BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Viện Cơ Khí ————————————— Đề tài TÍNH TOÁN KẾT CẤU DÀN MẠN VÀ LIÊN KẾT CỦA TÀU CHỞ GỖ Hồ Chí Minh, Ngày 12 Tháng 01 Năm 2022 Mục lục PHẦN A GIỚI THIỆU CHUNG I THÔNG SỐ TÀU CHỞ GỖ II LỰA CHỌN HÌNH THỨC VÀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU 1 Phạm áp dụng 2 Vật liệu đóng tàu 3 Tàu mẫu Hình thức chở hàng 4 Lựa chọn hình thức kết cấu 5 Khoảng sườn 6 Phân khoang PHẦN B TÍNH TOÁN KẾT CẤU I DÀN MẠN 1 1 Bố trí chung 1 2 Tôn mạn 1 3 Sườn thường 1 4 Sườn khỏe.
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM Viện Cơ Khí ————————————— Đề tài TÍNH TOÁN KẾT CẤU DÀN MẠN VÀ LIÊN KẾT CỦA TÀU CHỞ GỖ Hồ Chí Minh, Ngày 12 Tháng 01 Năm 2022 Mục lục PHẦN A: GIỚI THIỆU CHUNG I-THÔNG SỐ TÀU CHỞ GỖ : II- LỰA CHỌN HÌNH THỨC VÀ TÍNH TỐN KẾT CẤU : Phạm áp dụng Vật liệu đóng tàu Tàu mẫu - Hình thức chở hàng Lựa chọn hình thức kết cấu Khoảng sườn Phân khoang PHẦN B.TÍNH TỐN KẾT CẤU I.DÀN MẠN 1.1.Bố trí chung 1.2.Tơn mạn 1.3.Sườn thường 1.4.Sườn khỏe 1.5.Sống dọc mạn II VÁCH CHỐNG VA MŨI VÀ LÁI III CỘT CHỐNG TRONG KHOANG MÁY IV DÀN ĐÁY THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU TÀU THỦY 2022 PHẦN A: GIỚI THIỆU CHUNG I-THÔNG SỐ TÀU CHỞ GỖ : Chiều dài thiết kế Chiều rộng thiết kế Chiều cao mạn Chiều cao mớn nước Hệ số béo thể tích Vận tốc Cơng suất máy Cấp tầu : : : : : : : : L = 137,5 m B = 18.8 m D = 10,7 m d = 7,7 m Cb = 0,74 V = 13 hl/h PE = 3500 HP Khơng hạn chế II- LỰA CHỌN HÌNH THỨC VÀ TÍNH TỐN KẾT CẤU : phạm áp dụng :Quy phạm phân cấp đóng tàu biển vỏ thép ( Phần 2A : Kết cấu thân tàu trang thiết bị tàu dài từ 90 m trở lên ) Vật liệu đóng tàu :Dùng thép bon có độ bền bình thường có giới hạn chảy 235 N/mm2 Tàu mẫu - Hình thức chở hàng :Sử dụng mẫu tàu chuyên chở gỗ với hình thức xếp gỗ khoang hàng sau đậy nắp miệng hầm hàng xếp bó gỗ lên sàn nắp miệng hầm hàng Lựa chọn hình thức kết cấu : 4.1 Khu vực bố trí khoang hàng: 4.1.1 Dàn đáy : Thiết kế kết cấu đáy đôi theo hệ thống dọc 4.1.2 Dàn mạn : Thiết kế kết cấu mạn đơn kết cấu theo hệ thống ngang 4.1.3 Dàn boong : Thiết kế kết cấu theo hệ thống kết cấu dọc (tàu có boong) 4.2 Khu vực mũi đuôi : Khu vực mũi đuôi kết cấu theo hệ thống ngang , đáy đơn , mạn đơn Khoảng sườn : Khoảng sườn tính theo cơng thức chuẩn : (Theo điều 5.2.1-1 ) S = 2L + 450 = 2.137,5 + 450 = 725 (mm) L : Chiều dài tàu (m) Chọn : Tại khu vực mũi lái lấy khoảng sườn S = 610 (mm) Khoảng cách cấu dọc (Theo điều 4.4.2-1) 2L + 550 = 2.137,5 + 550 = 825 mm Chọn : Tại khu vực khoang hàng khoang máy khoảng sườn S = 700 (mm) Phân khoang : Phân khoang theo chiều dài tàu : - Từ trụ lái đến sườn số 12 : khoang lái (7,17m) - Từ sườn số 12 đến sườn số 37 : khoang máy (17,8 m) Từ sườn số 37 đến sườn số 75 : khoang hàng (25,8m) - Từ sườn số 75 đến sườn số 113 : khoang hàng (25,8 m) - Từ sườn số 113 đến sườn số 151 : khoang hàng (25,8m) - Từ sườn số 151 