Đây là bài đồ án mẫu tính toán thiết kế kết cấu của tàu chở gỗ. Tài liệu bao gồm các phương án lựa chọn hệ thống kết cấu tàu, tính toán và lựa chọn các kích thước kết cấu của từng dàn cụ thể dựa theo quy phạm đóng tàu.
LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cám ơn thầy Nguyễn Văn Công tận tâm hướng dẫn động viên giúp đỡ tơi hồn thành đồ án Tôi xin bày tỏ biết ơn tới quan tâm Khoa kỹ thuạt tàu thuỷ – Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh ủng hộ bạn bè giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho trình làm đồ án Mặc dù cố gắng thực đồ án phạm vi khả cho phép để đạt kết tốt chắn khơng tránh khỏi thiếu sót.Rất mong thơng cảm đóng góp ý kiến q báu quý thầy cô bạn bè Trang MỤC LỤC PHẦN A: GIỚI THIỆU CHUNG I II THÔNG SỐ TÀU CHỞ GỖ LỰA CHỌN HÌNH THỨC VÀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU Phạm áp dụng Vật liệu đóng tàu Tàu mẫu - Hình thức chở hang Lựa chọn hình thức kết cấu Khoảng sườn Phân khoang PHẦN B.TÍNH TỐN KẾT CẤU Dàn đáy Dàn đáy buồng máy 1.1 Bố trí chung 1.2 Tôn bao đáy 1.2.1 Tôn bao đáy 1.2.2 Tơn bao đáy 1.2.3 Sống đáy sống phụ đáy 1.2.4 Chiều cao đáy đôi 1.2.5 Chiều dày sống sống phụ 1.2.6 Đà ngang đặc 1.2.6.1 Chiều dày đà ngang đặc 1.2.6.2 Nẹp đứng 1.3 Kết cấu bệ máy Dàn đáy khoang hang 2.1 Bố trí chung 2.2 Tơn đáy 2.2.1 Tơn bao đáy 2.2.2 Tôn bao đáy 2.2.3 Dải tôn hông 2.2.4 Tơn đáy 2.2.5 Sống đáy sống phụ đáy 2.2.6 Chiều cao đáy đôi 2.2.7 Chiều dày sống sống phụ 2.2.8 Sống phụ đáy 2.2.8.1 Sống phụ kề hông 2.2.9 Đà ngang đặc 2.2.9.1 Chiều dày đà ngang đặc 2.2.9.2 Nẹp đứng 2.2.10 Dầm dọc 2.2.10.1 Mô đun chống uốn dầm dọc đáy Trang 2.2.10.2 Mô đun chống uốn dầm dọc đáy Dàn đáy khoang mũi , khoang đuôi 3.1 Tôn bao đáy 3.2 Sống đáy 3.3 Sống phụ đáy 3.4 Đà ngang 3.5 Sống mũi 3.6 Sống đuôi Dàn đáy vùng gia cường chống va mũi đồng thời khoang hang 4.1 Bố trí chung 4.2 Tơn đáy 4.3 Tôn bao đáy 4.4 Dải tôn hông 4.5 Dải tơn đáy 4.6 Sống đáy 4.7 Sống phụ đáy 4.7.1 Sống phụ kề sống 4.7.2 Sống phụ kề hông 4.8 Dầm dọc đáy 4.9 Đà ngang đặc Dàn mạn Dàn mạn phần buồng máy 1.1 Bố trí chung 1.2 Tơn mạn 1.3 Sườn thường 1.4 Sườn khỏe 1.5 Sống dọc mạn Dàn mạn khoang hang 2.1 Bố trí chung 2.2 Tơn bao mạn 2.3 Chiều dày dải tôn mép mạn 2.4 Sườn thường 2.5 Sườn khỏe 2.6 Sống dọc mạn Dàn mạn vùng gia cường chống va đồng thời khoang hang 3.1 Bố trí chung 3.2 Tơn mạn 3.3 Sườn thường 3.4 Sườn khỏe 3.5 Sống dọc mạn Dàn mạn khoang mũi 4.1 Bố trí chung 4.2 Tơn bao mạn 4.3 Sườn thường Trang 4.4 Sườn khỏe Dàn mạn khoang 5.1 Bố trí chung 5.2 Tơn bao mạn 5.3 Sườn bầu đuôi DÀN BOONG Boong buồng máy 1.1 Tôn boong 1.2 Xà ngang boong 1.3 Sống dọc boong 1.4 Xà ngang boong khỏe Dàn boong khoang hang 2.1 Bố trí chung 2.2 Tơn boong 