Phân tích và lựa chọn thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép theo yêu cầu của Quy phạm Việt Nam, chương 4 pot

Chương 4: Hệ thống các kết cấu ngang Hệ thống các kết cấu ngang nhằm đảm bảo độ bền ngang cho kết cấu thân tàu, bao gồm: - Sườn ngang: Các khung dầm đặt trong mặt phẳng ngang và bố trí dọc theo mạn tàu. - Sườn khỏe: Các dầm tăng cường đặt trong buồng máy hoặc khoang hàng. - Đà ngang đáy: Các dầm đặt ngang đáy làm đế tựa cho tôn đáy và s ống dọc đáy. - Xà ngang boong: Các dầm ngang đặt dưới mặt boong để đỡ tôn boong. - Xà ngang c ụt: Các xà ngang đặt ở vùng lỗ khoét trên boong, chạy từ mạn tới lỗ khoét. - Xà ngang khỏe: Xà ngang boong kích thước lớn cùng sườn khỏe để tạo thành khung sườn khỏe. 2.2.3. Các hệ thống kết cấu thân tàu 2.2.3.1. Đặc điểm kết cấu khung dàn Có thể hình dung kết cấu thân tàu được hình thành từ các khung giàn liên kết nhau: Khung giàn đáy, khung giàn mạn và khung giàn boong. Hình 2.2: B ố trí các hệ khung dàn trong thân tàu 1. Khung dàn đáy 2. Khung dàn mạn 3. Khung dàn boong - K ết cấu thân tàu gồm nhiều khung giàn liên kết với nhau - Kết cấu khung giàn gồm các dầm dọc và dầm ngang liên kết chặt với nhau và có tấm lợp bên trên, xung quanh có phần đế và mỗi khung giàn là đế tựa cho khung gi àn khác. 2.2.3.2. Phân loại hệ thống kết cấu thân tàu - Hệ thống kết cấu ngang: Các kết cấu bố trí theo chiều dài tàu dày hơn theo chiều ngang, chịu sức bền ngang tốt, dùng trên tàu cỡ vừa và nhỏ, bộ phận mũi, lái … - Hệ thống kết cấu dọc: Các kết cấu bố trí theo chiều dài tàu thưa hơn theo chiều ngang, chịu sức bền dọc tốt, d ùng trên tàu cỡ lớn, tàu có tỷ số L/B lớn. - Hệ thống kết cấu hỗn hợp: Kết hợp cả hai hệ thống kết cấu ngang và dọc, tận dụng ưu điểm của hai hệ thống kết cấu, dùng cho tàu d ầu, tàu chở hàng cỡ trung và lớn. - Hệ thống kết cấu liên hợp: Khoảng cách kết cấu bố trí theo chiều dài và chiều ngang bằng nhau, giải quyết vấn đề gia cường cục bộ vùng chịu tải cục bộ, tải trọng va đập. 2.2.4. Nguyên tắc lựa chọn hệ thống kết cấu - Lựa chọn hệ thống kết cấu tàu phù hợp rất quan trọng vì hình th ức kết cấu thân tàu ảnh hưởng lớn đến hiệu quả kinh tế kỹ thuật của con tàu sau này. - Trước khi thiết kế, cần phân tích lựa chọn hệ thống kết cấu phù h ợp trên cơ sở đảm bảo yêu cầu về an toàn, thuận lợi trong sử dụng, thi công và trọng lượng nhỏ nhất. - Các hệ thống kết cấu có những ưu, nhược điểm riêng cụ thể như sau : 2.2.4.1. Độ bền kết cấu thân tàu - Trong hệ thống dọc, số lượng các kết cấu dọc liên tục nhiều nên làm tăng giá trị mômen quán tính và mômen chống uốn tại mặt cắt ngang dầm tương đương thân tàu. Do đó làm tăng khả năng chống uốn dọc tàu có lợi cho việc đảm bảo độ bền dọc tàu. - Trong h ệ thống ngang, số lượng các kết cấu dọc ít nên khả năng chống uốn dọc kém hơn hệ thống dọc nhưng vì số lượng kết cấu bố trí theo chiều ngang nhiều nên làm tăng độ bền ngang và có lợi cho khả năng chống ép ngang mạn tàu. 2.2.4.2. Tính ổn định của tấm Trong hệ thống dọc, tính ổn định tấm tốt hơn và độ dầy tấm nhỏ hơn so với hệ thống ngang vì giá trị ứng suất Ơle xuất hiện trong các tấm của hệ thống dọc lớn hơn nhiều lần (khoảng 4 lần). 2.2.4.3. Khối lượng tàu Đối với tàu lớn, hệ thống dọc giảm đáng kể khối lượng thân tàu so với hệ thống ngang, tàu cỡ trung thì khối lượng thân tàu thu ộc hai hệ thống kết cấu không chênh lệch nhiều, tàu cỡ nhỏ thì kh ối lượng thân tàu trong hệ thống dọc lại lớn hơn so với hệ thống ngang. 