Конструкции и проектирование корпусов плавучих доков

Конструкции доков проектируются согласно основным технических правилам. Для постройки корпусов доков могут быть применены некоторые стали. Технические данные для проектирования предоставляются заказчиками.

Конструкция основного корпуса и применяемые материалы

Для постройки корпусов доков могут быть применены следующие стали:

• для предела текучести 2 200—2 400 кг/см² — стали марок Ст Зс и Ст. 4с (при толщинах не более 12 мм);
• для предела текучести 3 000 кг/см² — сталь марки 09Г2;
• для предела текучести 3 500 кг/см² — сталь марки МК;
• для предела текучести 4 000 кг/см² — сталь марки МК-40.

Из-за интенсивной коррозии толщину связей следует назначать с учетом долговечности конструкций дока (срок службы дока больше срока службы судов). Особенно интенсивна коррозия в районе приемников труб в балластных отсеках (при недостаточной окраске до 1 мм в год), а также в районе суммарного влияния наружной ватерлинии и повышенной влажности (внутри дока).

В тех случаях, когда размеры связей корпуса дока определяются жесткостью, применение сталей повышенного сопротивления нецелесообразно.

За последнее время в судостроении широко внедряются алюминиевомагниевые сплавы. При малом объемном весе (2,6—2,8 т/м³), относительно высокой прочности (предел текучести до 3 000 кг/см²), хорошей свариваемости и обрабатываемости, этот материал во многих случаях рентабельнее, чем сталь, несмотря на относительно высокую стоимость. Применение этих сплавов возможно, в частности, для транспортных доков внутренних водных путей.

Системы набора плавучих доков

При проектировании корпусов плавучих доков применяли поперечную систему набора при шпации 600—1 000 мм, причем поперечными связями понтонов и башен служили раскосные фермы (рис. 1).

В секционных доках, не имеющих жестких соединений секции, передающих продольные изгибающие моменты, и при наличии усилий от веса докуемого судна, вызывающих только поперечный изгиб понтонов, это вполне оправдано.

С появлением крупных доков, корпуса которых выполнялись секционными не только по соображениям самодокования, начали выполнять жесткие соединения секций (например, на болтах или клепаные на монтажных планках). При таких соединениях продольные усилия воспринимаются башнями дока и применение продольной системы набора (рис. 2, 3) вполне обосновано.

Продольная система набора или установка продольных ребер жесткости бывают необходимы при модернизации доков, цель которой — повышение грузоподъемности или подкрепление для возможности перевода морем (рис. 4, а и б).

Таким образом, для выбора системы набора плавучих доков можно дать следующие рекомендации.

1. Для верхнего яруса башен (топ-палубы, палубы безопасности, бортов и внутренних стенок башен между ними) продольная система набора почти всегда рациональна (исключение очень малые или очень короткие доки).
2. Если для дока не предусмотрен перевод морем и по схемам установки судов он всегда прогнут (днище растянуто, топ-палуба сжата), понтон следует набирать по поперечной системе.
3. Если при постановке судов или при переводе морем корпус дока может быть перегнут (днище сжато, топ-палуба растянута), днище и нижнюю часть бортов понтонов монолитных доков целесообразно проектировать по продольной системе набора или установить продольные ребра жесткости, сохранив фермы или флоры на каждом шпангоуте.
4. Если высота понтона дока невелика и стапель-палуба дока при перегибе испытывает значительные сжимающие усилия, следует установить продольные ребра жесткости и по стапель-палубе, сохранив поперечный набор под стапель-палубой (фермы, флоры и балки) на каждом шпангоуте для возможности любого расположения кильблоков или клеток.
5. Для разрезных понтонов секционно-понтонных и понтонных доков рациональна только поперечная система набора.
6. Для понтонных доков со сплошным днищем башен рекомендации п. 1 целесообразно, в случае перевода морем, применить к днищу башен.

