Một số vấn đề trong thiết kế kết cấu tàu

(Quy định về sự liên tục của cơ cấu phải được thực hiện trên đoạn dài không nhỏ hơn 0,6L ở vùng giữa tàu)... So sánh hình thức kết cấu dọc và hình thức kết cấu ngang về các phương diện[r]

CHƯƠNG

MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG THIẾT KẾ KẾT CẤU 1 ĐỊNH NGHĨA

1.1 Tàu biển

Tàu biển cấu trúc nổi, có khơng có động cơ, chuyên dùng để hoạt động biển vùng nước liên quan với biển

1.2 Tàu khách

Tàu khách tàu chở nhiều 12 hành khách

Hành khách người có mặt tàu, trừ thuyền trưởng, thuyền viên người làm việc tàu trẻ em tuổi

1.3 Tàu hàng

Tàu hàng tàu biển tàu khách

1.4 Tàu dầu

Tàu dầu tàu hàng đóng hốn cải để chở xô hàng lỏng dễ bốc cháy, trừ

các tàu chở xơ khí hóa lỏng hóa chất nguy hiểm

1.5 Tàu chở xơ khí hóa lỏng

Tàu chở xơ khí hóa lỏng tàu hàng đóng hốn cải để chở xơ khí hóa lỏng

1.6 Tàu chở xơ hóa chất nguy hiểm

Tàu chở xơ hóa chất nguy hiểm tàu hàng đóng hốn cải để chở xơ hóa chất nguy hiểm

1.7 Tàu cơng nghiệp hải sản

Tàu công nghiệp hải sản tàu dùng để đánh chế biến cá chế biến cá hải sản khác, có số nhân viên chuyên môn tàu nhiều 12 người (tàu chế biến cá, tàu đánh cá thu,

đánh cá voi, đánh cá mòi, tàu ướp lạnh, trạm chế biến cá hộp, chế biến bột cá, chế biến cá voi, tàu chở công nhân chế biến cá, công nhân đánh cá voi, công nhân công nghiệp đồ hộp tàu tàu tương tự)

1.8 Tàu đánh cá

Tàu đánh cá tàu dùng trực tiếp đểđánh bắt cá(gồm loại cá kể cá voi, hải báo, hải mã, hải sản khác)

1.9 Tàu có cơng dụng đặc biệt

Tàu có cơng dụng đặc biệt tàu có trang bị chuyên dùng liên quan tới cơng dụng tàu, có số

nhân viên chuyên môn nhiều 12 người (gồm tàu nghiên cứu khoa học, tàu thám hiểm, tàu

thủy văn, tàu cứu hộ tàu tương tự)

1.10 Công te nơ

Công te nơ loại thùng tiêu chuẩn chuyên dùng để chứa vận chuyển hàng hóa có đặc trưng sau đây:

(1) Có đặc trưng cốđịnh, bền để thích nghi với việc sử dụng nhiều lần;

(2) Có kết cấu đặc biệt để dễ dàng chuyên chở dạng vận tải mà chuyển tải trung gian;

(3) Thiết kế có tính đến cần thiết phải cốđịnh thao tác nhanh nhờ phận đặc biệt

góc;

(4) Có kích thước cho diện tích đáy bốn góc bên ngồi 14 m2 m2 lắp phận đặc biệt góc

1.11 Tàu đóng

Tàu đóng tàu tính từ ngày đặt dải tơn đáy nhận Giấy chứng nhận cấp tàu

1.12 Tàu khai thác

Tàu khai thác tàu tàu đóng

1.13 Sản phẩm

Sản phẩm thuật ngữ máy móc, trang thiết bị lắp đặt tàu biển (máy chính, máy phụ, nồi hơi, bình áp lực, dụng cụ v.v )

1.14 Nơi trú ẩn

1.15 Yêu cầu bổ sung

Những yêu cầu bổ sung yêu cầu chưa đưa Qui phạm, quan có thẩm quyền đề

1.16 Chiều dài tàu

Chiều dài tàu (L) khoảng cách, tính mét, đo đường nước chở hàng thiết kế lớn

được định nghĩa 1.2.25(2), từ mặt trước sống mũi đến mặt sau trụ bánh lái, tàu có trụ bánh lái, đến đường tâm trục bánh lái, tàu khơng có trụ bánh lái Tuy nhiên, tàu có theo kiểu tuần dương hạm L đo 96% toàn chiều dài đường nước chở hàng thiết kế lớn nhất, lấy giá trị lớn

