Расчет элементов палубных перекрытий

Верхняя палуба судна играет особую роль в составе корпуса судна. Являясь верхним пояском эквивалентного бруса, верхняя палуба участвует в обеспечении как общей, так и местной прочности корпуса. Нижние палубы, как правило, предназначены для перевозки груза, поэтому рассчитываются на его давление. Наличие вырезов грузовых люков еще больше усложняет задачу проектирования палуб.

В зависимости от назначения и размерений судна применяют различные системы палубных перекрытий: поперечную (на небольших судах или для нижних палуб крупных сухогрузных судов), продольную (для верхних палуб крупных судов) или комбинированную (на судах «открытого» типа).

Конструирование палубного перекрытия также включает три этапа:

1. разработка схемы перекрытия

2. расчет элементов перекрытия

3. вычерчивание рассчитанных конструкций на чертеже конструктивного мидель-шпангоута.

УНИВЕРСАЛЬНЫЕ СУХОГРУЗНЫЕ СУДА,

ЛЕСОВОЗЫ, КОНТЕЙНЕРОВОЗЫ, БАЛКЕРЫ

ВП крупных сухогрузных судов, как правило, имеет грузовые люки и выполняется по продольной системе набора, что связано с необходимостью обеспечения общей продольной прочности корпуса судна. В углах люков, где наблюдается концентрация напряжений, предусматривается усиление в виде утолщенных вварных листов.

Нижние палубы обычно проектируются по поперечной системе набора, т.к. напряжения от общего продольного изгиба здесь невелики, и основную роль играют местные нагрузки (от груза), а также нагрузки от бортов.

Разработка схемы перекрытия ВП

Схема разрабатывается для того же трюма в средней части судна, что и в расчете днища.

Границами перекрытия является его опорный контур; для палубного перекрытия – это борта и поперечные переборки.

Расстановка элементов набора (в соответствии с выбранной системой набора) начинается с установки продольных подпалубных балок (на расстоянии шпации), расположение которых должно быть согласовано с продольным набором днища.

Затем устанавливаются рамные бимсы и полубимсы через 3-5 шпаций (согласованно со сплошными флорами на днище).

После установки основного набора необходимо уточнить размеры грузового люка (которые были определены при разработке поперечного сечения судна – по коэффициентам раскрытия палубы) – так, чтобы кромки люка были расположены на балках набора, т.е. длина люка должна быть кратна расстоянию между рамными бимсами и полубимсами, а ширина люка должна быть равна четному числу расстояний между продольными балками (шпаций).

По кромкам люка устанавливается усиленный набор палубы: концевые люковые бимсы и карлингсы-комингсы. При большой ширине люка может быть установлен дополнительный карлингс в ДП. При большой длине люка могут предусматриваться пиллерсы или полупереборки для уменьшения пролета карлингсов.

Разработка схемы перекрытия НП

Схема разрабатывается аналогично ВП, но при поперечной системе набора основными элементами будут:

- бимсы и полубимсы, устанавливаемые на расстоянии шпации;

- концевые люковые бимсы (по кромкам люка);

- карлингсы (устанавливаемые так же, как на ВП).

На схемах перекрытий необходимо обозначить элементы и назвать их, а также указать расстояния между набором.

Расчет элементов ВП

План расчета

1. Расчетное давление на ВП – пп. 2.6.3.1; 1.3.2.2

p=0,7p_w ³ p_min

Здесь р_w= p_w0-7,5a_xz_i – волновая нагрузка выше ЛГВЛ, кПа;

z_i=D-d – расстояние от ЛГВЛ до ВП, м;

p_w0 - волновая нагрузка на уровне ЛГВЛ, кПа;

a_x - коэффициент, учитывающий отстояние рассматриваемого сечения от носового или кормового перпендикуляра (х₁), для района мидель-шпангоута можно принимать 0,267;

p_min=0,015L+7 –минимальная нагрузка на ВП в средней части судна.

Если верхняя палуба является грузовой, то расчетная нагрузка выбирается как большая из величин:

р=р_волн. или р_г

Здесь р_волн= p_w0-7,5a_xz_i – волновая нагрузка выше ЛГВЛ, кПа;

≥20 кПа – давление перевозимого груза, кПа;

h_г=h_тр - высота укладки груза, м; Для контейнеровозов h_г определяется количеством ярусов контейнеров, укладываемых на ВП. На лесовозах h=0,7 h_укл, где h_укл=0,5D (D-высота борта,м).

