.

Конструирование и расчет палубных перекрытий

Палубные конструкции составляют целую систему продольных и поперечных балок, которые должны выдерживать систематические нагрузки во время погружных работ и частой транспортировке.

Нагрузки, действующие на палубные перекрытия

Палуба на судне — это горизонтальное перекрытие, опирающееся на борта и переборки, а в надстройках и рубках — на их переборки и стенки. Палуба, идущая непрерывно по всей длине основного корпуса, предотвращает попадание воды внутрь судна и носит название верхней. Когда до этой палубы доходят водо- и нефтенепроницаемые переборки, то ее называют главной.

На рис. 1 можно видеть обычный танкер, имеющий, как и другие танкеры, одну главную палубу и несколько палуб в надстройках бака и юта.

В отличие от танкеров на сухогрузных и пассажирских судах, предназначенных для транспортировки генеральных грузов и пассажиров, кроме главной верхней палубы, ниже ее, может располагаться вторая палуба, а еще ниже — третья, четвертая палубы и т. д. Большое количество палуб имеется на автомобилевозах и круизных судах.

Чертеж шпангоута танкера
Рис. 1 Мидель-шпангоут танкера с поперечной системой выбора борта.
1 — стрингерный угольник; 2 — рамный шпангоут; 3 — продольная переборка; 4 — доковая стойка; 5 — карлингс (отбойный лист); 6 — рамный бимс; 7 — поперечная переборка; 8 — стойка переборки; 9 — шпангоут; 10 — бортовой стрингер; 11 — шельф; 12 — продольная днищевая балка; 13 — вертикальный киль; 14 — флор; 15 — скуловая кница; 16 — скуловой пояс; 17 — распорка; 18 — продольная палубная балка; 19 — ширстрек

В зависимости от архитектурно-конструктивного типа судна главная палуба может быть и не обязательно верхней, а верхняя — иметь уступ, увеличивающий на части длины судна высоту борта с целью увеличения объемов кормовых грузовых трюмов. Район такой палубы с уступом называется квартердеком (рис. 2), а само судно — квартердечным. Одно время с целью улучшения условий удифферентовки на некоторых танкерах повышали высоту борта кормовых танков путем устройства квартердека.

Чертеж сухогруза сбоку
Рис. 2 Боковой вид сухогрузных судов с характерными для них надстройками

Палубы в надстройке и рубках имеют свои собственные названия и не всегда идут по всей длине, как часто и палубы в основном корпусе. Такие палубы представляют собой горизонтальные перекрытия небольшой длины и ширины внутри одного или нескольких отсеков основного корпуса и надстройки. Их называют платформами. На рис. 3 представлена схема расположения многочисленных палуб и платформ на рыбопромысловой базе.

Палубные конструкции на рыбоконсервной базе
Рис. 3 Схема расположения помещений на рыбоконсервной базе «Андрей Захаров».
1 — форпик; 2 — кладовые судового снабжения; 3 — трюм промыслового снаряжения; 4 — кладовая материально-технического снабжения; 5 — диптанк дизельного топлива; 6 — диптанк питьевой воды; 7— цистерны дизельного топлива; 8 — цистерны котельного топлива; 9 — цистерны пресной воды; 10 — цистерны смазочного масла; 11 — диптанки котельного топлива; 12 — провизионные кладовые; 13 — трюм банкотары и готовой продукции; 14 — утилизационная установка для переработки отходов при обработке рыбы; 15 — трюм утильпродукции; 16 — помещение для предварительной обработки рыбы; 17 — икорный цех; 18 — склад икры; 19 — помещение разделочных машин; 20 — рыбозавод; 21 — машинное отделение; 22 — котельное отделение; 23 — ахтерпик; 24 — румпельное отделение; 25 — столовая на 132 чел.; 26 — камбузный (по правому борту) и медицинский (по левому борту) блоки; 27 — кинозал; 28 — жилые и служебные помещения

В зависимости от назначения судна в перекрытиях палуб и в перекрытиях платформ выполняют разнообразные отверстия; требующие изменения палубных конструкций с целью компенсации уменьшения общей и местной прочности и подкрепления образующихся прерывистых связей.

Палубные конструкции, входящие в состав корпуса, обеспечивают общую продольную и местную прочность судна. Наибольшие напряжения от общего продольного изгиба и от общего кручения корпуса возникают в верхнем и нижнем поясках эквивалентного бруса, которыми являются верхняя палуба и днище. Уменьшение массы этих поясков — одно из основных резервов снижения массы судового корпуса, получаемого за счет применения расчетных методов проектирования на основе прогрессивных Норм прочности, позволяющих допускать более высокие напряжения в конструкциях и принимать многочисленные новые конструктивные решения.

На транспортных судах конструкции палуб претерпели существенные изменения, связанные с необходимостью образования широких вырезов для погрузки крупногабаритных грузов в виде лихтеров и контейнеров. На паромах и судах, перевозящих колесную технику, наоборот, появились закрытые верхние палубы с отверстиями только для вентиляторов вдоль обоих бортов и с мощными продольными подпалубными балками. На этих палубах перемещается и перевозится колесная техника.

На судах с широким раскрытием палуб и с большими люковыми крышками перевозят грузы в контейнерах, которые располагают на верхней палубе и на люках в несколько ярусов (см. рис. Изменение технологии грузовых работ и перевозки грузов — определяющий фактор в развитии конструктивных типов судов“Контейнеровоз с промежуточным положением средней надстройки и удлиненным баком”).

На нижних палубах судов с горизонтальной грузообработкой образуются сплошные плоские площадки, расположенные между двойными бортами, обеспечивающими непотопляемость судна, и не ограниченные по длине обычными для судов старого типа часто поставленными поперечными водонепроницаемыми переборками. Вся конструкция сплошных палуб таких судов опирается на борта, поэтому для поддержки палуб вдоль судов под ними устанавливают один или два ряда пиллерсов. Пиллерсы опираются на мощные карлингсы — продольные подпалубные балки.

Снижения металлоемкости палубных перекрытий можно достичь за счет применения СПП. При этом не только немало уменьшается масса корпуса, но обеспечивается общая продольная прочность, а также местная прочность, которая необходима для восприятия давлений и инерционных усилий от грузов, расположенных на палубах. Эти усилия передаются на корпус в виде сосредоточенных давлений по углам стенок контейнеров либо через колеса закрепленной или катящейся по палубе техники.

