.

Восприятие корпусными конструкциями внешних нагрузок, действующих на судно

Внешние нагрузки на корпус судна могу привести к деформации конструкции, тем самым повлияв на физические свойства металла или древесины. На этапе разработки корпусных конструкций проектируется система, которая должна отвечать за выдержку судна при внешних усилиях, например таких как шторм и т. п.

Роль обшивки и набора в составе корпуса

Листы обшивки корпуса судна вместе с листами палубного настила верхней палубы образуют непроницаемую оболочку, обеспечивающую плавучесть судна (способность держаться на воде) и непотопляемость (способность оставаться на плаву и сохранять запас плавучести при затоплении части помещений). Водонепроницаемая оболочка могла бы состоять из одних только толстых листов и судно при этом обладать достаточной прочностью, воспринимая все возможные внешние нагрузки, действующие на него. Обычно же обшивка подкрепляется балками набора, так как при этом можно получить значительно меньшую массу корпуса.

Если учесть, что масса обшивки составляет более 60% всей массы металлического корпуса, то правильный выбор толщин листов обшивки с учетом роли набора и фактически действующих нагрузок может дать существенную экономию массы корпуса. При этом не следует забывать о фактических скоростях износа и коррозии конструкций в определенных районах корпуса и конструкций конкретных конструктивных типов судов, а также о требованиях к эксплуатации, технологии постройки и ремонту.

Листы обшивки корпуса судна — основные связи, образующие расчетные поперечные сечения эквивалентного бруса, которые определяют способность корпуса сопротивляться общему продольному изгибу и общему кручению. Кроме этого, листы обшивки, к которым привариваются балки набора, вместе с последними обеспечивают местную прочность корпуса.

Листы днищевой обшивки, настилов второго дна и палуб условно являются поясками многотавровой (многополочной) балки, которые привлекаются при общем изгибе к совместной работе стенками — бортами — и продольными переборками судна. Общий изгиб корпуса под действием нагрузок, приложенных различным образом, происходит одновременно с изгибом отдельных балок набора и балочных перекрытий (местный изгиб, см. статью “Продольный изгиб в корпусе судна”Напряжения в корпусе судна при его общем продольном изгибе).

Корпус судна
Сборочные работы корпусной конструкции судна
Источник: Foter.com

Толщины листов обшивки и настилов в зависимости от их роли в обеспечении общей и местной прочности корпуса принимают разными. При рассмотрении корпуса как балки, подверженной общему продольному изгибу, верхний и нижний пояски этой многотавровой балки (верхняя палуба и днище) играют большую роль в увеличении моментов инерции поперечных сечений. Поэтому листы верхней палубы и днища назначают большой толщины.

Бортовые поясья — скуловой пояс и ширстрек — утолщают как поясья, наиболее удаленные от нейтральной оси (НО) поперечного сечения. Кроме этого, скуловой пояс, так же как ширстрек и палубный стрингер, располагают на максимальном расстоянии от НО сечения, так как при общем продольном изгибе в накрененном положении судна при качке они в наибольшей степени будут влиять на момент инерции поперечных сечений.

Может потребоваться утолщение:

  • бортовых поясьев в районе ватерлинии, если судно предназначено для плавания во льдах;
  • листов поясьев второго дна, расположенных в трюмах прямо под люками;
  • днищевых листов в носовой оконечности для судов ледового плавания, возвращающихся во льдах без груза с большим дифферентом на корму (для углубления винта);
  • листов горизонтального киля и среднего пояса настила второго дна, образующих вместе с вертикальным килем мощную балку, способную воспринимать реакции кильблоков при постановке в док и передавать усилия на поперечные переборки.

Листы обшивки продольных и поперечных переборок танкеров должны образовывать отдельные отсеки (помещения) для различных сортов наливных грузов, а также обеспечивать минимум вылива жидкого груза за борт при аварии. Одновременно поперечные переборки служат целям обеспечения непотопляемости при повреждениях корпуса, ограничивая затопляемую часть внутренних объемов судна одним или двумя отсеками. Переборки могут изготовляться только из одних толстых листов, но значительно более легкими оказываются переборки из листов прокатных или составных сварных профилей в качестве ребер жесткости.

