Bài giảng kết cấu tàu thủy trần đình tứ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT TÀU THỦY BỘ MƠN ĐĨNG TÀU Trần Đình Tứ BÀI GiẢNG KẾT CẤU TÀU THỦY Nha Trang, Tháng năm 2009 MỞ ĐẦU 1.NỘ 1.N ỘI DUNG • Học phần Kết cấu tàu thủy cung cấp cho người học kiến thức kết cấu tàu thủy như:  Cơng dụng điều kiện làm việc kết cấu tàu thủy  Các u cầu thiết kế bố trí kết cấu tàu thủy  Đặc điểm hình dáng, kích thước, bố trí, liên kết chi tiết kết cấu  Thiết kế lựa chọn cơng nghệ chế tạo chi tiết, kết cấu loại tàu khác Kết cấu tàu thủy - Đại học Nha Trang Các nội dung môn học  Giới thiệu chung : Phân loại tàu, Đặc điểm chung chung,, Các hệ thống kết cấu, Yêu cầu KCTT, Phương pháp thiết kế KCTT  Đặc điểm chi tiết KCTT : Đáy – Mạn – Boong – Mũi – Đuôi  Đặc điểm cácloại tàu khác  Tính toán, thiết kế kết cấu tàu theo quy phạm 2.TÀI LIỆU THAM KHẢO  Sổ tay kỹ thuật đóng tàu thuỷ, Tập 2, Nguyễn Đức n tác giả  Kết cấu tàu thủy, PGS PGS TS Trần Gia Thái  Tính toán, thiết kế kết cấu tàu thủy, PGS PGS TS Trần Gia Thái  Quy ph phạạm phân cấp đóng tàu biển vỏ thép TCVN 6259 - : 2003  Ship Design and Construction, Robert Taggart, Published by SNAME, New York, 1980 Kết cấu tàu thủy - Đại học Nha Trang  Tàu thuỷ công trình kỹ thuật làm việc điều kiện vận động nước thực nhiều chức vận chuyển, tuần tra tra,, thăm dò, đánh bắt thủy sản v v v…,  Đặ Đặcc điểểm, yêu cầu mặt kết cấu thường khác loại tàu  Tàu thủy phân loại theo nhiều cách khác nhau, cụ thể sau Kết cấu tàu thủy - Đại học Nha Trang VÙNG HOẠT ĐỘNG Vùng không hạn chế (Sea going Ship) Vùng hoạt động cách bờ 200 hl Vùng hạn chế Vùng hạn chế I (Vùng xa bờ) Vùng hạn chế II Vùng hạn chế III (Vùng cận hải) Do điều kiện làm việc Cách xa bờ Cách xa bờ Cách xa bờ phức tạp nên yêu cầu nơi trú ẩn cuối nơi trú ẩn cuối nơi trú ẩn cuối cầu KC tương đối cao 200 hl 50 hl 20 hl Kết cấu tàu thủy - Đại học Nha Trang Vùng đặc biệt Vùng ven biển, sông hồ, vònh Gồm tàu pha sông biển hay tàu pha biển sông VẬT LIỆU VỎ TÀU Tàu vỏ kim loại Phổ biến thép đóng tàu Thép hợp kim nhôm Dùng cho đa số tàu loại tàu cỡ trung cỡ lớn Tàu vỏ phi kim loại Tàu vỏ gỗ Tàu vỏ nhựa (Tàu vỏ Composite) Xuất lâu đời nhất, Xuất 50 năm, có kích thước nhỏ chủ yếu loại vỏ nhựa (L < 60 m, D < 500 tấn) cốt sợi thuỷ tinh (FRP) Tàu ximăng cốt thép Vỏ ximăng lưới thép, bêtông cốt thép dùng bọc vỏ tàu thép Chủ yếu để đánh cá Tàu cở nhỏ tàu cá, Tàu kéo chạy sông, ven biển, vận chuyển tàu quân sự, tàu du lòch, tàu khách , sà lan nội đòa tuyế n đườ g ngắ n học Nha xuồnTrang g cứu sinh cầu tàu nổi, ụï nổi6… Kết cấu tàu nthủy - Đại CÔNG DỤNG TÀU Tàu quân Tàu dân Tàu vận tải (tàu hàng) Tàu chở khách (Cargo Ship) (Passenger Vessel) Xuất sớm nhất, đa dạng Tàu chở 12 khách (SOLAS) Tàu đánh bắt & chế biến cá Chiếm 5% tải trọng đội tàu Tàu chuyên ngành Công