Отдельные узлы и секции палубных перекрытий новых конструктивных решений, связанных с изменением условий работы палубных перекрытий, должны обеспечивать надежность конструкций, которым в некоторых случаях в отличие от днищевых конструкций приходится работать при очень низких температурах. Поэтому самое пристальное внимание должно уделяться вопросам конструирования связей, резко меняющих по длине свое поперечное сечение (прерывистых связей), и их изготовления, чтобы избежать появления очагов опасной концентрации напряжений.

В верхней палубе возникают очаги повышенных напряжений из-за влияния различных надпалубных конструкций (надстроек, рубок, продольных комингсов, фальшбортов) и многочисленных вырезов. Верхняя палуба любого судна является основной связью эквивалентного бруса — верхним и наиболее напряженным его пояском. Эта палуба вместе с водонепроницаемыми люками грузовых трюмов служит в качестве водонепроницаемого закрытия корпуса сверху. Все чаще на новых судах верхнюю палубу делают без седловатости и даже без погиби бимсов, т. е. совершенно плоской, что упрощает постройку судна и размещение груза.

Читайте также: Напряжения в корпусе судна при его общем продольном изгибе

Если на судне несколько палуб, то они все могут быть плоскими. Обычно на судах с верхней палубой без седловатости, имеющих минимальный надводный борт, требуется удлинять бак для обеспечения непотопляемости при затоплении двух соседних отсеков. Однако в последнее время непотопляемость достигается и без удлинения бака за счет устройства двойных бортов, поскольку длинный бак усложняет некоторые грузовые операции, например размещение леса, контейнеров и колесной техники, и целесообразен только при необходимости увеличения закрытых объемов под палубами. При удлиненном баке неудобные для грузовых операций объемы в носовом трюме в нижней части у днища следует занять диптанками для размещения балласта, а потерянные для груза объемы — компенсировать устройством твиндека с люком на баке.

Палубы, расположенные только на части длины судна, называют, как уже сказано, платформами. Их, так же как и непрерывные палубы, используют для размещения груза. Воспринимая давление от груза, палубы и платформы должны передавать усилия на опорный контур, т. е. на борта или продольные переборки и на поперечные переборки. Платформы в машинном отделении используют для установки вспомогательных котлов, электростанций, постов управления и т. п.

Верхняя и нижележащие палубы, на которых размещается груз, могут частично передавать усилия через двойные борта, продольные переборки и пиллерсы на нижележащие палубы и двойное дно. Однако конструкции, обеспечивающие передачу этих усилий и расположенные над палубой, не должны мешать размещению грузов в трюмах. Люковые крышки, которые на некоторых судах занимают значительную часть площади палуб, должны обладать такой прочностью, чтобы на них можно было укладывать несколько ярусов контейнеров или пакетов леса. При широком раскрытии палуб для уменьшения массы люковых крышек люки делают сдвоенными (рис. 4) и их продольные кромки опирают на мощные подпалубные балки и продольные переборки.

Палубные конструкции сухогруза
Рис. 4 Палубы сухогрузного судна с непрерывными продольными комингсами.
1 — верхняя палуба; 2 — промежуточные палубы

В зависимости от конструктивного типа суда могут иметь только одну верхнюю палубу (рис. 5) или несколько палуб (рис. 6), например для размещения генерального груза в легкой таре.

На контейнеровозах делают одну верхнюю палубу. В трюмах этих судов контейнеры ставят друг на друга в виде стопок до люковых крышек, после чего крышки закрывают, плотно задраивают (зажимают) и на них загружают друг на друга палубные контейнеры, которые раскрепляют специальными креплениями к рымам и обухам, приваренным к палубе. В последнее время на верхней палубе контейнеровозов устанавливают вертикальные направляющие, образующие, как и в трюмах, ячейки для укладки и крепления контейнеров.

Чертеж шпангоута танкера
Рис. 5 Конструктивный мидель-шпангоут танкера с продольно-поперечной системой набора (вверху показана конструкция того же танкера в перспективе)

Если верхняя палуба имеет погибь бимсов, то ей для упрощения технологии изготовления придают вид ломаной линии:

  • средний участок горизонтальный;
  • бортовые — наклонены к бортам.

Чаще всего стрелка погиби бимса составляет 1/50 ширины судна в данном поперечном сечении, однако встречается погибь бимса и со значительно меньшей стрелкой. Существует мнение, что надобности в погиби бимса вообще никакой нет. Обосновывают это мнение тем, что уже при небольшом, обычном для судна крене и отсутствии волнения наклонная часть палубы становится почти горизонтальной и сток воды при неровностях палубного настила прекращается. В случае же плавания на волнении имеют место поперечные наклонения судна, и сток воды с палубы происходит свободно, даже если она горизонтальная.

Палубные конструкции на сухогрузе
Рис. 6 Схема расположения основного (поперечного) набора сухогрузного трехпалубного судна (а):
1 — палуба; 2 — поперечная переборка; 3 — шпангоут; 4 — рамный шпангоут; 5 — бимс; 6 — флор; 7 — бортовой стрингер; 8 — карлингс; 9 — форштевень; 10 — ахтерштевень;
поперечное сечение корпуса (б) с поперечной системой набора в грузовом трюме (см. рис. Конструкция и расчеты днищевых перекрытий в корпусе судна“Днищевое перекрытие с поперечной системой набора”):
1 — бимс; 2 — шпангоут; 3 — флор; 4 — днищевой стрингер; 5 — вертикальный киль; 6 — крайний междудонный лист; 7 — настил внутреннего дна; 8 — настил верхней палубы; 9 — настил средней палубы; 10 — настил нижней палубы; 11 — продольный комингс люка; 12 — горизонтальный киль; 13 — скуловая кница; 14 — палубный стрингер; 15 — ширстрек; 16 — бимсовая кница; 17 — лаз; 18 — паз

Верхняя палуба должна воспринимать дополнительные усилия, возникающие при заливании, обмерзании, околке льда и его обрушении с надстроек, рангоута и такелажа (рис. 7), а также инерционные усилия от палубного груза, появляющиеся при качке. Большие усилия передаются на палубные перекрытия во время работы тяжеловесных грузовых устройств и в результате возникновения инерционных нагрузок от высоко расположенных грузовых стрел и кранов с механизмами.