Набор и обшивка, образующие рамы и перекрытия судового корпуса, и их назначение

Все листы, образующие непроницаемую оболочку палуб второго дна и переборок, подкрепляются набором из балок различного профиля и разных размеров. Эти балки целесообразно располагать по перекрытиям судового корпуса так, чтобы по возможности они образовывали продольные или поперечные замкнутые рамы, соединяемые по углам треугольными листами — кницами.

Например, продольные балки, днища второго дна и палуб, располагаясь в одной вертикальной плоскости со стойками поперечных переборок, образуют в любом отсеке судна продольные рамы.

Располагая флоры, шпангоуты разных бортов и бимсы в одной вертикальной плоскости, можно получить поперечные рамы (рис. 1). Эти рамы образуют как бы скелет корпуса судна, обеспечивая заданную его форму. Однако если рассматривать условия работы отдельных рам, то можно убедиться, что вместе со связями (балками), составляющими рамы, работают участки листов обшивки, прилегающие к этим связям (присоединенные пояски). Поэтому при расчетах в площадь поперечного сечения отдельных связей, образующих рамы, включают полоски обшивки или настилов.

Плоской рамой называют замкнутую конструкцию, которая образована отдельными балками, идущими по разным перекрытиям корпуса судна. Все балки рамы лежат в одной вертикальной или горизонтальной плоскости. По углам они соединены кницами и образуют жесткие или податливые узлы, которые обеспечивают совместную работу отдельных связей рамы. Изгиб под действием внешней нагрузки, приложенной к одной из балок рамы, заставляет деформироваться все другие балки данной рамы. Рамы корпуса судна по виду образующих их балок набора могут быть прямолинейными, когда все балки прямые или близки к прямым, а все углы рамы — близки к 90 °. Примером может служить шпангоутная рама любого транспортного судна в районе средней части длины судна (район цилиндрической вставки — см. рис. 1). По мере приближения к оконечностям судна поперечные сечения приобретают все более криволинейный характер. Такие поперечные рамы набора называются криволинейными (см. рис. 1).

Схема корпуса в поперечном разрезе
Рис. 1 Поперечное сечение корпуса посредине длины корпуса, в его носовой оконечности и в корме

Плоские рамы корпуса называются простыми, если они имеют только четыре узла. Сложные рамы имеют более четырех узлов.

Перекрытия корпуса представляют собой часть обшивки корпуса или настилов палуб и второго дна, или, наконец, обшивки переборок вместе с подкрепляющими балками набора. Границами всякого перекрытия являются соседние перекрытия, которые представляют собой опорный контур для рассматриваемого перекрытия. Форма опорного контура перекрытия обычно близка к прямоугольной или трапециевидной, и только для перекрытий палуб и переборок в оконечностях опорный контур бывает близок по форме к треугольному. Под действием поперечной нагрузки, например давления воды, опорный контур воспринимает реактивные усилия, возникающие при деформациях всего перекрытия и отдельных его балок.

Набор перекрытий может иметь балки как одного направления, так и разных. В последнем случае балки пересекаются обычно под прямыми углами. Балки основного набора называются балками главного направления, а пересекающие и поддерживающие их отдельные более мощные балки называются перекрестными. Последние для балок главного направления служат как бы промежуточной опорой в их пролете. При расчете балок главного направления и перекрестных связей, как отдельных балок перекрытий, к каждой балке добавляется присоединенный поясок листов обшивки или настилов. Ширина этого пояска определяется по нормативным документам.

