреза располагают на нейтральной оси балки. Ширина овального и прямоугольного вырезов и диаметр круглого выреза не должны превышать половины высоты стенки (b ≤ 0,5h; 2R ≤ 0,5h). Длина выреза, согласно Правилам Регистра, не должна превышать 75 % высоты стенки (l ≤ 0,75h). Радиус скругления углов прямоугольного выреза должен быть не менее 20 % ширины выреза (r ≥ 0,2).

Минимальное расстояние, на которые вырезы отстоят друг от друга, должно быть не менее высоты балки или длины выреза (а ≥ h, а ≥ l). Расстояние от кромки выреза до обшивки должно быть не менее 10 %, а до свободного пояска – не менее 30 % высоты балки (h1 ≥ 0,1h, h2 ≥ 0,3h).

Не рекомендуется делать вырезы в стенке балки вблизи ее опор и книц, так как в этих районах обычно действуют максимальные изгибающие моменты и перерезывающие силы и отмечается концентрация напряжений.

Размеры вырез в деталях судового корпуса
Рис. 4 Обозначение размеров вырезов

Расстояние от выреза до опоры должно быть не менее полутора высот балки для круглого выреза (c ≥ 1,5h) и двух высот – для прямоугольного (c ≥ 2h). Расстояние от выреза до конца кницы должно быть не менее половины высоты балки (d ≥ 0,5h).

По конструктивному оформлению вырезы распределяются на подкрепленные и неподкрепленные. Вырезы для облегчения обычно не подкрепляют.

Подкрепление вырезов можно осуществить с помощью (рис. 5):

  • вварной полосы – обечайки (рис. 5, а). На такое подкрепление расходуется мало металла, но гибка и подгонка полосы являются трудоемкими операциями;
  • полосы, приваренной с одной стороны стенки (рис. 5, б). В этом случае подгонка затруднений не вызывает, но эффективность подкрепления вследствие несимметрии уменьшается;
  • горизонтальных ребер жесткости (рис. 5, в). Ребра приваривают на расстоянии 10 ÷ 20 мм от кромки выреза. Если вырез используется в качестве лаза, полки ребер обычно направляют в сторону, противоположную вырезу, чтобы не уменьшать размеры лаза. Увеличение жесткости судовых конструкцийРебра жесткости одновременно служат для повышения устойчивости стенки;
  • вертикальных ребер (рис. 5, г). По сравнению с предыдущим вариантом эффективность такого подкрепления меньше;
  • диагональных (косых) ребер жесткости (рис. 5, д). Такая схема может применяться в районах, где наряду с изгибающими моментами действуют значительные перерезывающие силы;
  • одновременным использованием горизонтальных и вертикальных ребер (рис. 5, е, ж). Такие комбинированные подкрепления обладают наибольшей эффективностью, но у них есть недостаток – некоторое увеличение массы и трудоемкости изготовления конструкции. Такая схема рекомендуется для участков стенок рамного набора, прилегающих к внутреннему борту, поперечным и продольным переборкам.
Подкрепление вырезов судового корпуса
Рис. 5 Виды подкреплений вырезов

Вырезы для протока жидкости называют голубницами. Для ускорения протекания жидкости площадь вырезов желательно увеличивать. Однако в районе выреза нарушается связь стенки балки с присоединенным пояском. Поэтому размеры выреза ограничивают. Обычно их размеры 30 ÷ 50 мм. Возможные формы голубниц показаны на рис. 6.

Формы голубниц судового корпуса
Рис. 6 Виды и формы голубниц

Часто голубницы совмещают с вырезами для прохода сварных швов. При сборке конструкции ранее выполненные Сварка корпуса судна на построечном местесварные швы не должны препятствовать плотному прилеганию стенки к обшивке и другим связям. Поэтому углы стенки в местах прохода швов срезают по прямой линии размером а = 10÷20 мм или по окружности радиусом R = 10 ÷ 20 мм. При пересечении стенки со стыковым соединением листов делается полукруглое отверстие – «выстрижка» радиусом R = 10 ÷ 15 мм (последнее становится ненужным, если для обеспечения плотного прилегания стенки срубить наплывы швов в зоне пересечения). При сварке пазов обшивки с уже установленными балками набора размеры вырезов для прохода шва увеличиваются (R = 15 ÷ 30 мм).

