bài giảng kết cấu tàu thủy

Khái niệm về dàn tàu Thân tàu được cấu thành từ các dàn tàu, chúng bao gồm các dàn sau: - Dàn đáy: là một phần của đáy được giới hạn bởi các vách ngang theo chiều dọc tàu, các vách dọc

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI

MỤC LỤC

1.1.6 Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế kết cấu thân tàu 15

CHƯƠNG 3 KẾT CẤU VÙNG GIỮA TÀU HÀNG KHÔ 31

5.2.1 Hình bao duỗi thẳng 63

6.1.4 Các hiện tượng hư hỏng và biện pháp khắc phục đối với thượng tầng 69

YÊU CẦU VÀ NỘI DUNG CHI TIẾT

T tiết Lý thuyết Thực hành/ Xemina Tự học Bài tập lớn Đồ án môn học

Điều kiện tiên quyết:

Sinh viên đã học học phần: Vẽ kỹ thuật- Autocad, Lý thuyết tàu

Mục tiêu của học phần:

Cung cấp cho sinh viên những khái niệm cơ bản về kết cấu thân tàu; chức năng và điều kiện làm việc của dàn vách, dàn đáy, dàn mạn, dàn boong, thượng tầng và lầu; đồng thời cung cấp cơ sở tính toán và bố trí kết cấu trên tàu

Nội dung chủ yếu:

- Khái niệm chung về kết cấu tàu thuỷ

- Những nguyên tắc kết cấu tàu thuỷ

- Kết cấu vùng giữa tàu (vùng khoang hàng) tàu hàng khô

- Đặc điểm kết cấu các vùng đặc biệt trên tàu (vùng khoang máy, vùng mũi, vùng đuôi)

- Cách vẽ và nguyên tắc rải tôn bao - tôn sàn

- Kết cấu thượng tầng, lầu

- Đặc điểm kết cấu tàu chở hàng lỏng, hàng rời

Nội dung chi tiết:

Chương 1: Khái niệm chung về kết cấu tàu thuỷ 4 4

1.1 Khái quát về kết cấu thân tàu

1.2 Một số vấn đề chung về thiết kế kết cấu tàu

1.3 Khái quát về sức bền tàu

Chương 2: Nguyên tắc kết cấu 4 4

2.1 Nguyên tắc chung

2.2 Lỗ khoét trên kết cấu thân tàu

2.3 Liên kết

2.4 Khoảng sườn và mép kèm

2.5 Kết cấu sóng

3.1 Kết cấu dàn vách

3.2 Kết cấu dàn đáy

3.3 Kết cấu dàn mạn

3.4 Kết cấu dàn boong

Chương 4: Kết cấu vùng đặc biệt 4 4

4.1 Kết cấu khoang máy

4.2 Kết cấu vùng mút

Chương 5: Tôn bao, tôn sàn 2 2

5.1 Chức năng và điều kiện làm việc

5.2 Bản vẽ rải tôn

Chương 6: Kết cấu thượng tầng, lầu 1 1

6.1 Khái niệm và điều kiện làm việc

6.2 Kết cấu thượng tầng

Chương 7: Đặc điểm kết cấu tàu chở hàng lỏng, hàng rời 3 3

7.1 Đặc điểm kết cấu tàu chở hàng lỏng

7.2 Đặc điểm kết cấu tàu chở hàng rời

Nhiệm vụ của sinh viên: Lên lớp đầy đủ và chấp hành mọi quy định của Nhà trường

Tài liệu tham khảo:

1 Bộ môn Kết cấu tàu & công trình nổi, Tập bài giảng Kết cấu tàu, Đại học Hàng hải, Hải Phòng 2012

2 Nguyễn Đức Ân, Hồ Quang Long, Dương Đình Nguyên, Nguyễn Bân, ổ tay kỹ thuật đóng tàu thuỷ tập II, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 1982

3 Trương Cầm, Lê Xuân Trường, ổ tay Cơ kết cấu tàu thuỷ - tập I, Nhà xuất bản Giao thông vận tải, Hà Nội, 1987

4 Hồ Anh Dũng, Ngô Cân, Hồ Văn Bính, Phân tích độ bền kết cấu tàu thuỷ bằng phương pháp phần tử hữu hạn - tập 1, Nhà xuất bản Giao thông Vận tải, Hà Nội, 1987