Схема восприятия и передачи усилий связями разных категорий на опорный контур перекрытия

Некоторые типовые схемы набора отдельных судовых перекрытий показаны на рис. 2. Однородный набор состоит из часто поставленных балок с одинаковым поперечным сечением, идущих параллельно в одном направлении. При этом перекрестные связи отсутствуют. Подобным образом балки набора располагаются на бортах сухогрузных многопалубных судов без ледовых подкреплений и на поперечных водонепроницаемых переборках широких судов. Перекрытия, показанные на рис. 2, обеспечивают наилучшее восприятие внешних нагрузок при разных условиях загрузки перекрытий.

Например, в бортовом перекрытии (рис. 2, а) бортовые стрингеры служат промежуточными опорами для основного набора — шпангоутов, а сами бортовые стрингеры поддерживаются рамными шпангоутами.

На рис. 2, б показано днищевое перекрытие с двумя днищевыми стрингерами и вертикальным килем, которые являются перекрестными связями, с рамными флорами — балками главного направления — и продольными ребрами, передающими нагрузку с листов обшивки днища на флоры. Опорный контур, ограничивающий все перекрытия, заштрихован.

Элементы судовых бортовых перекрытий
Рис. 2 Схема набора элементов корпусных конструкций:

а — бортовые перекрытия:

1 — основные шпангоуты; 2 — рамные шпангоуты; 3 — бортовые стрингеры; 4 — палуба; 5 — днище; 6 — поперечные переборки.

б — бортовые перекрытия машинного отделения:

1 — основные шпангоуты; 2 — рамные шпангоуты; 3 — бортовые стрингеры; 4 — палуба; 5 — днище; 6 — поперечные переборки; 7 — платформа.

в — днищевое перекрытие:

1 — вертикальный киль; 2 — продольные переборки; 3 — продольные ребра жесткости; 4 — поперечные переборки; 5 — флоры; 6 — борта.

г — днищевое перекрытие:

1 — флоры; 2 — стрингеры; 3 — борта; 4 — поперечные переборки

Классификация действующих на корпусные конструкции нагрузок и вызываемых ими напряжений приведена в статье “Внешние нагрузки, действующие на корпус судна”Корпус судна и предъявляемые к нему требования. С этой классификацией связана и классификация конструктивных элементов в составе корпуса судна.

Отдельные связи корпуса (элементы) по характеру работы обычно разделяют на следующие категории:

  1. Связи, непосредственно воспринимающие внешние распределенные нагрузки и прежде всего давление воды и грузов. К ним относятся наружная обшивка, настилы палуб и второго дна, листы поперечных и продольных переборок. Эти связи называют связями первой категории.
  2. Связи, служащие опорами для связей первой категории, т. е. для пластин, и распределяющие внешние нагрузки, воспринимаемые этими пластинами. Они относятся к связям второй категории. В их числе — шпангоуты, продольные ребра, бимсы, стойки переборок и т. п.
  3. К связям третьей категории относятся такие, которые сами нагружаются реакциями связей второй категории. Это рамные шпангоуты и бимсы, днищевые и бортовые стрингеры, карлингсы и рамные флоры.
  4. Связи, являющиеся опорами для данного перекрытия и основных несущих балок набора, называются связями четвертой категории. К ним относятся палубы, борта, переборки, днища, т. е. перекрытия, ограничивающие данное перекрытие, и обладающие большой жесткостью на изгиб в своей плоскости, что обеспечивается совместной работой связей всех трех категорий.

Основную часть нагрузки с листов обшивки перекрытия борта воспринимают шпангоутами и бортовыми стрингерами, которые передают эту нагрузку на палубу, днище и поперечные переборки. Часть нагрузки со шпангоутов передается на бортовые стрингеры, с них — на рамные шпангоуты и опорный контур.

На днищевом перекрытии нагрузки с наружной обшивки распределяются главным образом на продольные ребра, меньшая часть нагрузок приходится непосредственно на шпангоуты, борта и переборки. Продольные ребра передают усилия на флоры (балки главного направления) частично на опорный контур (поперечные переборки), флоры же разносят усилия на борта и на перекрестные связи — днищевые стрингеры, передающие усилия на переборки.