2.3 Sống dọc boong 2.4 Xà ngang boong khỏe Dàn boong khoang mũi 3.1 Tôn boong 3.2 Xà ngang boong 3.3 Sống dọc boong Dàn boong vùng gia cường chống va đồng thời khoang hang Dàn boong khoang đuôi 5.1 Tôn boong 5.2 Xà ngang boong 5.3 Sống dọc boong KẾT CẤU DÀN VÁCH Vách khoang hàng ,giữa khoang hàng khoang mũi, khoang hàng khoang máy 1.1 Chiều dày tôn vách 1.2 Nẹp 1.3 Sống đứng đỡ nẹp nằm 1.4 Sống nằm Vách sau khoang máy 2.1 Chiều dày tôn vách 2.2 Nẹp 2.3 Sống đứng đỡ nẹp nằm Trang NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN Trang Mở đầu Tàu thủy cơng trình đặc biệt người biết đến từ xa xưa phát triển ngày hôm ,là phương tiện thông thương buôn bán quốc gia , lục địa với đồng thời góp phần phát triển văn minh nhân loại, tàu thủy nổi, di chuyển, phục vụ nhiều nhu cầu người mặt nước Với nét đặc trưng tàu thủy có kết cấu đặc biệt Người ta khái niệm tàu thủy gồm: phần vỏ, ngăn cách tàu với môi trường nước giúp tàu nguyên tắc định luật Acsimet, cộng vào vỏ tàu gia cường hệ thống kết cấu dọc ngang đảm bảo cho tàu mặt nước làm việc an toàn diều kiện khai thác Với lý mà Bộ môn Kết cấu tàu thủy nói chung mơn Kết cấu tàu thủy nói riêng mơn tảng quang trọng cho kĩ sư thiết kế tàu Bên cạnh "ĐAMH kết cấu tàu thủy" môn học cần thiết, nhằm giúp cố kiến thức làm quen với công việc quang trọng người kĩ sư làm việc thực tế Trang CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ TÀU CHỠ GỖ I Lịch sử hình thành tàu thuỷ - Tàu thủy cơng trình kỹ thuật nổi, chuyển dịch mặt nước, hay ngầm nước, theo hướng định, với tốc độ cần thiết, chuyên chở hàng hóa hay hành khách tùy theo đặc tính sử dụng tàu - Con tàu đại cơng trình phức tạp, khác hẳn với cơng trình kỹ thuật mặt đất, tàu hoạt động môi trường đặc biệt nước Tàu thủy thường phân biệt với thuyền dựa kích thước khả hoạt động độc lập thời gian kéo dài - Từ cuối kỷ 18 trở trước, thuyền buồm vận chuyển nhờ gió biển gió lại thổi thất thường Người ta nghĩ tới việc dùng nguồn lực không thay đổi đủ mạnh để thay gió - Cuộc Cách mạng Kỹ Nghệ vào đầu kỷ 18 mang lại cho ngành Hàng Hải sản phẩm chế tạo nhà phát minhvà kỹ thuật, máy nước, dụng cụ sinh động lực Máy nước áp dụng vào thuật Hàng Hải tàu thủy đời Vào năm1785, Fitch bắt đầu đóng kiểu tàu thủy có guồng (paddle wheel) bên sườn tàu Hai năm sau, nhà phát minh lắp động vào thuyền dài 14 mét Khơng biết sao, Fitch đổi ý lại cho lắp mái chèo thẳng đứng Động truyền sức mạnh vào hai máy chèo, gồm chiếc, cạnh thuyền Các mái chèo nhấc lên cắm xuống, đẩy nước phía sau Mặc dù phương pháp vụng về, lần thử sông mang lại thành công Vào buổi chiều tháng năm 1787, tàu vượt khoảng cách 40 dậm với vận tốc dậm II Loại tàu công dụng Loại tàu - Tàu chở gỗ Công dụng - Tàu chở gỗ chuyên dung