CHƯƠNG 3. KẾT CẤU TÀU HÀNG KHÔ 3.1. KẾT CẤU KHOANG HÀNG
2. Sơ đồ bố trí kết cấu dàn mạn
3.1.4. KẾT CẤU DÀN VÁCH
1.Chức năng và điều kiện làm việc
Chức năng
Vách ngăn trên tàu là những kết cấu quan trọng. Chúng đảm bảo tính chống chìm, chống chảy thân tàu (khi tàu gặp sự cố, bị ngập từ 1 đến 2 khoang thì tàu vẫn có thể hành trình được). Chúng phân chia không gian trên tàu thành các khoang kín dầu, kín hơi, kín nước nhờ các vách ngăn kín. Vách tham gia đảm bảo độ bền ngang chung thân tàu, tăng độ cứng và độ bền cục bộ của dàn và làm vành đế cho các dàn khác ( điều này rất quan trọng đối với tàu chở hàng trên boong) .
Điều kiện làm việc :
Dàn vách thường phải chịu 2 hình thức tác dụng của tải trọng. Đó là tải trọng nằm trong mặt phẳng dàn và tải trọng nằm vuông góc với mặt phẳng dàn.
Tải trọng nằm trong mặt phẳng dàn (chức năng vành đế) chủ yếu để kiểm tra, bao gồm: ứng lực do tải trọng nước ngoài mạn gây ra truyền thông qua dàn đáy, dàn mạn; ứng lực của hàng hóa tác dụng , do dàn boong truyền tới (đối với boong xếp hoặc chở hàng ); ứng lực do va đập của nước truyền thông qua dàn mạn, nhất là đối với vùng mút (ứng suất động); ứng lực do kê tàu trên triền, trên ụ ( phản lực của ki tàu trong thời gian tàu vào ụ , lên đà ).
Tải trọng nằm vuông góc với mặt phẳng dàn ( tải trọng dùng để tính toán thiết kế ) gồm: áp lực thủy tĩnh khi nước ngập khoang, áp lực hàng lỏng với tàu chở hàng lỏng; tải trọng động của hàng lỏng cũng như của nước khi tàu ngập khoang hoặc khi tàu bị chòng chành .
2.Phân loại kết cấu dàn vách
Phân loại vách
Theo dạng kết cấu , vách chia ra hai loại: vách phẳng & vách sóng .
Theo dạng không gian, vách chia ra hai loại: vách ngang & vách dọc. Vách ngang có số lượng phụ thuộc vào chiều dài tàu và được xác định theo quy phạm. Tuy nhiên bắt buộc phải có mặt trên tàu hàng khô các loại vách ngang sau: vách chống va mũi, vách đuôi, hai vách ngăn buồng máy nếu buồng máy bố trí giữa tàu, ngoài ra còn vách ngăn khoang hàng. Trên các tàu vận tải hiếm gặp các vách dọc ngoại trừ tàu chở dầu và tàu chở hàng rời.
Theo chức năng, vách chia ra hai loại: loại vách kín dầu, kín hơi, kín nước &
loại vách ngăn (vách không kín nước ). Vách kín dầu, kín hơi, kín nước chia làm 2 loại đó là : vách thường xuyên chịu áp lực của hàng lỏng trong thời gian dài khai thác (tàu dầu, tàu chở hàng lỏng) và vách chỉ chịu áp lực hàng lỏng khi có sự cố.
Các dạng kết cấu của vách phẳng : 4 dạng 1. Vách với sơ đồ toàn nẹp đứng (hình a):
Được áp dụng cho vách ngang khoang hàng tàu hàng khô khi tỉ số chiều rộng vách trên chiều cao vách
D
B >2
2. Vách với sơ đồ nẹp đứng, sống đứng (hình b):
Được áp dụng cho vách ngang khoang hàng tàu hàng khô khi D
B ≤2 hoặc vách ngang khoang hàng tàu chở hàng lỏng .
3. Vách với nẹp đứng, sống nằm (hình c):
Được áp dụng cho vách ngang khoang hàng tàu hàng khô khi D
B ≤2 4. Vách với sơ đồ nẹp nằm, sống đứng (hình d) :
Được áp dụng cho vách mũi, vách đuôi các loại tàu và vách ngang khoang hàng tàu chở hàng lỏng .