Из приведенных рассуждений следует, что набор создает для пластин жесткий контур, который воспринимает усилия от поперечной нагрузки.

Кроме восприятия поперечной нагрузки корпусные перекрытия играют существенную роль при общем изгибе и кручении корпуса судна. При общем продольном изгибе на волнении перекрытия палубы и днища попеременно находятся в состоянии растяжения и сжатия. При этом в элементах конструкции возникают сжимающие и растягивающие напряжения, которые необходимо учитывать для обеспечения достаточной прочности конструкций. В некоторых случаях нужно суммировать напряжения от общего изгиба и от изгиба поперечной нагрузкой. Учитывая действие на перекрытия всех нагрузок, конструктор должен найти для каждого отдельного перекрытия такое сочетание толщин листов обшивки и сечений балок набора, которое может обеспечить требуемую прочность конструкций при их минимальной массе. При этом необходимо учитывать требования эксплуатации и экономические соображения.

Системы набора корпусных перекрытий

Исходя из условий передачи внешних усилий связями разных категорий на опорный контур отдельных перекрытий, для которых этим контуром являются другие перекрытия (см. выше “Схема восприятия и передачи усилий связями разных категорий на опорный контур перекрытия”), предполагалось, что поперечная нагрузка от давления воды воспринимается листами наружной обшивки и листами настилов палубы, второго дна и переборок и передается через балки набора, подкрепляющие листы, на опорный контур.

Читайте также: Обозначение и расшифровка всех составляющих корпуса судна

Балки набора разных направлений отдельного перекрытия пересекаются под прямыми углами или близкими к прямым углам, ограничивая отдельные пластины (панели). Панели могут быть квадратной формы или ориентированы длинной стороной вдоль или поперек судна. В зависимости от ориентации панелей определяют систему набора перекрытий. Если длинные стороны пластин располагаются вдоль судна — система набора перекрытия называется продольной (см. рис. 2, в), если поперек — поперечной (рис. 2, а и б). Если панели имеют форму, близкую к квадрату, то система набора называется клетчатой (рис. 2, г). Такая классификация позволяет сразу установить систему отдельных перекрытий судового корпуса по внешнему виду.

В зависимости от ориентации панелей происходит передача поперечных усилий от давления воды на опорный контур отдельной пластины и опорный контур данного перекрытия. На рис. 3 приведена схема передачи усилий перекрытий, изображенных на рис. 2.

Внешние нагрузки на корпус судна - поперечные усилия
Рис. 3 Схема передачи поперечных усилий давления воды на опорный контур перекрытия (конструкции перекрытий см. на рис. 2). ——— основная часть; – – – – – – – – незначительная часть; ,,,,,, опорный контур перекрытия

Кроме трех систем набора корпусных перекрытий существует еще комбинированная система набора, когда в отдельных частях одного перекрытия имеются разные системы набора (рис. 4).

Очень часто при проектировании корпусов судов оказывается целесообразным разные перекрытия выполнять по разным системам набора. Например, на судах длиной до 100 м обычно все перекрытия имеют поперечную систему набора, а на судах большего размера набор днища и верхней палубы выполняют по продольной системе, и средние части бортов по поперечной. Такая система набора суднаКонструкция судового набора (не перекрытия) называется смешанной системой набора Шиманского. При этом почти всегда оконечности судов при любой системе набора в средней части в оконечностях имеют поперечную систему набора.

Выбор системы набора для судна непосредственно влияет на массу перекрытий, а также на трудоемкость их изготовления.

Комбинированная система набора судовых перекрытий
Рис. 4 Комбинированная система перекрытий. 1,3 — стрингеры; 2 — флор

В составе перекрытия с балками главного направления и перекрестными связями, определяющими прежде всего систему перекрытия, дополнительно устанавливают при продольной системе продольные балки — ребра жесткости. Последние, хотя и воспринимают внешние нагрузки от листов обшивки, однако их основное назначение заключается в увеличении устойчивости тонких листов при работе последних в условиях сжатия, а также в увеличении площади поперечных сечений балки — корпуса (эквивалентный брус) — в условиях сжатия его при общем изгибе в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также при кручении корпуса судна.