- плотность груза, т/м³;

- удельный погрузочный объем груза, м³/т;

a_z - расчетное ускорение в вертикальном направлении (можно считать равным 0);

2. Минимальная толщина настила ВП – п. 2.6.4.1.5

- бортовые непрерывные участки

³5,5 (при L≥100м)

- внутри линий больших вырезов

³5,5 (при L≥100м)

3. Расчетная толщина настила ВП – пп. 2.6.4.1.2; 1.6.4.4

Здесь m=15,8;

а – расстояние между продольными подпалубными балками (шпация), м;

=0,6 – в средней части судна при продольной системе набора;

- коэффициент, зависящий от соотношения размеров пластины обшивки: а и b – меньшего и большего, соответственно.

- расчетный нормативный предел текучести по нормальным напряжениям;

р – расчетная нагрузка на ВП, определенная в п. 1;

- запас на износ настила, определяемый в соответствии с п. 1.1.5.1;

U=0,1 мм/г – среднегодовое уменьшение толщины (мм/год), принимаемое с учетом условий эксплуатации по табл. 1.1.5.2;

Т - планируемый срок службы конструкции – принимается 24 года.

4. Размеры палубного стрингера – п. 2.6.4.1.4

ширина

b=5L + 800 £ 1800

толщина

S_пс=S_вп или S_борта (что больше)

Здесь S_пс - толщина палубного стрингера, мм;

S_вп – толщина настила палубы, определенная в п.3;

S_борта – толщина бортовой обшивки в верхней части борта, рассчитанная в разделе «Наружная обшивка».

5. Толщина вварных листов в углах люков – п. 2.6.5.1.1

S_вв.л=1,35 S_ВП

6. Продольные подпалубные балки – пп. 2.6.4.2; 1.6.4.1; 1.6.4.2

Здесь Q=pa l;

m=12 – для продольных подпалубных балок;

k_s= 0,65 - для продольных подпалубных балок в средней части судна;

l – пролет продольных балок (расстояние между рамными бимсами и полубимсами), м;

a - расстояние между продольными подпалубными балками (шпация), м;

р – расчетная нагрузка на ВП, определенная в п. 1;

=1,05 – коэффициент, учитывающий добавку на коррозию.

Подобрать профиль – симметричный или несимметричный полособульб.

7. Рамные бимсы и полубимсы - пп. 2.6.4.4; 2.6.4.6; 1.6.4.1; 1.6.4.2

Здесь Q=pa l;

m=10 – для рамных бимсов при продольной системе набора;

k_s= 0,65 - для рамных бимсов в средней части судна;

l – пролет рамных бимсов (наибольший – по схеме), м;

a - расстояние между рамными бимсами, м;

р – расчетная нагрузка на ВП, определенная в п. 1;

=1,05 – коэффициент, учитывающий добавку на коррозию.

Подобрать профиль – сварной тавр и проверить условие h_рб≥2h_{пр. б} (при необходимости – увеличить профиль рамного бимса).

8. Карлингсы - пп. 2.6.4.7; 1.6.4.1; 1.6.4.2

Здесь Q=pb l;

m=12 – для карлингсов;

k_s= 0,65 - для карлингсов в средней части судна;

l – пролет карлингсов (длина люка), м;

b - ширина площади палубы, поддерживаемой карлингсом, м;

р – расчетная нагрузка на ВП, определенная в п. 1;

=1,05 – коэффициент, учитывающий добавку на коррозию.

Подобрать профиль – сварной тавр.

9. Концевые люковые бимсы - п. 2.6.4.4 – можно принять конструктивно – как карлингс.

10. Конструкция фальшборта – пп. 2.14; 8.6.2; 2.14.4

высота ³ 1 м

толщина

S=0,025L+4 (³3, £ 8,5 мм)

стойки

Здесь Q=pа l;

m=2 – для стоек фальшборта;

k_s - 0,65 – в средней части судна;

l =h_{фальшборта} – пролет стоек (высота фальшборта), м;

а – расстояние между стойками (не более 1,8 м; на лесовозах не более 1,2 м) – согласовать со шпацией, м;

р – расчетная нагрузка на ВП, определенная в п. 1;

=1,05 – коэффициент, учитывающий добавку на коррозию.