H 3.60 Sơ đồ kết cấu dàn vách phẳng Sơ đồ: a
B
D D
B Sơ đồ: b
D
B
Sơ đồ: c Sơ đồ: d
B
D
S
S
S
S
Các dạng kết cấu của vách sóng
H 3.61 Kết cấu vách sóng loại I
H 3.62 Kết cấu vách sóng loại I
3.Bố trí hệ thống cơ cấu dàn vách phẳng
Nguyên tắc bố trí các vách
Sự bố trí các vách theo chiều dài và chiều rộng cũng như khoảng cách giữa chúng phụ thuộc vào cấp tàu, chức năng , kích thước và tính chất hàng hóa .
• Vách ngăn ngang
Trên các tàu hàng khô, số lượng vách ngăn ngang phụ thuộc vào chiều dài tàu kiểu tàu, cấp , công dụng tàu và được xác định theo quy phạm. Tuy nhiên bắt buộc phải có vách chống va mũi, vách lái, hai vách ngăn buồng máy cho trường hợp buồng máy đặt giữa tàu. Số vách ngang phải tối thiểu để đảm bảo chống chìm và vị trí vách đặt phải tối ưu để thuận tiện cho khai thác tàu.Khoảng cách giữa các vách ngang không vượt quá 6 lần chiều cao tàu và tối đa là 30 m .
Bảng số lượng vách ngăn ngang Chiều dài tàu(m) Số lượng vách Chiều dài tàu(m) Số lượng vách
L < 67 3 102 ≤ L < 123 6
67 ≤ L < 87 4 123 ≤ L < 143 7
87 ≤ L < 90 5 143 ≤ L < 165 8
90 ≤ L < 102 5 165 ≤ L < 186 9
L ≥ 186 Đăng kiểm quy định
• Vách kín nước
Các vách kín nước từ vách mũi đến vách đuôi phải được kéo tới boong mạn khô, trừ trường hợp vùng boong nâng đuôi, boong nâng mũi thì vách kín nước phải kéo tới các boong đó. Vách kín nước cấu tạo từ thép tấm , các nẹp và các chi tiết liên kết vách với đáy tàu, mạn , boong và vách dọc ( nếu có ). Chiều dày tôn vách từ 6 – 14 mm và giảm dần khi lên cao tương ứng phân bố độ lớn áp lực thủy tĩnh tác động lên vách . Mối hàn vách kín nước thực hiện theo cách hàn kín, hàn hai phía.
Vách ngang kín nước ở vách đầu và vách đuôi không được khoét lỗ chui, còn ở vị trí khác có thể được khoét lỗ chui có nắp đậy kín đóng mở từ hai phía. Với những tàu có yêu cầu chống chìm cao thì nắp này còn phải đóng mở từ boong mạn khô.
Nếu tàu có đáy đôi mạn kép thì trong phạm vi khoang hàng có thể không cần đặt vách ngang kín nước. Phần vách ngang kín nước đặt trong vùng mạn kép phải cách xa nhau không quá 15 khoảng sườn.
• Vách ngăn dọc
Trên các tàu vận tải hiếm khi gặp các vách dọc, ngoại trừ tàu chở dầu và tàu chở hàng rời tổng hợp. Tàu chở hàng trên boong phải đặt vách dọc cách nhau và cách mạn không xa quá 2,5m.
Sơ đồ bố trí dàn vách ngang phẳng
1. Vách bố trí toàn bộ nẹp đứng chỉ áp dụng cho vách ngang khoang hàng tàu hàng khô khi tỷ số chiều rộng vách trên chiều cao vách lớn hơn 2 (
Dk
B >2)
2. Vách với sơ đồ nẹp đứng, sống đứng áp dụng cho vách ngang khoang hàng tàu hàng khô khi
D
B ≤2 hoặc vách ngang khoang hàng tàu chở hàng lỏng . 3. Vách với nẹp đứng, sống đứng, sống nằm
Được áp dụng cho vách ngang khoang hàng tàu hàng khô khi D
B ≤2
D do.
S S S S
S b
B C
B C
A A
A -A
B -B C - C
H 3.63 Vách phẳng
kết cấu toàn nẹp đứng
H 3.64 Vách phẳng kết cấu nẹp đứng, sống đứng và sống nằm
4. Vách với sơ đồ nẹp nằm, sống đứng áp dụng cho vách mũi, vách đuôi các loại tàu và vách ngang khoang hàng tàu chở hàng lỏng .