1.17 Chiều dài tàu để xác định mạn khô

Chiều dài tàu để xác định mạn khô (Lf) 96% chiều dài, tính mét, đo từ mặt trước sống mũi đến mặt sau tôn bao cuối đuôi tàu, đường nước 85% chiều cao mạn thiết kế nhỏ tính từ mặt dải tôn đáy, chiều dài, tính mét, đo từ mặt trước sống mũi đến đường tâm trục bánh lái đường nước đó, lấy giá trị lớn Tuy nhiên,

đường viền sống mũi lõm vào phía đường nước 85% chiều cao mạn thiết kế nhỏ nhất,

điểm mút trước chiều dài phải hình chiếu đứng đỉnh lõm đường viền mũi lên đường nước Đường nước để xác định chiều dài phải lấy song song với đường nước chở hàng

được định nghĩa 1.2.25 Chương

1.18 Chiều rộng tàu

Chiều rộng tàu (B) khoảng cách nằm ngang, tính mét, đo từ mép ngồi sườn mạn bên đến mép sườn mạn bên kia, vị trí rộng thân tàu

1.19 Chiều rộng tàu để xác định mạn khô

Chiều rộng tàu để xác định mạn khô (Bf) khoảng cách nằm ngang lớn nhất, tính mét, đo

từ mép sườn mạn bên đến mép sườn mạn bên kia, điểm chiều dài tàu để xác định mạn khô Lf

1.20 Chiều cao mạn tàu

Chiều cao mạn tàu (D) khoảng cách thẳng đứng, tính mét, đo từ mặt dải tơn đáy đến đỉnh xà boong mạn khô mạn, điểm chiều dài tàu L Trong trường hợp vách kín nước dâng lên đến boong cao boong mạn khơ ghi vào sổđăng kí tàu, chiều cao mạn

được đo đến boong vách

1.21 Chiều cao mạn để tính sức bền

Chiều cao mạn để tính sức bền tàu (Ds) khoảng cách thẳng đứng, tính mét, đo từ mặt dải tôn đáy đến đỉnh xà boong thượng tầng mạn, boong thượng tầng boong tính tốn, đến đỉnh xà boong mạn khô, đo điểm chiều dài L, trường hợp khác Nếu khơng có boong phần tàu chiều cao mạn đo theo đường boong tưởng tượng kéo dài dọc theo đường boong tính tốn qua điểm chiều dài L

1.22 Tốc độ tàu

Tốc độ tàu (V) tốc độ thiết kế, tính hải lí/giờ mà tàu có đáy đạt

công suất liên tục lớn máy chính, chạy biển lặng, trạng thái ứng với đường nước chở

hàng thiết kế lớn (sau đây, Qui phạm gọi "trạng thái toàn tải")

1.23 Phần tàu

Phần tàu phần thuộc 0,4L tàu, khơng có qui định khác

1.24 Các phần mút tàu

Các phần mút tàu phần thuộc 0,1L tính từ mút tàu

1.25 Đường nước chở hàng đường nước chở hàng thiết kế lớn

(1) Đường nước chở hàng đường nước ứng với mạn khô tính theo qui định Phần 11 Qui phạm

(2) Đường nước chở hàng thiết kế lớn đường nước ứng với trạng thái toàn tải

1.26 Chiều chìm chở hàng chiều chìm chở hàng thiết kế cao

(1) Chiều chìm chở hàng khoảng cách thẳng đứng, tính mét, đo từ mặt dải tôn đáy đến đường nước chở hàng

(2) Chiều chìm chở hàng thiết kế cao (d ) khoảng cách thẳng đứng, tính mét, đo từ

mặt dải tôn đáy đến đường nước chở hàng thiết kế lớn nhất, điểm L

Lượng chiếm nước toàn tải (W) lượng chiếm nước thiết kế, tính tấn, ứng với trạng thái toàn tải