Особенности конструкций башен и понтонов

Набор башен под палубой безопасности (в балластных отсеках) представляет собой фермы, поставленные на каждом шпангоуте. Между палубой безопасности и топ-палубой набор состоит из рам.

На границах отсеков устанавливаются переборки или выгородки. В иностранной практике раскосы иногда расположены также между топ-палубой и палубой безопасности, причем в машиннокотельных отделениях они установлены между механизмами. Переборки между этими палубами устанавливают лишь по концам башен. Хотя эта конструкция имеет преимущества (предохранение башен от деформаций углов), рекомендовать ее, вследствие неудобства в обслуживании механизмов, нельзя.

Предлагается к прочтению: Ремонт корпусных конструкций и судовых устройств

Внутренние стенки башен часто имеют уклон в сторону диаметральной плоскости (рис. 22-27). Величина уклона определяется сохранением в процессе подъема дока с судном необходимой остойчивости. Наличие уклона башен несколько снижает также концентрацию напряжений в месте соединения внутренней стенки башни со стапель-палубой при поперечном изгибе дока. Пренебрегать этой концентрацией не следует.

Так, на одном из доков, несмотря на наличие болтового соединения между понтонами и башней, при переводе морем появились трещины в торцовых стенках понтонов (рис. 5, а). Расчеты поперечной прочности показали, что нормальные и касательные напряжения в этом районе находятся в пределах норм; следовательно, причина образования трещин кроется лишь в концентрации напряжений. Для ее ликвидации могут быть предложены подкрепления, показанные на рис. 5, б. С этой же целью желательны скосы стапель-палубы у башен на транспортных плавучих доках (см. рис. 4 а и б).

В качестве поперечного набора понтонов на каждом шпангоуте устанавливают фермы. На очень крупных доках применяют безраскосные фермы. В относительно низких понтонах и узких башнях устанавливаются сплошные флоры и бракеты (переборки).

Поперечные переборки понтонов (проницаемые и непроницаемые) целесообразно выполнять с вертикальными стойками, а поперечные переборки и бракеты башен — с горизонтальными ребрами (см. рис. 4 а).

Соединения секций в секционных доках

На рис. 6 показано болтовое соединение секций с накладкой, часто применяемое в доках, предназначенных для капитального ремонта судов. Недостатком этого соединения является необходимость тщательной подгонки контуров соприкасающихся секций.

Оригинальная конструкция соединения секций, примененная на одном из доков средних размеров, дана на рис. 7. В этом соединении перерезывающая сила воспринималась «зубчатой» отливкой, а изгибающий момент — стяжными болтами.

На рис. 8 дана конструкция шарнирного соединения секций, а на рис. 9 — схема центрирующего приспособления, примененного на одном из железобетонных доков.

Такое соединение не может воспринимать изгибающие или срезывающие усилия.

В этом случае усилия полностью воспринимаются докуемым судном, а равновесное положение дока под судном достигается балластировкой.

Конструкция подкреплений в районе соединения секций дока для океанской буксировки его в состыкованном виде дана на рис. 10.

Соединения башен с понтонами на понтонных доках

Конструкция соединения башен с понтонами показана на рис. 11.

В качестве прокладок во фланцевых соединениях применяют парусину, пропитанную свинцовым суриком, или резину, обладающую длительной стойкостью в морской воде и на воздухе.

Иногда в понтонных доках для увеличения продольной прочности башен, уменьшения концентрации напряжений в стенках башен между понтонами и уменьшения ударов волн в торцовые стенки понтонов устанавливают съемные бортовые листы, так называемые «юбки» (рис. 12).

Концевые площадки стапель-палубы (кринолины)

Чтобы облегчить работы у свисающих за пределы дока оконечностей судна, на торцовых переборках концевых понтонов устанавливают легкие навесные консольные фермы с настилом (кринолины или авандеки). На несамодокующихся доках эти фермы наглухо закреплены к понтону дока, на самодокующихся докахНекоторые вопросы по эксплуатации плавучих доков они должны быть съемными, чтобы сохранить постоянную длину понтонов. На рис. 13 представлена конструкция кринолина с деревянным, а на рис. 14 — с металлическим настилом.