Надстройки и рубки на верхней палубе должны прочно соединяться с верхней палубой, и их набор необходимо надежно перевязывать с подпалубными конструкциями, прямое назначение части которых — воспринимать усилия от надстроек и рубок; особенно высокие напряжения возникают по концам надстроек и рубок.

Верхняя палуба во время шторма подвержена динамическому воздействию воды, вкатывающейся на палубу через борта и бак после зарывания судна носом во встречные волны. При этом возникают кратковременные ударные нагрузки, которые во время эксплуатации создают условия для появления в конструкциях остаточных деформаций, возникающих одновременно с усталостью конструкций под действием опасных по величине нагрузок. Поведение конструкций при импульсных нагрузках отличается от их поведения при статическом нагружении: деформации продолжают расти и после прекращения ударного воздействия. Во время удара напряжения быстро увеличиваются и достигают максимума, но время появления максимальных напряжений не совпадает со временем появления максимальных прогибов.

Теплоход в море
Рис. 7 Теплоход после шторма

Как и большинство балочных перекрытий судового корпуса, палубные перекрытия состоят из набора, подкрепляющего листы обшивки (палубный настил), и кроме общей и местной прочности обеспечивают водонепроницаемость. Балки набора палуб частично работают совместно с листами настила (присоединенными поясками). Набор палубных перекрытий может располагаться по-разному в зависимости от принятой системы.

При продольной системе набора полное значение напряжений, возникающих в палубных перекрытиях, определяют так же, как для днищевых перекрытий, в виде суммы напряжений от:

  • общего продольного изгиба σ1,
  • от изгиба перекрытия σ2;
  • от изгиба продольных ребер жесткости σ3;
  • и от изгиба пластин σ4, если на палубе есть палубный груз.

Если система набора перекрытия поперечная, то слагаемое σ3 отсутствует.

При общем продольном изгибе к работе привлекаются все палубы судна в результате изгиба в своей плоскости бортовых перекрытий и продольных переборок (если они есть) касательными усилиями, возникающими по линии соединения палубы с бортами. Теоретически продольные нормальные напряжения, вызываемые этими касательными усилиями, должны к середине ширины судна уменьшаться, однако при расчетах продольные нормальные напряжения принимают равномерно распределенными из-за незначительных их изменений.

Типичные конструкции палубных перекрытий и их особенности

Основное влияние на конструкции палубных перекрытий оказывает конструктивный тип судна. В зависимости от наличия люковых вырезов, надстроек и рубок, вида груза, размещенного в трюмах и на палубах, конструкции палубных перекрытий существенно различаются.

Например, наливные суда имеют одну палубу с небольшими водонепроницаемыми горловинами (рис. 8), а сухогрузные суда с вертикальной погрузкой — палубы с люками, расположенными один за другим по длине судна и закрываемыми люковыми крышками, которые с корпусом судна не составляют одно целое и в общем продольном изгибе участия не принимают (рис. 9), однако их водонепроницаемость обеспечивается так же, как и водонепроницаемость горловин на палубе наливных судов.

В последние годы появились многочисленные суда с большим раскрытием палуб (рис. 10), у которых непрерывный палубный настил сохраняется только в виде одного пояса с каждого борта (палубного стрингера). Эти поясья идут вдоль борта. Вся остальная ширина судна занята люковыми вырезами, закрываемыми люковыми крышками, расчеты прочности которых производят на действие местных нагрузок.

Чертеж танкера с видом сверху и сбоку
Рис. 8 Танкер — вид сбоку и сверху (а, б) и различное расположение горловин на верхней палубе (в)

Суда с горизонтальной грузообработкой в палубах (рис. 11) имеют только круглые вырезы для вентиляторов и сравнительно небольшие вырезы для устройства наклонных спусков (пандусов), с помощью которых перемещают грузовые места на ниже или выше расположенные грузовые палубы. На рис. 12 показана конструкция палубных перекрытий двухпалубного судна с горизонтальной грузообработкой, имеющего редко поставленные поперечные переборки и двойные борта, доходящие до нижней палубы. Вырезы для вентиляторов и пандусов на рисунке не изображены.

Чертеж лесовоза
Рис. 9 Люки на палубах лесовоза-пакетовоза

На рис. 13 показана конструкция судна с горизонтальной грузообработкой, имеющего двойную верхнюю палубу с клетчатой системой набора, предназначенную для перевозки тяжелой колесной техники. Эти палубы предлагается использовать и на наливных судах с двойным дном, двойными бортами и двойными переборками с целью создания безнаборных гладких грузовых танков для уменьшения коррозии и упрощения ухода (рис. 14).

Большое раскрытие палуб на транспортном судне
Рис. 10 Судно с большим раскрытием палуб

Построено большое количество танкеров (рис. 15) и танкеров-рудовозов (рис. 16), у которых весь набор палубы размещается поверх нее для уменьшения коррозии палубного набора. Такого рода конструктивное решение может быть принято и для других типов судов.

Схема напряжений в палубе судна
Рис. 11 Нормальные напряжения в палубе от общего изгиба по кромке круглого отверстия для мачты (

αkmax=3

):
а — расчетная модель; б — эпюры напряжений по радиусам для разных типов подкреплений, расположенных под палубой.
1 — мачта (Ø = 2 000 мм, t = 17 мм); 2 — переборка (δ — 15 мм); 3 — палуба (δ = 15 мм); —– пластина с переборкой и ребрами; – – – – – пластина с переборкой без ребер; — • — • — пластина без ребер и переборки; — • • — • • — пластина с ребрами без переборки

На рис. 17 показано судно с большими палубными вырезами, на котором с целью увеличения верхнего пояска эквивалентного бруса набор двойной верхней палубы изготовлен по стрингерной системе.

В результате площадь поперечного сечения верхнего пояска эквивалентного бруса увеличена за счет карлингсов и обшивки двойной палубы. Этим компенсируется потеря площади верхней палубы из-за наличия в ней широких люков.

