Tính toán, thiết kế kết cấu thân tàu theo quy phạm TCVN 6259_2003 với tàu hàng 20000 tấn

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Tính toán, thiết kế kết cấu thân tàu theo quy phạm TCVN 6259_2003 với tàu hàng 20000 tấn

KHOA KỸ THUẬT TÀU THỦY 

BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÂN TÀU

Gvhd: Gv Bùi Văn Nghiệp

Sv thục hiện : Đặng Ngọc Thiết

Mssv : 50131399 Lớp 50ttdt2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT TÀU THỦY

BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÂN TÀUTÀU HÀNG 20000 TẤN,KHOẢNG SƯỜN 650

GVHD:KS.BÙI VĂN NGHIỆP SVTH : ĐẶNG NGỌC THIẾT

MSSV :50131399 LỚP :50 ĐT2

Nha Trang ,10/2010

SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2

LỜI NÓI ĐẦU

Tàu hàng (tàu thủy nói chung) là một công trình kỹ thuật nổi đặc biệt, có thể nổi và

di chuyển được trên nước, các kết cấu phức tạp và hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, chịu sự tác động của nhiều yếu tố như sóng, gió, …

Kết cấu thân tàu là một môn học quan trọng chương trình đào tạo kĩ sư ngành đóng tàu Kết cấu thân tàu nghiên cứu các hệ thống kết cấu và đặc điểm các chi tiết kết cấu thân tàu Và mục đích cuối cùng là giúp cho sinh viên thực hiện được yêu cầu tính toán thiết kế kết cấu theo quy phạm Yêu cầu quan trọng của việc thiết kế kết cấu là nghiên cứu các phương pháp lựa chọn hình dáng kết cấu, xác định kích thước, tính toán tối ưu kích thước, bố trí hợp lý các kết cấu và liên kết của thân tàu để đảm bảo tàu hoạt động an toàn trong môi trường khắc nghiệt đó Có nhiều phương pháp thiết kế kết cấu thân tàu và một phương pháp thiết kế kết cấu đảm bảo bền, an toàn, đạt hiệu quả và rút ngắn thời gian là thiết kế theo quy phạm phân cấp và đóng tàu.

Đề bài: Tính toán, thiết kế kết cấu thân tàu theo quy phạm TCVN 6259_2003

với tàu hàng 20000 tấn

Nội dung của bài tập gồm 2 phần như sau:

Chương 1: Giới thiệu chung

Chương 2: Thiết kế kết cấu theo Quy phạm.

Qua những kiến thức đã học cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy Bùi Văn

Nghiệp và sự giúp đỡ của bạn bè trong lớp tôi đã hoàn thành bài tập này Mặc dù đã rất

cố gắng nhưng do kiến thức còn hạn chế và đây là lần đầu tiên thực hiện việc tính toán thiết kế kết cấu nên khó tránh khỏi sai sót Rất mong nhận được sự góp ý của thầy giáo và các bạn.

Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên : Đặng Ngọc Thiết

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG

Tàu thiết kế là tàu hàng bách hóa 20000T, kết cấu vỏ thép

I.1 Công dụng, vùng hoạt động và phạm quy áp dụng

- Tàu thiết kế thuộc loại tàu chở hàng khô,vỏ thép, hai boong, kết cấu đáy đôi, buồng máy được đặt ở phía đuôi

- Vùng hoạt động là vùng không hạn chế (biển), tàu được phép hoạt động trong vùng cách nơi trú ẩn lớn hơn 200 hải lý

- Kết cấu tàu được tính theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép của Việt Nam TCVN 6259-2A : 2003

- Vật liệu đóng tàu theo quy phạm TCVN 6259-2A : 2003 quy đ ịnh trong phần 7A Thép dùng đóng tàu có giới hạn chảy σch=240 Mpa (2400 Kg/cm) hoặc thép

CT3C

I.2 Các thông số cơ bản:

Chiều dài lớn nhất : LMAX= 165.45 m

Chiều dài thiết kế : Ltt = 160.93 m

Chiều dài hai trụ : Lpp = 156.00 m

I.3 Lựa chọn hệ thống kết cấu

- Tàu được tổ chức theo hệ thống kết cấu hỗn hợp

+Đáy đôi theo hệ thống dọc

+Phần kết cấu mũi tàu theo hệ thống ngang

+phần kết cấu đuôi tàu theo hệ thống ngang

PHẦN II: THIẾT KẾ KẾT CẤU THEO QUY PHẠM

1 Khoảng cách sườn

- Khoảng cách sườn được tính theo yêu cầu của quy phạm cụ thể như sau:

-Khoảng cách giữa các sườn ngang được tính theo điều 5.2.1 của quy phạm

= +

S 450 2 450+2.160.93 = 771.86 mm

Mà theo đề khoảng sườn : 650 mm (hợp lý)

SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2

Khoảng cách sườn mà cho nhỏ hơn khoảng cách sườn được tính theo quy phạm cho thấy tàu thiết kế ra dư bền

-Khoảng cách giữa các dầm dọc S được tính theo điều 5.2.2 của quy phạm

Ta chọn khoảng sườn khoang mũi và khoang đuôi là 600 mm

2.Sơ đồ phân khoang

Trên cơ sở khoảng cách sườn đã xác định chia chiều dài tàu ra làm 240 khoảng

sườn thực với khoảng cách sườn ở các khu vực như sau:

- Khoảng sườn vùng đuôi 0,60m (từ sườn số 0 đến sườn 42)

- Khoảng sườn vùng giữa tàu 0,65m (từ sườn số 42 đến sườn 214)

- Khoảng sườn vùng mũi 0,60m (từ sườn số 214 đến sườn240)-Theo điều 11.1.4(vách khoang) trong quy phạm, phân tàu chia làm 8 vách ngăn nước với chiều dài các khoang như sau:

Khoang lái (1) gồm 14 sườn ( từ sườn 0đến sườn 14) l1 =8400mm

Khoang máy(2) gồm 28 sườn ( từ sườn 14 đến sườn 42) l2 = 18700mm

Khoang hàng 6 (3) gồm 28sườn( từ sườn 42 đến sườn 70) l3 = 19600 mm

Khoang hàng 5 (4) gồm 29 sườn( từ sườn 70 đến sườn 99) l4 = 20300mm

Khoang hàng 4(5) gồm 28 sườn ( từ sườn 99 đến sườn 127) l5 = 19600 mm Khoang hàng 3 (6) gồm 29 sườn ( từ sườn 127 đến sườn 156) l6 = 20300 mm

Khoang hàng 1 (8)gồm 29sườn (từ sườn 185đến sườn 214) l8 =19850mm

Khoang mũi (9) gồm 26sườn (từ sườn 214 đến sườn 240) l9 =16000mm

III , TÍNH TOÁN KẾT CẤU

1 Phần mũi tàu :

1.1 Sống mũi tấm.

Theo quy phạm điều 2.1.1

Theo quy phạm chiều dày t của sống mũi tại ví trị chở hangf thiết kế đường nước lớn nhất khôngnhỏ hơn trị số tính theo công thức sau:

t= 1.5 L−50+3.0  t=18.80 (mm) chọn t= 20 (mm)

1.2 Khoảng cách sườn:

Theo quy phạm điều 5.2.1 ta có khoảng cách sườn không quá 610 mm

khoảng cách chuẩn của các sườn s= 2L+450 = 771,86 mm

Theo điều 5.2.1 (Quy phạm) các khoang mũi và khoang đuôi,bầu đuôi khoảng

cách sường không lớn hơn 610 mm Ta chọn khoảng sườn khoang đuôi là 600mm 2.2 Trụ Chân Vịt

Theo điều 2.2.2 chiều dày ụ đỡ trục chân vịt tại vị trí mặt phẳng dọc tâm đỡ trục chân vịt được xác định bằng công thức:

t = 0,9 L + 10 =154,837 (mm)

Chọn t=160 (mm)

 Trụ đỡ chân vịt của sóng đuôi tàu:

Theo điều 2.2.2 trụ đỡ chân vịt của sống đuôi tàu bằng thép đúc có các kích thước được xác định theo các công thức sau:

W=2,20.L+88=442.046 (mm)

t = 0,18.L+15=43.9674 (mm)

SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2

R= 0,40.L +16=80.372 (mm)

c Liên kết của sống đuôi với đà ngang tấm:

Theo Quy phạm 2.2.6 quy định: sống đuôi phải được kéo từ trục chân vịt lên

phía trên và hàn chắc chắn với đà ngang vòm đuôi và có chiều dày không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau:

0.035L+8.5 = 14,13 (mm)

Ta chon t= 15 mm là hợp lý

3.Kết cấu giữa tàu

3.1 Kết cấu đáy tàu

3.1.1 Sống chính đáy:

- Theo quy phạm 4.2.2 quy định :

