Phân tích và lựa chọn thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép theo yêu cầu của Quy phạm Việt Nam, chương 6 pdf

Một số quy định sử dụng Chương 6: thép theo Đăng Kiểm - Thép dùng cho kết cấu thân tàu phải cấp thép quy định Đăng kiểm phần vật liệu đóng tàu ( phần 7A) - Ở đoạn 0,4 L tàu, dải tôn đơn mép mạn kề với boong tính tốn, dải tơn mép boong tính tốn, dải tơn hơng, dải tôn boong kề với vách dọc cấu làm thép cấp KE, KE32 KE36 phải có chiều rộng khơng nhỏ trị số tính theo cơng thức sau đây, lớn 1800 (mm) Đối với mép mạn lượn, chiều rộng dải tôn mép mạn phải thỏa mãn yêu cầu Đăng kiểm: B = L1 + 800 (mm) (2.3) Trong đó: L1- Chiều dài tàu quy định 0,97 chiều dài tàu đo đường nước chở hàng thiết kế, lấy giá trị nhỏ (m) - Việc sử dụng thép có chiều dày lớn 50 (mm) theo quy định Đăng kiểm - Đối với tàu thiết kế để hoạt động lâu dài vùng có nhiệt độ thấp tàu thiết kế để chở hàng đông lạnh, xét thấy cần thiết Đăng kiểm yêu cầu sử dụng mác thép có độ bền cao 2.3.2 Kích thước, quy cách bố trí kết cấu 2.3.2.1 Kích thước cấu - Kích thước cấu đoạn giữa, đoạn mũi đoạn tàu kích thước áp dụng cho cấu đoạn thân tàu quy định tương ứng - Nếu khơng có quy định khác, mơ đun chống uốn theo yêu cầu Quy phạm tiết diện cấu thân tàu bao gồm mép kèm Mép kèm lấy rộng 0,1l bên cấu không lớn nửa khoảng cách cấu, l chiều dài nhịp cấu lấy theo quy định có liên quan - Việc giảm kích thước cấu thân tàu từ tàu mũi đuôi phải cố gắng thực - Nếu dùng thép dẹt, thép góc bẻ mép để làm xà, sườn, nẹp có mơ đun chống uốn theo quy định chúng phải có chiều cao chiều dày phù hợp với mô đun chống uốn theo yêu cầu Quy phạm - Đối với cấu sống, đà ngang có diện tích tiết diện mép xác định, chiều rộng mép phải không nhỏ trị số tính theo cơng thức sau: 100A/t (2.4) Trong đó: + 1.5t ( mm ) A: Diện tích tiết diện mép theo yêu cầu (cm2) t: Chiều dày thành (mm) 2.3.2.2 Liên kết mút nẹp, sống sườn - Nếu mút sống liên kết với vách, đáy mối liên kết mút sống phải cân cấu đỡ hữu hiệu mặt bên vách, đáy - Nếu khơng có quy định khác, chiều dài cạnh đứng mã liên kết với sườn nẹp vách két sâu phải không nhỏ 1/8 l theo quy định có liên quan 2.3.2.3 Mã - Kích thước mã phải xác định tùy thuộc chiều dài cạnh liên kết - Chiều dày mã phải tăng thích đáng chiều cao tiết diện hiệu dụng mã nhỏ 2/3 chiều cao tiết diện mã theo yêu cầu - Nếu mã có lỗ khoét giảm trọng lượng khoảng cách từ mép lỗ khoét đến cạnh tự mã phải không nhỏ đường kính lỗ khoét - Nếu chiều dài cạnh liên kết dài mã lớn 800 (mm) cạnh tự mã phải gia cường mép bẻ hình thức khác trừ mã mã chống vặn cấu tương tự 2.3.2.4 Chi tiết kết cấu - Phải cố gắng tránh gián đoạn thay đổi đột ngột tiết diện cấu - Góc tất lỗ khoét phải lượn - Khi cấu cứng, chẳng hạn mã, có diện tích tiết diện nhỏ hàn với tơn tương đối mỏng hai đầu cấu phải hàn trực tiếp lên cấu cứng 2.4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC CƠNG THỨC TÍNH TỐN KÍCH THỨỚC KẾT CẤU TÀU VỎ THÉP THEO QUY PHẠM 2.4.1 Giới thiệu Quy phạm Việt Nam Đăng kiểm có tên gọi sát nghĩa quan phân cấp tàu Nhìn chung, nhiệm vụ quan phân cấp tàu giám sát kỹ thuật phân cấp phù hợp với yêu cầu quy định luật Đăng kiểm Việt Nam quan giám sát phân cấp tàu, thực công tác giám sát kỹ thuât, phân cấp, định mạn khơ, đo dung tích tàu, giám sát việc thực yêu cầu Công ước quốc tế có liên quan mà Việt Nam tham gia Đối tượng kiểm tra, giám sát quan phân cấp loại tàu nói chung, máy móc, trang thiết bị dùng tàu, cơng