5 Hồ Quang Long, ổ tay Thiết kế tàu thuỷ, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội,

2003

6 Trần Công Nghị, Trần Cao Vân, Ngô Quý Tiệm, Cơ học kết cấu tàu thuỷ Nhà xuất bản Giao thông Vận tải, Hà Nội, 2001

7 QCVN21-2010/BGTVT, Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép, Phần 2-A: Kết cấu thân tàu và trang thiết bị tàu dài từ 90 mét trở lên, 2010

8 QCVN21-2010/BGTVT, Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép, Phần 2-B: Kết cấu thân tàu và trang thiết bị tàu dài từ 20 mét đến dưới 90m, 2010

9 TCVN 5801: 2005, Quy phạm phân cấp và đóng tàu sông, 2005

10 Class NK, 2010

11 Det Norske Veritas Rules for Classification of Ships, (1994, 2002)

12 DNV Rules for Ships (1998, 2002)

13 Lloyd's Register of Shipping, London, England, 1989

14 Anders Melchior Hansen, Reliability Methods for the Longitudinal Strength of Ships, January 1995

15 Back-Pedersen, Analysis of Slender Marine Structures, Department of Naval Architecture and Offshore Engineering, DTU, 1991

Hình thức và tiêu chuẩn đánh giá sinh viên:

- Thi viết rọc phách, thời gian làm bài: 60 phút

Thang điểm : Thang điểm chữ A+, A, B+, B, C+, C, D+, D, F

Điểm đánh giá học phần: Z = 0,3X + 0,7Y

Bài giảng này là tài liệu chính thức và thống nhất của Bộ môn Kết cấu tàu & công trình nổi,

Khoa Đóng tàu và được dùng để giảng dạy cho sinh viên

Ngày phê duyệt: / / 2013

CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU TÀU THUỶ 1.1 KHÁI QUÁT VỀ KẾT CẤU THÂN TÀU

1.1.1 Lịch sử phát triển

1.1.2 Khái niệm và định nghĩa

- Tàu thủy: là một công trình nổi trên mặt nước, tàu có thể di chuyển trên mặt nước với 3 đặc tính:

khả năng nổi, khả năng tải (chở vật và người), khả năng di chuyển

Kết cấu thân tàu gồm hai phần: - Vỏ mỏng

- Cơ cấu gia cường

Phần lớn các con tàu có dạng thon, nhọn; thể tích lớn nhất tập trung ở phần giữa tàu và giảm dần về hai đầu mũi, đuôi tàu

Theo chiều dài: tàu được phân chia bởi các vách ngang

Theo chiều rộng: tàu được chia bởi các vách dọc, mạn kép

Theo chiều cao: tàu được chia bởi các dàn, như dàn đáy (đáy ngoài, đáy trong), các tầng sàn, các

tầng boong của thân chính và của thượng tầng

Mạn phải, mạn trái của tàu được xác định theo nguyên tắc: đứng từ đuôi tàu nhìn về mũi, mạn nằm

về phía tay phải gọi là mạn phải, mạn nằm về phía tay trái gọi là mạn trái

Phần giữa tàu: là phần có chiều dài bằng 0,2L về hai phía kể từ sườn giữa

Phần mút (mút mũi và mút đuôi): là phần có chiều dài bằng 0,1L kể từ đường vuông góc mũi và

vuông góc đuôi về giữa tàu

Phần trung gian: là phần nằm giữa mút mũi, mút đuôi và giữa tàu

Vị trí buồng máy: Buồng máy được gọi là nằm ở đuôi tàu khi trọng tâm của chúng nằm ngoài vùng

0,3L về phía đuôi tàu kể từ sườn giữa Vị trí kế tiếp là buồng máy ở vị trí trung gian, sau đó là đến

vùng giữa và vùng mũi tàu

- Chiều dài tàu (L): là khoảng cách tính bằng mét đo ở đường nước chở hàng thiết kế, từ mép trước

của sống mũi đến mép sau của trụ lái nếu tàu có trụ lái hoặc đến đường tâm của trục bánh lái nếu

tàu không có trụ lái Tuy nhiên, trong trường hợp tàu có đuôi tuần dương hạm, L được lấy như trên

hoặc bằng 96% chiều dài toàn bộ của đường nước chở hàng thiết kế lớn nhất, lấy trị số nào lớn hơn