Подобрать профиль – сварной тавр.

Расчет элементов НП

План расчета

1. Расчетное давление на НП – пп. 2.6.3.1; 1.3.4.1

p = - для грузовых палуб

Здесь h_г=h_тв – высота укладки груза (высота твиндека), м;

– плотность груза, т/м³;

- удельный погрузочный объем груза м³/т;

a_z – расчетное ускорение в вертикальном направлении при качке (может приниматься равным 0 в средней части судна);

Для водонепроницаемых НП должна учитываться также нагрузка при испытаниях непроницаемости (испытательное давление), кПа;

p_исп=7,5h_н

Здесь - испытательный напор, м;

z_i – расстояние от НП до ВП, м;

=1,5 м - высота воздушной трубки над ВП, м.

2. Толщина настила НП – п. 2.6.4.1.5

минимальная

³5,5 – для второй палубы при L≥100 м

- для третьей и других нижележащих палуб и платформ

расчетная

Здесь m=15,8;

а – расстояние между бимсами (шпация), м;

=0,8 – для второй палубы в средней части судна при поперечной системе набора; 0,9 – для остальных палуб и платформ;

- коэффициент, зависящий от соотношения размеров пластины обшивки: а и b – меньшего и большего, соответственно.

- расчетный нормативный предел текучести по нормальным напряжениям;

р – расчетная нагрузка на НП, определенная в п. 1;

- запас на износ настила, определяемый в соответствии с п. 1.1.5.1;

U=0,11 мм/г – среднегодовое уменьшение толщины (мм/год), принимаемое с учетом условий эксплуатации по табл. 1.1.5.2;

Т - планируемый срок службы конструкции – принимается 24 года.

3. Бимсы и полубимсы - пп. 2.6.4.3; 1.6.4.1; 1.6.4.2

Здесь Q=pa l;

m=10 – для бимсов;

k_s= 0,65 - для бимсов НП при поперечной системе набора;

l – пролет бимсов (наибольший – по схеме), м;

a - расстояние между бимсами, м;

р – расчетная нагрузка на НП, определенная в п. 1.

Подобрать профиль.

4. Карлингсы - пп. 2.6.4.4; 1.6.4.1; 1.6.4.2

Здесь Q=pb l;

m=12 – для карлингсов;

k_s= 0,7 - для карлингсов НП в средней части судна;

l – пролет карлингсов (длина люка), м;

b - ширина площади палубы, поддерживаемой карлингсом, м;

р – расчетная нагрузка на НП, определенная в п. 1.

Подобрать профиль – сварной тавр.

5. Концевые люковые бимсы - пп. 2.6.4.4 – можно принять конструктивно – как карлингс.

ТАНКЕРЫ

В соответствии с «Правилами» Регистра (п. 3.5.2.2) ВП крупных танкеров (L≥80м) должна проектироваться по продольной системе набора, что связано с необходимостью обеспечения общей продольной прочности корпуса судна и устойчивости пластин настила при общем продольном изгибе.

Разработка схемы перекрытия ВП

Схема разрабатывается для того же танка в средней части судна, что и в расчете днища.

Границами перекрытия является его опорный контур: борта (внутренние), продольные и поперечные переборки.

В конструктивном отношении перекрытие оказывается простым, так как основным набором его являются продольные подпалубные балки и рамные бимсы.

Расстановка элементов набора (в соответствии с выбранной системой набора) начинается с установки продольных подпалубных балок (на расстоянии шпации), расположение которых должно быть согласовано с продольным набором днища.

Затем устанавливаются рамные бимсы через 3-5 шпаций (согласованно со сплошными флорами на днище).

На танкерах длиной 200 м и более могут быть установлены усиленные продольные балки (над днищевыми стрингерами), имеющие момент сопротивления поперечного сечения (W) не менее 70% от W рамных бимсов (часто их принимают по профилю такими же, как рамные бимсы).

На схеме перекрытия необходимо обозначить элементы и назвать их, а также указать расстояния между набором.