trình biển tất trang thiết bị Các quan tiến hành hàng loạt công tác nghiên cứu khoa học liên quan đến thiết kế, chế tạo, bảo dưỡng, tu tàu trang thiết bị đồng thời đưa Quy phạm liên quan đến độ bền, an toàn tàu trang thiết bị Quy phạm tàu thép đăng kiểm Việt Nam mang tên: Quy phạm phân cấp đóng tàu biển vỏ thép "Quy phạm Phân cấp Đóng tàu biển vỏ thép - 2003" biên soạn sở tham khảo "Quy phạm Kiểm tra Đóng tàu" Đăng kiểm Nhật Bản (NK), sử dụng số tiêu chuẩn có bổ sung sửa đổi hệ thống Quy phạm tàu biển ban hành (từ TCVN : 4002-85 đến TCVN 4021-85) TCVN 2172 QĐ/KHKT1993, cập nhật quy định Công ước quốc tế hành Tổ chức hàng hải quốc tế (IMO) Tiêu chuẩn Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (ISO) Đồng thời Quy phạm đề cập đến kinh nghiệm đóng khai thác tàu biển, tiến khoa học kỹ thuật công nghệ Việt Nam giới thời gian qua kể từ xuất Quy phạm lần trước 2.4.2 Cơ sở lý thuyết cơng thức tính kích thước kết cấu Quy phạm Kết cấu thân tàu tình trạng chịu lực phức tạp bao gồm yếu tố như: + Lực cắt (shearing force) + Mômen xoắn (twisting moment) + Lực dọc trục (axial force) + Mơmen uốn (bending moment) Hình 2.3: Tình hình chịu lực mặt cắt ngang thân tàu sóng Vì vậy, cơng thức tính kết cấu thân tàu Quy phạm xây dựng phải đáp ứng yêu cầu độ bền độ ổn định Yêu cầu chung đảm bảo độ bền kết cấu thân tàu, hoàn cảnh làm việc ứng suất xuất kết cấu thân tàu không vượt giá trị cho phép Giá trị cho phép ứng suất gắn liền với tàu cụ thể điều kiện làm việc cụ thể Theo cách đặt vấn đề này, ứng suất tơn đáy tơn vỏ, trường hợp uốn tính công thức:   M    W (2.5) Trong đó: M: mơmen uốn mặt cắt ngang tính tốn W: giá trị mơđun chống uốn tính mặt cắt ngang thân tàu xét []: giá trị ứng suất cho phép hay ứng suất giới hạn kết cấu xét Chúng ta nêu yêu cầu dạng liên quan đến ứng suất giới hạn gh: W M M     gh (2.6) Công thức cở sở để Quy phạm nước xây dựng cơng thức tính kết cấu cho riêng 2.4.2.1 Cơng thức tính chiều dày tôn bao Tôn bao phận kết cấu quan trọng đảm bảo độ bền chung tàu cách đặt vấn đề hầu hết Quy phạm lập cơng thức tính chiều dày tơn vỏ dựa sở đảm bảo phải có đủ độ bền trường hợp, kể sau ổn định Vấn đề giải dựa vào lý thuyết khái niệm chiều rộng dải tôn kèm, mép kèm tài liệu “ lý thuyết đàn hồi lý thuyết vỏ ” khái niệm hiểu cụ thể chiều rộng hữu hiệu be (effective width) xác định theo công thức sau: b   x d y  0  be     e (2.7) Trong đó: b: Chiều rộng x: Giá trị ứng suất tác dụng ứng với chiều rộng b e: Giá trị ứng suất tác dụng ứng với chiều rộng be A  x  M x be/2 b M be/2 A a Trước ổn định Sau ổn định a a Hình 2.4: Xác định chiều rộng hữu hiệu be Định nghĩa chiều rộng dải tôn kèm hay mép kèm be theo công thức (2.7) theo nghĩa effective width tương đương với định nghĩa chiều rộng hữu hiệu (effective breadth) tham gia vào kết cấu có dạng chữ T chữ  trình bày (hình 2.4) Để xác định chiều rộng dải tơn sử dụng cơng thức tính gần sử dụng đồ thị nhà nghiên cứu ổn định lập từ năm đầu kỷ XX đến Một đồ thị thể (hình 2.4), chiều rộng hữu hiệu be hệ toạ độ tương đối xác định dạng hàm chiều rộng tương đối  sau:  b 0 t E (2.8) Trong đó: b: Chiều rộng t: Chiều dày E: Giá trị môđun đàn hồi vật liệu Công thức thiết lập sau: Xét đơn, theo định nghĩa chịu ứng suất nén dọc trục, ví dụ trục Ox Nếu có tỷ lệ a/b > giá trị ứng suất giới hạn gh tính cơng thức:  gh  2E  t  4   121     b  (2.9) Do thép có hệ số Poison  = const, nên xem ứng suất giới hạn gh tỷ lệ với t E  b :  gh t   E  b (2.10) Nếu