Чертеж двухпалубного судна
Рис. 12 Конструкция палуб, приспособленных для перемещения грузов на колесах

Для дополнительного увеличения верхнего пояска эквивалентного бруса при широких вырезах в верхней палубе можно вместо прерывающихся продольных комингсов (рис. 18) делать непрерывные ограждения (рис. 19).

Двойная верхняя палуба судна
Рис. 13. Судно с двойной верхней палубой:
а — продольный разрез; б — верхняя палуба; в — второе дно

Непрерывные продольные комингсы при парных и тройных люках вместе с фальшбортами могут заметно увеличить прочность судна при общем его изгибе, а также уменьшить концентрацию напряжений в углах грузовых люков. Они пересекают межлюковые перемычки, образуя между поперечными комингсами колодцы. Для стока воды из колодцев в комингсах необходимо делать водостоки в виде небольших скругленных отверстий на расстоянии не менее 700—800 мм от углов люков (см. рис. 19).

Схема танкера с двойным бортом
Рис. 14 Танкер с двойными бортами и палубным набором снаружи корпуса

Прерывающиеся продольные комингсы резко обрывать не рекомендуется, их лучше завинчивать переходными кницами, доходящими до первой поперечной связи палубы. Это позволяет значительно уменьшить концентрацию напряжений у углов люков. Такие кницы были установлены во время модернизации на советских судах типа «Либерти» и хорошо себя зарекомендовали. На судах более поздней постройки в этих кницах делали вырезы, которые вызывали трещины в кницах и их обрыв.

Конструкция блока танкера
Рис. 15 Блок танкера с набором поверх палубы и с двойными бортами

У судов, имеющих вырезы, расположенные один за другим, между соседними одинарными, сдвоенными и строенными люками по длине имеются межлюковые перемычки, обеспечивающие местную прочность при поперечном сжатии корпуса судна и играющие существенную положительную роль при кручении корпуса во время движения косым курсом к волнам. Чем больше размеры грузовых люков, тем более прочными и жесткими должны быть межлюковые перемычки.

Конструкция блока танкера-рудовоза
Рис. 16 Блок танкера-рудовоза с подвесными подпалубными балластными цистернами

На современных контейнеровозах межлюковые перемычки подкрепляют путем устройства специальных поперечных, идущих от борта до борта коридоров, которые одновременно служат опорами для люковых крышек.

Чертеж двухпалубного накатного судна
Рис. 17 Конструкция двойной палубы накатного судна, перевозящего тяжелую колесную технику

На рис. 20 дается представление о конструкции надпалубного коридора, который объединяет поперечные комингсы соседних грузовых люков контейнеровоза и может использоваться в качестве цистерны для жидкостей. Одновременно на поперечной стенке коридора показаны конструкции угловой и промежуточной направляющих, образующих ячейки для контейнеров внутри трюма.

Схема расположения продольного комингса на судне
Рис. 18 Прерывающийся за углом люка продольный комингс.
1 — комингс; 2 — волноотбойник; 3 — контрфорс; 4 — палуба; 5 — карлингс; 6 — бимс; 7 — вварной утолщенный лист; 8 — рамный концевой бимс; 9 — поперечный комингс; 10 — опора люковой крышки

Поперечные коридоры под поперечными межлюковыми, перемычками иногда соединяют с продольными подпалубными коридорами, идущими вдоль бортов по всей длине судна (рис. 21).

Схема непрерывного комингса судна
Рис. 19 Непрерывный продольный комингс.
1 — палуба; 2 — подвижное соединение фальшборта; 3 — фальшборт; 4 — палубная цистерна; 5 — комингс

На очень больших контейнеровозах переборки также выполняют объемными с целью восприятия больших давлений от палубного груза, передаваемых палубными перекрытиями на днище.

Конструкция надпалубного судового коридора
Рис. 20 Надпалубный коридор, образованный поперечными комингсами соседних люков контейнеровоза.
1 — палуба; 2 — комингс; 3 — стенка коридора; 4 — палуба коридора

На навалочниках с большим раскрытием палуб поперечные коридоры под межлюковыми перемычками служат верхними опорами для поперечных гофрированных непроницаемых переборок.

Выбор системы набора палубных перекрытий

Система набора палубных перекрытий зависит от внешних нагрузок, которые действуют на данное перекрытие, и от конструктивного типа судна. Палубные перекрытия, расположенные в разных районах корпуса по его длине, могут иметь совершенно разные системы набора, так как принципы их проектирования различны. Главной задачей при проектировании палубных перекрытий, так же как и днищевых, является наилучшее использование прочностных характеристик материала и обеспечение надежности работы конструкций.

Схема подпалубного коридора на судне
Рис. 21 Продольный подпалубный коридор.
1 — палуба; 2 — стенка; 3 — продольная балка; 4 — палуба коридора; 5 — борт; 6 — рама шпангоута

Для рационального распределения материала по высоте желательно, чтобы верхний и нижний пояски поперечных сечений корпуса по площади были близки друг к другу. Однако добиться этого для судов с широкими люками трудно, поскольку приходится увеличивать толщину палубного настила и устанавливать продольный набор для увеличения площади верхнего пояска сечения, а не для обеспечения устойчивости листов палубы. Обычно, выбирая большую толщину для листов палубы, конструктор знает, что устойчивости этих листов можно достичь и за счет применения более технологичной поперечной системы набора, однако установка продольных балок дает дополнительную площадь поперечного сечения верхнего пояска корпуса-балки.

С целью увеличения верхних поясков поперечных сечений корпуса в средней части судна по длине, где действуют большие изгибающие моменты от общего продольного изгиба, следует подключить к совместной работе с корпусом:

  • надстройки;
  • рубки;
  • фальшборты и непрерывные продольные комингсы.

Необходимо иметь в виду, что повреждения на судах обычно чаще появляются в палубных и надпалубных конструкциях из-за большого количества вырезов, наличия прерывистых связей, а также влияния низких температур. Поэтому при проектировании отдельных конструкций и выборе системы набора палубных перекрытий надо учитывать особенности их работы.