Целесообразность расположения балок в разных перекрытиях определяют в зависимости от их формы, действующих нагрузок, от рода перевозимых грузов и от размеров и скорости судна. Соседние перекрытия по длине и высоте судна могут иметь разные системы набора в зависимости от действующих в данном районе корпуса внешних, а также внутренних нагрузок от воздействия перемещающихся грузов.

Например, днищевое перекрытие, расположенное в трюме сразу за переборкой форпика, на волнении при качке испытывает большие динамические нагрузки от ударов о воду (слеминг), а уже на следующее за этим перекрытие днища в корму динамические нагрузки не действуют.

Бортовые перекрытия в носовой оконечности в районе развала бортов подвергаются очень большим динамическим воздействиям, в то же время другие бортовые перекрытия больших динамических нагрузок не испытывают. Однако на некоторых типах судов, швартующихся друг к другу в море, могут на отдельных участках бортов возникать даже сосредоточенные нагрузки. Ледоколы и суда ледового плавания подвергаются громадным динамическим нагрузкам, а также сжатию льдами.

Наибольшие ледовые нагрузки действуют на носовую оконечность ледоколов при форсировке льдов с разгона. При этом нос поднимается, нагрузки воспринимаются и днищевыми носовыми перекрытиями. На транспортах, идущих на коротком буксире сразу за кормой ледоколаРабота ледокола при проводке судов во льдах, лед уходит под корпус и ударяет о днищевые перекрытия. Кроме больших нагрузок здесь имеет место и повышенный износ наружной обшивки.

Еще один пример. В машинном отделении работающие механизмы вызывают дополнительные динамические и инерционные нагрузки, особенно во время сильной продольной качки, когда оголяется винт и судно испытывает сотрясение и вибрацию. На рис. 5 показана схема усилий, действующих в кормовой оконечности судна, где установлены главная машина, валопровод и гребной винт. Для безопасности восприятия этих усилий как днищевые, так и бортовые перекрытия приходится значительно усиливать, и их конструкция отличается от конструкций соседних перекрытий в грузовых трюмах.

Силы, воздействующие на корпус судна в машинном отделении
Рис. 5 Источники судовой вибрации (а) и общая вибрация разных тонов корпуса как балки (б)

Конструкция перекрытий палуб судов, перевозящих на палубе тяжелые грузы и колесную технику, существенно отличается от перекрытий на других судах вследствие необходимости установки под палубами вертикальных балок и мощных пиллерсов.

Система набора, предложенная в начале века проф. И. Г. Бубновым, получила название русской системы набора, однако в последнее время об этом забывают и бубновскую систему называют стрингерной. Однако с использованием этой системы в начале 20-го века в России был построен ряд военных кораблей.

Русская система набора состоит из большого числа стрингеров, заменяющих продольные балки (ребра жесткости), но не требующих образования отверстий для прохода через поперечные рамы. Эта система на двухкорпусных танкерах может быть успешно реализована как для днища, так и для бортов и палуб (см. статью Принципы проектирования конструкций корпуса судна“Местная прочность и проектирование отдельных корпусных конструкций судна”). Однако систему набора Шиманского и русскую систему набора не следует отождествлять с вышеприведенной классификацией систем набора.

Система набора Ю. А. Шиманским была предложена в 1918 г. По ней были спроектированы два танкера грузоподъемностью 7 300 и 2 200 т. Экономия по массе составила 25%, а стоимость постройки судов уменьшилась на 30%. Такая же система позже, в 30-е годы XX столетия, появилась за границей под названием Ишервуд—Милара.

