Nha Trang ,10/2010 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 tr
Trang 1KHOA 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
Trang 2TRƯỜNG 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
Trang 3Nha Trang ,10/2010
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
SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2
Trang 4Mục lục
LỜI NÓI ĐẦU 3
PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG 4
PHẦN II: THIẾT KẾ KẾT CẤU THEO QUY PHẠM 5
1 Phần mũi tàu: 6
1.1 Sống mũi tấm. 6
1.2 Khoảng cách sườn: 6
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
Chiều rộng thiết kế BTK = 25.00 m
Chiều cao mạn tàu D = 12.00 m
Chiều chìm d = 7.6 m
Tải trọng DWT = 20000 T
Máy chính 8320Zcd-8 china
Công suất 2x 3000 HB
Vòng quay 525 v/ph
Trang 5Các hệ số béo : Cb = 0,75 ;Cw = 0,85 ;Cm =0,99
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
Mà theo đề khoảng sườn : 650 mm (hợp lý)
Khoảng cách sườn mà cho nhỏ hơn khoảng cách sườn được tính theo quy phạmcho 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 ngănnước với chiều dài các khoang như sau:
SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2
Trang 6Khoang 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 2 (7) gồm 29 sườn ( từ sườn 156 đến sườn 185) l7 =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 nướclớn 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
Trang 72 Phần đuôi:
2.1 Khoảng sườn :
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
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 kíchthước được xác định theo các công thức sau:
W=2,20.L+88=442.046 (mm)
t = 0,18.L+15=43.9674 (mm)
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 hơntrị 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
2
2
1 0 1
B
y l
d d
C
H
x SBd
t
Trang 8mm
Trong đó :
S ; là khoảng cách giữa các tâm của 2 vùng kế cận với song chính hoặc từ các sống phụ đang xét đến các sống phụ kề cận hoặc đến đường đỉnh của mã hông (m)
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
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)
Bảng 2A/4.1 tính hệ số C,
1
Trang 93.1.2; sống phụ đáy
Với sống phụ thì hệ số C,
1 = 4,4 Khi đó thì chiều dài của sống phụ là :
t = C1’do +2.5 = 9,54 (mm)
ta chọn t = 16 (mm)
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 >2410015.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)
Trang 10Kiểm tra độ bền của dầm:
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
I0 (cm)Bản cánh
Trang 11Khoảng cách đến trục trung hòa 10 , 46
9 , 92
7 971
75 , 14743 Z
I W
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 phíatrên phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau :
W > f b
C
1224
'100
*100
Trang 12Momen 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
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)
Trang 13'' 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
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 )
lH
B
0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2
Đáy đặcMạnBoong
Trang 14S _ khoảng cách giữa các dầm dọc đáy : S = 700 mm
h _ khoảng cách từ mặt tôn đáy trên đến boong thấp nhất : h = 10,4 mm
C = tính theo bảng 2A/4.4 dưới
- Chiều dày tôn ( hệ thống dọc ):
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:
tm 0,044L + 5,6 (mm)Tính cho tàu thiết kế ta có: tm 0,044x160,93+ 5,6 = 12,68 mm
Chọn tm = 14 mm
Trang 152 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 , 2 04 , 0 1 ,
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 hàngtrong vùng 0.15L= 24.14 m đến vách đuôi không được nhỏ hơn giá trị tính theo côngthức
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
Trang 16(chọn a = 650 mm theo bài cho) và L là khoảng cách giữa 2 sườn khỏe Vậy b= 0,5.650
Với tàu đã cho thì ta chọn b = 325 (mm), = 16mm
Và quy cách sườn thường trong phạm vi từ 0,15L kể từ mũi tàu đến vách chống va là L300x90x11/16, mép kèm: b = 325 (mm), = 16mm
1
2
Zi : Trọng tâm hình i
Trang 17Momen 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
I i
(cm3 )Vậy kết cấu chọn đủ bền
3.2.3 sườn khỏe
Theo điều 5.4.2/1 mô đun chống uốn của tiết diện sườn khỏe phải không nhỏ hơn trị
số tính theo công thức sau đây:
W = C1.S.h.l2 = 7945.6 (cm3)
SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2
Trang 18Trong đó:
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
,
2 0
S : Khoảng cách giữa các sườn khỏe S = 2.8 m
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 dọcmạn 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
Trang 19Chiều 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
,
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
3.3.1.Chiều dày tôn boong :
-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
-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
SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2
Trang 20đảm : 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 sốngngang boong đến vách ngang l = 2,8 (m)
+ Với chiều dài của xà ngang boong là 18(m) nên chiều cao của nó
- 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 đỡbởi 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 váchdưới cùng phải tăng ít nhất 1mm so với chiều dày tính toán
Trang 215 , 2
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 đếnboong vách đo ở đường tâm tàu nhưng trong mọi trường hợp phải không nhỏ hơn3,4 m
Với tàu thiết kế tính được:
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:
SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2
5 2 2
.
1 5 2 2
.
Trang 22C: hệ số cho ở bảng sau.
Bảng Giá trị hê số C
Nẹp đứng Mút trên
Mút dưới
Liên kết hàn tựahoặc đỡ bởi sốngnằm
không liênkết
BLiên kết hàn tựa hoặc đỡ
Mút kia
Liên kết hàn tựa, liên kết bằng
mã hoặc đỡ bởi sống đứng Mút nẹp không lên kếtLiên kết hàn tựa, liên kết bằng