Выбор продольной системы набора для судов с большими палубными вырезами вызывается прежде всего необходимостью обеспечения большой площади верхнего пояска эквивалентного бруса, поскольку на таких судах непрерывная верхняя палуба имеет вид узких листов у бортов (рис. 22, а). На наливных и на некоторых других судах, на которых все поясья палубного настила идут по всей длине, продольная система набора используется для увеличения устойчивости тонких листов палубного настила (рис. 22, б). Сравнение приведенных на рис. 22 конструктивных схем палуб судов двух типов показывает, что для палуб в оконечностях этих судов используются разные системы набора: поперечная (рис. 22, а) и продольная (рис. 22, б), а по всей длине верхней палубы судов обоих типов сохраняется продольная система, применение которой в оконечностях оправдывается только технологическими соображениями.

Чертеж сухогруза и танкера
Рис. 22 Сравнение конструктивных схем расположения набора верхних палуб сухогрузного судна и танкера:
а — листы палубы сухогрузного судна; б — набор палубы сухогрузного судна; в — набор палубы танкера

Если на судах с большими вырезами в верхней палубе ее листы нужно делать толстыми, то для судов с палубой без больших вырезов целесообразно принимать толщину ее листов минимально допустимой и использовать продольную систему набора для обеспечения устойчивости листов палубы при сжатии.

Не меняя систему набора по длине, можно унифицировать детали палубных перекрытий по всей длине судна. Изменение систем набора по длине судна связано с необходимостью постепенного перехода от одной системы к другой. Район, где одна система набора переходит в другую, называют переходным. В одном поперечном сечении в этом районе можно обрывать не более 1/3 общего числа продольных балок. В переходных районах возможно использование как продольной, так и поперечной системы набора.

Если вероятно действие усилий от заливаемости, необходимо предусматривать подкрепление палубных перекрытий верхней палубы в носу при отсутствии бака или палубы бака. Ориентировку балок подкрепления следует выбирать, исходя из наименьшей длины их пролета.

Рекомендуется к прочтению: Материалы конструкций корпуса, активно используемые в судостроении

При конструировании палуб в носовой оконечности нужно уделять особое внимание устойчивости палубных перекрытий и верхней части бортов, которые, как следует из опыта эксплуатации, на многих судах теряли устойчивость приблизительно на 1/3 длины в результате ударов в развал борта и в носовую часть днища при плавании на большом волнении. На судах длиной более 100 м, как правило, в средней части длины корпуса судна, оказывается целесообразным использовать продольную систему набора, обеспечивающую необходимый уровень устойчивости листов палубного настила при минимальной их толщине.

Когда из-за производственных условий завода-строителя более целесообразно изготовлять поперечную систему набора, она может использоваться на судах, у которых во всех случаях их загрузки палуба оказывается растянутой. Поперечная система на верхних палубах может применяться тогда, когда напряжения от общего продольного изгиба имеют малую величину и расчетные изгибающие моменты, действующие в поперечных сечениях корпуса-балки, могут быть восприняты в основном листами палубного настила. Это обычно наблюдается на судах длиной менее 100 м и на высокобортных судах большего размера.

Правила конструирования корпусов 1983 г. рекомендуют утолщать листы палубы, т. е. увеличивать их массу, с целью применения поперечной системы набора вместо продольной, если поперечная система создает лучшие условия для восприятия местной нагрузки и если при этом существенно упростится технология изготовления и сборки палубного покрытия. В таком случае целесообразно увеличивать размеры шпации для уменьшения количества шпангоутных рам, состоящих из бимсов, флоров и соединяющих их двух шпангоутов разных бортов, расположенных в одной поперечной плоскости.

На рис. 23 показана поперечная система части палубного перекрытия танкера у поперечной переборки с рамной (доковой) стойкой в ДП.

Крепление балок к поперечной судовой переборке
Рис. 23 Проход балок поперечного набора через карлингс и крепление последнего к поперечной переборке.
1 — палуба; 2 — поперечная переборка; 3 — горизонтальные ребра переборки; 4 — рамная стойка переборки; 5, 6 — ребра жесткости кницы, карлингса и рамной стойки; 7 — карлингс, заканчивающийся кницей у рамной стойки переборки; 8 — бимсы

При центральном расположении люков палубные перекрытия должны по продольным кромкам вырезов люков иметь мощные карлингсы, переходящие на верхней палубе в продольные комингсы (рис. 24), а по поперечным кромкам — рамные бимсы, переходящие в поперечные комингсы.

Схема размещения двойных карлингсов в корпусе судна
Рис. 24 Двойные карлингсы для отпирания люковых закрытий.
1 — верхняя палуба; 2 — карлингс

На судах, предназначенных для перевозки навалочных и сыпучих грузов, роль карлингсов вдоль продольных кромок выполняют наклонные стенки палубных бортовых цистерн (рис. 25). При сдвоенном (парном) расположении грузовых люков карлингсы располагают по обеим продольным кромкам каждого люка.

Схема стенки судовой подпалубной цистерны
Рис. 25 Стенка карлингс подпалубной цистерны, переходящая в продольный комингс люка.
1 — палуба; 2 — стенка; 3 — комингс люка

При этом продольная межлюковая перемычка вместе со стенками карлингсов и нижними листами, соединяющими карлингсы, образует в ДП мощную продольную балку (рис. 26), увеличивающую площадь верхнего пояска поперечного сечения корпуса. Для обеспечения достаточно полного участия этой балки в общем продольном изгибе необходимо устанавливать под этой балкой продольную проницаемую переборку или ряд широко расставленных пиллерсов, которые передают усилия на туннельный киль двойного дна.

Участие продольной балки в общем изгибе судов типа «Бежица» («Полтава») рассматривалось в исследованиях А. З. Локшина, а также в работе Г. В. Бойцова и О. М. Палия.

Конструкция парных люков в корпусе судна
Рис. 26 Центральный комингс при парных люках.
1 — палуба; 2 — комингс; 3 — карлингс-комингс; 4 — фальшборт; 5 — борт; 6 — стойка переборки; 7 — переборка; 8 — борт; 9 — шпангоут; 10 — стойка фальшборта

Сечение поперечных межлюковых перемычек целесообразно делать коробчатым с целью компенсации общей жесткости корпуса на скручивание, потерянной из-за большой ширины люков. При этом межлюковые перемычки вместе с подпалубными бортовыми коридорами образуют замкнутый контур (рис. 27).