trình (tàu công trình) Phục vụ cứu hộ lónh vực riêng Hoạt động tàu cỡ lớn Yêu cầu cao Đánh cá Kết cấu thật vững Rất di chuyển Thượng tầng buồng máy để dành cứu sinh, cứu hoả, sở chế biến và máy mạnh để di chuyển chống chìm … bảo quản cá hđ điều kiện tốc độ thấp không gian chứa hàng Kết cấu tàu thủy - Đại học Nha Trang TÀU ĐÁNH CÁ TÀU VẬN TẢI Tà u phà (Ferry Car) Tà u du lòch (Bulk Carrier) Tà u hoạ t độ ng trê n tuyế n cố đònh (Liner) Già n khoan bá n chìmø (Semi Submersible) Già n khoan tự nâ ng (Jack up Self) Tà u khoan (Drill Ship) Cầ n cẩ u nổ i (Crane Barge) Kho a cấ p dầ u khô ng bế n (FPSO) Kết cấu tàu thủy - Đại học Nha Trang Tà u chế biế n (Bulk Carrier) Tà u đá nh cá (Fishing Boat) Tà u chở hà ng khô (General Cargo Ship) Tà u Container (Container Ship) Tà u chở sà lan RO-RO Tà u RO(Ro Ro Vessel) Tà u chở hà ng lạ nh (Reefer Vessel) Tà u chở hà ng rờ i (Bulk Carrier) Tà u chở hà ng lỏ ng (Ro Ro Vessel) CÔNG TRÌNH NỔI TÀU CHỞ KHÁCH 1.Tàu vận tải Xuất sớm gọi tên chung tàu chở hàng Đa dạng phát triển nhanh nhằm đáp ứng nhu cầu vận tải biển Thượng tầng thường bố trí buồng máy để dành không gian bố trí khoang hàng nơi thao tác bốc dỡ hàng hóa tàu Kết cấu tàu thủy - Đại học Nha Trang 2.Tàu chở hàng tổng hợp hay tàu chở hàng khô (Cargo Ship)  Chiếm 50% số lượng tàu vận tải Bố trí nhiều khoang hàng cần trục điện hay thủy lực để chở nhiều loại hàng  Sức chở thấp (4.000 đến 10.000 tdw), lớn 20.000 tdw, tốc độ 15 – 18 hl/h  Các mẫu chở hàng khô từ đơn giản đến đại có đặc trưng mũi thượng tầng thẳng đứng, đuôi vát Transom (T), bánh lái treo, mũi lê Kết cấu tàu thủy - Đại học Nha Trang 10 KHUNG DÀN T T (1) Tên chi Số tiết lượng Thơng số cần tính tốn Cơng thức quy phạm Theo điều Kết tính Tính chọn Liên kết (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) … … … … … … … … … Thực vẽ kết cấu mặt cắt ngang: Sau thực xong việc tính tốn thiết kế, ta tiến hành thực vẽ kết cấu mặt cắt ngang: VI VÍ DỤ MINH HỌA Tính tốn thiết kế kết cấu theo quy phạm TCVN 62592:2003 cho tàu có u cầu sau:  Chiều dài thiết kế : Ltk = 75,37m  Chiều rộng thiết kế : Btk = 12,60m  Chiều cao mạn tàu : D = 6,00m  Chiều chìm : d = 5,00m  Trọng tải : DWT = 2600 T  Tốc độ tàu : V = 12 hl/h  Cơng dụng : Tàu hàng khơ, vỏ thép, boong  Vùng hoạt động : Vùng hạn chế I  Vật liệu đóng tàu : Thép đóng tàu có giới hạn chảy σγ = 240Mpa thép CT3 Lựa chọn hệ thống kết cấu: Tàu lựa chọn theo hệ thống kết cấu ngang với khung dàn sau: + Dàn đáy, dàn mạn, dàn boong, vùng lái, vùng mũi thiết kế theo hệ thống kết cấu ngang Tàu thiết kế theo đáy đơi mạn đơn + Dàn vách thiết kế theo hình thức nẹp đứng sống nằm Xác định khoảng cách sườn sơ đồ phân khoang  Khoảng cách sườn: Theo điều 5.2.1 khoảng cách sườn ngang S khơng lớn giá trị tính theo cơng thức sau: S = 450 + 2L = 602,9 mm => Ta chọn S = 550 mm tồn chiều dài tàu  Phân khoang: Theo điều 11.1 ta chọn số vách kín nước cho tàu vách I II III VII IV V VI Sơ đồ phân khoang  Tính chiều dài khoang số sườn bố trí khoang? Tính tốn lựa chọn kích thước cho kết cấu 3.1 Dàn đáy: Ltk > 50m nên theo quy phạm dàn đáy thiết kế theo hệ thống đáy đơi Sống phụ Đà ngang Sống Tơn bao Dầm dọc Hình 2.2.11 Các chi tiết dàn đáy Sống chính: + Sống kéo dài từ vách mũi đến vách buồng máy + Sống kéo dài liên tục hệ thống kết cấu dọc + Sống khơng kht lỗ, để bố trí khoang két + Chiều cao sống hsc: Theo điều 4.2.3 chiều cao tiết diện sống khơng nhỏ trị số tính theo cơng thức sau trường hợp khơng nhỏ 700 mm: B 12,6 : = = 0,7875(m) = 787,5(mm) 16 16 Ta chọn: hsc = 800 (mm) + Chiều dày sống δsc: Theo điều 4.2.4 chiều dày khơng nhỏ trị số tính theo cơng thức sau: 0, 05L + = 0, 05.75,37 + = 9, 77(mm) Ta chọn: δsc =10(mm) + Theo điều 4.2.5, hệ thống kết cấu dọc nên khoảng đà ngang có bố trí mã ngang đặt cách khoảng sườn, nhằm để liên kết sống chính, tơn đáy dầm dọc lân cận Chiều dày khơng nhỏ giá trị tính theo cơng thức sau: 0,6 L+2,5=0,6 75,37+2,5=7,7(mm) Ta chọn δm = 8mm Sống phụ: + Các sống phụ đặt cách khoảng cách dầm dọc + Chiều dày sống phụ: δsp: Theo điều 4.3.2 chiều dày sống phụ khơng nhỏ giá trị tính theo cơng thức sau buồng máy tăng thêm 1,5mm: 0,65 L + 2,5 = 0,65 75,37 + 2,5 = 8,14(mm) Ta chọn: δsp = 10mm + Chiều cao sống phụ lấy chiều cao sống + Sống phụ kht lỗ người chui + Các sống phụ có nẹp đứng bố trí khoảng sườn Theo điều 4.3.4 kích thước chiều dày nẹp δn = 10mm chiều cao tiết diện khơng nhỏ 0,08d0 = 0,08.800 = 64mm Ta chọn hn = 80mm  Đà ngang đáy: + Các đà ngang đặc đặt cách khoảng cách sườn, nghĩa Sdn = 3.600 = 1800 (mm) Tuy nhiên vị trí buồng máy vùng mũi bố trí theo hệ thống kết cấu ngang nên khoảng cách khoảng sườn + Theo điều 4.4.2 chiều dày đà ngang đặc khơng nhỏ giá trị tính theo cơng thức sau: 0,7 L+2,5=0,7 75,37 +2,5=8,6(mm) + Ta chọn δdn = 10mm Chiều cao đà ngang lấy chiều cao sống + Theo điều 4.4.3 nẹp đứng đặt vị trí dầm dọc có kích thước 80x10 + Tùy theo bố trí khoang két mà đà ngang đặc có kht lỗ hay khơng kht lỗ Theo điều 4.4.4 lỗ giảm trọng lượng có đường kính khơng lớn giá trị sau: 1 h dn = 800 = 160 (mm) 5 φ = 150(mm) Dầm dọc: + Theo điều 4.6.1 khoảng cách dầm dọc khơng lớn trị số tính theo cơng thức sau: 2L + 550 = 2.75,37 + 550 = 700, 74(mm) Ta chọn Sdd = 700 (mm) + Theo điều 4.6.2 modul chống uốn dầm dọc đáy khơng nhỏ trị số tính theo cơng thức sau: CShl2 (cm3) Trong đó: l: Khoảng cách đà ngang đặc l = 1800 (mm) = 1,8m S: Khoảng cách dầm dọc S = 700 (m) = 0,7m h = d + 0,026L = + 0,026.75,37 = 6,96 (m) C: Là hệ số C = 6,2 Wdd = CShl2 = 6,2x0,7x6,96x1,82 = 97,87 (cm3) Tra theo TCVN 1656-75 ta chọn quy cách thép sau: L 125x125x10 Bản cánh  Kiểm tra