Расчет элементов ВП

План расчета

1. Расчетное давление на ВП – пп. 2.6.3.1; 1.3.2.2

p=0,7p_w ³ p_min

Здесь р_w= p_w0-7,5a_xz_i – волновая нагрузка выше ЛГВЛ, кПа;

z_i=D-d – расстояние от ЛГВЛ до ВП, м;

p_w0 - волновая нагрузка на уровне ЛГВЛ, кПа;

a_x - коэффициент, учитывающий отстояние рассматриваемого сечения от носового или кормового перпендикуляра (х₁), для района мидель-шпангоута можно принимать 0,267;

p_min=0,015L+7 –минимальная нагрузка на ВП в средней части судна.

2. Минимальная толщина настила ВП – п. 2.6.4.1.5

³5,5 (при L≥100м)

3. Расчетная толщина настила ВП – пп. 2.6.4.1.2; 1.6.4.4

Здесь m=15,8;

а – расстояние между продольными подпалубными балками (шпация), м;

=0,6 – в средней части судна при продольной системе набора;

- коэффициент, зависящий от соотношения размеров пластины обшивки: а и b – меньшего и большего, соответственно.

- расчетный нормативный предел текучести по нормальным напряжениям;

р – расчетная нагрузка на ВП, определенная в п. 1;

- запас на износ настила, определяемый в соответствии с п. 1.1.5.1;

U=0,2 мм/г – среднегодовое уменьшение толщины (мм/год), принимаемое с учетом условий эксплуатации по табл. 1.1.5.2;

Т - планируемый срок службы конструкции – принимается 24 года.

4. Размеры палубного стрингера – п. 2.6.4.1.4

ширина

b=5L + 800 £ 1800

толщина

S_пс=S_вп или S_борта (что больше)

Здесь S_пс - толщина палубного стрингера, мм;

S_вп – толщина настила палубы, определенная в п.3;

S_борта – толщина бортовой обшивки в верхней части борта, рассчитанная в разделе «Наружная обшивка».

6. Продольные подпалубные балки – пп. 2.6.4.2; 1.6.4.1; 1.6.4.2

Здесь Q=pa l;

m=12 – для продольных подпалубных балок;

k_s= 0,65 - для продольных подпалубных балок в средней части судна;

l – пролет продольных балок (расстояние между рамными бимсами), м;

a - расстояние между продольными подпалубными балками (шпация), м;

р – расчетная нагрузка на ВП, определенная в п. 1;

=1,05 – коэффициент, учитывающий добавку на коррозию.

Подобрать профиль – симметричный или несимметричный полособульб.

7. Рамные бимсы - пп. 2.6.4.4; 2.6.4.6; 1.6.4.1; 1.6.4.2

Здесь Q=pa l;

m=10 – для рамных бимсов при продольной системе набора;

k_s= 0,65 - для рамных бимсов в средней части судна;

l – пролет рамных бимсов (ширина танка – для танкеров с двойными бортами это – расстояние от внутреннего борта до ДП), м;

a - расстояние между рамными бимсами, м;

р – расчетная нагрузка на ВП, определенная в п. 1;

=1,05 – коэффициент, учитывающий добавку на коррозию.

Подобрать профиль – сварной тавр и проверить условие h_рб≥2h_{пр. б} (при необходимости – увеличить профиль рамного бимса).

РОЛКЕРЫ

В соответствии с «Правилами» Регистра (п. 3.2.2.1) для грузовых палуб ролкеров предусматривается продольная система набора.

Разработка схемы перекрытия ВП

Схема разрабатывается для части палубного перекрытия в средней части судна (как и в расчете днища).

В конструктивном отношении палубы таких судов просты, т.к. не имеют грузовых люков и представлены продольными подпалубными балками, рамными бимсами и часто поставленными карлингсами. Расчет палуб (верхней, главной и других) практически не отличается.

Расстановка элементов набора (в соответствии с выбранной системой набора) начинается с установки продольных подпалубных балок (на расстоянии шпации), расположение которых должно быть согласовано с продольным набором днища.

Затем устанавливаются рамные бимсы через 3-5 шпаций (согласованно со сплошными флорами на днище).

Карлингсы устанавливаются через 3-5 шпаций, заменяя собой соответствующие продольные подпалубные балки.

На схеме перекрытия необходимо обозначить элементы и назвать их, а также указать расстояния между набором.

Расчет элементов ВП

План расчета

1. Условное расчетное давление на отпечаток колеса – п. 3.2.3.4.