Установка поперечных рамных связей в корпусе судна
Рис. 27 Крепление поперечных подпалубных рамных связей на судне с полным раскрытием палубы.
1 — межлюковый коридор; 2 — стенка бортовою коридора; 3 — палуба коридора; 4 — продольный комингс; 5 — поперечный комингс

Продольную балку, расположенную под межлюковой перемычкой, иногда выполняют с высокой стенкой и часто поставленным на ней продольным набором, который вместе с продольными комингсами увеличивает площадь верхнего пояска эквивалентного бруса, причем загнутые под палубой комингсы над палубой устанавливают отдельно, образуя общую подпалубную балку (рис. 28).

Чертеж продольных комингсов корпусной судовой конструкции
Рис. 28 Продольные парные комингсы, переходящие в общую подпалубную балку

На продольных комингсах должна быть установлена конструкция для укладки люковых крышек на прокладки, обеспечивающие водонепроницаемость люковых закрытий (рис. 29).

Схема продольных парных комингсов в корпусе судна
Рис. 29 Продольные парные комингсы – опора для люковых крышек.
1 — сдвоенные комингсы; 2 — прокладка; 3 — сдвоенные комингсы; 4 — палуба; 5 — карлингс

На лесовозах-контейнеровозах и баржевозах с двойными бортами при центральных широких люках обычно карлингсы не устанавливают, так как их заменяют вторые борта, являющиеся продолжением продольных комингсов. Однако от этого правила иногда неоправданно отступают, создавая уступ между стенкой двойного борта или переборки (рис. 30), и этим усложняют конструкцию.

Схема продольной переборки в корпусе судна
Рис. 30 Продольная переборка двойного борта, заменяющая карлингсы.
1 — продольная переборка; 2 — поперечный комингс; 3 — продольный комингс; 4 — кница; 5 — палуба; 6, 8 — продольные ребра; 7, 9 — шпангоутная рама

Верхние палубы рудовозов и судов для навалочных грузов без продольных переборок, не требующих специальных подкреплений, имеют важную особенность, заключающуюся в установке наклонных подпалубных цистерн (см. рис. 19). Эти цистерны так же, как верхняя палуба и верхняя часть бортов, имеют продольную систему набора (продольные ребра жесткости) и вместе с наклонным листом увеличивают верхний поясок эквивалентного бруса. Расположение набора в подпалубных цистернах должно быть согласовано с набором палубных перекрытий (рис. 31). Наклонная поверхность цистерны начинается от комингсов-карлингсов и заканчивается у борта.

Наклонные подпалубные цистерны имеют совершенно определенное функциональное назначение: они обеспечивают уменьшение площади свободной поверхности сыпучего груза в трюмах в зависимости от рода груза, который заполняет или весь трюм (например, зерно), или только часть его. Наклон цистерн определяется в зависимости от угла естественного откоса перевозимого на данном судне груза, наиболее склонного к смещению. При транспортировке очень тяжелого груза для уменьшения бортовой качки в подпалубные цистерны принимается забортная вода.

Схема балластной цистерны транспортного судна
Рис. 31 Подпалубная балластная цистерна.
1 — палуба; 2 — борт; 3 — наклонная стенка цистерны; 4 — шпангоутная рама; 5 — продольная балка; 6 — продольный комингс; 7 — опора люковых крышек; 8 — контрофорс

Кроме уменьшения площади свободной поверхности сыпучего груза наклонные подпалубные цистерны являются важной связью, обеспечивающей общую продольную прочность судна. Вместе с непрерывными продольными комингсами их внутренние стенки образуют карлингсы-комингсы, в проектировании которых до сих пор допускаются серьезные ошибки.

На больших навалочниках-контейнеровозах «Енисей» и «Ангара», построенных в Южной Корее по Правилам Английского Ллойда и полученных по бербоут-чартеру Дальневосточным морским пароходством, продольные комингсы при расчетах не были включены в эквивалентный брус. За расчетные напряжения были приняты напряжения в верхней палубе, а напряжения в длинных прерывистых комингсах, безусловно, участвующих полной своей площадью в общем продольном изгибе, оказались больше допускаемых. Высота этих длинных прерывистых комингсов около 2 м, и по их концам установлены очень короткие переходные кницы.

В результате ошибок в проектировании на обоих судах отрываются концы прерывистых продольных комингсов и разрываются комингсы посредине их длины в районах действия максимальных изгибающих моментов.

Будет интересно: Принципы проектирования конструкций корпуса судна

Необходимо еще раз обратить внимание на бесследное исчезновение судов, а также на переломы корпусов навалочников, имевшие место в последние годы. Это привлекает внимание международных организаций, прежде всего Международной морской организации (ИМО). Последняя в 1991 г. обратилась ко всем правительствам морских государств и к их классификационным обществам, рекомендовав им проводить детальное изучение причин бесследного исчезновения судов, а также характера повреждений навалочников, перевозящих тяжелые, перемещающиеся при качке грузы. Изучение повреждений возможно только на судах, которые после перелома оставались на плаву, или если процесс отделения носовой оконечности удалось наблюдать в процессе аварии.

ИМО своими циркулярами рекомендовала на всех навалочниках установить приборы, позволяющие контролировать внешние динамические нагрузки, действующие на корпус судна во время шторма и при проведении грузовых операций.

Верхнюю палубу накатных судов (см. рис. 16) целесообразно выполнять по продольной системе набора с большим числом продольных ребер, чередующихся с высокими карлингсами, и с более частой расстановкой рамных бимсов для восприятия нагрузки от колесной техники. Карлингсы в ДП обычно опираются на ряд мощных пиллерсов. Из-за необходимости размещения колесной техники разного размера высоту межпалубного пространства устанавливают с учетом размеров грузовых мест.

Во всех случаях высоту набора перекрытий принимают минимальной, а свободные пояски профилей делают большей толщины, чем обычно. В результате эти пояски получаются в 2—3 раза толще стенок профилей, к которым они привариваются. При этом площадь полок профилей может получиться в два раза больше толщины их стенок, поэтому, учитывая опасность действующих срезывающих усилий, допускается выполнять местные утолщения стенок.