- Chiều dài để xác định mạn khô (L f ): là chiều dài tính bằng mét, bằng 96% khoảng cách từ mép

trước của sống mũi đến mép sau của tôn bao đo trên đường nước nằm ở độ cao bằng 85% chiều cao mạn hoặc là chiều dài đo từ mép trước của sống mũi đến đường tâm của trục bánh lái ở trên đường nước ấy, lấy trị số nào lớn hơn Tuy nhiên, nếu mũi tàu có dạng lõm vào ở phía trên đường nước bằng 85% chiều cao mạn thì mút trước của chiều dài này phải được lấy ở đường vuông góc với đường nước nói trên và đi qua điểm lõm nhiều nhất về phía sau của đường bao mũi tàu

- Chiều rộng tàu (B): là khoảng cách tính bằng mét đo theo phương nằm ngang từ mép ngoài của

sườn bên này sang mép ngoài của sườn bên kia tại phần thân tàu có chiều rộng lớn nhất

- Chiều cao mạn tàu (D): là khoảng cách thẳng đứng tính bằng mét từ mặt trên của tôn giữa đáy

đến mép trên của xà ngang boong mạn khô tại mạn, ở điểm giữa của chiều dài L

- Chiều chìm thiết kế (d): là khoảng cách tính bằng mét đo theo phương thẳng đứng từ mặt trên của

tôn giữa đáy đến đường nước chở hàng thiết kế đo tại điểm giữa chiều dài tàu L

- Lượng chiếm nước toàn tải (W): là lượng chiếm nước tính bằng tấn ứng với trạng thái toàn tải

của tàu W V (tấn); V: thể tích chìm toàn tải, m 3

- Hệ số béo thể tích (C b ): là hệ số bằng thể tích ứng với lượng chiếm nước W chia cho LBd

- Boong tính toán: Boong tính toán trên một đoạn chiều dài tàu là boong trên cùng ở đoạn đó mà

tôn mạn lên tới Tuy nhiên, ở vùng thượng tầng, trừ những thượng tầng có chiều cao thấp hơn chiều

cao tiêu chuẩn mà chiều dài không lớn hơn 0,15L, boong tính toán là boong nằm ngay dưới boong

thượng tầng Theo sự lựa chọn của người thiết kế, boong nằm ngay dưới boong thượng tầng có thể

được lấy là boong tính toán ngay cả khi thượng tầng này có chiều dài lớn hơn 0,15L

1.1.3 Khái niệm về các chi tiết kết cấu tàu

1.1.3.1 Khái niệm về bố trí kết cấu:

- Vỏ bao tàu: bao gồm tôn bao ngoài (tôn đáy, tôn mạn), tôn boong, tôn sàn v.v tạo nên màng

mỏng kín nước, tạo lực nổi cho tàu, chống hắt nước vào các khoang, tạo diện tích và bề mặt bố trí hàng hóa, phòng ở, phòng làm việc, phòng chức năng trên tàu v.v

- Cơ cấu tàu: dùng để gia cường cho tôn bao, tôn sàn và các dải tôn khác trên tàu Tôn và cơ cấu

đảm bảo sức bền chung và sức bền cục bộ cho thân tàu

1.1.3.2 Khái niệm về các chi tiết kết cấu:

a Các bộ phận kết cấu chủ yếu trên tàu:

Hình 1.2 Tàu dầu hóa chất

b Chi tiết kết cấu trên tiết diện ngang thân tàu:

4200

1800

600 600

600 600

2400

600 550

550 500

R800

R70 0

- Tàu dầu, hóa chất:

Hình 1.5 t c t ngang tàu dầu

- Tàu container

Hình 1.6 t c t ngang tàu container

Hình 1.7 ết cấu v ng khoang hàng tàu dầu

1.1.4 Khái niệm về dàn tàu

Thân tàu được cấu thành từ các dàn tàu, chúng bao gồm các dàn sau:

- Dàn đáy: là một phần của đáy được giới hạn bởi các vách ngang theo chiều dọc tàu, các vách dọc

(nếu có), mạn theo chiều ngang tàu Tập hợp các dàn đáy tạo thành đáy tàu

- Dàn mạn: là một phần của mạn, được giới hạn bởi đáy với boong hoặc các tầng boong với nhau

theo chiều cao tàu, bởi các vách ngang theo chiều dài tàu Tập hợp các dàn mạn tạo thành mạn tàu

- Dàn boong: là một phần của boong, được giới hạn bởi các vách ngang theo chiều dài tàu, bởi

mạn, các vách dọc (nếu có) theo phương ngang tàu Tập hợp các dàn boong tạo thành boong tàu

- Dàn vách: là một phần của vách, được giới hạn bởi đáy, các tầng boong theo chiều cao tàu, bởi

mạn, vách dọc theo chiều rộng tàu Tập hợp các dàn vách tạo thành vách tàu

1.1.5 Hệ thống dầm cơ cấu

Hệ thống dầm cơ cấu của tàu bao gồm hai hệ thống:

a Hệ thống dầm cơ cấu dọc:

+ Gia cường cho dàn đáy bao gồm: ống chính đáy, sống hộp đáy, sống phụ, sống hông đáy (sống phụ bổ sung), dầm dọc đáy (sống phụ giảm nhẹ)

+ Gia cường cho dàn mạn gồm: ống dọc mạn, dầm dọc mạn

+ Gia cường cho dàn boong gồm: ống dọc boong, xà dọc boong

b Hệ thống dầm cơ cấu ngang:

+ Gia cường cho dàn đáy gồm: Đà ngang kín nước, đà ngang đặc (đà ngang đầy, khoẻ), đà ngang hở, đà ngang khung

+ Gia cường cho dàn mạn gồm: ườn khoẻ, sườn hộp, sườn thường, sườn đồng loại

+ Gia cường cho dàn boong gồm: Xà ngang boong khoẻ (sống ngang boong), xà ngang công xon, bán xà ngang boong khỏe, xà ngang boong, xà ngang boong cụt

Lưu ý: Thông thường các cơ cấu của dàn trong một hệ thống dầm cơ cấu phải được bố trí trong

cùng một mặt phẳng và liên kết chắc chắn với nhau để tạo thành khung cứng hoặc khung khoẻ

1.1.6 Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế kết cấu thân tàu

a Tính an toàn:

Trong quá trình khai thác, dưới tác dụng của ngoại lực tàu phải đảm bảo đủ bền, đủ ổn định Có nghĩa là các kết cấu vẫn hoạt động bình thường (đảm nhiệm được chức năng của mình) trong quá trình khai thác

b Tính sử dụng:

Khi thiết kế và bố trí kết cấu phải phù hợp với yêu cầu kinh doanh, yêu cầu sử dụng Tức là việc thiết kế kết cấu phải đáp ứng yêu cầu khai thác, không làm mất dung tích chứa hàng, thuận tiện cho việc bốc xếp hàng hoá, không cản trở thao tác của thuyền viên và hành khách trên tàu

c Tính hoàn chỉnh:

Con tàu là một kiến trúc phức tạp, hoàn chỉnh, nên việc bố trí và tính toán kết cấu phải đồng bộ với

bố trí tổng thể, bố trí trang thiết bị v.v để tạo nên một thể thống nhất, hoàn chỉnh đảm bảo sự hoạt động nhịp nhàng của mọi bộ phận Tức là trong quá trình thiết kế kết cấu phải kết hợp trao đổi, thoả thuận, thống nhất với thiết kế tổng thể, thiết kế thiết bị và các thiết kế khác

d Tính công nghệ:

Khi thiết kế kết cấu phải đảm bảo thuận tiện cho công nghệ Có nghĩa là phải tạo khả năng áp dụng được quy trình công nghệ tiên tiến và phải phù hợp với thực tế sản xuất tại nhà máy, như:

- Thi công dễ dàng, giảm được cường độ lao động, tạo điều kiện tăng năng suất lao động