H 3.65 Sơ đồ vách phẳng
a - dàn vách với nẹp đứng, sống đứng, sống nằm;
b - dàn vách với nẹp nằm, sống đứng
Bố trí cơ cấu vách phẳng
Về mặt kết cấu, dàn vách phẳng là kết cấu tấm được gia cường bởi các thanh (nẹp)
• Tấm vách
Chiều dày các tấm phụ thuộc vào khoảng cách giữa các nẹp. Các tấm vách gần dải tôn đáy do bị ăn mòn nhiều nền thường dày hơn dải tấm vách trên cùng. Với tàu đáy đơn, dải dưới cùng của tôn vách cao hơn mặt tôn giữa đáy tối thiểu 915 mm. Với tàu đáy đôi, dải dưới cùng của tôn vách cao hơn mặt tôn đáy trên tối thiểu 610 mm . Hai bên vách, một phía là đáy đơn, một phía là đáy đôi, hàng tôn dưới cùng của vách phải cao hơn mặt đáy đơn tối thiểu 310 mm .Nếu đáy trên chỉ có ở một bên vách, thì dải tôn dưới cùng nằm cao hơn đáy trên tối thiểu 0,3 m .
• Thanh – nẹp vách phẳng
Các vách phẳng phải được gia cường bằng các nẹp đứng hoặc nẹp nằm .
Khoảng cách giữa các nẹp đứng hoặc giữa các nẹp nằm không quá 0,6 m đối với vách mũi và không quá 0,75m đối với vách kín nước khác ( tàu sông) và không quá 0,9 m đối với các vách còn lại ( tàu biển).
Nẹp đứng là các thanh dầm nằm trong mặt phẳng thẳng đứng .
Các nẹp đứng có thể được gia cường bởi một vài nẹp nằm. Các nẹp đứng của vách ngang nên đặt trong cùng một mặt phẳng với các dầm dọc đáy (sàn đáy trong), dầm dọc boong. Nẹp nằm là các thanh dầm nằm trong mặt phẳng nằm ngang. Trên các tàu nhiều boong, vai trò nẹp nằm do các boong và boong lửng thực hiện. Các nẹp nằm nên đặt trong cùng một mặt phẳng với các nẹp nằm của vách dọc và mạn.
Các nẹp thường đặt ở một phía của vách để đơn giản cho công việc lắp ráp và hàn đồng thời khi đó các tấm của vách sẽ tham gia vào uốn của các nẹp với vai trò là dải mép kèm. Các nẹp vách thường có prophin thép cán hoặc hàn chữ T. Nếu nẹp không đi đến nẹp dọc, chúng được coi là tựa tự do (đầu cột được vát 45°) (hình 3.66a).
Tuy nhiên liên kết kiểu này không đựơc khuyến khích , nẹp thường được liên kết với nẹp dọc bằng một mã nhỏ (hình 3.66b) . Trường hợp sử dụng các mã kéo đến đà ngang đáy lân cận hoặc tựa lên các nẹp dọc khoẻ thì nẹp của vách có thể coi là ngàm cứng .
H 3.66
Việc cố định hai đầu nẹp thường được thực hiện bằng các mã có mép bẻ ( hình 3.67a,b). Trường hợp một đầu của nẹp bị xẻ ra và uốn cách xa nhau , xen vào giữa là một mã ( hình 3.67c). Các mã có thể hàn đối đầu với nẹp hoặc hàn đè .
H 3.67
Sống đứng, nẹp đứng liên kết với vách bằng mã hoặc có thể khoét lỗ. Việc khoét lỗ và lượn góc lỗ khoét với mục đích để giảm tập trung ứng suất và bù vào phần thiếu độ bền do bị khoét . Các nẹp vách được liên kết với đáy và boong cả 2 phía . Nếu boong, đáy kết cấu hệ thống ngang, dưới chân vách có mã.
Nẹp đứng, nẹp nằm thông thường được liên kết bằng mã ở hai đầu. Chiều dài cạnh mã không nhỏ hơn 1/8 chiều dài nhịp cơ cấu trên . Nếu chiều dài mép kèm của nẹp lớn hơn 800 mm thì mã phải được gia cường bằng bẻ mép. Khoảng cách từ mép lỗ khoét tới mép kèm không nhỏ hơn đường kính mã.