khác với tàu thông thường boong tàu rộng rãi, hầm hàng, miệng hầm, nắp hầm cứng cáp, thiết bị cẩu chuyển có sức tải cao Đặc biệt, tàu trang bị thiết bị chằng buộc nêu “qui tắc thao tác an toàn cho tàu chở gỗ boong-Code of safe practice for ships carrying timber deck cargoes, 1991) - Công dụng đặc biệt chở gỗ miệng hầm hàng boong III Kết cấu bơ trí chung tàu Kết cấu tàu chở gỗ - Tàu chở gỗ có hệ thống kết cấu ngang đáy khoang máy,khoang mũi khoang lái để đảm bảo khả chịu uốn tác động mơi trường bên ngồi - Tàu chở gỗ có hệ thơng kết cấu dọc đáy khoang hàng va hệ thống kết cấu ngang mạn boong để đảm bảo khả chịu tải hàng Bố trí chung - Trang - - - - - - Gỗ xếp khoang hàng boong Có trang bị hệ thống cột đứng(uprights) hay phương tiện để lắp cột đứng(stanchions) hai bên mạn sát lan can tàu Hệ thống cột đứng dùng để ngăn không cho gỗ bị lăn xuống biển tàu lắc ngang Có trang bị hệ thống dây cáp giằng ngang(hog lashing) liên kết cột đứng(uprights) đối hai bên mạn phải-trái tàu Gỗ xếp đè lên dây giằng ngang(hog lashing) nhằm chia khối gỗ bè, lớp gỗ vững Gỗ xếp đè lên dây giằng ngang làm làm tăng vững hệ thống cột đứng Có trang bị dây cáp chằng buộc(lashing wire) xích lỉn chằng buộc(.lashing chain) Dây chằng buộc vắt lên bên khối gỗ xếp boong, mắc từ mạn sang mạn tàu Có hệ thống dây thiết bị dùng để rút căng khối gỗ xếp cao bên nắp hầm hàng, bao gồm dây giữ chân(foot wires), bu-li mở(snatch blocks), tời kéo dây rút căng dây giữ chân (wiggle wire) (xem dẫn cách mắc cụ thể “code of safe practice for ships carrying timber deck cargoes, 1991” Có khuyết mắc dây cố định(fixed shackle/ padeye/ eyeplate/lashing point) hàn cố định mặt boong chính, cấu trúc gia cường vách miệng hầm hàng, dọc chân lan can mạn tàu…Chúng dùng để để mắc dây chằng buộc cần thiết Có bu-li mở(snatch block), ma-ní(shackle), mỏ đốt(wire clip), tăngđơ(turnbuckle), nêm gỗ(wood chock)…với số lượng thỏa mãn yêu cầu chằng buộc thực tế chuyến Trang Chương II PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU CHO TÀU CHỞ GỖ I Phương pháp thiết kế theo sức bền Nội dung phương pháp - Sức bền phương pháp tính toán độ bền, độ cứng độ ổn định phận cơng trình hay chi tiết máy tác dụng ngoại lực, thay đổi nhiệt độ Ưu điểm phương pháp - Khả xác cao Nhươc điểm phương pháp - Tính tốn phức tap - Vận dụng nhiều kiến thức chuyên sâu - Khả nang sai sót lớn II Phương pháp thiết kế dựa theo tàu mẫu Nội dung phương pháp - Tính tốn thiết kế dựa seri tàu mẫu đóng hoạt động ổn định - Sử dụng phương pháp đồng dạng hình học, đồng dạng động học đồng dạng động lực học Ưu điểm phương pháp - Phương pháp có ưu điểm mặt tính tốn tàu có sẵn - Khả tính tốn vận dụng phương pháp tối ưu Nhược điểm phương pháp - Giới hạn cho số mẫu