CHƯƠNG 3. KẾT CẤU TÀU HÀNG KHÔ 3.1. KẾT CẤU KHOANG HÀNG
2. Sơ đồ bố trí kết cấu dàn mạn
3.1.3. KẾT CẤU DÀN BOONG
Chức năng
Dàn boong thực hiện chức năng tạo nên diện tích bề mặt để bố trí hàng hóa, bố trí các phòng chức năng, phòng công tác, phòng ở cho thuyền viên và khách trên tàu;
đảm bảo tính kín nuớc, kín dầu, chống hắt nước vào khoang cũng như khi thủng khoang; đảm bảo độ bền dọc chung thân tàu với tư cách là mép trên thanh tương đương. Ngoài ra cũng như các dàn khác, dàn boong còn làm vành đế đỡ cho các khung dàn mạn, khung dàn vách .
Điều kiện làm việc
Dàn boong thường xuyên chịu ứng suất do uốn dọc chung thân tàu gây ra khi tàu trên nước tĩnh và trên sóng với tư cách là mép trên của thanh tương đương chịu tác động của ứng lực do uốn dọc chung, các trọng lượng thành phần trên tàu, áp lực nước tràn lên boong..
Dàn boong thường xuyên chịu ứng suất phát sinh do xoắn chung thân tàu gây ra khi tàu chạy chéo sóng, hoặc do có lỗ khoét, có khoang mở rộng trên tàu.
Dàn boong chịu ứng suất phát sinh do uốn cục bộ gây ra bởi các loại tải trọng ngang cố định hoặc thay đổi. Đó là tải trọng hàng hóa khi vận chuyển xếp trên boong (đối với boong hàng hóa ); áp lực của hàng hóa trong khoang khi tàu chở đầy hàng (thường xảy ra đối với tàu chở khí , tàu chở hàng lỏng có thể tích giãn nở lớn); áp lực của hàng hóa (lực quán tính ) khi tàu chòng chành trên sóng (đối với tàu chở hàng dễ xô dạt ); tải trọng do trang thiết bị đặt trên boong ; tải trong do nước hắt lên boong (đối với boong thời tiết ).
Với tư cách là vành đế , dàn boong chịu ứng lực do các dàn khác truyền tới và ứng lực của vành đế khi tàu kê trên triền, trên ụ.
2.Mô hình tính toán cơ cấu dàn boong
Tải trọng tính toán
Tải trọng tính toán cho các cơ cấu dàn boong của tàu hàng khô có thể là tải trọng phân bố đều dạng áp lực thủy tĩnh, có thể là tải trọng cục bộ phân bố không theo quy luật nhất định và cũng có thể là tải trọng tập trung. Với boong xếp hàng, nếu là hàng rời chứa tại một vùng nhất định sẽ gây ra áp lực phân bố đều trong vùng chứa hàng ;nếu hàng đóng kiện sẽ gây tác động cục bộ trong khu vực đặt kiện hàng; đối với hàng rất nặng sẽ gây ra tải trọng tập trung. Tải trọng quy ước do nước hắt lên boong với boong hở, áp lực của nước đối với boong hở có thể coi như phân bố đều .
Mô hình hóa cơ cấu dàn boong o Tấm boong
Tấm boong mô hình hóa giống như tấm đáy.
Trong hệ thống kết cấu ngang, tấm có gia cường trong phạm vi khoảng sườn được coi là ngàm tại xà ngang boong và chịu lực kéo.
Trong hệ thống kết cấu dọc, tấm cùng nẹp có chiều dài trong nhịp bị ngàm cả hai đầu.
• Xà ngang boong khỏe
Xà ngang được khảo sát như dầm liền nhịp mà sống boong coi là các đế cứng . Tại vị trí vách dọc, xà ngang khỏe coi ngàm cứng nếu chiều dài 2 khoang kề nhau chênh nhau không quá 20% ( 20
1 1 2− ≤
l l
l %) và coi ngàm đàn hồi nếu chiều dài 2 khoang kề nhau chênh nhau quá 20% với hệ số ngàm χ = 1 ứng với đầu nhịp nhỏ;
χ = 0,5 ứng với đầu nhịp lớn.
Tại mạn tàu, xà ngang khỏe coi như ngàm đàn hồi với hệ số ngàm :
i I B
l
i
ζ i
χ +
= 1
1
Với : ζ là hệ số ζ = 3 2
B1(m) , l1(m) là nhịp của xà ngang boong và nhịp của sườn (l1= H ).