Рамы и обухи, устанавливаемые на палубах для крепления груза, рекомендуется приваривать между бимсами рамного набора (рамными бимсами, карлингсами). Отверстия в палубах для дефлекторов вентиляции желательно располагать так, чтобы каждое из них было достаточно малым и работающим как изолированный вырез, имеющий подкрепления.

Соединения рамных шпангоутов и бимсов целесообразно выполнять бескничными. Шпангоуты на промежуточных палубах желательно пропускать через отверстия в палубных стрингерах, а при необходимости увеличения сечения — делать переходы под палубами.

На танкерах длиной более 80 м верхняя палуба всегда имеет продольную систему набора. Последнее время все чаще набор верхней палубы выносится на наружную ее поверхность.

На рис. 32 частично показана конструкция верхней палубы нефтенавалочника, у которого набор под палубой сохранен только в подпалубной цистерне. В эту цистерну жидкий груз не принимается, и ее набор практически не корродирует.

Иногда при перевозке легкого зерна (например, овса) загрузку подпалубных цистерн и двойных бортов производят через специальные горловины, а для ссыпания груза в трюм в нижней части двойных бортов и в подпалубных цистернах устраивают герметически закрывающиеся водонепроницаемые горловины.

Схема нефтенавалочника
Рис. 32 Нефтенавалочник с двумя бортами.
1 — переборка; 2 — второй борт; 3 — продольная балка; 4 — верхняя опора гофрированной переборки

Нижние палубы и платформы многопалубных судов (рефрижераторов, плавучих баз, универсальных сухогрузных и пассажир­ских судов, автомобилевозов и других судов с горизонтальной грузообработкой) в большинстве случаев располагают на небольшом расстоянии от нейтральной оси, и они почти не участвуют в обеспечении общей продольной прочности корпуса. На выбор системы их набора влияют соотношения сторон опорного контура перекрытий и уровень местных нагрузок. Основные балки набора должны располагаться параллельно меньшей стороне опорного контура.

Чаще всего целесообразно использовать поперечную систему набора как более простую в изготовлении. Это относится и к судам с горизонтальной грузообработкой, у которых высота балок палубных перекрытий нижних палуб, так же как и верхних, должна в минимальной степени мешать размещению крупногабаритных грузов, что достигается установкой только разносящих карлингсов небольшой высоты.

Принятие той или иной системы набора для платформ определяется их работой под действием поперечной нагрузки. Обычно они имеют поперечную систему набора. Платформы в машинном отделении и в оконечностях выполняют роль бортовых стрингеров и служат опорой для обыкновенных и рамных шпангоутов.

В составе транспортного флота имеются суда, на верхних палубах которых отсутствуют комингсы люков. Их закрытие осуществляется заподлицо с палубами с помощью водонепроницаемых крышек так же, как это делается на всех промежуточных палубах. Устройство закрытий люков без комингсов облегчает перемещение грузов по палубе, упрощает их размещение и снижает центр тяжести палубного груза, что особенно важно для лесовозов и контейнеровозов. Поскольку количество судов этих двух типов все увеличивается, отсутствие комингсов может дать большой экономический эффект.

При проектировании комингсов грузовых люков используют отраслевые стандарты. Однако размеры конструкций комингсов каждого проектируемого лесовоза, контейнеровоза и лихтеровоза необходимо определять расчетным путем в зависимости от тех местных нагрузок, которые действуют на люковые крышки и передаются через комингсы на палубу. При этом следует учитывать участие продольных комингсов в общем продольном изгибе.

Механизированные закрытия грузовых люков

В настоящее время на большинстве судов используют механические закрытия люков, однако на некоторых современных судах с очень большими стальными люковыми крышками, например на крупных японских лесовозах, совершающих рейсы из Америки и из стран Юго-Восточной Азии в Японию, поверх последних укладывают брезенты, так как обеспечить таким образом водонепроницаемость оказывается проще из-за большого смещения конструкций в районе вырезов при общем изгибе корпуса.

Существует три вида механических закрытий люков:

  1. с крышками понтонного типа, которые при грузовых операциях снимаются на берег или на воду у борта судна;
  2. с крышками, шарнирно складывающимися и хранящимися вертикально за люками при открытом их положении (рис. 33);
  3. с крышками, наматываемыми одна за другой на вращающиеся барабаны.

Обычно крышки двух последних типов смещают вдоль судна, однако на рудовозах с небольшими люками можно встретить закрытия, крышки которых скатываются по направляющим к одному из бортов.

Чертеж люковых крышек сухогруза
Рис. 33 Механически закрывающиеся люковые крышки

Крышки понтонного типа, закрываемые сверху брезентами, в закрытом положении удерживаются на комингсах своей большой массой. Некоторые крышки других типов закрепляются на комингсах с помощью специальных приспособлений, а их непроницаемость обеспечивается патентованными прокладками. Если люки закрываются крышками, наматывающимися на барабан, или крышками, хранящимися вертикально после складывания в гармошку за люком, необходимо между соседними люками иметь поперечные перемычки достаточной длины.

Обычно крышки на верхней палубе опираются на возвышающиеся над палубой комингсы (рис. 34, а), а крышки на нижних палубах — на специальные уступы в комингсах, так чтобы верхняя поверхность люковых крышек располагалась в одной плоскости с поверхностью палуб (рис. 34, б). При этом прочность крышек нижних палуб должна быть достаточной для восприятия не только массы того груза, который на них перевозится, но и динамических нагрузок, возникающих при работе колесных автопогрузчиков, спускаемых в твиндеки для распределения груза по палубе.

Схема люковых крышек корпусных конструкций судна
Рис. 34 Опоры люковых крышек на верхней (а) и нижней (б) палубах судна.
1 — крышка; 2 — комингс; 3 — карлингс; 4 — бимс; 5 — кница; 6 — шпангоут; 7 — продольная балка; 8 — заделка; 9 — верхняя палуба; 10 — борт; 11 — нижняя палуба

В процессе закрытия люка створки соседних секций его крышки при своем движении опускаются на водонепроницаемые прокладки и расклиниваются горизонтальными клиньями. Это способствует плотному прилеганию секций к водонепроницаемым прокладкам (рис. 35). Кроме расклинивания используют самые разнообразные способы закрепления крышек люковых закрытий по-походному еще и тягами к волноотбойнику и др.