1.28 Hệ số béo thể tích

Hệ số béo thể tích (Cb) hệ số tính chia thể tích chiếm nước tương ứng với W cho tích (L x B x d)

1.29 Boong mạn khô

(1) Boong mạn khô thông thường boong liên tục cao Tuy nhiên, có lỗ khoét mà khơng

có thiết bị đóng kín thường xun chỗ lộở boong liên tục cao có lỗ kht mà khơng có thiết bịđóng kín nước thường xuyên mạn phía boong liên tục cao nhất, boong mạn khơ boong liên tục boong liên tục cao

(2) Nếu tàu có boong mạn khơ khơng liên tục đường thấp boong lộ đoạn kéo dài đường thấp song song với phần boong không liên tục coi

boong mạn khơ

(3) Nếu tàu có nhiều boong, boong thừa nhận boong mạn khô định nghĩa -1 -2 trên, đường nước chở hàng kẻ tương ứng với mạn khô xác định theo yêu cầu Phần 11 cách giả định boong thực tếđược lấy thấp boong mạn khơ boong mạn khơ boong thấp Trong trường hợp này, boong thấp phải liên tục vùng buồng máy vách mút tàu liên tục từ mạn sang mạn Nếu boong thấp có bậc đường thấp boong đoạn kéo dài song song với phần boong coi boong mạn khô

1.30 Boong vách

Boong vách boong cao mà vách ngang kín nước hữu hiệu dâng lên đến nó, trừ

vách mũi vách đuôi

1.31 Boong tính tốn

Boong tính tốn phần theo chiều dài tàu boong cao mà tơn bao phần dâng lên tới Tuy nhiên, khu vực thượng tầng, trừ thượng tầng có bậc, thượng tầng có chiều

dài khơng lớn 0,15L, boong tính tốn boong boong thượng tầng Theo nhà thiết

kế tự chọn, boong boong thượng tầng có thểđược coi boong tính tốn cảở khu vực thượng tầng dài 0,15L

1.32 Boong dâng

Boong dâng boong thượng tầng có bậc mà khơng cịn có boong khác

1.33 Thượng tầng

Thượng tầng cấu trúc có boong boong mạn khô, kéo dài từ mạn sang mạn có vách bên nằm vị trí không lớn 0,04Bf kể từ mép mạn

1.34 Thượng tầng kín

Thượng tầng kín thượng tầng thỏa mãn điều kiện sau đây:

(1) Những lỗ khoét vách mút thượng tầng phải có cửa phù hợp với quy định 16.3.1 Phần 2-A

(2) Tất lỗ khoét khác vách bên vách mút thượng tầng phải có phương tiện

đóng đảm bảo kín thời tiết

(3) Nếu lỗ khoét vách bị đóng kín, tất phương tiện để lại phải sẵn sàng để

thuyền viên có thểđến buồng máy buồng làm việc khác thuộc phạm vi lầu lái thượng tầng đuôi

1.35 Công suất liên tục lớn động

Công suất liên tục lớn động cơng suất lớn mà động chạy an tồn liên tục điều kiện thiết kế (đối với máy chính, điều kiện thiết kế điều kiện máy chạy toàn tải)

1.36 Số vòng quay liên tục lớn

Số vòng quay liên tục lớn số vịng quay động chạy đạt cơng suất liên tục lớn

Chú thích: Việc tính tốn sức bền động phải dựa vào cơng suất liên tục lớn số

vòng quay liên tục lớn

1.37 Trọng tải toàn phần

Trọng tải toàn phần (DW) hiệu số, tính tấn, lượng chiếm nước tồn tải (W) tàu

1.38 Trọng lượng tàu không

Trọng lượng tàu không (LW) lượng chiếm nước, tính tấn, khơng kể hàng hóa, dầu đốt, dầu bơi trơn, nước dằn nước chứa két, lương thực, thực phẩm, hành khách, thuyền viên tư trang họ

1.39 Tốc độ lùi lớn tàu

Tốc độ lùi lớn tàu tốc độ thiết kế, tính hải lí/giờ mà tàu có đáy đạt

được cơng suất lùi lớn máy chính, chạy biển lặng trạng thái toàn tải

1.40 Trạng thái tàu chết

Trạng thái tàu chết trạng thái máy chính, nồi máy phụ khơng hoạt động khơng có lượng