lại mơdul chống uốn sau: Chiều rộng mép kèm quy định điều 1.1.13 quy phạm Thường lấy b = min(0,2l; S) Với l chiều dài nhịp cấu tính, S khoảng cách sườn Ở l khoảng cách đà ngang đặc l = 1800mm, S khoảng cách dầm dọc S = 700mm => Như b = min(0,2l; S) = 360 mm Thành Mép kèm Diện tích A Z A.Z (cm) Bản cánh (cm2) (cm) (cm3) A.Z2 I0 12,5 x 1,0 12.50 12.50 156.25 1953.13 1.04 11.50 5.85 67.28 393.56 126.74 36,0 x 1,2 43.20 0 5.18 Cộng 67.20 Kích thước Momen qn tính Thành đứng 1,0 x 11,5 Mép kèm Khoảng cách đến trục trung hòa: 223.53 Σ* = 2479,65 A.Z 223,53 ∑ e= = = 3,34 ∑ A 67, Momen qn tính mặt cắt I = Σ* - e2.ΣA = 2479,65 – 3.342 67,20 = 1736,15 (cm4) I I 1736,15 = = = 189(cm ) Mođun chống uốn: W = Zmax Zi max − e (12,5 − 3,34) => Vậy kết cấu chọn đủ bền + Quy cách dầm dọc đáy chọn dầm dọc đáy + Theo điều 4.6.3 chống thẳng đứng thép cán, diện tích tiết diện khơng nhỏ giá trị tính theo cơng thức sau: 2,2Sbh (cm2) Trong đó: S: Khoảng cách dầm dọc S = 0,7 (m) b: Chiều rộng vùng mà chống phải đỡ B = 0,7 (m) h = 6,96 (m) => Thay vào cơng thức ta được: F = 2,2Sbh = 2,2.0,7.0,7.6,96 = 7,5 (cm2) Ta chọn chống có tiết diện là: FB100x10 Tơn đáy: + Theo điều 4.7.1 chiều dày tơn đáy khơng nhỏ trị số tính theo cơng thức sau: 3,8S d + 2,5(mm) Trong đó: S: Khoảng cách dầm dọc S = 0,7 (m) d: Chiều chìm trung bình d = (m) δ dt = 3,8S d + 2,5 = 3,8.0, + 2,5 = 8, 45 Ta chọn: δdt = 10mm + Theo điều 14.3.4 chiều dày tơn đáy khơng nhỏ giá trị tính theo cơng thức sau: δdd ≥ 4,0.S d + 0,035L + 2,5 = 4,0.0,7 + 0,035.75,37 + 2,5 = 10, 23(mm) Ta chọn: δdd = 12mm + Ta chọn chiều rộng cho khổ tơn đáy 1500 (mm) + Theo điều 14.2.1 chiều dày tơn đáy phải lớn chiều dày tơn bên cạnh 1,5mm Ta chọn: δdt = 14mm + Cũng theo điều 14.2.1 chiều rộng tơn đáy phải khơng nhỏ trị số tính theo cơng thức sau: b = 4,5L + 775 = 4,5.75,37 + 775 = 1114,16 (mm) Ta chọn: b = 1500 (mm) Lựa chọn liên kết cho kết cấu: Do dàn đáy thiết kế theo hệ thống kết cấu dọc nên sống chính, sống phụ ưu tiên kéo dài liên tục bị cắt đứt đà ngang kín nước vách kín nước Các đà ngang đáy khơng kín nước bị cắt sống sống phụ, hàn vào sống sống phụ theo hai phía Đồng thời đà ngang kht lỗ cho nẹp dọc đáy đáy qua Các đà ngang kín nước liên tục hàn vào sống theo hai phía Các nẹp bị cắt đà ngang Các nẹp dọc đáy đáy liên tục bị đứt đà ngang kín nước vách Chúng hàn vào đà ngang kín nước, vách, tơn đáy tơn đáy Các chống hàn vào dầm dọc đáy theo hai phía Các nẹp cho đà ngang đáy sống hàn vào chúng Lập bảng tổng hợp nhận xét Sau tính tốn xong, ta lập bảng tổng hợp so sánh với tàu mẫu, đồng thời có nhận xét tàu vừa thiết kế KHUNG DÀN T T (1) Tên chi Số tiết lượng Thơng số cần tính tốn Cơng thức quy phạm Theo điều Kết tính Tính chọn Liên kết (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) … … … … … … … … …