Chương 5 : Phân tích độ bền kết cấu khung dàn Thân tàu là một tổ hợp kết cấu phức tạp, nó bao gồm hệ thống khung xương bên trong liên kết hàn chắc chắn với lớp tôn vỏ bao bên ngoài. Khung xương bên trong bao gồm nhiều hệ thống khung dàn khác nhau như: khung dàn đáy, khung dàn mạn, khung dàn boong… Vì vậy kết cấu thân tàu được xem như là tập hợp các khung dàn liên kết với nhau. Do đó phân tích kết cấu khung dàn có vai trò quan tr ọng trong phân tích độ bền cục bộ thân tàu. Quá trình phân tích độ bền cục bộ các khung dàn tàu thường được thực hiện theo trình tự sau: - Xác định tải trọng tác dụng nên khung dàn. - Xây d ựng mô hình tính và xác định điều kiện liên kết. - Xác định ứng xuất và biến dạng trong kết cấu. - Kiểm tra và đánh giá độ bền theo tiêu chuẩn thích hợp. Trong quá trình tính ta thường xem khung dàn tàu là khung dàn ph ẳng. Khung dàn phẳng là kết cấu hình thành từ hai hệ dầm liên kết với nhau tại các điểm nút và các kết cấu đáy, boong, mạn và vách ngăn của t àu sẽ được mô hình hóa về dạng kết cấu khung dàn. Trong kết cấu tàu thì khung dàn tàu thủy thực chất là kết cấu tấm hoặc kết hợp bằng tấm với các dầm gia cường được bố trí vuông góc với nhau theo chiều dọc và chiều ngang của tàu chịu tác dụng của lực tập trung hay lực phân bố theo hướng thẳng góc với m ặt phẳng chứa hệ dầm. Tùy theo đặc điểm của hệ thống kết cấu thân t àu mà kết cấu khung dàn tàu thủy cũng được phân biệt thành hệ thống dọc hay hệ thống ngang tương tự như cách phân biệt các hệ thống kết cấu thân tàu. Khi đó, hướng bố trí nhiều dầm hơn được gọi là hướng chính và các dầm bố trí theo hướng này gọi là dầm hướng chính, còn các d ầm vuông góc với dầm hướng chính là dầm chéo. Các dầm gia cường của khung d àn có thể là dầm đơn nhịp, tức là dầm bị cắt rời tại các nút liên kết hay dầm liên tục là các dầm được kéo dài liên t ục qua các điểm nút liên kết với các dầm hướng khác. Ngoài ra, ta cần phải lưu ý đến độ cứng của mỗi hệ dầm vì nó có vai trò quan tr ọng trong việc mô hình hóa khung dàn. Nếu độ cứng của hệ dầm này thấp hơn nhiều so với độ cứng của hệ dầm kia thì việc tính khung dàn theo hệ thống dầm trực giao không có ý nghĩa gì nữa vì thực tế hệ dầm yếu dựa hoàn toàn vào hệ dầm cứng hơn. Khi đó, mô h ình kết cấu khung dàn chuyển về mô hình tính cho các d ầm yếu nằm riêng rẽ và tựa lên các gối cứng là các dầm có độ cứng lớn hơn, với cách tính giống như đối với khung d àn t ĩnh định. Để đưa được kết cấu khung dàn về hệ thống dầm trực giao thì kết cấu khung dàn tàu phải thỏa mãn bất đẳng thức sau: 3 3 0.2 5 A L i a l I (2.9) + Nếu 3 3 0.2 A L i a l I thì dầm chéo trở thành gối cho dầm hướng chính. + Nếu 5 3 3 I i l L a A thì dầm hướng chính trở thành gối cho dầm chéo. Đối với các khung d àn, áp lực phân bố q tác dụng lên trên bề mặt của diện tích phân bố tấm được tính theo công thức: q = p.a.b (2.10) Trong đó: p = áp lực tác dụng lên khung dàn; a = kho ảng cách giữa các dầm hướng chính; b = khoảng cách giữa các dầm chéo. - Áp lực nước tác động trực tiếp lên tấm vỏ, áp lực đó được truyền cho các gia cường dọc và gia cường ngang. Sự phân bổ lực cho hai hệ thống dầm được tiến hành theo quy tắc sau: + Với trường hợp các dầm ngang và dầm