1.41 Buồng máy loại A

Buồng máy loại A khoảng không gian nắp buồng máy lối dẫn đến khơng gian có chứa:

(1) Động cơđốt dùng làm máy chính,

(2) Động cơđốt khơng dùng làm máy có tổng cơng suất tổ máy không

nhỏ 375 KW,

(3) Nồi đốt dầu (kể máy tạo khí trơ) tổ máy đốt dầu (kể thiết bịđốt chất thải)

1.42 Buồng máy

Buồng máy tất buồng máy loại A không gian khác có đặt máy chính, nồi hơi, tổ máy đốt dầu, động cơđốt máy nước, máy phát điện động cơđiện, trạm rót dầu, máy làm lạnh, máy điều chỉnh giảm lắc tàu, thơng gió điều hịa khơng khí, khơng gian tương tự lối dẫn đến khoảng khơng gian

1.43 Khoang hàng

Khoang hàng tất không gian dùng để chứa hàng (kể két dầu hàng) lối dẫn đến khoảng khơng gian

1.44 Khu vực hàng hóa

Khu vực hàng hóa phần tàu chứa khoang hàng, két lắng, buồng bơm hàng kể

buồng bơm, khoang cách ly, két dằn khoang trống kề khoang hàng toàn khu vực mặt boong

chạy qua suốt chiều dài chiều rộng phần tàu chứa khoảng khơng gian nói

1.45 Buồng sinh hoạt

Buồng sinh hoạt khơng gian dùng vào mục đích cơng cộng, hành lang, khu vệ sinh,

cabin, văn phòng, trạm xá, phịng chiếu phim, phịng vui chơi giải trí, phịng cắt tóc, phịng để thức

ăn khơng có dụng cụ nấu nướng không gian tương tự

1.46 Buồng công cộng

Buồng công cộng buồng sinh hoạt dùng làm hội trường, phòng ăn, câu lạc không gian thường xuyên đóng kín tương tự

1.47 Buồng phục vụ

Buồng phục vụ không gian dùng làm bếp, phịng để thức ăn có chứa dụng cụ nấu nướng, buồng tủ, buồng thư buồng kho, xưởng máy, trừ khoảng không gian tạo thành phần buồng máy, buồng tương tự khác lối dẫn đến buồng

2 NHỮNG YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI KẾT CẤU TÀU (1) Đảm bảo tính an tồn ( Bền, ổn định)

Dưới tác dụng ngoại lực tàu phải đảm bảo đủ bền tính ổn định cần thiết (hoạt động bình thường) trình tàu khai thác (yêu cầu tối thiểu, đầu tiên)

(2) Tính sử dụng

Kết cấu phải phù hợp yêu cầu kinh doanh tức khơng làm dung tích chở hàng, thuận tiên cho việc bốc xếp ,không cản trở thao tác thủy thủ hành khách tàu… Tóm lại, kết cấu phải tiện lợi cho việc khai thác sử dụng

(3) Tính hồn chỉnh

Con tàu kiến trúc phức tạp nên kết cấu phải đồng bộ, cục tổng thể phải hài hịa thống nhất, bố trí kết cấu phải phù hợp bố trí trang thiết bị, bố trí chung đảm bảo hoạt động nhịp nhàng phận

Phải đảm bảo khả áp dụng quy trính công nghệ tiên tiến, phù hợp điều kiện thực tế sản xuất, cụ thể:

- Thi công nhẹ nhàng , giảm cường độ lao động , tạo suất lao động

- Tiện lợi sửa chữa ,bảo dưỡng

- Tận dụng nguồn vật tư nước, triệt để sử dụng vật liệu quy chuẩn (Nhằm: thuận lợi cho việc mua, dự trữ vật tư nhà máy)

(5) Tính kinh tế

Ngoài việc phải thỏa mãn yêu cầu đặc biệt phải lưu ý, tính tốn yêu cầu kinh tế, mang ý nghĩa định đến tồn tại, phát triển đơn vị kinh doanh kết cấu đó.Tức phải tiết kiệm, giảm khối lượng vật tư, tiết kiệm nguyên vật liệu nhằm giảm giá thành đóng tới mức tối thiểu, cho giá trị kinh tế cao