Chiều cao tiết diện sống chính không nhỏ hơn B/16 = 1562.50 mm

do : chiều cao tiết diện của sống chính hoặc sống phụ đang xét (m)

d 1 : chiều cao của lỗ khoét tại điểm đang xét (m)

l H : chiều dài của khoang (m)

x : khoảng cách theo chiều dọc từ trung điểm của l H của mỗi khoang đến

điểm đang xét (m) Tuy nhiên nếu x<0,2 l H thì lấy x=0,2l H và nếu x<0,45 l H thì lấy

x<0,45 l H

y : khoảng cách theo phương ngang từ tâm đến sống dọc (m)

C1 : là hệ số cho theo công thức sau Tuy nhiên nếu B/ l H >1,4 thì lấy 1,4 còn nếu nhỏ hơn 0,4 thì lấy 0,4

= +

2

1 0 1

B

y l

d d

C

H

x SBd

t

1 được tính theo phương pháp nội suy tuyến tính

S1 : là khoảng cách giữa các mã hoặc nẹp của song chính hay sóng phụ (m)

3.1.2; sống phụ đáy

Với sống phụ thì hệ số C,

1 = 4,4 Khi đó thì chiều dài của sống phụ là :

3.1.3 nẹp dọc đáy

- Theo điều 4.2.4.3 Các nẹp gia cường cho sống chinh đáy được đặt trên sống chính giữa các đà ngang khoẻ, với chiều dày của nẹp bằng chiều dày tấm sống chính, chiều cao tiết diện nẹp không nhỏ hơn 0,08do = 128 mm (do - chiều cao sống chính) Chọn kích thước nẹp là L300x90x11/16

a; nẹp dọc đáy dưới: tùy theo lượng dày của tôn mà ta xét từng nẹp Ở đây ta xét khoảng cách giữa 2 sống phụ

Theo quy phạm điều 4.4.3.1 Môđun chống uốn của tiết diện dầm dọc phía dưới phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức

W >24−10015.C5 f b(d +0,026L')l2S

f B :Tỉ số giữa môđun chống uốn của tiết diện ngang thân tàu và môđun chống uốn thực của tiết diện ngang thân tàu

L’:Lấy bằng chiều dài tàu (165.45m)

l : Khoảng cách giữa các đà ngang đặc (0.71m)

Momen quán tính của mặt cắt nẹp dọc đáy được tính theo bảng sau:

(momen quán tính I0 = b.h3/12)

Kích thước Diện tích A Z A.Z Momen quán tính

(cm) (cm2) (cm) (cm3) A.Z2

I0 (cm)Bản cánh

7.971

Modun chống uốn: W ZI (3114743,6 10,75,46) 697,433

max max

I

i

(cm3 ) Vậy kết cấu chọn đủ bền

b;Nẹp dọc đáy trên

Quy phạm dầm dọc đáy trên theo bản vẽ L300x90x11/16

-Theo quy phạm điều 4.4.3.2 Môđun chống uốn của tiết diện dầm dọc phía trên phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau :

W > f b

C

1224

'100

*100

(momen quán tính I0 = b.h3/12)STT Kích thước

Từ các số liệu trong bảng tính các số liệu :

Khoảng cách đến trục trung hòa 9,8

4,99

976.44

I

i

(cm3 )Vậy kết cấu chọn đủ bền

3.1.4 Đà ngang đáy đặc

Theo điều 4.3.1, đà ngang đặc dang tấm bố trí cách nhau không quá 3,5 m với quy cách:

- Chiều dày đà ngang khỏe ( điều 4.4.2)

o

'' 1

'

2+ 2.5 =

Trong đó :

B’ – khoảng cách giữa các đường đỉnh mã hông đo ở mặt tôn đáy trên ở đoạn giữa tàu B’= 2,8 m

SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2

B’’_ khoảng cách các đường đỉnh mã hông đo ở mặt tôn đáy trên của đà ngang đặc B”= 2,8 m

S_ khoảng cách giữa các đà ngang đặc S = 2,8 m

y = B”/2

do_ chiều cao tiết diện đà ngang đặc : 1 m

d1_ chiều cao lỗ khoét: 0 m

C2 = 0.024 ( tra bảng 2A/4.2 dưới )

=C.S h 2,5

t mm Chọn t = 12 mm trong đó:

Đáy đặcMạnBoong

h _ khoảng cách từ mặt tôn đáy trên đến boong thấp nhất : h = 10,4 mm

C = tính theo bảng 2A/4.4 dưới

1 Tôn bao mạn dưới boong tính toán.

Chiều dày tối thiểu của tôn mạn dưới boong tính toán không được nhỏ hơn giá trị sau:

δtm≥ 0,044L + 5,6 (mm)Tính cho tàu thiết kế ta có: δtm≥ 0,044x160,93+ 5,6 = 12,68 mm

Chọn δtm = 14 mm

2 Tôn bao mạn đoạn giữa tàu (trừ dải tôn mép mạn).

Có chiều dày không được nhỏ hơn giá trị tính ở công thức sau:

5,204,0 1,

3 Dải tôn mép mạn.

- Chiều dày dải tôn mép mạn kề boong tính toán đoạn giữa tàu không nhỏ hơn 0,75 lần chiều dày mép boong tính toán và trong mọi trường hợp không nhỏ hơn chiều dày tôn mạn kề nó

Chọn với tàu thiết kế là 8 mm

- Chiều rộng dải tôn mép mạn không được nhỏ hơn giá trị sau:

bmm≥ 0,004L + 0,39 (m)

Tính toán với tàu thiết kế ta được: bmm≥ 1,034 (m)

Chọn bmm = 1,950 (m)

3.2.2 Sườn thường

: sườn thường nằm trong vùng từ 0.15L =0.15*160.93=24.14 mm

Theo điều 5.3.3 giá trị moomen chống uốn của tiết diện sườn ngang khoang hàng trong vùng 0.15L= 24.14 m đến vách đuôi không được nhỏ hơn giá trị tính theo công thức

L’: Chiều dài tàu L= 160,93 (mm) =0,16093 m

C :Hệ số được lấy như sau :

C = 2,6 đối với sườn nằm trong phạm vi từ 0,15L kể từ mũi tàu đến vách đuôi

650 mm theo bài cho) và L là khoảng cách giữa 2 sườn khỏe Vậy b= 0,5.650 = 325 mm

Mođun chống uốn của các sườn nằm trong phạm vi từ 0,15L kể từ mũi tàu đến vách chống va

W ≥ 3,4x0,65x7,6.6,52 = 709,631(cm3)

Chọn quy cách sườn thường trong phạm vi từ 0,15L kể từ mũi tàu đến vách đuôi là:

L 300x90x11/16

Mép kèm: b=min(a/2; l/6)

Với tàu đã cho thì ta chọn b = 325 (mm), δ = 16mm

Và quy cách sườn thường trong phạm vi từ 0,15L kể từ mũi tàu đến vách chống va là L 300x90x11/16, mép kèm: b = 325 (mm), δ = 16mm

Momen quán tính của mặt cắt ngang đà ngang được tính theo bảng sau:

(momen quán tính I0 = b.h3/12)STT Kích thước

Từ các số liệu trong bảng tính các số liệu :

Khoảng cách đến trục trung hòa 9,8

4,99

976.44

984,15555Z

IW

max max

I

i

(cm3 )Vậy kết cấu chọn đủ bền

S - Khoảng cách sườn khỏe : S = 2.8 m

l - chiều cao tự do sườn khỏe : l = 6.5 m

h - tải trọng tác dụng lên sườn khỏe ở chiều chìm toàn tải d = 7.6 m

5,25,26

,

2 0

l : Chiều dài tự do của sườn khỏe l =9,6 m

d0 : Chiều cao tiết diện sườn khỏe nhưng nếu trên sườn khỏe có lỗ khoét để xà dọc mạn xuyên qua thì phải trừ chiều cao lỗ khoét khỏi chiều cao tiết diện bản thành => d0=1.6 m

C1 và C2 là hệ số có giá trị

Tính theo công thức cho bảng dưới

Sườn khỏe phía sau của 0,15L tính từ mũi

Kích thước của xà dọc mạn phải không nhỏ hơn các trị số tính theo các công thức sau:

Chiều cao tiết diện: 0,125 l(m) cộng ¼ chiều cao của lỗ khoét để sườn thường chui qua

Mô đun chống uốn của tiết diện : W= C1.S.h.l2

5,25,26

,

2 0

k

t

Với các thông số như ở trên 3.2.3

Nhưng hệ số C thay đổi

Sườn khỏe phía sau của 0,15L tính từ mũi

-Theo điều 15.3.1 :Chiều dày tôn boong phải lớn hơn trị số tính theo công thức:

a; phía ngoài vùng đường miệng khoét ở đoạn giữa tàu có xà dọc boong.

