D = trọng lƣợng tàu khơng (o) + deadweight
2. Đặc điểm và vai trò của các bộ phận kết cấu trong đảm bảo độ bền thân tàu
HỆ THỐNG KẾT CẤU THÂN TAØU
Hệ thống kết cấu ngang
(Transverse Framing) (Longitudinal Framing) Hệ thống kết cấu dọc Hệ thống kết cấu liên hợp
Khoảng cách kết cấu bố trí theo chiều dài và chiều ngang bằng nhau Các kết cấu bố trí theo
chiều dài tàu dày hơn theo chiều ngang
Hệ thống kết cấu hỗn hợp
Các kết cấu bố trí theo chiều dài tàu thưa hơn
theo chiều ngang
Kết hợp cả hai hệ thống kết cấu ngang và dọc
Giải quyết vấn đề gia cường cục bộ Chịu sức bền ngang tốt Chịu sức bền dọc tốt Tận dụng ưu điểm của
hai hệ thống kết cấu
Vùng chịu tải cục bộ, tải va đập
Dùng trên tàu cỡ vừa, nhỏ
Hệ thống kết cấu ngang Hệ thống kết cấu dọc Hệ thống kết cấu liên hợp
Hệ thống kết cấu ngang
Hệ thống ngang áp dụng rất sớm, chủ yếu cho các tàu có chiều dài không lớn.
Khả năng chịu được tác dụng của các lực theo phương ngang
Công nghệ chế tạo đơn giản vì số lượng kết cấu dọc ít nên có thể tách thành nhiều phân đoạn thuận tiện cho việc thi công, đồng thời có thể đặt các vách nằm xa nhau nên thuận lợi khi bố trí khoang hàng
Ưu điểm
Nhược điểm
Kết cấu thân tàu chịu uốn dọc và chịu xoắn kém vì số lượng các kết cấu
dọc tham gia đảm bảo sức bền chung ít
Có nhiều tiết diện ngang nên khi thi công dễ gây biến dạng, làm ảnh hưởng độ bền vỏ.
Hệ thống ngang thường chỉ áp dụng trên tàu nhỏ và vừa để tận dụng ưu điểm của nó vì mômen uốn chung đối với tàu này không quá lớn nên ứng suất nén trong các tấm boong hoặc tấm đáy không lớn, do đó ổn định tấm (phụ thuộc giá trị ứng suất) và cách bố trí tấm thường không gây ra sự lo lắng quá mức.
Hệ thống kết cấu dọc
Áp dụng đầu tiên trên tàu quân sự, sau đó chuyển sang tàu dân sự, kể từ khi xuất hiện các loại tàu đi biển có chiều dài lớn.
Do nhà đóng tàu người Anh Scott Russel đề nghị và áp dụng cho tàu Great Eastern từ năm 1852, nhưng mãi đến năm 1910 Đăng kiểm Lloyd (Anh) vẫn còn ghi chữ exp
Khả năng chống uốn dọc lớn nên giảm được chiều dày tôn bao, giảm trọng lượng tàu, thuận tiện khi áp dụng công nghệ hàn tự động trên một phạm vi rộng
Khi áp dụng cho các tàu có chiều dài đủ lớn đã tỏ ra có khá nhiều ưu điểm :
Cho phép làm giảm đến 15% vật liệu vỏ trong khi vẫn đảm bảo độ bền dọc tàu vì các kết cấu chính của hệ thống dọc đều tham gia chống uốn dọc nên mặc dù việc áp dụng hệ thống dọc sẽ tốn lượng vật tư đáng kể để làm kết cấu gia cường nhưng cuối cùng thì lượng vật tư đưa vào thân tàu có chiều dài đủ lớn vẫn ít hơn
Tính ổn định của tấm tốt hơn và độ dầy tấm nhỏ hơn vì giá trị ứng suất Ơle xuất hiện trong các tấm hệ thống dọc lớn hơn nhiều.
Nhược điểm
Lắp ráp các phân đoạn rất phức tạp và Khó bố trí hoặc kéo dài các khoang
Các nhược điểm trên đối với tàu cỡ lớn là không đáng kể nên hệ thống kết cấu dọc thường được sử dụng trên các tàu cỡ lớn hoặc các tàu có tỷ số L/B lớn.