đến sườn số 189 : khoang hàng (25,8 m) - Từ sườn số 189 đến trụ mũi khoang mũi (9,33 m ) Trang SVTH: 2022 THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU TÀU THỦY Vậy: Đối với tàu dài L = 96,26 m, theo quy phạm phải có tối thiểu 5vách ngang kín nước Khoang Từ sườn Đến sườn Chiều dài (m) Khoang lái Trụ lái 12 7,17 Khoang máy 12 37 17,8 Khoang hàng 37 75 25,8 Khoang hàng 75 113 25,8 Khoang hàng 113 151 25,8 Khoang hàng Khoang mũi 151 189 189 Trụ mũi 25,8 9,33 PHẦN B.TÍNH TỐN KẾT CẤU I.DÀN MẠN 1.Dàn mạn phần buồng máy : 1.1.Bố trí chung : Dàn mạn kết cấu theo hệ thống ngang, sườn thường xen lẫn sườn khỏe có sống dọc mạn Khoảng cách sườn thường 0,7 m Khoảng cách sườn khỏe 2,1 m Khoảng cách từ sống dọc mạn đến đáy sóng dọc mạn lân cận 2,4m 2,4 m Trang THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU TÀU THỦY 2022 1.2.Tôn mạn : Chiều dày tối thiểu tôn bao mạn không nhỏ trị số sau : (Theo điều 14.3.2-1) t > √L = 11,73 mm Chiều dày tôn mạn (trừ tơn mép mạn) boong tính tốn đoạn tàu phải thỏa mãn lớn giá trị tính theo công thức sau thỏa mãn 13.3.1 3.3.2 : t = C1.C2.S# d − 0,125D + 0,05 L′ + h + 2,5 = 11,79 mm Trong : S = 0,7 m – khoảng cách sườn L’ = 135 m – chiều dài tàu C1 = – hệ số cho với tàu có L< 230 Hệ số C2 tính sau : C2 = 91 =4 2 576 x ⍺ =6 với L < 230 x = X1 = 0,3L với x1(m) = 0,3L h! = – chiều cao cột áp Vậy chọn chiều dày tôn mạn 14mm 1.3.Sườn thường : Ở đoạn từ vách đến 0,15L kể từ đường vng góc mũi, mơ đun chống uốn tiết diện sườn khoang phải không nhỏ trị số tính theo cơng thức sau: (Điều 5.3.2-1) THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU TÀU THỦY C0CShl (cm3) Trong đó: S khoảng sườn: 0.7m l: m h: khoảng cách thẳng đứng từ mút l vị trí cần đo đến điểm d + 0.038L’ phía tơn đáy Chọn 12.925 m L’: chiều dài tàu 137,5m C0: Hệ số tính theo cơng thức sau khơng nhỏ 0.85: 1.25-2e/l = 0.825 chọn 0.85 Hệ số C tính theo công thức sau: C1 + C2 = 1,84 + 0,71 = 2.1 C1 = 2.1 – 1.2 "! = 1.84 C2 = 2.2 kα $" = 0.71 α = 0.006 k= 50 (hệ boong) Vậy mô đun chống uốn tiết diện sườn khoang C0CShl2 = 263.5 (cm3) Mép kèm : Chiều dày : S = 14 mm Chiều rộng : b = min(0,5a; 0,2l; 50s) = 350 mm 0,5a = 325 mm 0,2l = 480 mm 50s = 600 mm l: chiều dài nhịp (2400) s: chiều dày tôn (14) a: khoảng sườn (700) Quy cách kết cấu L160x100x14 Trang 2022 2022 THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU TÀU THỦY Thép L (mm) Mkèm (mm) TT Fi (cm2) Tên cấu L160x100x14 Mkèm (mm) E0(cm) = Zmax(cm) = Zi (cm) FiZi FiZ9% (cm3) L160x100x14 350 14 Jo (cm4) (cm4) 34.7 11.3 392.11 4430.84 897.00 49 0 83.7 403.41 J(cm4) = W(cm3) = 4.82 3391.53 5335.85 11.88 285.48 1.4.Sườn khỏe : Kích thước sườn khỏe đở sống dọc mạn phải khơng nhỏ trị số tính theo công thức sau : (Theo điều 6.2.1) Chiều cao tiết diện : d = 0,125l = 0,125.