Вырезы для прохода сварных швов показаны на рис. 7.

Проход сварных швов в корпусе судна
Рис. 7 Вырезы для прохода сварных швов

Определенные требования предъявляются к вырезам для прохода холостого набора. Так, суммарная высота вырезов h4 + h5 на рис. 7, г, д не должна превышать 0,4 высоты рамной балки.

Профили холостого набора

Для балок холостого набора обычно применяют неравнобокий угольник, несимметричный и симметричный полособульб. Сравнение этих профилей по коэффициенту использования материала показывает, что начиная с № 7 несимметричный полособульб выигрывает по сравнению с угольником, а показатели симметричного полособульба еще выше.

При изгибе напряжения в полке несимметричных профилей распределены неравномерно. Связано это с внецентренным растяжением-сжатием и стесненным кручением.

Устойчивость несимметричного полособульба меньше, чем симметричного.

Выбор профиля влияет и на технологию его сборки и сварки:

  • узел безкничного соединения холостого набора с рамным проще выполнить при несимметричном профиле так же, как и соединение деталей внакрой,
  • угольник легче поддается гибке, чем полособульб,
  • при соединении деталей встык изолированных профилей удобнее варить угольник, так как в металле бульба возможен непровар. В некоторых случаях полособульбы соединяют встык, как показано на рис. 8.
Полособульбы корпуса судна
Рис. 8 Соединение полособульбов

Кницы

Кницы служат для соединения деталей, расположенных в одной плоскости. Соединение частей корпуса суднаСоединение деталей без книц (например, шпангоута и бимса) с помощью только сварки может не обеспечить необходимой прочности соединения. Кницы также уменьшают концентрацию напряжений в местах соединения, создают заделку балки на опоре. Кницы могут устанавливаться для увеличения местной прочности конструкций в районе действия интенсивных нагрузок (например, в районе скулы) для компенсации ослабления балки в местах ее обрыва (при переходе через поперечные переборки) и т. д.

Пример установки книц при обрыве продольных балок в районе поперечной переборки показан на рис. 9.

Обрывы продольных блоков корпуса судна
Рис. 9 Кницы в местах обрыва балок

Назначение книц можно увидеть из рис. 10.

Назначение судовых книц
Рис. 10 Схемы, иллюстрирующие назначение книц

Кница, показанная на рис. 10, а, обеспечивает прочность узла и его устойчивость. Эта кница тоже может потерять устойчивость. Чтобы этого не произошло необходимо к ней приварить полку или отогнуть фланец.

Постановка книц уменьшает концентрацию напряжений в узлах соединений (рис. 10, в).

На рис. 10, в показан случай, когда с помощью книц передаются реакции с холостого набора на рамный, а на рис. 10, г – восприятие усилий (момент, перерезывающую силу и осевое усилие) на опоре разрезной балки.

Кницы создают заделку балок на опоре. Если концы балок не соединить кницами, а закончить, сведя на «ус», в расчете прочности балка должна рассматриваться как свободно опертая. Благодаря заделке максимальные напряжения в балке уменьшаются.

Это интересно: Стационарные двигательные установки малотоннажных судов

Кницы усиливают опорные сечения балки. Вследствие увеличения площади и момента сопротивления поперечного сечения балки по книце напряжения от среза и изгиба в районе опор уменьшаются. Так как при переходе от опоры к пролету момент быстро убывает, при достаточных размерах кницы расчетным может стать пролетный момент, который при равномерно распределенной нагрузке в два раза меньше опорного и в три раза меньше максимального момента для свободно опертой балки. Это позволяет уменьшит профиль балки и, так как масса самой кницы невелика, сократить в целом расход металла.

Однако кницы снижают технологичность конструкции, увеличивая трудоемкость ее изготовления, уменьшают полезный объем трюмов.

В острых углах кницы притупляют на 10 ÷ 15 мм для улучшения условий сварки. Для прохода сварного шва и облегчения подгонки в прямом углу кницы делают срез размером 10 × 10 мм или 20 × 20 мм.

Конструкция книц, соединяющих балки холостого и рамного набора, приведена на рис. 11 и рис 12.

Конструкция книц судового корпуса
Рис. 11 Конструкция книц, соединяющих балки холостого набора
Соединение балок набора судна
Рис. 12 Конструкция книц, соединяющих балки рамного набора

При соединении балок холостого набора кницы должны перекрывать набор на протяжение не менее двух высот меньшего профиля.