Иногда в средней части ширины концевых площадок (в пределах ширины килевой дорожки) фермы не ставят, а настил делают съемным для снятия или установки руля.

Фермы и настил кринолинов должны быть рассчитаны на восприятие нагрузки 0,5 м вод. ст. На кринолинах предусматриваются привальные брусья.

На время перевода морем кринолины, как правило, снимают и закрепляют на стапель-палубе. В 1961 г. осуществлен перевод морем дока грузоподъемностью 25 000 т (ФРГ) с кринолинами.

Волноломы

Во время переводов морем на стапель-палубе, для меньшей ее заливаемости, обычно устанавливают волноломы (рис. 15). Для прохода тросов и якорных цепей в волноломах доков делают вырезы. Высота волноломов — не менее 1,1—1,2 м; в нижней части должны быть штормовые портики.

Как показывает опыт, для лучшего эффекта волногашения волноломы следует устанавливать на расстоянии 5—7 м от торцов дока.

Подкрановые пути

Изготовляемые отечественной промышленностью подкрановые рельсы не приспособлены для установки на металлических палубах доков, так как могут быть закреплены только костылями или прижимными планками, которые удобно крепить лишь на деревянных или бетонных конструкциях. На некоторых доках иностранной постройки встречаются рельсы специального профиля с уширенной нижней полкой, что позволяет их клепать или устанавливать на болтах.

Читайте также: Металлические плавучие доки — общие сведения и классификация

При креплении рельсов к палубе на болтах или заклепках для рихтовки с требуемой точностью необходимо устанавливать их на прокладках. На рис. 16 показаны варианты установки подкрановых путей из катаных профилей. Удачный вариант сварной конструкции, допускающий точную рихтовку, дан на рис. 16, в. Конструкцию, изображенную на рис. 16 а, несмотря на ее заманчивую простоту, применять не следует, так как в данном случае рихтовка может быть достигнута механической обработкой головок, что крайне трудоемко.

Точность установки подкрановых путей регламентируется требованиями Госгортехнадзора. Обычно точность установки рельсов по высоте в поперечном направлении должна быть не менее

ширины колеи, т. е. до пяти угловых минут; точность установки в продольном направлении допускается снижать до

или до десяти-двенадцати угловых минут. Более точная рихтовка в продольном направлении бесцельна, так как док в результате общего изгиба может иметь стрелу прогиба, равную

длины дока.

Если установлены приварные рельсы, то во избежание большой концентрации напряжений у стыков рельсов в топ-палубе они должны быть сварены. В том случае, если сварка стыков катаных рельсов невозможна, следует обеспечить некоторую их подвижность относительно топ-палубы в районе стыков. На концах подкрановых путей устанавливают упоры, конструкция которых приведена на рис. 17.

Галереи башен

С внутренней, а иногда и с наружной стороны вдоль башен больших и средних доков предусмотрены галереи для прохода. Башни высотой 5—7 м имеют по одной галерее с каждого борта, высотой 7—12 м — по две галереи; более высокие доки имеют три и больше галерей (рис. 18).

Галереи могут быть постоянными или откидными на поворотных кронштейнах (рис. 19).

Ширина галерей 600—900 мм, они имеют стальной или деревянный настилы. Галереи проверяются на давление 0,5 м вод. ст. и должны быть усилены в местах установки кнехтов, киповых планок и роульсов.

Привальные брусья

По бортам и внутренним стенкам башен или на галереях обычно устанавливаются привальные брусья (рис. 20—22), размер которых не менее 200—220 мм.

Так как тонкостенные металлические привальные брусья на плавучих доках испытывают неоднократные деформации, рекомендуется либо увеличить толщину их стенок (по сравнению с требованием нормали), либо установить больше внутренних бракет.