(10,98-1.4) = 1,2 m Modul chống uốn tiết diện : W = C1.h.l2 = 3627.46 Chiều dày thành : t1 t2 lấy giá trị lớn C + 2,5 = 7,48 mm Shl t1= 10002 d d t2= 8,6 Trong : t 2, k + 2,5 = 5,62 mm S = 2.1 m – khoảng cách sườn khỏe l =(10,58-1,4) = 9.58 m – chiều dài tự sườn khỏe Trang 2022 THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU TÀU THỦY Mô đun chống uốn (Z) tiết diện nẹp vách phải khơng nhỏ trị số tính theo công thức sau đây: (điều 11.2.3) Z= 2,8CShl2 (cm3) Trong đó: l: Chiều dài nhịp nẹp đo đế lân cận nẹp kể chiều dài liên kết (m) Nếu có sống vách l khoảng cách từ chân liên kết mút đến sống thứ khoảng cách sống vách Chọn l = 2.4m S: Khoảng cách nẹp Chọn S= 0.8m h: Khoảng cách thẳng đứng từ trung điểm l, nẹp đứng, từ trung điểm S với nẹp nằm, đến đỉnh boong vách đo đường tâm tàu (m) h= 9,58-(2,4/2)=8,38 m Nếu khoảng cách thẳng đứng nhỏ 6m h lấy 1,2m cộng với 0,8m khoảng cách thẳng đứng thực C: chọn hệ số C = 0,8 => Mô đun chống uốn (Z) tiết diện nẹp vách Z = 86.5 (cm3) Mép kèm : Chiều dày : s = 10 mm Chiều rộng : b = min(0,5a; 0,2l; 50s) = 400 mm 0,5a = 400 mm 0,21 = 480 mm 50s = 500 mm l: chiều dài nhịp nẹp (2400) s: chiều dày mép kèm (10) a: khoảng cách nẹp (800) Chọn thép chữ L có quy cách L125x80x8 Thép L (mm) Mkèm (mm) TT Fi (cm2) Tên cấu Zi (cm) FiZi FiZ9% (cm3) L125x80x8 400 10 Jo (cm4) (cm4) L160x100x14 16 8.95 143.20 1281.64 256.00 Mkèm (mm) 49 0 3.33 152.15 1540.97 E0 (cm) 2.72 J(cm4) 1127.59 Zmax(cm) 10.28 Z(cm3) 109.66 Trang THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU TÀU THỦY 10 2022 => Mô đun chống uốn (Z) tiết diện nẹp vách Z = 86.5 cm3 < 109.66 cm3 Vậy thép chữ L có quy cách L125x80x8 thõa mãn quy phạm 1.3 Sống vách đỡ nẹp vách: 1.3.1 Mô đun chống uốn (Z) Mô đun chống uốn (Z) tiết diện sống phải khơng nhỏ trị số tính theo cơng thức: (điều 11.2.6-1) Z= 4,75Shl2 (cm3) Trong đó: S: Chiều rộng vùng mà sống phai đỡ (m) Chọn S= 2,4m h: Khoảng cách thẳng đứng đo từ trung điểm l sống đứng đo từ trung điểm S sống nằm đến đỉnh boong vách đường tâm tàu (m) Nếu khoảng cách thẳng đứng nhỏ 6m h lấy 1,2m cộng 0,8 khoảng cách thẳng đứng thực Chọn h= 9,58-(2,4/2)=8,38 m l: Chiều dài nhịp đo gối tựa lân cận sống (m) Chọn l = 2,4m =>Mô đun chống uốn (Z) tiết diện sống Z= 550.26 cm3 1.3.2 Mơ men qn tính (I) Mơ men qn tính (I) tiết diện sống phải không nhỏ trị số tính theo cơng thức sau Chiều cao tiết diện sống phải không nhỏ 2,5 chiều cao lỗ khoét để nẹp xuyên qua (điều 11.26-2) I= 10hl4 (cm4) = 2780 (cm4) h l : quy định 1.3.1 1.3.3 Chiều dày thành (t) Chiều dày thành (t) phải không nhỏ trị số tính theo cơng thức sau (điều 11.2.6- 3) t= 10S1 + 2,5 (mm) Trong đó: S1: Khoảng cách nẹp gia cường thành chiều cao tiết diện sống Mép kèm: Chiều dày : s = 10 mm Chiều rộng : b = min(0,5a; 0,2l; 50s) = 480 mm 0,5a = 1200 mm 0,2l = 480 mm 50s = 500 mm l: chiều dài nhịp sống (2400) s: chiều dày mép kèm (10) a: khoảng cách hai sống (2400) Chọn thép chữ T có quy cách T 400x8/100x8 Trang 10 11 2022 THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU TÀU THỦY E0 (cm) = 11.71 Zmax(cm) = 29.59 J (cm4) = 19760.61 Z (cm3) = 667.77 => Mô đun chống uốn (Z) tiết diện sống Z= 550.26 cm3 < 667.77 cm3 Vậy thép chữ T có quy cách quy cách T 400x8/100x8 thõa mãn quy phạm III CỘT CHỐNG TRONG KHOANG MÁY 1.1 Diện tích tiết diện cột Diện tích tiết diện cột (A) phải khơng nhỏ trị số tính theo cơng thức sau đây: Trang 11 THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU TÀU THỦY 12 2022 Trong đó: l: Khoảng cách từ mặt đáy trên, từ boong từ kết cấu mà cột tựa đến cạnh xà boong sống boong mà cột phải đỡ (m) Chọn l= D – 1,4 = 10,98 – 1,4 = 9,58 m k0: Bán kính quán tính tối thiểu tiết diện cột (cm) w: tải trọng boong mà cột đỡ quy định 9.2.2 (kN) Tải trọng boong mà cột đỡ (w) phải không nhỏ trị số sau w= kw0 + Sbh (kN) ai: Khoảng cách nằm ngang từ cột đến cột nội boong phía (m) 13 THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU TÀU THỦY 2022 IV DÀN ĐÁY Chiều cao đáy đôi- Chiều cao tiết diện sống : Dàn đáy kết cấu cấu theo hệ thống dọc, đáy đơi có chiều cao khơng nhỏ giá trị B/16 = 19.26/16 = 1.2 (m) ta chọn 1,4 (m) (Theo điều 4.2.2 ) Vậy : Tm = 1,4 m, hệ thống đáy đôi kéo dài tối đa từ vách khoang mũi đến vách khoang lái 1.Dàn đáy vùng buồng máy : 1.1.Bố trí chung : Dàn đáy buồng máy kết cấu theo hệ thống ngang, đà ngang đặt mặt sườn Mỗi bên đặt ba sống phụ cách : 2.4m Khoảng cách sườn : 700mm Chiều dài khoang : 17.8m Chiều cao đáy đôi : 1.4m 1.2.1 Tôn đáy : Chiều dày tôn đáy phải không nhỏ trị số tính tốn theo cơng thức sau đây, lấy trị số lớn hơn: ( Theo điều 4.5.1-1)\ d0 : Chiều cao tiết diện sống Trong : Chiều cao tiết diện sống phải khơng nhỏ B/16 trừ trường hợp Đăng kiểm chấp nhận đặc biệt (Quy định 4.2.2) => chọn d0 = 1.4m S : Khoảng cách dầm dọc đáy hệ thống kết cấu dọc khoảng cách sườn hệ thống kết cấu ngang (m) Lấy S= 0,7m h : Quy định 4.4.3-2 : h = 5.3365 – 1.4 = 3.937m 5.3365 khoảng cách từ mặt tôn đáy đến boong thấp buồng máy Trang 13 14 THIẾT KẾ MƠN HỌC KẾT CẤU TÀU THỦY 2022 1.2.2 Tơn đáy : ( Theo điều 14.2 ) Trên suốt chiều dài tàu chiều dày tôn đáy chiều dày tơn đáy cộng thêm 2mm Vậy chiều dầy tôn đáy 14 mm Trên suốt chiều dài tàu chiều rộng dải tôn đáy phải khơng nhỏ trị số tính theo cơng thức sau : b = 2L + 1000 = x 137,5 +1000 = 1275 mm , chọn b = 1300 mm Trang 14 THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU TÀU THỦY 15 2022 1.2.3 Bố trí sống , sống phụ : Khoảng cách từ sống đến sống phụ sống phụ không lớn 4,6 m , chọn 2,4 m Vậy khoảng 1/2 B có sống phụ (Theo điều 4.2.1-5) 1.2.4 Chiều cao đáy đôi : Chiều cao đáy đôi không nhỏ giá trị B/16 = 19,26/16 =1.2(m) chọn 1,4 (m) (Theo điều 4.2.2 ) 1.2.5 Chiều dày sống sống phụ : Chiều dày sống sống phụ phải khơng nhỏ trị số tính tốn theo u cầu (1) (2) sau lấy trị số lớn : (Theo điều 4.2.3 ) Chiều dày sống tính theo hai cơng thức : Trong : S : Khoảng cách tâm hai vùng kề cận với sống