I(cm4)và i(cm4) - mô men quán tính tiết diện xà ngang boong khỏe và sườn khỏe
• Xà ngang boong thường , xà ngang boong cụt
Nếu có sống boong, xà ngang thường và xà ngang cụt được khảo sát như dầm liền nhịp mà các đế cứng là các sống boong, tựa tự do tại mạn. Trường hợp không có sống boong , chúng được khảo sát như dầm một nhịp mà tại mạn và tại thanh dọc miệng hầm hàng coi như tựa tự do .
• Xà dọc boong
Khảo sát xà dọc boong như dầm 1 nhịp ngàm cứng tại xà ngang boong khỏe nếu nhịp dầm đối xứng (khoảng các xà ngang khỏe đều nhau) và khảo sát xà dọc như dầm liền nhịp mà xà ngang boong khỏe là đế cứng nếu các nhịp không đối xứng .
• Sống boong.
Sống boong khảo sát như ngàm cứng nếu chiều dài 2 khoang chênh nhau không quá 20% và khảo sát như ngàm đàn hồi nếu chiều dài 2 khoang quá 20%
Với hệ số ngàm :
l l l l q q
K K
K K K
K
+ ′
′ ′ +
= ⎟⎟ ⎠
⎜⎜ ⎞
⎝
⎛
5 , 0 1
5 , 0 1
3
χ
(qK,lK) và (q′K,l′K) là (tải trọng và chiều dài) 2 khoang kề nhau cần khảo sát .
3.Sơ đồ bố trí hệ thống kết cấu dàn boong
Nguyên tắc bố trí cơ cấu dàn boong
Các cơ cấu ngang và cơ cấu dọc của dàn boong phải được bố trí phù hợp với các sườn mạn . Các cơ cấu dọc boong được bố trí song song cơ cấu dọc đáy. Các cơ cấu khỏe dọc boong được bố trí song song cơ cấu khỏe dọc đá . Khoảng cách nẹp vách dọc phù hợp với sườn mạn .
H 3.40a Sơ đồ dàn boong hệ thống kết cấu dọc
H 3.40b Sơ đồ dàn boong hệ thống kết cấu ngang
1. Mạn tàu
2. Vách ngang .
3. Xà ngang thành quây ngang miệng hầm hàng
4. Thành quây dọc miệng hầm hàng (hình a).
5. Bán xà ngang boong khỏe (hình a) . Xà ngang boong cụt (hình b).
6. Sống boong thành quây dọc miệng hầm hàng . 7. Cột chống
Boong kết cấu hệ thống ngang
H 3.41 Dàn boong, mạn kết cấu hệ thống ngang 1. Tôn boong chính
2. Xà ngang boong 3. Tôn mạn chắn sóng 4. Tôn mạn
5.Sườn mạn
6. Vách ngang kín nước 7. Cột chống nội boong 8. Sống dọc boong
9. Thành quây dọc miệng hầm hàng 10. Tôn boong 2
Các xà ngang boong kéo dài từ mạn này sang mạn kia. Ở khu vực miệng hầm hàng, các bán xà ngang kéo dài từ mạn đến thành quây dọc miệng hầm hàng. Khoảng cách các xà ngang và bán xà ngang boong chọn đều nhau và bằng khoảng cách các đà ngang đáy, bằng khoảng cách các sườn mạn. Các xà ngang, bán xà ngang boong liên kết với sườn mạn bằng mã xà.
Để tăng độ bền và độ ổn định của khung dàn boong , người ta đặt các sống dọc boong, các nửa vách ngăn và cột chống
Các sống dọc là các thanh thành cao có tiết diện T được liên kết với vách ngăn ngang bằng mã. Số lượng sống dọc boong thường từ 1 đến 3. Trường hợp chỉ có 1 sống dọc boong bố trí ở mặt cắt dọc giữa tàu. Khi đó các mép thành quây dọc vượt khỏi mép quây ngang của miệng hầm hàng một khoảng nhỏ hơn 2 khoảng sườn và chuyển tiếp dần. Trường hợp 2 sống dọc boong, chúng được sử dụng làm mép quây dọc miệng hầm hàng. Trường hợp 3 sống dọc boong thì 1 sống đặt ở mặt cắt giữa tàu.
H 3.42 Phương án bố trí sống dọc boong ,cột chống
Miệng hầm hàng là phần diện tích lỗ khoét phục vụ cho việc xếp dỡ hàng.
