Укладка и крепление нестандартизированных грузов на судне

Размещение и крепление грузов, являющихся нестандартными всегда требует особой подготовки. В статье приводятся расчеты, нормы, затраты для правильного крепления и укладки.

Методика расчета критерия несмещаемости структурообразующих грузов

Определение

Нестандартизированный груз означает груз, для укладки и крепления которого каждый раз требуется индивидуальный подход.

Нестандартизированные грузы делятся на две большие группы:

• грузовые места,
• и структурообразующие грузы.

Грузовые места – это грузы, размещение и крепление которых производится в индивидуальном порядке путем соединения каждого грузового места с конструкциями корпуса судна.

Все остальные нестандартизированные грузы являются структурообразующими, т. е. при укладке на судне они образуют дискретные (составленные из отдельных элементов) структуры – штабели, свойства которых зависят не только от характеристик отдельных грузовых мест, но и от порядка, направления, способа их укладки. Один и тот же груз, уложенный различными способами, образует штабели, обладающие различающимися свойствами, в том числе разной степенью устойчивости в отношении смещения в различных направлениях действия внешних сил.

В качестве измерителя способности штабеля структурообразующего груза противостоять смещению применяется угол статической устойчивости структуры χ – острый угол между горизонтальной плоскостью и наклоняемым основанием штабеля в момент начала разрушения его структуры в любой форме:

• опрокидывания,
• соскальзывания или потери устойчивости структуры.

Например, угол статической устойчивости структуры штабеля в зависимости от способа укладки рулонов в верхнем ярусе:

или

Для каждого груза, рекомендуемая структура штабеля которого достаточно хорошо изучена, значение угла статической устойчивости χ приводится в нормативных технических актах по безопасности морской перевозки конкретных видов генеральных грузов. Во всех случаях значение угла статической устойчивости структуры штабеля χ должно быть определено по методике, приведенной в Составление информации о грузе, требуемой для морской транспортировкиПравила безопасности морской перевозки грузов к настоящим Правилам, и указано разработчиком в информации о грузе.

Критерий несмещаемости

Безопасность перевозки структурообразующего груза оценивается критерием несмещаемости в виде:

где:

• Θ_s – угол динамической устойчивости груза, град.,
  Θ_s = F(χ, T_к, района плавания);
• T_к – период бортовой качки судна с грузом, с;
• Θ_dyn – амплитуда бортовой качки судна с грузом в трюмах или угол динамического крена судна с грузом на верхней палубе при бортовой качке судна без хода лагом к резонансному волнению, соответствующему району предстоящего плавания, град.,
  Θ_dyn = F(h₀, района плавания);
• h₀ – начальная метацентрическая высота судна с грузом, м.

Угол динамической устойчивости груза Θ_s, определяется путем пересчета известного значения угла статической устойчивости χ с учетом характера загрузки судна и направления перевозки, определяющих динамику качки судна.

Предлагается к прочтению: Подготовка грузовых помещений и судовых устройств к приему груза, укладка и крепление грузов

В зависимости от расположения поверхности смещения штабеля груза (выше центра тяжести судна или ниже его) применяются две разные динамические модели, каждая из которых состоит из двух вариантов:

• с учетом орбитального движения судна (вертикальной качки на регулярном волнении) на основе амплитуды бортовой качки низкобортного судна;
• без учета орбитального движения судна, но на основе учета динамического угла крена судна с большой площадью парусности.

При перевозке груза, поверхность которого располагается выше центра тяжести судна, Θ_s – угол динамической устойчивости груза определяется по графикам с соответствующим χ или путем решения относительно Θ_s (в радианах) следующих уравнений.

На основе амплитуды бортовой качки низкобортного судна:

На основе динамического угла крена судна с большой площадью парусности:

При перевозке груза, поверхность которого располагается ниже центра тяжести судна, Θ_s – угол динамической устойчивости груза определяется по графикам с соответствующим χ или путем решения относительно Θ_s следующих уравнений.

На основе амплитуды бортовой качки низкобортного судна:

На основе динамического угла крена судна с большой площадью парусности:

где:

• T_к – период бортовой качки судна с грузом, с;
• χ – угол статической устойчивости груза, град.;
• g – ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с²);
• r₀ – полувысота волны, соответствующей району плавания, м;
• z – вертикальное отстояние поверхности смещения (узла разрушения структуры) груза от центра тяжести судна, м.

Угол динамического крена Θ_dyn и амплитуда бортовой качки судна для расчёта критерия несмещаемости определяются по следующей методике.