Постановка книц внахлестку нежелательна, поскольку приводит к ухудшению Оборудование, виды и способы сварки материалов при судостроениикачества сварки и щелевой коррозии. Такие кницы удобно применять, когда угол между соединяемыми балками меняется на каждом шпангоуте (например, в районах с криволинейными обводами). Длина и толщина привариваемой кницы к рамному набору должны быть не меньше высоты и толщины меньшего из соединяемых профилей.

Кницы, соединяющие сварные тавровые балки, имеют полку из приваренной полосы. Сечение этой полосы принимается таким же, как у меньшего из соединяемых профилей. Возможны два варианта окончания поясков. В первом — полоса кницы доводится до полок набора и приваривается к ним. Во втором – полоса кницы срезается на «ус». Первый вариант обеспечивает несколько большую статическую прочность, второй технологичнее.

Соединение холостых балок с рамными

Балки набора, стенки которых расположены в одной плоскости (бимсы и шпангоуты, шпангоуты и флоры и т. п.), следует соединять, как правило, с помощью книц, устанавливаемых в плоскости стенок балок набора. Балки поперечного холостого набора допускается соединять кницами» устанавливаемыми внахлестку.

При соединении балок рамного набора кницы должны перекрывать набор на протяжение не менее высоты меньшего профиля, при соединении балок холостого набора – не менее двух высот меньшего профиля для книц, устанавливаемых внахлестку, перекрой измеряется от полки балки. Толщина книц, соединяющих балки рамного и холостого набора, должна быть не менее меньшей толщины стенки соединяемых балок. Допускается уменьшение толщины книц, соединяющих балки холостого набора:

  • кницы без фланца – на один мм при толщине стенки балки от семи до девяти мм включительно и на два мм при толщине десять мм и более;
  • для книц с фланцем или с приваренной полосой – на один мм при толщине стенки в интервале от шести до восьми мм и на два мм при толщине девять мм и более.

На рис. 13 показано кничное соединение бортового шпангоута с флором, а на рис. 14 – бескничное соединение.

Соединение шпангоута судового корпуса
Рис. 13 Соединение шпангоута с флором с помощью кницы
Бескничное соединение
Рис. 14 Бескничное соединение шпангоута с флором

Соединение балок холостого и рамного набора, расположенного в разных плоскостях, показано на рис. 15.

 Кничное соединение в корпусе судна
Рис. 15 Варианты кничного соединения в узле пересечения холостого и рамного набора

Бескничное соединение в узлах пересечения холостого и рамного набора показано на рис. 16.

Бескничное соединение узлов в корпусе судна
Рис. 16 Варианты бескничного соединения в узле пересечения холостого и рамного наборов

Применение бескничных соединений позволяет избавиться от дополнительных деталей (книц) и сократить протяженность сварки. При этом усилие от балки холостого набора передается на балку рамного через сварной шов, соединяющий стенки балок (рис. 16, а, б). По прочности такие соединения уступают кничным, особенно при небольшой высоте холостого набора, когда шов получается коротким. К недостаткам бескничного соединения следует отнести также необходимость в подгонке кромки выреза в стенке рамного набора к стенке Общие вопросы проектирования судовых конструкцийбалки холостого набора. Нередко шаг вырезов не совпадает с шагом балок, что приводит к дополнительным операциям при сборке (подрезке кромок выреза, постановке накладок и т. п.).

При применении в качестве холостого набора симметричного полособульба бескничный узел соединения выполнить труднее. Чаще соединение осуществляется путем постановки дополнительных планок, которые могут привариваться к стенке рамного набора встык (рис. 16, в) или внахлестку. Применяется также форма выреза (рис. 16, г), позволяющая сначала установить балку рамного набора на обшивке (показано пунктиром), а затем придвинуть ее для сварки к балкам холостого набора. При сборке такую операцию не всегда можно выполнить.

Для облегчения перетекания жидких грузов на танкерах без двойного дна площадь окон в стенке рамного набора увеличивается (рис. 16, д).

Непроницаемость в месте пересечения балок холостого и рамного набора может быть достигнута путем постановки заглушек (рис. 16, е) или путем выполнения в стенке рамного набора вырезов, соответствующих по форме профилю балки холостого набора (рис. 16, ж). В последнем случае балку холостого набора приходится протаскивать через вырезы, что существенно усложняет сборку конструкции.