Опора крышек люка в корпусе судна
Рис. 35 Опирание двух соседних крышек люка.
1 — крышка; 2 — опора для контейнеров; 3 — стопор; 4 — бракета; 5 — прокладка

Створки крышек при открывании и закрывании люков катятся на роликах по специальным направляющим, установленным на волноотбойниках комингсов люков (рис. 36).

Схема узла люкового закрытия на судне
Рис. 36 Узел люкового закрытия.
1 – крышка; 2 — ролик; 3 — направлявшая; 4 — ребро; 5 — комингс; 6 — прокладка; 7 — гибкий резиновый мат

На некоторых больших судах крышки имеют пружинные амортизаторы, устанавливаемые с целью предотвращения их вибрации и позволяющие избежать нарушения водонепроницаемости из-за быстрого выхода из строя прокладок (рис. 37). Иногда для фиксирования крышек люков на них делают специальные упоры, соединяемые с контрфорсами комингсов (см. рис. 37). Кроме обычных прокладок для обеспечения водонепроницаемости используют гибкие резиновые щиты, которые прижимаются к верхней и нижней частям крышек, соединяемых мощными пружинами.

Люковые закрытия на амортизаторах судового корпуса
Рис. 37 Люковые закрытия с крышками на амортизаторах

Перемещение отдельных створок крышек люковых закрытий обычно производится с помощью гидравлических устройств. На самых простых закрытиях створки крышек двигаются с помощью троса от лебедки грузового устройства, закрепленного на концевой створке.

При большой высоте створок и небольшом их количестве они занимают за поперечными комингсами немного места. Предпочтительнее на весь люк делать всего две большие створки, которые гидравликой поднимаются сразу за люком вертикально. В этом случае поперечные межлюковые перемычки можно делать небольшими по длине.

На большинстве судов закрытия имеют сдвигающиеся крышки, створки которых по очереди одна за другой поворачиваются за поперечными комингсами и становятся вертикально. Между собой створки соединяются цепями или гибкими тросами и катятся на роликах по направляющим. За люком они катятся по другим направляющим и на других роликах, имеющихся на створках, створки падают в вертикальное положение и так хранятся.

Определение размеров элементов палубных перекрытий

Основным видом переменных нагрузок, действующих на конструкции судового корпуса по всей его длине и по всему контуру поперечных его сечений, являются волновые. Эти нагрузки вместе со статической нагрузкой на тихой воде определяют требования к местной прочности конструкций.

Палубные конструкции морских деревянных судовПродольные ребра жесткости палуб при расчетах считаются жестко заделанными в опорных сечениях, и за расчетные напряжения принимают наибольшие нормальные и касательные напряжения в этих сечениях.

Расчетные нагрузки, действующие на палубные конструкции при перевозке колесной техники, определяют в зависимости от наиболее тяжелых грузовых мест.

Общая величина нагрузки при грузовых операциях обусловливается:

  • массой груза;
  • массой погрузчика;
  • числом осей;
  • числом колес на оси;
  • и числом колес в группе на конце оси погрузчика.

Нагрузка во время плавания должна учитывать вертикальные ускорения корпуса в районе хранения груза на колесах. Как уже указывалось, суда, перевозящие колесную технику, имеют верхнюю палубу, простирающуюся по ширине от борта до борта, и нижние палубы, опирающиеся на двойные борта (см. рис. 16). По длине же эти палубы обычно опираются только на форпиковую и ахтерпиковую переборки. Для обеспечения необходимой прочности перекрытий с такими большими габаритами необходимо существенно увеличивать размеры балок набора и утолщать листы палубного настила во избежание их гофрировки. В результате масса перекрытий по сравнению с массой обычных сухогруз­ных судов значительно увеличивается. Палубные перекрытия судов с горизонтальной грузообработкой имеют своеобразную кон­струкцию (рис. 38).

Клетчатая система набора накатного судна
Рис. 38 Клетчатая система набора палубы накатного судна.
1 — борт; 2 — рамный бимс; 3 — продольное ребро; 4 — центральная балка-карлингс; 5 — карлингс;
■ — пиллерс; ⬬ — вентиляционное отверстие

Поперечные нагрузки, действующие на палубный настил, передаются на балки набора. Схема передачи этих нагрузок и их распределение определяются соотношением жестких балок, расположенных по палубным перекрытиям в двух взаимно перпендикулярных направляющих. При клетчатой системе набора (см. рис. 38) относительная жесткость балок обоих направлений примерно одинакова, и в этом случае поперечная нагрузка распределяется между балками пропорционально площади листов, поддерживаемых этими балками.

На судах с горизонтальной грузообработкой в палубах могут делаться только небольшие вырезы. Систему набора палубных перекрытий таких судов выбирают исходя из условий обеспечения местной прочности. Как правило, система набора палубных перекрытий судов с горизонтальной грузообработкой напоминает клетчатую. Общая прочность палубных перекрытий обеспечивается большими толщинами листов палубного настила и значительным количеством продольных ребер жесткости, устанавливаемых с целью ограничения размеров пластин палубных перекрытий (см. рис. 38).

С целью создания условий для передачи усилий с верхней палубы на нижележащие и на настил двойного дна в ДП устанавливают мощные карлингсы или объемные балки из двух карлингсов, подпираемых рядом пиллерсов, которые, хотя и мешают размещению груза в межпалубных помещениях (твиндеках), позволяют значительно уменьшить массу палубных перекрытий.

Предлагается к прочтению: Корпус судна и предъявляемые к нему требования

Динамические нагрузки, действующие при вкатывании воды на верхнюю палубу, точно определить невозможно, тем более что они суммируются с нагрузками в палубе, выкатываемыми ударами в развал борта и в носовую оконечность днища. Как показывает опыт эксплуатации, одновременное действие этих нагрузок во время большого волнения сопровождается серьезными нарушениями прочности палубных перекрытий в носовой оконечности.

Остается неизученной совместная работа фальшбортов на баке и палубных перекрытий, в листах которых возникают вырывы при обрыве стоек фальшбортов после ударов при заливании и ударов в развал бортов.

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Октябрь, 19, 2020 158 0
Читайте также