Стрингерная система набора представляет своеобразно исполненную продольную систему набора для двойных бортов, днища и палубы. В последнее время известны случаи постройки нескольких судов с двойными палубами, набор которых копирует русскую систему набора. Иногда ошибочно смешанную систему набора, имеющую отношение ко всему судну, называют, имея в виду смешанной систему набора перекрытия. Это создает путаницу. Когда говорят, что судно набрано по поперечной системе набора, это значит, что все перекрытия корпуса как в средней части, так и в конечностях имеют такую систему набора (см. рис. 4, а). Если речь идет о продольной системе набора перекрытия, то все перекрытия в средней части набраны по продольной системе, а оконечности — обычно по поперечной системе. Однако у танкеров массовой постройки военных лет продольная система принята и для оконечностей.

В корпусе судна целесообразно образовывать вертикальные и горизонтальные рамы. Это требует согласования расстояния между балками набора соответствующих перекрытий.

Конструкции разных типов судов и назначения испытывают действие разных внешних нагрузок, в результате одна и та же система набора по-разному воспринимает продольные и поперечные усилия. Поэтому выбор той или иной системы набора для перекрытия должен основываться на предварительных исследованиях влияния отдельных его параметров на массу, технологичность, ремонтопригодность, стоимость изготовления, надежность и долговечность, а также пригодность для осмотра. При этом необходимо руководствоваться установленными практикой допустимыми минимальными толщинами листов обшивки и балок, подкрепляющих обшивку, а также расстояниями между балками набора (см. рис. 2).

Во избежание резкого изменения поперечных сечений при переходе продольной системы набора перекрытия в соседнее перекрытие с поперечной системой необходимо на части длины корпуса в двух соседних перекрытиях выполнять комбинированную систему набора. Она получается, когда часть продольных балок из перекрытия с продольной системой набора продляется по соседнему перекрытию с поперечной системой. Это всегда делается в носовой и кормовой оконечностях на верхней палубе (рис. 6) и в днище. Варьируя геометрические характеристики сечений и расположение взаимно пересекающихся балок набора на листах принятых толщин, находят оптимальное решение для перекрытия, имеющего заданные размеры и известные условия закрепления на опорном контуре.

По мере приближения к середине длины судна изгибающие моменты и напряжения от общего изгиба увеличиваются, что создает опасность потери устойчивости палубными и днищевыми перекрытиями. Это заставляет устанавливать большое число продольных балок.

Комбинированная система набора в палубном перекрытии на судне
Рис. 6 Переход одной системой набора в другую в палубном перекрытии

Поперечная система набора — наиболее старая, она была единственно возможной при постройке деревянных судов. Продольные доски прибивали к поперечным шпангоутами, затем их соединяли между собой только конопаткой. На стальных судах первое время использовалась та же поперечная система, но отдельные поясья крепили к шпангоутам, которые соединялись между собой с помощью заклепок. Такая конструкция была надежной для небольших судов и простой в изготовлении. Общая продольная прочность обеспечивалась только листами обшивки и небольшим количеством продольных балок (киль, скуловой стрингер, карлингсы). Этих связей было достаточно для того, чтобы прочность корпуса не нарушалась при растяжении и сжатии, а также при этом всегда обеспечивалась устойчивость связей, так как напряжения от общего изгиба на ма­лых судах небольшие и надобности в установке продольных ребер не было. Достаточная устойчивость достигалась установкой поперечных шпангоутных рам на расстоянии 500—900 мм друг от друга. Сохранялась общая жесткость всего корпуса и отдельных, даже наиболее напряженных, перекрытий.

Для достижения минимальной массы перекрытия под действием поперечной нагрузки основной набор целесообразно устанавливать параллельно меньшей стороне опорного контура перекрытия. Так как на малых сухогрузных судах высота борта и ширина всегда меньше, чем длина трюмов или машинного отделения, меньшая сторона опорного контура перекрытия ориентирована поперек судна, чем предопределяется и расположение набора.