từ sống phụ xét đến sống phụ kề cận đến đường đỉnh mã hông (m) d0 : Chiều cao tiết diện sống sống phụ điểm xét (m) d1 : Chiều cao lỗ khoét điểm xét (m) Chiều cao lỗ khoét không 0.4 chiều cao đáy đôi Lấy d1 = 0.4m Riêng sống khơng kht lỗ tùy tiện (Sách Kết Cấu Tàu – Vũ Ngọc Bích) lH : Chiều dài khoang (m) x : Khoảng cách theo chiều dọc từ trung điểm lH khoang đến điểm xét (m) nhiên x < 0,2lH x = 0,2lH , x > 0,45l H x=0,45lH y : Khoảng cách theo phương ngang từ tâm tàu đến sống dọc (m) C1 = Hệ số cho theo công thức (Nếu B/lH > 1,4 lấy B/lH = 1,4 , B/lH < 0,4 lấy B/lH = 0,4) Trang 15 THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU TÀU THỦY 16 2022 Trong : d0 : Chiều cao tiết diện sống điểm xét (m) Tuy nhiên có nẹp nằm đặt theo chiều cao tiết diện sống d0 khoảng cách từ nẹp nằm đến tôn bao đáy tôn đáy khoảng cách nẹp nằm (m) C’1 : Hệ số tra theo bảng 2A/4.1 phụ thuộc tỉ số S1/d0 S1 : Khoảng cách mã nẹp đặt sống sống phụ (m), chọn S1 = 0,7 m S1/d0 = 0,5 tra bảng ta có : Sống C ’1 = 6,3 Sống phụ C ’1 = 5,1 Vậy chiều dầy : Sống chính: tsc = 6,3.1,4 + 2,5 = 11.32 mm Sống phụ : tsp = 5,1 1,4 + 2,5 = 9.64mm So sánh kết công thức (1) (2) chọn chiều dầy sống 12mm sống phụ 12mm 1.2.6 Đà ngang đặc : Khoảng cách đà ngang đặc bố trí khơng q 3,5 m (Theo điều 4.3.1-1 ) Trang 16 THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU TÀU THỦY 17 2022 Chọn 0.7m (ở buồng máy tất sườn cấu khỏe) 1.2.6 Chiều dày đà ngang đặc: không nhỏ giá trị tính theo cơng thức sau lấy giá trị lớn ( Theo điều 4.3.2 ) Trong đó: B’: Khoảng cách đường đỉnh mã hông đo mặt tôn đáy đoạn tầu 18.8 (m) B’’ : Khoảng cách đường đỉnh mã hông đo vị trí đà ngang đặc 18.8 (m) S : Khỏang cách đà ngang đặc 0.7 (m) y : Khoảng cách theo phương ngang từ đường tâm tàu đến điểm xét 9.63 (m) d0 : Chiều cao tiết diện đà ngang điểm xét 1,4 (m) d1 : Chiều cao lỗ khoét điểm xét 0,4 (m) C2 = 0,019 hệ số lấy theo bảng 2A/4.2 phụ thuộc vào B/lH Trong : t1 : chiều dày tính theo cơng thức (1) d0 : chiều cao tiết diện định nghĩa (1) C’2 : Hệ số cho theo bảng tùy thuộc vào tỷ số khoảng cách nẹp S1 (m) chia cho d0 , lấy S1 = 0,7 m ta có S1/d0 = 0,5 , tra bảng C2’ = 25 Chọn hình thức kết cấu đà ngang có lỗ kht khơng có gia cường bồi thừơng nên H tính theo cơng thức : 0,5 1,0= 1.143 d : đường kính lỗ khoét lớn (m) chọn = 0,4 m Trang 17 18 THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU TÀU THỦY 2022 So sánh kết chọn chiều dày đà ngang 10 mm 1.2.6.2 Nẹp đứng : Ở đà ngang đặc nẹp đứng phải đặt theo khoảng cách thích hợp đáy đơi kết cấu theo hệ thống ngang phải đặt vị trí dầm dọc đáy đơi kết cấu theo hệ thống dọc Chiều cao tiết diện không nhỏ 0,08d0 = 0,08.1,4 = 0,112m Trong d0 chiều cao tiết diện đà ngang 1.3.Kết cấu bệ máy : Mặt bệ hàn với thành dạng chữ T không đối xứng Quy cách chữ T 803x15/ Thông số máy : Trang 18 THIẾT KẾ MƠN HỌC KẾT CẤU TÀU THỦY 19 Trong đó: Trang 19 2022