2.2.4.4. Khả năng thi công - Hệ thống ngang thuận lợi hơn vì trong hệ thống dọc, số lượng kết cấu dọc lớn nên số lượng kết cấu gia cường, nối các kết cấu dọc không liên tục nhiều, số lỗ khoét trên kết cấu ngang để các kết cấu dọc đi qua lớn nên khối lượng lắp ráp và hàn lớn, nhất là đối với tàu lắp ráp theo phương pháp phân đoạn thì phức tạp và khó khăn. 2.2.4.5. Tính năng sử dụng Hệ thống ngang có lợi hơn vì trong hệ thống dọc thường bố trí ở khu vực boong và mạn các xà khỏe và sườn khỏe có thành cao nên làm gi ảm dung tích và tăng khối lượng công việc vệ sinh hầm hàng, nhất là đối với các tàu dầu 2.2.5. Phân tích các hệ thống kết cấu 2.2.5.1. Hệ thống kết cấu ngang  Ưu điểm - Khả năng chịu được tác dụng của các lực theo phương ngang. - Công nghệ chế tạo đơn giản vì số lượng kết cấu dọc ít nên có thể tách thành nhiều phân đoạn thuận tiện cho việc thi công, đồng thời có thể đặt các vách nằm xa nhau nên thuận lợi khi bố trí khoang hàng.  Nhược điểm - Kết cấu thân tàu chịu uốn dọc và chịu xoắn kém vì số lượng các kết cấu dọc tham gia đảm bảo sức bền chung ít. - Có nhiều tiết diện ngang nên khi thi công dễ gây biến dạng, ảnh hưởng độ bền vỏ. Hệ thống ngang thường chỉ áp dụng trên tàu nhỏ và vừa để tận dụng ưu điểm của nó vì mômen uốn chung đối với tàu này không quá l ớn nên ứng suất nén trong các tấm boong hoặc tấm đáy không lớn, do đó ổn định tấm (phụ thuộc giá trị ứng suất) và cách b ố trí tấm thường không gây ra sự lo lắng quá mức. 2.2.5.2. Hệ thống kết cấu dọc - Do nhà đóng tàu người Anh Scott Russel đề nghị và áp dụng cho tàu Great Eastern từ năm 1852, mãi đến năm 1910 Đăng kiểm Lloyd (Anh) vẫn còn ghi chữ Exp. - Áp dụng đầu tiên trên tàu quân sự, sau đó chuyển sang tàu dân s ự, kể từ khi xuất hiện các loại tàu đi biển có chiều dài lớn.  Ưu điểm - Khả năng chống uốn dọc lớn nên giảm được chiều dày tôn bao, gi ảm trọng lượng tàu, thuận tiện khi áp dụng công nghệ hàn tự động tr ên một phạm vi rộng. - Cho phép làm giảm đến 15% vật liệu vỏ trong khi vẫn đảm bảo độ bền dọc tàu vì các kết cấu chính của hệ thống dọc đều tham gia chống uốn dọc nên mặc dù việc áp dụng hệ thống dọc sẽ tốn lượng vật tư đáng kể để làm kết cấu gia cường nhưng cuối cùng thì lượng vật tư đưa vào thân tàu có chiều dài đủ lớn vẫn ít hơn. - Tính ổn định của tấm tốt hơn và độ dầy tấm nhỏ hơn vì giá trị ứng suất Ơle xuất hiện trong các tấm hệ thống dọc lớn hơn nhiều.  Nhược điểm - Lắp ráp các phân đoạn rất phức tạp và khó bố trí hoặc kéo dài các khoang. - Các nhược điểm trên đối với tàu cỡ lớn là không đáng kể nên hệ thống kết cấu dọc thường được sử dụng trên các tàu cỡ lớn hoặc các tàu có tỷ số L/B lớn. . đập. 2.2 .4. Nguyên tắc lựa chọn hệ thống kết cấu - Lựa chọn hệ thống kết cấu tàu phù hợp rất quan trọng vì hình th ức kết cấu thân tàu ảnh hưởng lớn đến hiệu quả kinh tế kỹ thuật của con tàu sau này. - Trước. d ùng trên tàu cỡ lớn, tàu có tỷ số L/B lớn. - Hệ thống kết cấu hỗn hợp: Kết hợp cả hai hệ thống kết cấu ngang và dọc, tận dụng ưu điểm của hai hệ thống kết cấu, dùng cho tàu d ầu, tàu chở hàng. số lượng kết cấu dọc lớn nên số lượng kết cấu gia cường, nối các kết cấu dọc không liên tục nhiều, số lỗ khoét trên kết cấu ngang để các kết cấu dọc đi qua lớn nên khối lượng lắp ráp và hàn