Предлагается к прочтению: Корпус судна и предъявляемые к нему требования

Появление судов для перевозки наливных грузов с часто поставленными поперечными переборками потребовало своеобразного подхода к выбору системы набора этих перекрытий (см. статью “Наливные суда (танкеры)”Изменение технологии грузовых работ и перевозки грузов — определяющий фактор в развитии конструктивных типов судов). Увеличение размеров судов привело к повышению уровня сжимающих напряжений от общего продольного изгиба и возникновению опасности потери устойчивости листов наиболее напряженных перекрытий палубы и днища. В настоящее время чисто поперечная система набора по всей длине судна, а также и в средней части бортов используется на сухогрузных судах длиной до 100 м.

В оконечностях, где напряжения от общего изгиба небольшие, а шпангоуты опираются на ряд горизонтальных платформ, предпочтение отдается поперечной системе набора, даже на судах длиной значительно больше 100 м. Кроме этого, динамические нагрузки на носовую оконечность от ударов о воду достаточно хорошо воспринимаются поперечным набором. Исключение составляют палубные перекрытия, которые в результате мощных ударов в днище и развал борта испытывают большие сжимающие продольные усилия на палубе в районе 1/4—1/3 длины судна от носового перпендикуляра.

Поперечной системе набора также отдается предпочтение с точки зрения технологии изготовления; при неизбежном постепенном износе и коррозии прочность конструкций снижается в меньшей степени. Изгиб шпангоутов по форме обводов в районе скулы и в оконечностях считается более простой операцией, чем обеспечение прохода продольных ребер при продольной системе набора через флоры, шпангоуты и бимсы с выполнением необходимых подкреплений в месте прохода. Поэтому до сих пор на всех перекрытиях судов, где не требуется повышенной устойчивости листов обшивки и настилов, продолжают применять поперечную систему набора.

Достоинством поперечной системы набора является также возможность при работе шпангоутов использовать арочный эффект. При криволинейных обводах шпангоуты под действием поперечных нагрузок обладают большей прочностью, чем при плоских. Особенно это сказывается при килеватости корпуса в оконечностях (где обычно и применяют поперечную систему набора).

В сварных конструкциях тонкие листы обшивки под действием усадочных напряжений деформируются, и панели между набором получают начальную строительную погибь. При этом в условиях сжатия пластины работают хуже, чем плоские. При растяжении изогнутая пластина стремится занять плоское положение, что возможно только при больших деформациях всей конструкции. Такое положение привело бы к перенапряжению продольных прямолинейных связей, чего допустить, конечно, нельзя. Изогнутая обшивка работает плохо и при растяжении. Поэтому при поперечной системе набора снижается работоспособность обшивки, особенно при толщине до 12 мм (на малых и средних судах).

Продольная система набора становится совершенно необходимой в перекрытиях, наиболее удаленных от нейтральной оси попе­речных сечений корпуса на судах длиной более 100—120 м.

Известно, что при одинаковом расстоянии между балками набора при продольной и поперечной системах набора устойчивость продольных пластин в 4 раза выше, чем поперечных. Поэтому, когда появляется опасность потери устойчивости листами обшивки, целесообразно поперечную систему набора заменять продольной.

Разбитое пассажирское судно
Старое пассажирское судно на мели
Источник: Freeimages.com

При продольной системе набора продольные ребра опираются на высокие поперечные балки (флоры, бимсы), через отверстия в которых они проходят. Эти балки устанавливают значительно реже, чем при поперечной системе, тем не менее они занимают объем внутренних помещений на судне.

Поэтому на сухогрузных судах по бортам продольную систему обычно не используют, а высокие поперечные рамы в двойном дне и под палубой размещению грузов не мешают. На судах, перевозящих жидкие грузы, если это оказывается целесообразным с точки зрения уменьшения массы перекрытий, и по бортам можно выполнять продольную систему набора, что почти всегда делается на больших танкерах. Объемы между высоким набором заполняют жидким грузом. При постройке сухогрузных судов с двойными бортами (контейнеровозов, судов смешанного плавания, судов ледового плавания), образующими боковые цистерны, выполнение продольной системы набора для бортовых перекрытий не встречает проектных и технологических сложностей.