Приняты следующие определения районов плавания судна:

• Неограниченный – плавание в океанах и морях на волнении с расчетной высотой волны 3 %-ной обеспеченности 11 м;
• Ограниченный I – плавание в морских районах на волнении с максимальной допустимой высотой волны 3 %-ной обеспеченности 8,5 м, с удалением от места убежища не более 200 миль и с допустимым расстоянием между местами убежища не более 400 миль;
• Ограниченный II – плавание в морских районах на волнении с максимальной допустимой высотой волны 3 %-ной обеспеченности 7 м, с удалением от места убежища не более 100 миль и с допустимым расстоянием между местами убежища не более 200 миль;
• Ограниченный II СП – смешанное (река-море) плавание на волнении с максимальной допустимой высотой волны 3 %-ной обеспеченности 6 м, с удалением от места убежища:
  • в открытых морях не более 50 миль и с допустимым расстоянием между местами убежища не более 100 миль,
  • в закрытых морях не более 100 миль и с допустимым расстоянием между местами убежища не более 200 миль;
• Ограниченный III СП – смешанное (река – море) плавание на волнении с максимальной допустимой высотой волны 3 %-ной обеспеченности 3,5 м, с учетом конкретных ограничений по району и условиям плавания, обусловленных ветро-волновыми режимами бассейнов, с установлением при этом максимально допустимого удаления от места убежища, которое не должно превышать 50 миль;
• М-СП – смешанное (река – море) плавание на волнении с максимальной допустимой высотой волны 3 %-ной обеспеченности 3,5 м в морских районах, указанных в судовом классификационном свидетельстве.

Расчет кренящего момента от давления ветра

Кренящий момент M_v, кН·м давления ветра р_v, Па на площадь парусности A_v, м² и на отстояние центра парусности z, м от плоскости действующей ватерлинии:

Кренящий момент принимается постоянным за весь период накренения судна.

Давление ветра p_v принимается по табл. 1 в зависимости от района плавания судна и плеча парусности z.

Расчет амплитуды качки

Амплитуда качки судна с круглой скулой, не снабженного скуловыми килями и брусковым килем, вычисляется по формуле:

где:

• X₁, X₂ – безразмерные множители;
• Y – множитель, град.

Множитель Y принимается по табл. 2 в зависимости от района плавания судна и отношения

$\sqrt{h_0}/B$

.

Множитель X₁ принимается по табл. 3 в зависимости от отношения B/d, где:

• B – ширина судна, м;
• d – осадка, м.

Множитель X₂ принимается по табл. 4 в зависимости от коэффициента общей полноты судна С_B.

Если судно имеет скуловые кили или брусковый киль, или то и другое вместе, амплитуда качки, град. должна вычисляться по формуле:

где:

• k – коэффициент, который принимается по табл. 5 в зависимости от отношения А_k/LB в %;
• A_k – суммарная габаритная площадь скуловых килей, либо площадь боковой проекции брускового киля, либо сумма этих площадей, м²;
• L – длина судна между перпендикулярами, м.

Скуловые кили не принимаются во внимание для судов, которые имеют в символе класса знаки категории ледовых усилений.

Амплитуду качки судна с острой скулой следует принимать равной 70 % амплитуды, вычисленной по формуле 7.

Расчетные значения амплитуды качки следует округлять до десятых долей градусов.

Расчетные значения амплитуды качки судов смешанного (река – море) плавания следует определять, как для судов Ограниченного II района плавания, или по отдельным методикам, одобренным в установленном порядке.

Определение угла динамического крена судна при одновременном действии внезапно приложенного момента от ветрового шквала и бортовой качки

Наибольший динамический крен получается в том случае, если в момент внезапного приложения ветрового кренящего момента судно имело от качки наибольшее наклонение на противоположный борт. Для определения угла динамического крена диаграмма динамической остойчивости продолжается в сторону отрицательных абсцисс и на ней фиксируется точка A, соответствующая заданной амплитуде Θ_m качки. Из точки A проводят прямую, параллельную оси абсцисс, и на ней откладывают отрезок AB, равный одному радиану (57,3°). Из точки B откладывают перпендикулярно вверх отрезок BC, равный плечу l_кр заданного кренящего момента. Абсцисса точки E пересечения прямой AC с диаграммой динамической остойчивости определяет искомый угол динамического крена Θ_dyn.

Обеспечение продольной устойчивости грузовых мест и штабелей структурообразующих грузов должно быть дополнительно проверено при расчетной амплитуде килевой качки конкретного судна или при условном расчетном статическом угле дифферента судна в 17°. Такая проверка должна выполняться с учетом коэффициентов трения использованных материалов и с соблюдением баланса соответствующих моментов.

Если по результатам расчета по формуле 1 критерий несмещаемости оказывается меньше 1,0, то это свидетельствует о необходимости крепления, прочность которого с каждого борта определяется нагрузкой Q, тс, возникающей от превышения угла динамического крена над углом динамической устойчивости груза, и рассчитывается по формуле:

где:

• n – число грузовых мест, нуждающихся в креплении;
• p – средняя масса грузового места, т.

Количество необходимых найтовов N определяется схемой их наложения и безопасной (максимальной) рабочей нагрузкой SWL или предельной нагрузкой BL (см. ниже “Нормы прочности средств крепления и их ориентировочный расход”).

При совпадении линии найтова с направлением действия нагрузки количество N необходимых найтовов на каждую закрепляемую часть груза определяется схемой их установки и их (безопасной максимальной) рабочей нагрузкой SWL, если груз уложен в грузовых помещениях, или их разрывной нагрузкой BL, если груз размещается на верхней палубе и крышках люков, по формуле:

Нормы прочности средств крепления и их ориентировочный расход