(6) Tính thẩm mỹ; tính đại

Với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật nên kết cấu tạo phải cải tiến không ngừng nhằm thỏa mãn yêu cầu thẩm mỹ đại Tức kết hợp đẹp, hấp dẫn áp dụng kết cấu phát có ưu điểm cao

3 NGUYÊN TẮC CHUNG KHI THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU

(1) Các cấu hệ thống dầm, kết cấu tàu phải bố trí mặt phẳng để tạo thành khung cứng khung khỏe

(2) Cần phải đảm bảo liên tục số lượng nhiều tốt cấu dọc chủ yếu đảm bảo độ bền dọc chung thân tàu Trong vùng cấu dọc kết thúc, tiết diện phải thay đổi có biện pháp giảm tập trung ứng suất (Quy định liên tục cấu phải thực hiện đoạn dài không nhỏ 0,6L vùng tàu)

(3) Trên tiết diện ngang chuyển từ hệ thống kết cấu dọc sang hệ thống kết cấu ngang không

được đồng thời kết thúc số lượng lớn 1/3 cấu dọc boong đáy hai cấu khỏe Tại vùng tập trung ứng suất có lỗ khoét lớn không kết thúc cấu dọc (các mặt cắt kết thúc phải cách không nhỏ hai khoảng sườn)

(4) Giảm tập trung ứng suất: Hai kề có hệ số chiều dày khơng lớn 30% dMax 5mm

(lấy theo giá trị nhỏ hơn)

Khi chuyển tiếp từ dầm thành nẹp phải tiến hành chiều dài không nhỏ lần hiệu số độ cao thành hai cấu đó, mép chúng chuyển tiếp dần thành

(5) Tại vùng kết thúc (của boong, sàn, tôn đáy đôi, vách dọc) phải đặt mã hình thức kết cấu khác nhằm giảm tập trung ứng suất

(6) Tại vùng kết thúc cấu dọc khỏe (của boong, đáy) chiều cao tiết diện giảm dần đoạn dài ≥ 1,5h kéo tới cấu ngang gần hàn với chúng

(7) Tại vùng boong chịu tải trọng nặng nề, đầu xà dọc phải hàn với cấu ngang, vùng chấn

động mạnh vùng đuôi, vùng buồng máy, bệ máy không cân đầu cấu dọc, ngang đáy, mạn, vách dọc phải hàn với cấu ngang, dọc, sau gắn mã

4 MƠ HÌNH TRUYỀN TẢI TRỌNG ĐẾN KẾT CẤU THÂN TÀU 4.1 Mơ hình truyền tải trọng từ môi trường đến kết cấu thân tàu

Kết cấu thân tàu chia làm nhóm liên kết khăng khít với nhau: giàn đáy, giàn mạn, giàn boong làm từ vỏ mỏng, gia cứng nhờ nẹp cứng chạy theo hướng ngang dọc Đây giàn phẳng giàn ba chiều1

Từ cách bố trí hệ thống khung xương tàu phân biệt hai hệ thống kết cấu thân tàu: kết cấu theo hệ thống ngang (transverse framing) theo hệ thống dọc (longitudinal framing) Trường hợp khung xương theo theo dạng cạnh dài nằm dọc tàu cạnh ngắn nằm ngang, hệ thống kết cấu dọc Ngược lại cạnh ngắn nằm dọc tàu - hệ thống kết cấu ngang Nếu ký hiệu a - khoảng cách dầm ngang tàu, ví dụ đà ngang đáy, b – khoảng cách dầm dọc, với a > b kết cấu theo hệ thống dọc, ngược lại hệ thống ngang a < b Hình 5.1 giới thiệu

1 UK: ship grillage, Russian: “

- Các lỗ khoét với chiều rộng không lớn 20 lần chiều dài tơn vị trí vùng khơng cần để

ý đến tính Các lỗ khoét lớn bỏ qua tính có hệ thống gia cốđủ cứng vững cho lỗ khoét Với miệng hầm hàng chỉđược phép đưa số vùng tham gia thành phần mặt cắt tương đương