Ngoài ra còn một số hình thức liên kết hai đầu nẹp như sau :
o Hai đầu nẹp được vát mép (Không liên kết ), chỉ áp dụng trong trường hợpchiều cao dàn vách nhỏ hơn 3m , hoặc áp dụng trong khoang nội boong trên cùng .
o Hai đầu nẹp được gắn mã, được dùng phổ biến trong mọi trường hợp .
Liên kết kiểu A : là liên kết bằng mã với cơ cấu dọc hoặc với cơ cấu kề ở cùng mặt phẳng với nẹp, có cùng tiết diện hoặc tiết diện lớn hơn .
Liên kết kiểu B : là liên kết bằng mã với cơ cấu ngang như xà boong hoặc một liên kết khác tương đương với liên kết nói trên .
o Hàn tựa là liên kết mà cả bản thành và bản mép của nẹp được hàn tựa một đầu hoặc hàn tựa hai đầu vào tôn boong, tôn vách hoặc tôn đáy trên, các tấm tôn đó được gia cường bằng cơ cấu tựa đặt ở mặt đối diện. Hình thức này thường áp dụng cho boong trung gian .
H 3.68 Các hình thức liên kết mút nẹp
4.Bố trí cơ cấu vách sóng
H 3.69 Vách dọc tàu dầu
1. Nẹp khỏe đứng . 2. Mã liên kết .
Các vách lượn sóng hiện nay được dùng phổ biến trên phần lớn các tàu dầu.
Vách sóng có ưu điểm lớn là khối lượng giảm do các nếp uốn đồng thời vừa là tấm vách vừa là nẹp cứng. (Kết cấu sóng giảm 10% trọng lượng thân tàu so với kết cấu phẳng ). Đây là một đặc điểm quan trọng với các kết cấu tấm mỏng nhờ giảm được biến dạng hàn. Tuy nhiên nhược điểm của vách sóng không có mặt phẳng và chiếm nhiều không gian hơn vách phẳng.
Việc lựa chọn kích thước, hình dáng và bố trí các kiểu sóng, các cơ cấu của vách sóng được quyết định bởi điều kiện khai thác, sức bền và hệ thống kết cấu đáy.
Các vách ngang sóng hoặc vách dọc sóng có thể bố trí đặt trực tiếp lên đà ngang kín nước hoặc lên tôn đáy, đặt dưới tôn boong hoặc xà ngang boong khỏe. Nếu vách kết cấu sóng đứng, đường tâm của các sóng đứng được đặt trùng với đường tâm của bản thành cơ cấu mà nó đặt lên (xà ngang boong hoặc đà ngang khỏe). Các gân sóng nẹp vách được bố trí trong mặt phẳng các nẹp xà dọc boong và đà dọc đáy .
Thực tế đóng tàu, các vách dọc có thể có gân đứng hoặc gân nằm ngang, còn các vách ngang chỉ có gân sóng đứng . Vách kín nước phải có gân sóng hình thang hoặc gân sóng hình sin. Với các kết cấu thứ yếu có thể dùng gân sóng tiết diện tam giác đỉnh tròn hoặc tiết diện nửa tròn (cơ cấu sóng loại 2 )
Sống boong, sống đáy, các cơ cấu dọc của boong và đáy phải được gắn với gân sóng bằng các mã. Liên kết của sống đứng với sóng có 2 dạng , đó là sống có mép kèm với chiều rộng mép kèm 15mm và sống không có mép kèm.
Ngoài ra vách sóng có thể hàn trực tiếp với tôn đáy trên (tôn bao đáy), tôn bao mạn, tôn boong . Phải chú ý loại trừ những điểm “cứng “ trên các kết cấu quy định.
Những chỗ dầm hoặc mã xuyên qua các kết cấu kín nước phải được gắn các nẹp gia cường. Tại vị trí gân sóng phải gắn mã với các cơ cấu đáy, boong.
5.Sơ đồ tính toán
Tải trọng tính toán cơ cấu vách
Tải trọng tính toán cơ cấu vách đó là áp lực nước ngập khoang khi tàu bị sự cố hoặc áp lực của hàng lỏng đối với tàu chở hàng lỏng trong khoang. Tải trọng phân bố theo quy luật bậc nhất hình tam giác, hình thàng với cơ cấu nẹp đứng, sống đứng hoặc phân bố đều với cơ cấu nẹp nằm, sống nằm .