chiều rộng b = be xác định sở lựa chọn chiều dày t cho giá trị ứng suất giới hạn gh đạt đến giá trị ứng suất chảy y vật liệu, ký hiệu 0 từ cơng thức (2.3) ta có: be  t E E t 0     (2.11) Chú thích: Ký hiệu  sử dụng công thức mang nghĩa tỷ lệ với Khi đó, chiều rộng tương đối  đồ thị xác định chiều rộng dải tơn kèm hay cịn gọi hệ số mềm tính theo cơng thức:  b b 0  be t E (2.12) Với đơn dùng làm tàu vỏ thép, tính chiều rộng mép kèm be theo công thức: be  1.9t E 0 (2.13) Trong đó: 0 (hoặc  ứng suất chảy vật liệu) Với loại thép đóng tàu thơng dụng nay, giá trị mơđun đàn hồi E = 2,1.105 (MPa), hệ số Poison  = 0.3 chiều rộng tính theo cơng thức (2.11) có giá trị 55t (t: chiều dày tấm) Kết thí nghiệm nhiều năm cho thấy, chiều rộng mép kèm nằm phạm vi 50t Chiều rộng tối thiểu mép kèm tính từ lý thuyết xác định theo công thức: bem     b (2.14) Trong đó: bem: Chiều rộng mép kèm tối thiểu b: Chiều rộng cạnh nhỏ Từ công thức dạng này, D.Faulkner đề xuất công thức tính ứng suất giới hạn sau:  gh  bem 2   y     y    b   (2.15) Trường hợp có xét đến thành phần ứng suất dư xuất kết cấu gia công cần phải đưa thêm vào khái niệm hệ số ứng suất dư Rd xác định theo công thức: Rd    d Ets  yE Ets    E  (2.16) (1<  < 2.5) (2.17) Trong đó: d: giá trị ứng suất dư tính cho trường hợp cụ thể: d = kết cấu khơng qua q trình hàn d  0.1y kết cấu hàn điện d  0.33y kết cấu hàn lớp bảo vệ Ets: giá trị môđun vật liệu tham gia kết cấu xác định sau: Nếu  > 2.5 Ets  E Nếu  < Ets  Áp dụng cách làm vào kết cấu theo hệ thơng ngang, viết biểu thức xác định ứng suất giới hạn (0)gh sau:  gh   a2    1.9t 1   E y  K  b      (2.18) Trong đó: a, b: Kích thước hệ thống ngang K: Hệ số tính đến ảnh hưởng ứng suất dư Trong Quy phạm cơng thức thấy qua cơng thức tính tổng giá trị ứng suất danh nghĩa uốn dầm đáy tàu t sau: t = 0.4(L + 170) (MPa) (2.19) Nếu lấy hệ số ứng suất dư Rd = 0.55 để đảm bảo giá trị ứng suất suất kết cấu không vượt giá trị giới hạn tính tốn, chiều dày phải không nhỏ giá trị sau: t = 0.054b(L + 170) (mm) (2.20) Để lập cơng thức tính chiều dày tôn bao tàu ta dựa công thức tính ứng suất Đối với hệ thống ngang, giá trị ứng suất uốn x điểm tính theo cơng thức: S  x  0.5 p  t (2.21) Trong đó: d: Chiều chìm tàu S: Khoảng cách sườn t: Chiều dày p: Áp lực nước phụ thuộc vào chiều chìm d tính theo cơng thức: p = 0.01d (N/mm2) (2.22) Từ tiêu chuẩn bền ghi công thức (2.18) ta thấy mối quan hệ chặt chẽ chiều dày t với chiều chìm d khoảng cách sườn tàu S Từ công thức (2.18) ta suy cơng thức tính chiều dày tơn bao sau: tS 0.005d x (2.23) Chúng ta lấy tiêu chuẩn trước 1990 tổ chức Đăng kiểm để minh họa cách làm Từ tiêu chuẩn bền trình bày tài liệu độ bền tàu loại thép đóng tàu thơng thường lấy  = 0.63y = 84.6 (MPa), thay giá trị vừa tính vào cơng thức (2.23) cơng thức tính chiều dày tôn bao viết lại sau: t  7.68S d ... tàu sóng Vì vậy, cơng thức tính kết cấu thân tàu Quy phạm xây dựng phải đáp ứng yêu cầu độ bền độ ổn định Yêu cầu chung đảm bảo độ bền kết cấu thân tàu, hoàn cảnh làm việc ứng suất xuất kết cấu. .. quan đến thiết kế, chế tạo, bảo dưỡng, tu tàu trang thiết bị đồng thời đưa Quy phạm liên quan đến độ bền, an toàn tàu trang thiết bị Quy phạm tàu thép đăng kiểm Việt Nam mang tên: Quy phạm phân cấp... TÀU VỎ THÉP THEO QUY PHẠM 2.4.1 Giới thiệu Quy phạm Việt Nam Đăng kiểm có tên gọi sát nghĩa quan phân cấp tàu Nhìn chung, nhiệm vụ quan phân cấp tàu giám sát kỹ thuật phân cấp phù hợp với yêu cầu