dọc liên kết với nhau tạo thành các tấm vuông thì mỗi thành phần của gia cường sẽ phải tiếp nhận áp lực trên 1/4 diện tích hình vuông. + V ới trường hợp các dầm ngang và dầm dọc liên kết với nhau tạo thành các tấm hình chữ nhật, trong đó cạnh b > a thì thanh gia cường chiều ngắn (cạnh a) tiếp nhận áp lực trên diện tích a x a 4 , thanh đối diện cũng chịu từng đó tải trọng. Phần tải trọng còn lại chia đều cho hai gia cường nằm song song còn lại (cạnh b), diện tích chịu tải của thanh gia cường theo chiều dài hơn là 2 2 a a b . Hình 2.4: Cách phân bổ tải trọng tác dụng lên khung dàn. Từ kết quả trên nhận thấy, áp lực phân bố trên các đoạn dầm hướng chính v à các dầm chéo sẽ là các cạnh của hình chữ nhật có giá trị đúng bằng phần diện tích gạch chéo và không gạch chéo trên hình 2.4. Khung dàn đáy gồm hệ thống dầm trực giao bên trong liên k ết với lớp tôn đáy trong và tôn đáy ngoài để tạo thành một khung dàn vững chắc. Nó trở thành vành đế cho khung dàn mạn và các vách ngăn ngang, ngăn dọc. Khung dàn mạn thì hệ dầm trực giao hình thành từ mối liên k ết giữa sườn thường và sườn khỏe với hệ thống các dầm dọc mạn, chúng liên kết với lớp tôn vỏ bên ngoài tạo thành một hệ thống kết a b a a 45° 45° cấu vững chắc. Khung dàn boong thì hệ dầm trực giao hình thành từ mối liên k ết giữa xà ngang boong khỏe và xà ngang boong thường với các sống dọc boong, chúng liên kết chặt chẽ với lớp tôn boong hình thành nên m ột hệ thống kết cấu vững chắc. Vị trí giao nhau giữa các kết cấu ngang với các kết cấu dọc trong hệ dầm trực giao hình thành nên các nút liên kết, do đó khi tính toán ta sẽ phải thiết lập điều kiện biên cho các nút kết cấu này. Vi ệc xác định các điều kiện biên cho các nút kết cấu sẽ như sau: - Tại nút liên kết là vị trí giao giữa các kết cấu dọc với vách ngang, ta áp đặt điều kiện li ên kết cứng. - Tại vị trí là nơi giao nhau của các khung dàn thì dựa vào độ cứng tương đối của các kết cấu với nhau, tính chất chịu tải tại mép ngoài khung dàn và xét đến ảnh hưởng của m ã liên kết tại vị trí giao nhau đó ta có thể xác định điều kiện li ên kết như sau: + Đối với khung dàn đáy th ì ta đặt điều kiện liên kết ngàm tại vị trí giao giữa khung dàn đáy với khung dàn mạn và vị trí giao giữa sống chính với đà ngang đáy. + Đối với khung d àn mạn thì vị trí giao giữa sườn và đà ngang đáy, vị trí giao giữa sườn với xà ngang boong ta đặt điều kiện liên kết ngàm. + Đối với khung dàn boong thì vị trí giao giữa xà ngang boong v ới sườn, vị trí giao giữa xà ngang boong với xà dọc boong ta cũng đặt điều kiện liên kết ngàm. - Các nút liên k ết còn lại của khung dàn ta coi như đó là các nút tự do. . nhau. Do đó phân tích kết cấu khung dàn có vai trò quan tr ọng trong phân tích độ bền cục bộ thân tàu. Quá trình phân tích độ bền cục bộ các khung dàn tàu thường được thực hiện theo trình tự. Chương 5 : Phân tích độ bền kết cấu khung dàn Thân tàu là một tổ hợp kết cấu phức tạp, nó bao gồm hệ thống khung xương bên trong liên kết hàn chắc chắn với lớp tôn. và vách ngăn của t àu sẽ được mô hình hóa về dạng kết cấu khung dàn. Trong kết cấu tàu thì khung dàn tàu thủy thực chất là kết cấu tấm hoặc kết hợp bằng tấm với các dầm gia cường được bố trí