- Thuận tiện trong sửa chữa và bảo dưỡng

- Triệt để sử dụng vật liệu đã được quy chuẩn, tận dụng nguồn vật tư sẵn có trong nước (thuận tiện cho việc mua, dự trữ vật tư của nhà máy)

e Tính kinh tế:

Trong quá trình thiết kế phải cố gắng giảm khối lượng kết cấu để tiết kiệm vật tư, nguyên - nhiên vật liệu nhằm giảm khối lượng sắt thép tới mức tối đa, giảm giá thành đóng mới xuống mức tối thiểu, cho giá trị kinh tế cao nhất

f Tính thẩm mỹ, tính hiện đại:

Kết cấu thiết kế phải đảm bảo tính thẩm mỹ, tạo cho con tàu đẹp, hấp dẫn, kết cấu hiện đại phù hợp với trình độ phát triển của khoa học kỹ thuật và thị hiếu của khách hàng

1.1.7 Phân loại tàu

1.1.7.1 Phân loại theo khu vực hoạt động

Theo khu vực hoạt động, tàu có thể được phân loại như sau:

a Tàu hoạt động trong khu vực không hạn chế (tàu viễn dương)

b Tàu hoạt động trong khu vực biển hạn chế:

Tàu hoạt động trong khu vực này được chia ra làm 3 loại sau:

- Tàu hoạt động trong khu vực biển hạn chế cấp I: là tàu chạy trong vùng biển hở hạn chế

cách xa bờ hoặc nơi trú ẩn không quá 200 hải lý Chiều cao sóng h3% cho phép không lớn

hơn 8,5 m

- Tàu hoạt động trong khu vực biển hạn chế cấp II: là tàu chạy trong vùng ven biển hạn chế

cách xa bờ hoặc nơi trú ẩn không quá 50 hải lý Chiều cao sóng h3% cho phép không lớn hơn

6 m

- Tàu hoạt động trong khu vực biển hạn chế cấp III: là tàu chạy trong vùng ven biển hạn chế

cách xa bờ hoặc nơi trú ẩn không quá 20 hải lý Chiều cao sóng h3% cho phép không lớn hơn

3 m

c Tàu hoạt động trong khu vực nội địa: đó là các tàu hoạt động trong khu vực các sông, hồ thuộc

nội địa, cấp tàu do từng quốc gia quy định Ở nước ta căn cứ vào mức độ sóng gió của từng khu vực các sông hồ cụ thể mà ta phân cấp cho tàu Hiện nay, Đăng Kiểm Việt Nam phân tàu nội thuỷ làm hai cấp đó là:

- Tàu sông cấp SI

- Tàu sông cấp SII

d Tàu hoạt động trong khu vực đặc biệt:

Như trong khu vực có băng giá, trong vùng nước chảy xiết, trong vùng nước cạn v.v Chúng được thiết kế theo quy phạm tương ứng có tính đến các biện pháp gia cường

1.1.7.2 Phân loại tàu dựa vào mục đích sử dụng

- Tàu khách (passenger ship)

- Tàu chở ô tô (PCC, PTCC)

- Tàu chở hàng thông thường: tàu chở hàng hoá thông thường dược đóng gói, bảo quản

- Tàu dầu (oil tanker)

- Tàu chở khí hoá lỏng (LPG, LNG)

- Tàu chở container

- Tàu chở hàng rời: tàu chở than, chở quặng

- Tàu khách - hàng

b Tàu đánh cá: dùng cho việc đánh bắt cá

c Tàu chiến: như tàu hàng không mẫu hạm (chứa máy bay chiến đấu), tàu tuần tiễu (đi tuần, canh

gác, bắn phá trên đất liền), tàu khu trục (có chức năng bắn phá máy bay, tầu ngầm)

d Tàu vận hành đặc biệt: như tàu thả lưới, tàu theo dõi thời tiết, tàu chữa cháy

e Tàu mang chức năng công việc: như tàu kéo, tàu đẩy, tàu phá băng, tàu cuốc hút, cần cẩu nổi

1.1.7.3 Phân loại tàu theo vật liệu đóng tàu:

a Tàu làm bằng gỗ: Tàu vỏ gỗ thường được sử dụng cho các tàu có L < 60 m, các tàu vận tải có