Кильблоки, клетки, упоры

Килевые дорожки плавучих доков набираются из отдельных кильблоков и лишь в исключительных случаях представляют собой сплошную лежню. Деревянные кильблоки (рис. 23, а) набираются из нескольких брусьев-длиной 1,2—1,5 м и крепятся к стапель-палубе коротышами из полосовой или угловой стали. Сечение брусьев колеблется от 200 × 220 до 300 × 360 мм (один из брусьев должен быть распилен вдоль на два клина). Материалом для брусьев служат дуб и сосна (для клиньев — дуб).

Для более равномерного обжатия кильблоков сверху кладут подушки из сосновых досок толщиной 80—120 мм или заминающиеся (пластичные) прокладки. Чтобы избежать опрокидывания кильблоков, их связывают по два или по три раскосами и горизонтальными шергенями из досок толщиной 50—75 мм. Кильблоки ставят на каждом шпангоуте дока, т. е. на расстоянии 600—1 000 мм между серединами брусьев.

Широкое распространение получили металлические кильблоки. Жесткие стенки металлических кильблоков должны устанавливаться на жестких связях стапель-палубы. На рис. 23, б приведена конструкция спаренных металлических кильблоков, которая набором деревянной части кильблоков разной высоты может быть приспособлена для докования различных судов.

При постановке в док необычных судов (например, с подъемом килевой линии) иногда применяют подвижные кильблоки (рис. 24), установленные на специально уложенные на стапель-палубе направляющие. Передвижение кильблоков осуществляют доковыми шпиля­ми, специальными лебедками или талями (через систему блоков).

Очень прочны и удобны в эксплуатации съемные спаренные металлические основания кильблоков (рис. 25, а) и спаренные металлические клетки (рис. 25, б), которые могут быть использованы также в качестве боковых упоров. На новых доках внедряются конструкции разборных кильблоков (рис. 23, г).

Следует иметь в виду, что в отличие от стационарных кильблоков, создающих полураспределен­ную нагрузку на стапель-палубу и набор понтонов, подвижные кильблоки создают сосредоточенные усилия, в результате чего могут потребоваться местные усиления понтона (установка дополнительных ребер, раскосов, бракет и т. п.).

Нагрузки на кильблоки определяются исходя из давления, допускаемого для материалов кильблоков, их размеров и ширины горизонтальной части корпусов докуемых судов.

Так, исходя из формулы для коэффициента жесткости кильблока, составленного из дубовых и сосновых брусьев (рис. 26),

получим выражение для приведенной площади кильблока (по дубу):

где:

• E_с, E_д — модули упругости сосны и дуба;
• b_с, b_д — ширина сосновых и дубовых брусьев;
• h_с, h_д — высота сосновых и дубовых частей кильблока;
• с — ширина брусьев кильблоков.

и велечину допустимой нагрузки на кильблок:

В качестве средних значений механических характеристик дерева при сжатии поперек волокон принимаются следующие величины:

 
Допустимая нагрузка для дубовых кильблоков размером 1 200—1 500 × 1 200 × 250 мм с сосновыми прокладками составляет 50—60 т.

Аналогично можно получить величину допустимой нагрузки для стальных кильблоков с деревянными прокладками, подставляя в вышеприведенные формулы характеристики металлической части кильблоков:

При проектировании металлических кильблоков должна быть обеспечена устойчивость их стенок до предела текучести материала кильблоков.

Для установки судов на одну килевую дорожку применяют упоры или боковые клетки. Количество и размеры упоров можно определить расчетным путем по методике Б. Л. Николаи и А. А. Селиверстова.

Рекомендуется к прочтению: Ремонт вспомогательных механизмов

Широкое распространение получают механические передвижные или поворотные скуловые блоки, перемещающиеся по поперечным направляющим с помощью ручных приводов или доковых шпилей, а по высоте — клиновыми, гидравлическими или гидропневматическими домкратами (рис. 27). Методика расчета боковых клеток предложена И. Г. Мартыновым и Г. Н. Финкелем.