Элементы донных конструкций в конструкции корпуса судна должны быть достаточно прочными для создания двойного дна, предохраняющего от просыпания плавающих грузов.
Влияние изгиба и местного давления на предел прочности плит в арочном перекрытии незначительно. Существенное влияние на несущую способность соединений перекрытий оказывают колена и кронштейны, установленные в плоскости каждого бортового шпангоута, при продольной системе шпангоутов, а также на скулах, нижних поясах и на вертикальных или тоннельных килях с поперечной системой обвязки. На рис. 1 показаны кронштейны, размещенные снаружи стенок тоннельного киля между этажами в продольной системе, а на рис. 2 показан один из таких этажей с туннельным килем с кронштейнами на каждом шпангоуте внутри.
Рис. 1 Кронштейны на тоннельном киле:
1 — килевая стенка; 2 — кронштейн; 3 — ремень; 4 — ребра; 5 — этаж
Предел прочности днищевых перекрытий при ударе о воду определяется способностью отдельных плит днищевых стрингеров, вертикалей и тоннельных охладителей воспринимать возникающие касательные напряжения. Однако нормальными напряжениями можно пренебречь при оценке предельного состояния основного набора из-за их малых значений.
Повреждение большинства конструкций носового днища корабля, возникающее при ударе носовой части, свидетельствует о недостаточной прочности на сдвиг и решающем влиянии перерезывающих усилий на несущую способность флора. Подтверждением этому могут служить повреждения всей крыши однотипных теплоходов «Оренбург» и «Ола», полученные от ударов носом. Измерения остаточных деформаций показали, что плиты перекрытий имеют наибольшие деформации.
Рис. 2 Сплошной пол, чередующийся с туннельной килевой арматурой
Отдельные плиты стен основного листа, установленного с полом, шарнирно закреплены. Для нахождения предельного значения усилия сдвига, которое способна воспринять навеска, необходимо учитывать, что она может потерять устойчивость до того, как в ней возникнут напряжения, равные пределу текучести, и предельная несущая способность снизится из-за наличие в нем вырезов.
Таким образом, плиты, воспринимающие нагрузки в плоскости, можно разделить на две категории:
- тонкий, теряет устойчивость при напряжениях меньше предела текучести;
- толстые, для которых критическими напряжениями являются напряжения текучести.
Кроме крупных вырезов в наборе плит (отстойнике), которые необходимо усилить, особенно в носовой части, в полах имеются вырезы для прохода днищевых и других подкосов днища. Исследования показали, что такие вырезы снижают несущую способность плит примерно на 30%. 10%. Однако это значение может значительно увеличиться, если не принять меры по улучшению формы вырезов и их усилению для снижения концентрации напряжений. Вырезы для прохождения ребер в зоне действия ударных нагрузок при захлопывании рекомендуется полностью герметизировать.
Методы При проектировании и расчетах днищевой перекрытия в корпусе судна днищевая перекрытие должна учитывать специфический вид ударного нагружения, носящего локальный характер, и неравномерность конструкций в районе перехода от днища к форпику или глубокому баку.
Прочность напольных покрытий при ударных нагрузках зависит от многих факторов, и прежде всего от:
- толщина нижних тетив и полов;
- расстояния между этажами и нижними поясами;
- высота двойного дна или диптанка и размеры тазов в комплекте листа.
Киль тоннеля в зоне действия ударной нагрузки должен иметь конструкцию, обеспечивающую равную прочность с соседними конструкциями плиты двойного дна. Установлено, что при продольной каркасной системе вертикальные кронштейны, установленные между перекрытиями вдоль килевых стенок (см рис. 1), значительно повысят прочность на сдвиг ближайших к килю тоннеля плит перекрытий.
Важна рациональная конструкция нижних перекрытий арки, воспринимающих ударные нагрузки при захлопывании, а из-за отсутствия контроля внешних нагрузок устройств возможны серьезные повреждения. В настоящее время необходимо добиться повышения надежности перекрытий за счет увеличения прочности элементов на основании данных о повреждениях, полученных в процессе эксплуатации.
Будет интересно: Наружная обшивка и комплект ее усиления
Анализ результатов опыта эксплуатации судов в сложнейших навигационных условиях позволил разработать несколько рациональных схем набора перекрытий, но до сих пор ни одно классификационное общество не дало рекомендаций по использованию той или иной конструкции комплекта корабля для установленной системы. Это связано с тем, что из-за быстрого увеличения скорости кораблей в короткие сроки первоначальные проектные рекомендации, разработанные в условиях отсутствия надежных методов расчета и отсутствия данных относительно точных значений ударных нагрузок, не приняли учитывать множество условий.
В последнее время установлено, что в зависимости от интенсивности нагрузок минимальная масса пола может быть достигнута при разных системах устройства пола:
- при малых нагрузках более рациональна продольная рамная система;
- иначе — клетчатый.
Однако существует мнение о целесообразности использования поперечной системы письма. Ремонт, простота обслуживания и технологичность при строительстве играют определенную роль при выборе конструкции крыш в носу.