Sơ đồ liên kết
• Tấm vách
Tấm vách thường có tỷ lệ chiều dài trên chiều rộng khá lớn. Nhờ tính đối xứng kết cấu và tải trọng , tấm kiểu này được coi là tấm phẳng, ngàm tại các cạnh, chịu tảI trọng phân bố đều theo phương pháp tuyến. Dưới áp lực của tải trọng ngang, tấm bị võng dạng trụ. Với những tấm có chiều dài b lớn hơn chiều dày t không quá 60 – 70 lần , ứng suất trong tấm không lớn, tấm có thể coi tấm cứng .
Đối với tàu chở hàng nặng trên boong do ứng suất lan truyền của phản lực vành đế nên khi tính toán thiết kế cơ cấu cần tăng chiều dày và chiều rộng của tấm trên cùng
• Nẹp nằm, sống nằm
Tải trọng coi phân bố đều trên nẹp nằm, khi đó nẹp coi như dầm 1 nhịp khi không có sống đứng vách và nẹp coi như dầm liền nhịp khi có sống đứng giữa nhịp . Nếu khoảng cách sống đứng bằng nhau hoặc khoảng cách giữa chúng chênh không quá 20% thì tại đầu của nẹp coi ngàm cứng. Nếu khoảng cách giữa chúng chênh nhau quá 20% thì coi liên kết nẹp tại sống là ngàm đàn hồi với hệ số ngàm là 0,75 ở đầu ngàm nhịp lớn và hệ số 1 ở đầu ngàm nhịp nhỏ.
• Nẹp đứng, sống đứng
. Nẹp đứng được coi như dầm 1 nhịp khi không có sống nằm và coi như dầm liền nhịp khi có sống nằm. Nếu boong và đáy kết cấu hệ thống ngang, nẹp vách được gắn mã với cơ cấu ngang đó, khi đó đầu dưới nẹp coi là ngàm cứng, đầu trên nẹp coi là ngàm đàn hồi với hệ số ngàm là 0,5. Nếu boong và đáy kết cấu hệ thống dọc, nẹp vách đặt trong mặt phẳng hệ thống cơ cấu dọc và được gắn mã với nó, khi đó 2 đầu của nẹp coi như ngàm đàn hồi với hệ số ngàm là : χ1,2=
i I l 29a , 0 1
1 + Với l(m) là chiều dài nhịp nẹp
a(m) là khoảng cách từ nẹp đến cơ cấu ngang (xà ngang khỏe , đà ngang đầy) gần nhất của boong và đáy
I (cm4) và i(cm4) là mô men quán tính tiết diện ngang của nẹp và của cơ cấu dọc được nối với nẹp bởi mép kèm
6.Kiểm tra độ bền vách ngang khi kê tàu trên triền , trên ụ
Điều kiện tính toán
Trong quá trình khảo sát, tính toán người ta giả thiết thân tàu được kê trên một đường trượt, đế kê đặt vào mặt phẳng dọc tâm của tàu, khoảng cách giữa các hàng đế kê không lớn, coi phản lực của đế kê là phản lực đàn hồi, phản lực tác dụng lên vách được truyền từ nền qua đế kê, tới sống chính, rồi tới vách ngang. Phản lực lớn nhất tác dụng lên vách nằm tại mặt phẳng dọc tâm sau đó tới các vùng lân cận. Tổng phản lực tác dụng lên vách bằng trọng lượng tàu không khi đưa vào ụ .
Sơ đồ tính toán
H 3.70
Để kiểm tra độ bền, độ ổn định của dàn vách, người ta xây dựng sơ đồ tính toán cho dàn vách như sau: Coi mỗi vách ngang là dầm 1 nhịp riêng biệt gồm tấm và cơ cấu gia cường có chiều dài nhịp bằng chiều rộng tàu B, chiều cao dầm bằng chiều cao mạn, chiều rộng dầm bằng nửa khoảng cách tới 2 khoang lân cận l, diện tích bản thành của dầm là F.
Dầm chịu tải trọng tập trung lớn nhất tại giữa nhịp ở mặt phẳng dọc tâm có giá trị bằng nửa tổng phản lực đế kê trên chiều dài 2 khoang kề vách khảo sát .
R = 1
2 ∑Pi ( li + li+1 )
Phản lực từ sống chính lên một vách được tính gần đúng: R ≈ 1,3 DK LK l Trong đó: B = min ⎟
⎠
⎜ ⎞
⎝
⎛ l,a 6 1
DK là trọng lượng tàu không đưa vào ụ
LK là chiều dài đường trượt (khoảng cách từ mút đầu đến mút cuối hàng đế kê)