10 LỰA CHỌN HÌNH THỨC KẾT CẤU

10.1 So sánh hình thức kết cấu dọc hình thức kết cấu ngang phương diện 10.1.1 Độ bền:

• Hình thức kết cấu dọc:

Khối lượng kết cấu dọc nhiều làm tăng mômen chống uốn dầm tương đương, làm giảm

4

σ nên làm giảm ∑ứng suất theo hướng dọc nên có lợi vềđộ bền dọc

• Hình thức kết cấu ngang:

Khối lượng kết cấu ngang nhiều làm tăng mômen chống uốn dầm tương đương, làm giảm

4

σ nên làm giảm ∑ứng suất theo hướng ngang nên có lợi vềđộ bền ngang

10.1.2 Ổn định tấm:

∋

σ hệ thống dọc lớn ứng suất σ∋ hệ thống ngang (nếu điều kiện khác

nhau) nên hệ thống dọc lợi phương diện ổn định

10.1.3 Phương diện khối lương :

Theo thống kê: vớí tàu lớn kết cấu hệ thống dọc làm giảm đáng kể khối lượng kết cấu so với kết cấu hệ thống ngang , với tàu trung bình nhỏ chênh lệch khối lượng khơng đáng kể

10.1.4 Cơng nghệ:

• Hệ thống dọc: khối lượng cấu dọc nhiều, tính liên tục cấu bị vi phạm, khối lượng lỗ khoét cấu ngang nhiều làm tăng khối lượng chi tiết gia cường chi tiết liên kết, tăng trọng lượng hàn, việc thực lắp ráp theo phương pháp TĐ phức tạp hơn, nói cách khác kết cấu hệ thống dọc bất lợi cho cơng nghệ

• Hệ thống ngang: ngược lại, thuận lợi cho công nghệ

10.1.5 Sử dụng:

- Hệ thống dọc: cấu thành cao nhiều làm dung tích chở hàng ( với tàu chở hàng khô) làm tăng khối lượng vệ sinh khoang hàng Tóm lại, khơng thuận lợi cho việc sử dụng

- Hệ thống ngang: ngược lại, có lợi sử dụng vệ sinh cho tàu hàng lỏng

10.2 Nguyên tắc lựa chọn hình thức kết cấu:

Việc lựa chọn hình thức bố trí kết cấu phải dựa ngun tắc sau: Phải đảm bảo độ bền thuận tiện khai thác sử dụng, công nghệ dễ dàng, trọng lượng tối thiểu

10.3 Lựa chọn hình thức kết cấu:

Thông thường với tàu vận tải tàu cỡ nhỏ kết cấu hệ thống ngang; cỡ vừa kết cấu hệ

thống hỗn hợp; cỡ lớn kết cấu hệ thống dọc

Ta có một số ví dụ sau:

Loại tàu Cỡ tàu, Kích thước Vị trí buồng

máy Hình thức kết cấu

Tàu hàng khơ

L< 100m Giữa tàu Kết cấu hệ thống ngang

L ≈100m Giữa tàu Dàn boong, mạn kết cấu hệ thống ngang,

dàn đáy kết cấu hệ thống dọc (lợi dung tích)

L= 100m Đi tàu Dàn boong, đáy kết cấu hệ thống dọc, mạn

kết cấu hệ thống ngang

L= 100 ÷ 180m Boong, đáy kết cấu hệ thống dọc, mạn kết

cấu hệ thống ngang

Tàu khách Tàu chạy sông nhỏ:

L 40m ≤ Hệ thống ngang

Tàu cỡ nhỏ vừa biển

Dàn đáy, mạn kết cấu hệ thống ngang,

boong trung gian hệ thống ngang, boong boong trung gian thứ kết cấu

ở hệ thống dọc

Tàu lớn Tồn vùng kết cấu theo hệ

thống dọc

Tàu dầu Cỡ vừa

Δ =15000 ÷ 20000T

Dàn đáy, boong kết cấu hệ thống dọc, dàn

mạn kết cấu hệ thống ngang Cỡ lớn

Δ >2000T

Toàn bộở hệ thống dọc

Tàu container

Cỡ vừa Dàn đáy, boong kết cấu hệ thống dọc, dàn

mạn kết cấu hệ thống ngang

Cỡ lớn Toàn bộở hệ thống dọc