При расчете конструкций палуб ролкеров определяется два вида расчетных нагрузок: условное расчетное давление на отпечаток колеса (Р₁) и равномерное («размазанное») давление груза на конструкцию (на пластину) – Р₂. Эти нагрузки определены в расчете днищевого перекрытия (в расчете толщины настила второго дна).

2. Расчетное давление на конструкцию палуб (от груза) - Р₂ – п. 3.2.3.4

см. п.1.

3. Минимальная толщина настила палуб – п. 2.6.4.1.5

верхней

³5,5

средней

³5,5

грузовой и нижней

³5,5

4. Расчетная толщина настила палуб – пп. 2.6.4.1.2; 1.6.4.4

Здесь m=15,8;

а – расстояние между продольными подпалубными балками (шпация), м;

=0,6 – для ВП в средней части судна при продольной системе набора;

0,8 - для СП в средней части судна при продольной системе набора;

0,9 - для ГП и НП в средней части судна при продольной системе набора;

- коэффициент, зависящий от соотношения размеров пластины обшивки: а и b – меньшего и большего, соответственно.

- расчетный нормативный предел текучести по нормальным напряжениям;

р – расчетное давление на палубу, определенное в п. 2;

- запас на износ настила, определяемый в соответствии с п. 1.1.5.1;

U=0,1 мм/г – среднегодовое уменьшение толщины (мм/год), принимаемое с учетом условий эксплуатации по табл. 1.1.5.2;

Т - планируемый срок службы конструкции – принимается 24 года.

5. Размеры палубного стрингера – п. 2.6.4.1.4

ширина

b=5L + 800 £ 1800

толщина

S_пс=S_вп или S_борта (что больше)

Здесь S_пс - толщина палубного стрингера, мм;

S_вп – толщина настила палубы, определенная в п.3;

S_борта – толщина бортовой обшивки в верхней части борта, рассчитанная в разделе «Наружная обшивка».

6. Продольные подпалубные балки – пп. 2.6.4.2; 1.6.4.1; 1.6.4.2

Здесь Q=pa l;

m=12 – для продольных подпалубных балок;

k_s= 0,65 - для продольных подпалубных балок ВП в средней части судна;

0,75 - для продольных подпалубных балок остальных палуб в средней части судна;

l – пролет продольных балок (расстояние между рамными бимсами), м;

a - расстояние между продольными подпалубными балками (шпация), м;

р – расчетное давление на палубу, определенное в п. 2;

=1,05 – коэффициент, учитывающий добавку на коррозию.

Подобрать профиль – симметричный или несимметричный полособульб.

7. Рамные бимсы - пп. 2.6.4.4; 2.6.4.6; 1.6.4.1; 1.6.4.2

Здесь Q=pa l;

m=10 – для рамных бимсов при продольной системе набора;

k_s= 0,65 - для рамных бимсов ВП в средней части судна;

0,75 - для рамных бимсов остальных палуб в средней части судна;

l – пролет рамных бимсов, при этом в качестве опор, уменьшающих пролет рамных бимсов, могут устанавливаться пиллерсы, м;

a - расстояние между рамными бимсами, м;

р – расчетное давление на палубу, определенное в п. 2;

=1,05 – коэффициент, учитывающий добавку на коррозию.

Подобрать профиль – сварной тавр и проверить условие h_рб≥2h_{пр. б} (при необходимости – увеличить профиль рамного бимса). Кроме того, с точки зрения технологичности обычно профиль рамных бимсов и карлингсов выбирают равными (по большему W – обычно по карлингсу).

8. Карлингсы - пп. 2.6.4.7; 1.6.4.1; 1.6.4.2

Здесь Q=pа l;

m=12 – для карлингсов;

k_s= 0,7 - для карлингсов в средней части судна;

l – пролет карлингсов, м; для уменьшения пролета карлинсов при отсутствии поперечных переборок в грузовой части ролкеров устанавливаются полупереборки или усиленные консольные бимсы – на расстоянии 10-20 м (это расстояние должно быть кратно расстоянию между рамными бимсами);

а – расстояние между карлингсами, м;

р – расчетная нагрузка на ВП, определенная в п. 1;

=1,05 – коэффициент, учитывающий добавку на коррозию.

Подобрать профиль – сварной тавр.