Miệng hầm hàng các boong trên cùng được viền nhờ thành quây. Các boong phía dưới, các thành quây có chiều cao nhỏ hơn. Tuy nhiên, hiện nay để dịch chuyển hàng hóa được dễ dàng giữa các boong hàng, boong dưới không làm thành quây.Thành quây là các tấm thẳng đứng viền theo chu vi miệng hầm hàng. Mép trên cùng của thành quây được kết cấu thích hợp cho việc lắp đặt nắp đậy miệng hầm hàng. Ở khu vực miệng hầm hàng, các xà bị gián đoạn và chỉ liên tục từ mạn đến các thành quây dọc tạo thành bán xà.Nắp hầm có dạng hình tròn, ô van, hình chữ nhật lượn góc …
Chiều rộng miệng hầm hàng nên mở rộng để tăng khả năng bốc xếp hàng hóa nhưng không nên vượt quá 70% chiều rộng tàu B1 tại nơi có miệng khoét. Có thể cho phép tăng chiều rộng miệng khoét đến 85%B1 nếu có biện pháp gia cường đặc biệt.
Nếu chiều rộng miệng khoét không lớn hơn 70%.B1 thì thành quây dọc phải liên tục và kết thúc bằng mã có chiều dài không nhỏ hơn 2 lần chiều cao tiết diện thành quây miệng khoét.Thành quây dọc của mỗi miệng khoét phải được tận cùng bằng mã có chiều dài không nhỏ hơn 2 lần chiều cao tiết diện thành quây dọc nếu thành quây dọc không được nối lượn với thành quây ngang.
Thành quây dọc nên được nối lượn với thành quây ngang theo đường lượn góc miệng khoét. Có thể nối thành quây dọc với thành quây ngang bằng mã đặt trong mặt phẳng của boong, mã phải có mép gắn. Tấm thành của thành quây dọc phải được đặt trong mặt phẳng tấm thành của sống boong. Không được bố trí những đường hàn đối và những lỗ khoét ở vùng góc miệng khoét ( phần gạch )
H 3.43 Vùng không bố trí mối hàn đối và khoét lỗ Trong đó: r – bán kính lượn góc
b – chiều rộng của miệng khoét
Mép trên thanh quây phải gia cường bằng cơ cấu thích hợp đảm bảo độ cứng mép . Thông thường viền bằng thép bán tròn hoặc kết cấu khác tương tự phụ thuộc vào cách đóng mở miệng hầm hàng.
1.
2.
3.
4
H 3.44 Cơ cấu dàn boong ở hệ thống kết cấu ngang
• Boong kết cấu hệ thống dọc
Trong hệ thống kết cấu dọc, các xà dọc boong đặt trong cùng mặt phẳng thẳng đứng với các đà dọc đáy và các nẹp đứng vách ngăn ngang. Xà dọc boong chạy dài suốt boong , tựa trên các xà ngang boong khỏe, chui qua thành xà ngang boong khỏe . Mối nối đầu các xà dọc cần bố trí tại vùng mô men uốn nhỏ nhất, lực cắt bé nhất . Ngoài các xà dọc boong, dọc theo các mép quây dọc là sống dọc boong. Sống dọc boong coi là thanh có tiết diện thay đổi nằm trên nền đàn hồi và các gối đỡ đàn hồi Các xà ngang đầu và cuối, xà ngang khỏe ở giữa miệng hầm hàng liên tục từ mạn đến mạn, các bán xà khỏe giữa các xà ngang đầu cuối kéo dài từ mạn đến và gối lên mép quây dọc miệng hầm hàng. Các bán xà được coi là thanh liên tục gối tự do lên sống dọc boong và ngàm đàn hồi lên mạn. Xà ngang boong khỏe và xà ngang cụt khỏe tựa lên sống dọc nhưng khác hệ thống ngang , không làm lỗ cho sống chui qua , xà ngang khỏe dừng tại sống dọc và hàn vào thành sống dọc
1. Sống dọc boong 2. Boong chính 3. Xà dọc boong 4. Xà ngang boong 5. Mã xà
6. Sườn nội boong 7. Boong hai 8. Xà ngang boong 9. Sườn nội khoang 10. Mã liên kết 11. Sống chính
12. Sống phụ giảm nhẹ 13. Dầm dọc đáy 14. Đà ngang đáy
15, 16. Tôn đáy trong, ngoài 17. Vách ngang
18. Nẹp đứng vách 19. Cột chống
1. Thành quây ngang MHH 2. Gân gia cường
(tấm thép chạy song song ) 3. Tôn boong
4. Xà dọc boong
5. Tấm gia cường hai bên góc miệng hầm hàng (tấm kim cương) 6. Xà ngang boong khỏe 7. Cột chống
8. Thành quây dọc H 3.45 Khung dàn boong ở hệ thống kết cấu dọc
Cơ cấu gia cường dàn boong
Cột chống
• Chức năng
Cột chống làm tăng độ bền ngang và khả năng ổn định của dàn boong, làm gối đỡ bổ sung cho sống và xà ngang boong khỏe, giảm nhịp cơ cấu , nâng cao vai trò như là các liên kết giằng đỡ cho các xà , làm đồng đều hóa sự làm việc của dàn đáy và dàn boong . Trong trường hợp nếu các cột không gối lên các kết cấu cứng như vách dọc mà trực tiếp lên khung dàn đáy, chúng đảm bảo sự cân bằng và dịch chuyển theo phương đứng của các thanh thuộc khung dàn đáy và boong, tức là hoạt động phối hợp của các khung dàn dưới tác dụng của tải trọng ngang .