На речных судах в отдельных случаях применяется бескничный узел пересечения, в котором стенки балок не свариваются (рис. 16, з). При такой конструкции усилие с холостого набора на рамный передается через участок обшивки между стенкой балки и кромкой окна. Напряжения в этом участке, работающем на изгиб, резко увеличиваются, а по концам выреза возникают жесткие точки, что приводит к возникновению трещин в обшивке под воздействием повторяющихся и ударных нагрузок. Кроме того, отсутствие на значительной длине перевязки с рамным набором способствует потере устойчивости плоской формы изгиба (завалу) балок холостого набора. Поэтому такой узел можно допускать лишь в малоответственных статически нагруженных конструкциях.

Толщины книц принимаются такими же, как толщина стенки.

Пересечение балок рамного набора. Окончание балок

Балки, расположенные в одной плоскости, соединяют кницами. Размер кницы должен быть не менее высоты стенки наименьшего из соединяемых балок, а толщина принимается равной толщине наименьшего из соединяемых профилей. Аналогичные рекомендации и относительно полки кницы. Конструкция судового набораСоединение балок рамного набора показано на рис. 17.

Соединение балок в корпусе судна
Рис. 17 Соединение балок рамного набора

Торцы стенок рамных балок обязательно приваривают к обшивке или к полке сопрягаемой балки. Следует обратить внимание на то, что в отличие от стенки конец полки балки (в рассматриваемом случае – рамного бимса) не приваривают к обшивке и сводят на «ус». В противном случае по кромкам торца приваренной к обшивке полосы возникали бы жесткие точки. Кроме того, наличие зазора между полосой полки и обшивкой несколько упрощает сборку.

Типовое соединение балок, идущих в разных направлениях, показано на рис. 18.

Балки рамного набора судна
Рис. 18 Пересечение балок рамного набора

Технологический зазор (рис. 18, а) упрощает сборку и сварку, но снижает прочность разрезной балки. В этом случае для компенсации снижения прочности делают усиление полки разрезной балки, как это показано на рис. 19.

Усиление полки балки корпуса судна
Рис. 19 Усиление полки разрезной балки

Труднее обеспечить надежные соединения полок в местах пересечения отфланцованных балок. Если выполнять это соединение, как показано на рис. 20, а, получается большой зазор между полками и в шве приходится наплавлять много металла, что сопровождается возникновением значительных сварочных напряжений. Поэтому часто торец разрезной балки подрезают по форме профиля непрерывной балки (рис. 20, б), что позволяет улучшить Общие сведения о сварке судостроительных материаловусловия сварки, но приводит к дополнительной тепловой резке.

При пересечении рамных балок разной высоты полку разрезной низкой балки приваривают к высокой стенке (рис. 21).

Соединение отфланцованных балок в корпусе судна
Рис. 20 Соединение пересекающихся отфланцованных балок
Пересечение балок в конструкции судна
Рис. 21 Пересечение балок разной высоты

Для оформления окончания балок следует отметить целесообразность закрепления концов балок. Это в первую очередь касается балок, участвующих в обеспечении общей продольной прочности.

Конструктивное оформление окончания балок на примере кильсона приведено на рис. 22.

Рамный набор
Рис. 22 Окончание балки рамного набора

Концы балок холостого набора следует по возможности закреплять с помощью книц, причем последние не должны оканчиваться на неподкрепленных листах во избежание возникновения жестких точек. В некоторых случаях применяют бескничные окончания балок холостого набора. При этом конец балки не доводят на 10 ÷ 15 мм до какой-либо жесткой связи поперечного направления и для уменьшения концентрации сводят на «ус» (рис. 23).

Обрезка концов профилей
Рис. 23 Обрезка незакрепленных концов профилей:
а – полособульба и угольника; б – угольника с дополнительной обрезкой свободной
Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Март, 27, 2021 115 0
Добавить комментарий

Читайте также

Текст скопирован
Пометки
Избранные статьи
Loading

Здесь будут храниться статьи, сохраненные вами в "Избранном". Статьи сохраняются в cookie, поэтому не удаляйте их.

Статья добавлена в избранное! Перезагрузка...