Hệ thống kết cấu hỗn hợp
Hệ thống này đảm bảo kết cấu thân tàu chịu ứng suất hợp lý hơn nên sẽ tiết kiệmvật liệu đáng kể so với các hệ thống khác, do đó thường áp dụng cho tàu dầu,tàu hàng cỡ trung và cỡ lớn.
Hệ thống kết cấu hổn hợp do nhà khoa học Liên xô cũ Viện sỹ Shymanski đề nghị.
Vai trò các khung giàn tàu trong việc đảm bảo độ bền kết cấu thân tàu khác nhau, do đó nên sử dụng hệ thống kết cấu hỗn hợp, tức là tùy vai trò của các khung giàn khi tham gia đảm bảo độ bền chung hay riêng mà bố trí hệ thống dọc hay ngang
Hình 2.20 mô tả hệ thống hỗn hợp áp dụng cho tàu chở hàng khô lớn với khung giàn đáy kết cấu hoàn toàn ở hệ thống dọc, khung giàn boong trên cùng được kết cấu tương tự như khung giàn đáy, còn các khung giàn boong nằm giữa và hai khung giàn mạn lại được kết cấu theo hệ thống ngang.
Từ các trình bày trên có thể lựa chọn các hệ thống kết cấu như sau :
Đối với các khung giàn tàu
Đối với các tàu cỡ vừa và nhỏ như tàu cá, tàu kéo đẩy, tàu vận tải cở nhỏ v..v... thường áp dụng hệ thống ngang để tận dụng ưu điểm dễ thi công và bố trí khoang
Khu vực mũi, đuôi, boong dưới nên theo hệ thống ngang để tăng độ bền cục bộ.
Khung giàn boong và khung giàn đáy nên tổ chức theo hệ thống dọc vì kết cấu này nằm cách khá xa trục trung hòa nên chịu tác dụng của mômen uốn dọc lớn.
Khung giàn mạn có thể theo hệ thống dọc hoặc ngang vì khung giàn mạn nằm gần trục trung hòa nên chịu mômen uốn dọc nhỏ nên hệ thống ngang phù hợp hơn nhưng hệ thống này sẽ để lại nhiều chỗ cho nước đọng gây phá hủy kim loại.
Đối với các tàu chở hàng khô, buồng máy bố trí giữa tàu, chiều dài 80 đến 100 m, khi xét về mặt khối lượng, yêu cầu đối với quá trình thi công, dung tích khoang hàng, quá trình tổ chức sử dụng tàu thì nên áp dụng hệ thống ngang là phù hợp nhất.
Đối với các loại tàu
Đối với các tàu cỡ lớn, khung giàn boong, đáy và mạn thường theo hệ thống dọc để chống uốn dọc, tăng tính ổn định và giảm chiều dầy tôn, tiết kiệm vật liệu, giảm khối lượng tàu mặc dù khi thi công và vệ sinh khoang gặp nhiều khó khăn.
1.Tính an toàn
Kết cấu thân tàu phải đảm bảo được độ bền (gồm độ bền chung và độ bền cục bộ), tính ổn định và độ cứng vững cần thiết để dưới tác dụng ngoại lực, kết cấu làm việc bình thường, không bị phá hủy, mất ổn định hay có biến dạng vượt giới hạn cho phép.
2.Tính năng sử dụng
Kích thước và quy cách bố trí các kết cấu phải phù hợp các yêu cầu về công dụng tàu, tạo thuận lợi cho quá trình tổ chức khai thác và sử dụng tàu trong điều kiện sản xuất.
Để giải bài toán độ bền tàu cần xác định mô hình kết cấu và các tải trọng tác dụng từ đó đặt và giải bài toán cơ học kết cấu để tính và kiểm tra độ bền đối với thân tàu và từng bộ phận kết cấu nhằm lựa chọn kết cấu thích hợp nhất.
Kết cấu khoang hàng tàu vận tải nên bố trí để không mất dung tích chứa hàng, thuận tiện cho việc bốc dỡ hàng hóa và không cản trở thao tác thuyền viên
Buồng ở của hành khách, thủy thủ cần có lối đi thuận tiện và độ cao thích hợp.