• Điều kiện làm việc
Cột chống thường xuyên chịu tải trọng gây nén của dàn boong truyền xuống, chịu uốn phức tạp,uốn do hàng hóa xê dịch và va đập trong khi bốc xếp hàng. Cột chống làm đế đỡ chịu tải không đối xứng gây ra xoay tiết diện tại đầu cột. Cần chú ý rằng cột chống chịu tải trọng gây nén đúng tâm là lớn nhất và tâm cột chống là giao nhau giữa miệng hầm hàng với sống boong. Vì vậy cần quan tâm đến việc đảm bảo ổn định cho các cột chống.
Độ lớn tải trọng tới hạn của cột tỉ lệ với mô men quán tính cực tiểu của mặt cắt ngang , vì vậy coi cột chống là các thanh thành mỏng và khi thiết kế cột chống cần chọn cột với tiết diện có mô men quán tính lớn hơn giới hạn :
E l I 2F.2E 2
π
≥ σ (3.123)
• Yêu cầu bố trí
Số lượng cột chống trong khoang bố trí tối thiểu, vị trí tối ưu đảm bảo yêu cầu khai thác, không làm mất dung tích chứa hàng, không cản trở việc bốc xếp hàng hóa . Trên phần lớn các tàu hàng khô, ở hai đầu cột được tì vào các tấm lót có chiều dày tăng cường chứ không đặt mã (hình 3.46a).
1. Thành quây dọc miệng hầm hàng 2. Thành quây ngang 3. Xà ngang boong cụt 4. Xà dọc boong 5. Tấm lót
6. Xà ngang boong 7. Mã
8. Nẹp
9. Xà ngang cuối hầm hàng 10. Cột chống
11. Nẹp ngang thành quây
H 3.46a
Trường hợp cột đặt ở mặt cắt dọc giữa tàu, các cột cần tì lên giao của đà ngang đặc và sống chính ( hình 3.46b). Các cột chống trong khoang nội boong phải đặt trực tiếp lên cột ngay boong dưới hoặc phải có biện pháp hữu hiệu để truyền tải trọng xuống dưới . Đường tâm cột chống phần thân chính khoang nội boong bố trí trên một đường thẳng đứng . Trên tàu có chiều rộng lớn lỗ khoét rộng, sức bền của boong khó được đảm bảo nên không bố trí cột chống
b) c) H 3.46b,c
1. Sàn boong 2. Sống dọc boong 3. Xà ngang boong 4. Thành quây dọc 5. Cột chống 6. Tấm đáy trong
7. Đà ngang đáy 8. Sống chính đáy 9. Tôn vỏ
10. Tấm lót trên 11. Tấm lót dưới
Ngoài các cột làm việc ở chế độ chịu nén, một số cột còn chịu nén và giãn ( đặc biệt là cột dưới hệ thống neo tại thời điểm thả neo). Với cột này có thể cố định bổ sung các đầu cột bằng mã hoặc đặt cột có thể tháo lắp được để thuận tiện cho xếp dỡ hàng (hình 3.46d). Khi cần thiết, cột được thu về vị trí nằm ngang dưới boong.