Некоторые дополнительные трудности при продольной системе набора заключаются в необходимости делать в поперечном наборе вырезы для прохода продольных ребер и обеспечивать их подкрепление рядом мелких деталей.

Очень важным обстоятельством при использовании продольной системы набора на судах новых типов с широким раскрытием палуб является то, что за счет площади поперечного сечения продольных ребер увеличивается верхний поясок расчетного поперечного сечения корпуса. Толщину листов палубного настила выбирают настолько большой, что их устойчивость обеспечивается и без установки продольных ребер, но последние устанавливают для увеличения площади поперечного сечения верхнего пояска эквивалентного бруса. Из этих же соображений в верхней части борта может выполняться продольная система набора и устраиваться подпалубный коридор (подпалубная цистерна) с продольным набором.

При малых толщинах листов палубы и днища, особенно при использовании сталей повышенной прочности, единственной возможностью обеспечения их устойчивости является продольная система набора.

При продольном расположении панелей между продольными ребрами начальная строительная погибь вблизи ребер отсутствует, а так как эти ребра находятся близко друг от друга, с обеих сторон соседних ребер на каждой панели создается недеформированный плоский участок. Поэтому при продольной системе набора пластины работают значительно лучше, чем при поперечной.

При продольной системе набора швы приварки продольных ребер не пересекают сварные пазы обшивки, а идут параллельно им, что упрощает контроль сварочных деформаций и уменьшает опасность появления плоского и объемного напряженных состояний.

Клетчатая система набора обычно используется для создания повышенной местной прочности при ударных нагрузках. Такие нагрузки действуют при ударах носовой оконечности о воду, в развал борта и при заливаемости, а также при движении судна во льдах и при ударах грейферами во время грузовых операций. В последнем случае на судах, перевозящих руду, навалочные и насыпные грузы, все днищевые перекрытия в трюмах целесообразно выполнять по клетчатой системе набора. Если же комбинированные суда (нефтерудовозы) перевозят тяжелую руду только в трюмах, ограниченных продольными переборками, то клетчатая система набора может выполняться на участках под люками (как говорят моряки, под просветом люков) или на участках, ограниченных по ширине продольными переборками.

Рекомендуется к прочтению: Определение и классифицирование нарушения целостности корпуса судов при дефектации

В заключение сделаем следующие выводы. Балки, образующие скелет корпуса судна и подкрепляющие тонкие листы водонепроницаемой оболочки (днище, борта, верхняя палуба), устанавливают на разных расстояниях одна от другой вдоль и поперек корпуса судна. В зависимости от направления балок набора и их взаимного расположения по перекрытиям различают разные системы набора перекрытий, характеризующие расположение пластин и взаимное расположение пересекающихся балок разных направлений. Различают системы набора перекрытий и системы набора всего судна. Все судно может быть набрано по одной системе, например, по продольной на танкерах Т-2, или по поперечной системе набора, как это делается сейчас на большинстве судов длиной до 100 м. Однако на большинстве современных судов используется смешанная система набора Шиманского.

Если, например, продольные связи резко оборвать и сразу выполнять поперечную систему набора, имеющую другое направление связей, то появится опасный конструктивный разрыв, способный создать большую концентрацию напряжений в связях. Необходимо следить, чтобы часть продольных ребер пересекала границу соседних перекрытий с поперечной системой набора и обрывалась поочередно на разных расстояниях от этой границы. В результате концентрация напряжений значительно уменьшится. Обрывающиеся продольные ребра должны доводиться до поперечного набора и в нем заканчиваться. Это позволит избежать, в частности, жестких точек (см. Принципы проектирования конструкций корпуса судна“Местная прочность и проектирование отдельных корпусных конструкций судна”).

Таким образом, рациональное сочетание и конструктивная согласованность различных систем соседних перекрытий корпуса — важная задача проектирования судна.

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Сентябрь, 03, 2020 178 0
Читайте также