s : khoảng cách giữa các sườn s = 2L +450 = 771.86 mm

Do kết cấu của boong là kết cấu dọc nên chọn s =650mm , S = 600 (mm)

h : được tính toán như trên

Khoảng từ mũi tới 0.15L : h = 52,68 mm , S =0,6 (m),nên t = 8,9 mm Chọn t=12 mm

b; Phía ngoài vùng đường miệng khoét ở đoạn giữa tàu có xà ngang boong :

-Theo điều 8.3.3.1:Với giá trị tải trọng trên boong lớn nhất

h = C l,+50 = 29,773 KN/m2 thì môđun chống uốn của xà dọc boong phải bảo đảm : W ≥ 1.14 S.h.l2 (cm3)

Trong đó:

S : Là khoảng cách giữa các xà dọc boong ,S = 0.6(m)

h: Là tải trọng lớn nhất trên boong

l : Là khoảng cách nằm ngang giữa các sống ngang boong hoặc từ sống ngang boong đến vách ngang l = 2,8 (m)

Như vậy W ≥ 1.14 S.h.l2 = 159,66 (cm3)

-Với mô đun này ta có thể chọn thép dùng làm xà dọc boong là HP140×9

Kiểm tra độ bền ta thấy chọn thép như trên là hợp lý

3 Xà ngang boong

- Tàu tính toán là tàu hàng do đó boong là boong tính toán hay boong thời tiết,nên theo quy phạm phần 8.4.2 tỷ số chiều dài trên chiều cao tiết diện của xà ngang boong phải ≤ 30

+ Với chiều dài của xà ngang boong là 18(m) nên chiều cao của nó

h≥ 18÷30 = 600 (mm),chọn do = 700 (mm)

- Theo quy phạm điều10.1.3 :kết cấu của sống dọc boong phải đảm bảo:

+ Chiều rộng bản mép phải không nhỏ hơn 85.4√do.l

Trong đó : do:là chiều cao thiết diện bản thành,chọn d0 = 700(mm)

l :là chiều dài nhịp sống ,l = 2.1(m)

Do đó : b ≥ 103.05 ,chọn b = 160(mm)

- Theo điều 10.2.1.1 :Mô đun chống uốn của tiết diện sống dọc boong

W ≥ 1.29.l(l.b.h + k.w)

l: Là khoảng cách giữa các đường tâm cột đến vách,l = 2.1(m)

b: Là khoảng cách giữa các trung điểm của 2 nhip kề nhau của xà được đỡ bởi sống hoặc sườn,b = 2.1(m) , h = 86.2 mm ,k = 0

w:là tải trọng được đỡ bởi cột nội boong

Như vậy W ≥ 1029.81 (cm3)

Chọn thép T450x12/150x14 là thoả mãn điều kiện

3.4 Kết cấu vách tàu

3.4.1 Chiều dày tôn vách

Chiều dày tôn vách phải không nhỏ hơn trị số theo công thức sau và ở dải tôn vách dưới cùng phải tăng ít nhất 1mm so với chiều dày tính toán

5 , 2

.

2

,

3 S h+ (mm) (Điều 11.2.1 phần 2A/6259-2003) (2 - 24)

Trong đó S: Khoảng cách giữa các nẹp (m) S= 0.65 m

h: Khoảng cách thẳng đứng từ cạnh dưới của tấm tôn vách đến boong vách đo ở đường tâm tàu nhưng trong mọi trường hợp phải không nhỏ hơn 3,4 m.Với tàu thiết kế tính được:

δ≥ 3, 2 .S h+2,5 (mm)

(S = 650mm = 0,65 m , h = 7.1(m) )

Bảng tính chiều dày tôn vách

Vùng tôn Điều Công thức tính theo Chiều dày tối thiểu t (mm)

quy phạm Giá trị Chọn

SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2

Chiều dày tôn trên 11.2.1 8.06 10

Chiều dày tôn

3.4.2 Nẹp vách

Theo điều 11.2.3 của Quy phạm, giá trị mô đun chống uốn của tiết diện nẹp

vách không được nhỏ hơn giá trị tính theo công thức dưới đây:

C: hệ số cho ở bảng sau

Bảng Giá trị hê số C

Nẹp đứng Mút trên

Mút dưới

Liên kết hàn tựa hoặc

đỡ bởi sống nằm

Liên kếtKiểu A Kiểu

B

Mút nẹp không liên kếtLiên kết hàn tựa hoặc đỡ bởi

Mút kia

Liên kết hàn tựa, liên kết bằng

mã hoặc đỡ bởi sống đứng Mút nẹp không lên kết

5.22

3 S h+

15.22