Để đảm bảo sự truyền tải trọng từ các sống dọc hoặc xà ngang đầu cuối, phía trên cột ở sống dọc có đặt các mã hoặc nẹp cứng (hình 3.46e)
d) e)
H 3.46 Kết cấu liên kết cột chống
• Dạng tiết diện cột chống
Tiết diện tối ưu của cột chống là tiết diện có độ ổn định theo mọi phương là như nhau và thường sử dụng tiết diện mặt cắt ngang cột dạng tròn rỗng (vành khăn), hình vuông, hình chữ nhật rỗng, tiết diện thép ghép, tiết diện thép góc đều cạnh
( áp dụng làm thanh giằng tàu chở hàng trên boong ), tiết diện thép dát định hình I, C ( áp dụng cho boong khoang dầu hoặc khoang mũi, đuôi ) .
• Sơ đồ bố trí ( xem hình 3.42 )
1. Cột chống bố trí tại giao giữa thanh quây miệng hầm hàng và sống boong ( mặt phẳng dọc tâm ) Được áp dụng cho tàu đi biển
2. Cột chống bố trí tại trung điểm thanh quây dọc miệng hầm hàng ( Được áp dụng cho tàu sông )
3. Cột chống bố trí tại 4 góc miệng hầm hàng
4. Cột chống bố trí tại 4 trung điểm của thành quây dọc và ngang miệng hầm hàng.
Nửa vách ngăn
Trường hợp chiều rộng tàu lớn hoặc các lỗ khoét trên boong có kích thước lớn, nên sử dụng các nửa vách ngăn dọc chạy từ vách ngăn ngang đến mép boong của miệng hầm hàng thay cho các cột. Các nửa vách ngăn này tạo gối đỡ cứngở mặt cắt dọc giữa tàu cho các xà ngang boong, các xà đầu cuối boong, đà ngang đáy. Khi hàng khô là hàng rời, các nửa vách dọc được sử dụng để đặt các tấm chống trôi tạm thời.
1. Các tấm chống xô hợp kim nhẹ 2.Trụ tháo lắp được 3.Đế đỡ trụ
4.Tăng đơ 5.Dây cáp 6. Sàn đáy trên 7.Vách dọc lửng 8. Vách ngang 9. Rãnh đặt tấm
H 3.47 Vách dọc lửng
Khi hàng khô là container, sử dụng các nửa vách ngăn ngang làm gối đỡ bổ sung cho các thành quây, sống dọc boong. Các nửa vách này chạy từ mạn đến mép thành quây, sống dọc boong và còn dùng để cố định container.
Mạn giả, lan can tay vịn
Trên các phần hở của boong dọc theo mạn thường đặt mạn giả (hình 3.51) hoặc lan can tay vịn để đảm bảo an toàn cho thuyền viên và hành khách. Mạn giả còn cải thiện điều kiện chuyên chở và chằng buộc hàng hóa trên boong. Vì vậy trên các tàu chở hàng trên boong, mạn giả thường làm cao và chắc chắn. Chiều cao mạn giả không dưới 1,1m và được thiết kế sao cho tham gia rất ít vào uốn dọc chung thân tàu.
a
1. Mã đứng 2.Mép bẻ 3. Mặt boong 4.Nẹp dọc boong 5. Tấm ốp dùng để tán đinh
6. Vết cắt 7. Xà ngang
b
1. Mạn giả 2.Mã đứng 3.Ống thoát nước 4. Nẹp dọc 5.Mẹp bẻ
6.Cửa thoát nước 7.Thanh giằng
H 3.48 Mạn giả
Miệng hầm hàng
Nắp miệng hầm hàng phải được thiết kế sao cho đảm bảo được tính kín nước, đảm bảo độ bền khi chịu áp lực của nước hắt lên boong trên cùng và áp lực của hàng hóa.
Trên tàu hàng khô thường gặp 2 kiểu nắp hầm hàng, đó là kiểu nắp đậy sử dụng xà tháo lắp được hoặc dịch chuyển được, trên các xà này đặt các nắp hầm hàng và kiểu nắp đậy cơ khí.
Nắp đậy sử dụng xà tháo lắp được có kết cấu gồm các xà miệng hầm hàng có thể tháo lắp được đặt vào các ổ đặc biệt trên mép dọc miệng hầm hàng.
H 3.49a. Nắp hầm hàng sử dụng xà tháo lắp
1. Sàn boong 2. Thành quây dọc 3. Thành quây ngang 4. Mép bẻ trên thành quây 5. Xà boong
6. Nẹp ngang gia cường thành quay 7. Xà tháo lắp được
8. Ổ đỡ xà
9, 10 Mã
11. Thanh nẹp chằng để đỡ bạt 12. Chốt hãm
13. Nêm 14. Bạt
15 Thanh nẹp chằng bạt 16. Nẹp dọc thanh quây 17. Tấm nắp gỗ