tàu có sẵn - Chỉ thay đổi kích thước tàu khơng thay đổi hình dáng tàu III Phương pháp thiết kế theo quy phạm Nội dung phương pháp - Tính tốn dựa quy chuẩn 21 GTVT với hạng mục quy định Ưu điểm cua phương pháp - Khả tính tốn đơn giản - Thích hợp với sinh viên phương pháp dễ hiểu Nhược điểm phương pháp - Khả xác tương đối IV Kết luận Dựa vào thông số tàu - Chiều dài thiết kế : LTK = 170 m - Chiều rộng thiết kế : BTK = 23.29 m - Chiều cao mạn - Chiều cao mớn nước - Vận tốc Dựa vào loại tàu - Tàu chở gỗ Kết luận : D = 13.28 m : d = 9.49 m : V = 13,11 hl/h Trang - Dựa vào phân tích với thơng số loại tàu tơi chọn phương pháp tính toán dựa quy chuẩn 21 GTVT Chương TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KẾT CẤU CHO TÀU CHỞ GỖ PHẦN A GIỚI THIỆU CHUNG I-THÔNG SỐ TÀU CHỞ GỖ : Chiều dài thiết kế : LTK = 170 m Chiều rộng thiết kế : BTK = 23.29 m Chiều cao mạn : D = 13.28 m Chiều cao mớn nước : d = 9.49 m Vận tốc : V = 13,11 hl/h II- LỰA CHỌN HÌNH THỨC VÀ TÍNH TỐN KẾT CẤU : phạm áp dụng :Quy phạm phân cấp đóng tàu biển vỏ thép ( Phần 2A : Kết cấu thân tàu trang thiết bị tàu dài từ 90 m trở lên ) Vật liệu đóng tàu :Dùng thép bon có độ bền bình thường có giới hạn chảy 235 N/mm2 Tàu mẫu - Hình thức chở hàng :Sử dụng mẫu tàu chuyên chở gỗ với hình thức xếp gỗ khoang hàng sau đậy nắp miệng hầm hàng xếp bó gỗ lên sàn nắp miệng hầm hàng Lựa chọn hình thức kết cấu : Vùng tàu: (Vùng khoang hàng) Dàn đáy kết cấu hệ thống dọc giảm 15% nguyên liệu làm vỏ đảm bảo độ bền dọc tàu, độ ổn định lớn bốn lần so với hệ thống kết cấu ngang,tham gia vào khả chịu uốn chịu cắt lớn Dàn mạn kết cấu hệ thống ngang Dàn boong kết cấu hệ thống hỗn hợp Dàn vách kết cấu vách phẳng gồm toàn nẹp đứng, có nẹp khỏe Vùng buồng máy: Trang 10 e= I= 10.29 cm Z= 10174.00 cm W= W=J/Z= 616.339 Thỏa mãn quy phạm 16.51 cm 616.34 cm3 3.3.Sống dọc boong : Modul chống uốn tiết diện sống dọc boong không nhỏ : (Theo điều 10.2.1) Z = 0,484.l.(lbh + kw) = 330,2 cm3 Trong : l = 4,2 m – khoảng cách tâm cột b = 0,7 m – khoảng cách trung điểm nhịp kề cảu xà đỡ sống h = 111,044 kN/m2 – tải trọng boong k = – tính cơng thức : k = 12.a/l.(1 – a/l)2 w = 4,056 kN – tải trọng boong đỡ cột nội boong w = kw0 + Sbh = 4,056 kN Trong : S = 2,8 m – khoảng cách trung điểm nhịp kề sống boong đỡ cột song boong b = 2,8m – khoảng cách trung bình trung điểm nhịp kề xà boong mà cột phải đỡ h = 0,8 kN/m2 – tải trọng boong mà cột phải đỡ w0 = 55,52 kN/m2 – tải trọng boong mà cột nội boong phải đỡ w0 = a(bf – y) = 55,52 kN/m2 Với : a = 7,35 b = 1,41 a k = – hệ số tính theo cơng thức : k = 2 i lj y = 1,47 3 = (ai =0 ) l j Trang 77 Chiều dày thành phải khơng nhỏ trị số tính theo công thức : t = 10S1 + 2,5 = 8,5 mm t= 4,43 bhl = 2,36 