Исследования ДВПИ позволяют с помощью простых зависимостей выбрать рациональную по массе и производительности систему комплектования. В результате были разработаны графики, с помощью которых можно выбрать конструкции в забое с минимальной массой, зная систему набора и расчетную нагрузку (рис. 3).
Рис. 3 Графики выбора рациональной системы набора перекрытий днища арки в зависимости от величины расчетных ударных нагрузок:
G – масса 1 м² напольного покрытия; q — интенсивность внешней нагрузки; А — система продольного набора; Б — поперечная система набора; Б — шахматная система письма
Например, они помогли определить, что при расчетных нагрузках более 3 МПа целесообразно применять решетчатую систему набора, а при 1,5 МПа — продольную. Для нагрузок с промежуточными значениями рекомендуется класть пол на каждый шпангоут, а положение косоуров при старании выбирать так, чтобы добиться минимальной массы перекрытия.
При проектировании опорных плит очень важно правильно выбрать расположение и размеры вырезов в стенках листового набора. В настоящее время допускается прорезка отверстий в стенах с максимальными размерами, равными 0,4–0,5 высоты стен. Вырезы выполнены во всех плитах днищевых стрингеров и флоров. Следует помнить, что при смещении центра конуса нагрузки по ширине перекрытия предел прочности перекрытия по этажам изменяется под действием ударных нагрузок (до 40%).
При движении спереди перпендикулярно корме центр давления смещается от ДП в стороны и располагается в зоне минимума прочности набора. За счет рационального размещения вырезов, лазов можно значительно повысить предел прочности отдельных участков нижнего этажа, работающих при ударных нагрузках. Вырезы в полу должны располагаться в точке максимального расчетного давления. Если ширина днища меньше размера днища диаграммы внешней расчетной ударной нагрузки, вырезы следует располагать ближе к килю.
Вырезы в плитах днищевых стрингеров и флоров в зоне удара должны быть усилены вертикальными и горизонтальными ребрами, проходящими по краям вырезов. Для вырезания отверстий в наборе пластин желательно ориентировать длинную сторону горизонтально. Это также облегчает передвижение людей в течение двойного дня.
Контейнеровозы для перевозки грузов на дальние расстояния
Источник: Pexels.com
Поскольку расчетные нагрузки по длине носовых крыш изменяются, требования к прочности отдельных элементов конструкции неодинаковы. Равной прочности на конструкциях двойного дна можно добиться, изменяя толщину стенок флоров и стрингеров, оставляя систему флоров неизменной, а также изменяя систему шпангоутов и комбинируя эти два способа. Однако обычно они меняют систему на набор этажей.
В настоящее время при продольной системе сбора флоры в носовой части они устанавливаются через два пролета с нижними тетивами, размещенными на расстоянии 2,1 м друг от друга. При поперечной системе флоры должны стоять на каждом шпангоуте, а косоуры — на таком же расстоянии, как и при продольной системе шпангоутов. Иногда при поперечной системе набора между тетивами (по одной с каждой стороны) дополнительно устанавливают полустринги, которые проходят вдоль напольного покрытия на часть высоты двойного дна. При поперечно-армированной системе расстояние между нижними стрингерами сокращается до 1,4 м, а половинные стрингеры сохраняются. Наконец, в шахматной системе все интервалы сохраняются, как и в системе с поперечными связями, но половинные стрингеры заменяются стрингерами полной высоты. Большинство классификационных обществ устанавливают интервал и расстояние около 700 мм.
В последние годы в работах исследователей большое внимание уделяется проектированию конструкций цокольных этажей в зоне действия ударных нагрузок. Подробно исследованы внутренние силы, возникающие под действием динамических нагрузок. Анализируется влияние распора на работоспособность пластин в условиях динамического нагружения, их упругопластические деформации. Однако проблемы накопления остаточных деформаций при многократном нагружении до конца не решены. Неясно, как поврежденные участки перекрытий влияют на прочность смежных конструкций при деформациях плит вместе с набором и какое влияние в этом случае оказывают эксплуатационные нагрузки при многократном воздействии.
Как уже было сказано, экспериментальные и теоретические исследования свидетельствуют о том, что повторяющиеся нагрузки на плиты и балки при наличии распора не вызывают прогрессирующего разрушения, т е не приводят к накоплению деформаций. Установлено, что при поочередном многократном воздействии одной и той же нагрузки деформации не увеличиваются. Это объясняется тем, что при циклическом нагружении в первом цикле пластины и балки приспосабливаются к ним, а в последующих циклах работают упруго. С увеличением нагрузки увеличиваются деформации, которые обусловлены только увеличением нагрузки, а не повторным нагружением. Для оценки внешних нагрузок по измеренным деформациям можно использовать зависимости, полученные в предположении однократного действия этих нагрузок.
Результаты анализа деформаций, полученных корпусными конструкциями в процессе эксплуатации, обработанные соответствующими методами, являются важным источником информации для корректировки и усовершенствования положений правил регистра. Внешние нагрузки, определяемые величиной и формой остаточных деформаций, позволяют при ремонте назначать конструкциям размеры, обеспечивающие их целостность в эксплуатации, и корректировать требования правил к вновь проектируемым судам.