mm 1000 d Chọn chiều dày thành t = 10 mm Mép kèm : Chiều dày : S = 10 mm Chiều rộng : b = min(0,5a; 0,2l; 50s) = 350 mm 0,5a = 300 mm 0,2l = 520 mm W = J/Zmax = 1548,68 cm3 Quy phạm sống ngang boong thỏa mãn quy phạm 4.Dàn boong vùng gia cường chống va đồng thời khoang hàng : Tương tự tính cho dàn boong khoang hàng 5.Dàn boong khoang đuôi : 5.1 Tôn boong : Chiều dày tôn boong xác định sau: (Theo điều 15.3.1-(c)) t = 1,25.CS√ +2,5 = 8,01 mm Trong đó: C – hệ số tính theo cơng thức sau: C = 0,905+ L' = 0,97 2430 S = 0,7 m – khoảng cách xà ngang h = a(bf-y) = 57,722 kN/m – tải trọng quy định 8.2 với a = 9,8 ,b = 1,15 ,y = 1,47 Trang 78 Chọn tôn boong t = 10 mm 5.2.Xà ngang boong : Modul chống uốn tiết diện xà ngang boong phải khơng nhỏ trị số tính theo cơng thức: (Theo điều 8.4.3) Z = 0,43Shl2 = 136,2 cm3 Trong : S = 0,7 m – khoảng cách xà ngang xà ngang boong h = 57,722 kN/m – tải trọng boong quy định 8.2 l = 2,8 m – khoảng cách nằm ngang từ đỉnh mã xà đến sống dọc sống dọc boong Tính chọn nẹp có quy cách L100x63x10 Mép kèm : Chiều dày : S = 10 mm Chiều rộng : b = min(0,5a; 0,2l; 50s) = 350 mm 0,5a = 350 mm 0,2l =560mm 50s = 500 mm x STT F(cm2) Z(cm) Bản cánh cm Bản thành cm Mép kèm (cm) FxZ(cm3) 80 10 125 10 350 FxZxZ(cm4) 10 J(cm4) Trang 79 Toång 12.5 35 55.5 13.5 6.75 108.00 84.38 192.38 1458.00 0.67 569.53 162.76 2.92 2193.88 e= I= 3.47 cm Z= 1527.06 cm W= W=J/Z= 144.968 Thép hình L125x80x10 thỏa mãn quy phạm 10.53 cm 144.97 cm3 5.3.Sống dọc boong : Modul chống uốn tiết diện sống dọc boong không nhỏ : (Theo điều 10.2.1) Z = 0,484.l.(lbh + kw) = 200,25 cm3 Trong : l = 3,2 m – khoảng cách đường tâm cột từ tâm cột đến vách b = 0,7 m – khoảng cách trung điểm nhịp kề cảu xà đỡ sống h = 57,722 kN/m2 – tải trọng boong k = – tính cơng thức : k = 12.a/l.(1 – a/l)2 w = 20,8 kN – tải trọng boong đỡ cột nội boong Chiều dày thành phải khơng nhỏ trị số tính theo công thức : t = 10S1 + 2,5 = 9,5 mm t= 4,43 bhl = 9,6 mm 1000 d Chọn chiều dày thành t = 10 mm Mép kèm : Chiều dày : S = 10 mm Chiều rộng : b = min(0,5a; 0,2l; 50s) = 300 mm 0,5a = 350 mm 0,2l = 640 mm Trang 80 50s = 500 mm Quy cách kết cấu: T 200x12 /350x10 Bản cánh (cm) 200 12 Bản thành (cm) 350 10 Mép kèm (cm) 350 10 Zi (cm) 34.9 17.4 Fi.Zi (cm3) 418.8 588.12 Fi.Zi’ (cm4) Jo (cm4) 14616.12 1.44 10233.29 3572.9 2.500 24849.41 3576.9 28426.26 TT Fi(cm) 12 33.8 30 S 75.8 1006.92 E0 (cm) 13.28 J(cm4) 28426 Zmax(cm) 22.22 W(cm3) 1279.53 W = J/Zmax = 1279,53 cm3 Thép T200x12/350x10 thỏa yêu cầu quy phạm IV.KẾT CẤU DÀN VÁCH : Kết cấu dàn vách khoang hàng gồm vách ngang kín nước khoang hàng ,vách khoang hàng khoang mũi, vách khoang hàng khoang máy ,vách sau buồng máy kết cấu gồm nẹp đứng, sống đứng, sống nằm ( D