500



hh

b Tàu xi măng lưới thép và bê tông cốt thép: thường được sử dụng trên các tàu kéo sông, tàu

khách sông cỡ nhỏ, sà lan sông - biển, cần cẩu nổi v.v

c Tàu làm bằng thép: từ năm 1807, tàu bằng thép bắt đầu được đóng Tàu làm bằng thép các bon

thấp thường được dùng phổ biến cho các loại tàu vận tải thông dụng Tàu bằng thép các bon có độ bền cao thường được dùng cho các loại tàu cao tốc, tàu có tính năng đặc biệt, tàu quân sự Hiện nay người ta còn ứng dụng thép các bon có độ bền cao để đóng các loại tàu vận tải thông thường, thượng tầng cho các loại tàu

d Tàu chất dẻo (FRP): là vật liệu tổng hợp được làm từ polime cốt sợi, dùng để chế tạo xuồng

công tác, xuồng cao tốc, xuồng du lịch, tàu quân sự nhỏ, tàu du lịch cỡ nhỏ v.v

1.1.7.4 Phân loại tàu theo hình thức kết cấu

Theo cách này tàu được phân thành 4 loại:

a Tàu kết cấu theo hệ thống ngang: là hình thức mà các cơ cấu bố trí theo chiều dài tàu dày hơn

các cơ cấu bố trí theo chiều ngang tàu Hay ô tấm được giới hạn bởi các cơ cấu gia cường có dạng hình chữ nhật mà chiều dài của nó hướng theo chiều ngang tàu Hệ thống kết cấu ngang thường dùng cho tàu sông và tàu biển cỡ nhỏ

b Tàu kết cấu theo hệ thống dọc: là hình thức mà các cơ cấu bố trí theo chiều dài thưa hơn các cơ

cấu bố trí theo chiều ngang tàu Hay ô tấm được giới hạn bởi các cơ cấu gia cường có dạng hình

chữ nhật mà chiều dài của nó hướng theo chiều dọc tàu Hệ thống kết cấu dọc thường dùng cho tàu

c Tàu kết cấu theo hệ thống liên hợp (hệ thống ô vuông): là hệ thống mà các ô tấm gần như

vuông Hệ thống này chỉ dùng để gia cường cục bộ, hoặc cho dàn đáy của tàu chở hàng nặng (hệ thống kết cấu này không có lợi về mặt trọng lượng, và cả về phương diện độ cứng tấm, song vẫn được sử dụng để gỉải quyết vấn đề độ bền cục bộ)

d Tàu kết cấu hệ thống hỗn hợp: là hệ thống kết hợp của hệ thống kết cấu dọc và hệ thống kết cấu

ngang Nghĩa là trên một dàn, vùng này kết cấu theo hệ thống dọc, vùng kia kết cấu theo hệ thống ngang; dàn này kết cấu hệ thống dọc, dàn kia kết cấu hệ thống ngang Hệ thống này được sử dụng phổ biến cho các tàu cỡ vừa và lớn

1.1.8 Phân tích lựa chọn hình thức bố trí kết cấu

1.1.8.1 So sánh hai hình thức bố trí kết cấu

a Về mặt độ bền:

- Nếu kết cấu ở hệ thống dọc, khối lượng kết cấu dọc nhiều làm tăng diện tích tiết diện thanh tương đương, nên làm tăng mô đun chống uốn dọc thân tàu, làm giảm ứng suất uốn tấm, ứng suất tổng trên tiết diện ngang giảm, có lợi cho độ bền dọc chung thân tàu

- Khi kết cấu ở hệ thống ngang tương tự, có lợi cho độ bền ngang chung thân tàu

b Về mặt ổn định:

Khi kết cấu ở hệ thống dọc, ứng suất Ơle của tấm lớn hơn nhiều so với khi kết cấu ở hệ thống ngang (xấp xỉ 4 lần), như vậy kết cấu ở hệ thống dọc có lợi hơn kết cấu ở hệ thống ngang về phương diện

ổn định

c Về mặt khối lượng kết cấu:

Với các tàu lớn khi kết cấu ở hệ thống dọc, khối lượng kết cấu nhỏ đáng kể so với khi kết cấu ở hệ thống ngang, còn đối với tàu cỡ nhỏ, vừa thì sự chênh lệch này là không đáng kể (theo số liệu thống kê)

d Về mặt công nghệ:

- Kết cấu ở hệ thống dọc, cơ cấu dọc nhiều nên việc đảm bảo tính liên tục của kết cấu là khó khăn,

số lỗ khoét trên các cơ cấu ngang nhiều, làm tăng số lượng khoét lỗ, tăng chi phí liên kết, tăng mối nối dẫn đến làm tăng khối lượng hàn; lắp ráp theo phương pháp phân chia phân tổng đoạn khó khăn hơn Vậy hệ thống kết cấu dọc gây khó khăn cho công nghệ

- Với hệ thống kết cấu ngang thì ngược lại, có lợi cho thi công và đấu lắp phân tổng đoạn hơn

e Về mặt sử dụng:

Khi kết cấu ở hệ thống dọc, cơ cấu thành cao nhiều sẽ làm mất dung tích chở hàng (đối với tàu hàng khô), làm tăng khối lượng vệ sinh khoang hàng Ngược lại kết cấu ở hệ thống ngang có lợi hơn, nhất là với tàu chở hàng lỏng

1.1.8.2 Nguyên tắc lựa chọn hệ thống kết cấu

Phải đảm bảo bền, ổn định, sử dụng thuận tiện, công nghệ dễ dàng, trọng lượng tối thiểu

1.2 KHÁI QUÁT VỀ SỨC BỀN TÀU

1.2.1 Tải trọng tác dụng lên thân tàu

a Trong quá trình khai thác: thân tàu chịu tác dụng của các loại tải trọng sau gây uốn chung thân

- Ứng suất do uốn dọc chung thân tàu;

- Ứng suất do uốn cục bộ;

- Ứng suất do xoắn chung khi tàu chạy chéo sóng

Hình 1.9 Tải trọng tác dụng trên tiết diện ngang

Hình 1.10 Tàu b uốn trên sóng

b Khi đưa tàu vào bảo dưỡng, sửa chữa trên triền, trên ụ: thân tàu chịu tác dụng của trọng lượng

bản thân, và phản lực tác dụng từ các chồng đế kê

1.2.2 Trạng thái tải trọng của thân tàu

a Uốn dọc chung và uốn ngang chung:

- Uốn dọc chung:

Mô men uốn tàu khi đặt tàu trên nước tĩnh: M max = DL

k (công thức gần đúng - thực

nghiệm)

Mô men uốn bổ sung trên sóng: M S K rBL S 2

Trong đó: K S là hệ số phụ thuộc vào hệ số béo đường nước C w

Mô men uốn tổng cộng: M = M max + M S

Ứng suất phát sinh lớn nhất tại boong và đáy tàu, đổi dấu qua trục trung hoà

- Uốn ngang chung:

Tàu bị uốn ngang chung do sự phân bố không như nhau giữa tải trọng trọng lượng bản thân con tàu với áp lực nước ngoài mạn Trường hợp này cần quan tâm nhất khi tàu có chiều rộng lớn, tàu nhiều thân

b Xoắn chung:

Khi tàu chạy chéo sóng, thân tàu bị uốn ngược chiều nhau, hay tàu bị xoắn chung Trường hợp này cần quan tâm khi tàu có miệng khoang mở rộng, tàu nhiều thân

Hình 1.11 Thân tàu b xo n Hình 1.12 Nguyên nhân gây xo n

c Tải trọng tạm thời:

Đó là các tải trọng do va đập của sóng, các vật trôi nổi lên vùng mũi tàu, lực quán tính khi lắc tàu trên sóng v.v Tuỳ từng trường hợp mà có biện pháp gia cường thỏa đáng

d Uốn tàu khi đặt tàu trên triền, trên ụ:

Khi kê tàu trên triền, trên ụ cần kiểm tra độ bền thân tàu

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1

1 Nêu định nghĩa chiều dài tàu, chiều rộng, chiều cao mạn và chiều chìm để tính kết cấu, vẽ hình minh họa?

2 Khái niệm phần giữa, phần mũi, phần đuôi?

3 Khái niệm về tôn bao tàu, cho ví dụ minh họa?

4 Vẽ mặt cắt ngang vùng giữa tàu, kể tên cơ cấu trên mặt cắt ngang đó?

CHƯƠNG 2 NGUYÊN TẮC KẾT CẤU 2.1 NGUYÊN TẮC CHUNG

2.1.1 Nguyên tắc bố trí

- Khi bố trí kết cấu thân tàu, phải bố trí sao cho các cơ cấu trong cùng một hệ thống dầm cơ cấu

cùng nằm trong một mặt phẳng để tạo thành khung cứng và khung khoẻ

- Cần phải đảm bảo sự liên tục của phần lớn các cơ cấu dọc ở boong, ở đáy vùng giữa tàu (nhằm

đảm bảo độ bền dọc chung thân tàu) Quy định này phải được thực hiện trên đoạn dài ≥ 60%L vùng

giữa tàu Khi kết thúc cơ cấu dọc, phải đảm bảo tiết diện thay đổi dần dần để giảm tập trung ứng suất

- Trên một tiết diện ngang, khi chuyển từ hệ thống kết cấu dọc sang hệ thống kết cấu ngang, không được đồng thời kết thúc một số lượng lớn hơn 1/3 số lượng cơ cấu dọc của boong và đáy tính toán,

và cũng không được kết thúc quá 2 cơ cấu khoẻ của boong và đáy, khoảng cách giữa các mặt cắt kết thúc cách nhau không nhỏ hơn 2 khoảng sườn Không được kết thúc và cũng không được khoét lỗ

khoét lớn tại vùng tập trung ứng suất

2.1.2 Các biện pháp giảm tập trung ứng suất

- Các tấm tôn kề nhau phải thoả mãn yêu cầu hiệu số độ dày của chúng không lớn hơn 30% chiều

dày tấm lớn hơn hoặc 3 mm lấy trị số nào nhỏ hơn

- Giảm chiều cao thành dầm và nẹp cứng phải được tiến hành trên đoạn dài không nhỏ hơn 5 lần hiệu số độ cao thành cơ cấu liên kết, mép của chúng phải được chuyển tiếp dần cơ cấu nọ sang cơ cấu kia

Hình 2.1 iảm chiều cao thành dầm

- Tại vùng kết thúc của boong, sàn, tôn đáy đôi, vách dọc phải được đặt mã hoặc hình thức kết cấu khác nhằm giảm tập trung ứng suất

- Tại nơi kết thúc của cơ cấu khoẻ của boong và đáy, chiều cao tiết diện của chúng phải được giảm dần trên đoạn dài không nhỏ hơn 1,5 lần chiều cao của nó, kéo tới cơ cấu ngang gần nhất, và hàn

- Tại vùng boong chịu tải trọng nặng nề, đầu xà dọc phải được hàn với cơ cấu ngang Vùng chịu

chấn động mạnh (nh v ng đuôi, v ng buồng máy, v ng đ t máy không cân bằng) thì đầu của cơ

cấu dọc, cơ cấu ngang thuộc đáy, mạn, vách dọc phải được hàn với cơ cấu ngang gần nhất

- Khi cơ cấu dọc gặp cơ cấu kín nước thì chúng phải được liên kết theo quy cách sau:

Hình 2.2 Liên kết của xà dọc boong

4 xà dọc boong bên kia vách

5 mã liên kết xà dọc boong với nẹp

đứng vách

6 xã liên kết xà dọc boong với tôn

vách

7 nẹp đứng vách

8 tôn đáy trên

9 tôn đáy ngoài

14 mã liên kết dầm dọc đáy với đà ngang

15 mã liên kết và gia cường cho đà ngang

(a) (b) (c) (d)

khoét Hình 2.4 Lỗ khoét cho cơ cấu chui qua

Hình 2.5 Lỗ khoét thông thủy, thông kh

- Trong vùng 0,25L kể từ đường vuông góc mũi chỉ được đặt số lượng lỗ để chui tối thiểu (không

đ ợc đ t lỗ khoét giảm trọng l ợng) và phải gia cường cho lỗ khoét với tàu có chiều dài lớn hơn 80

m

- Trên sống chính, vùng 75%L giữa tàu, không được đặt lỗ chui có chiều cao lớn hơn 1/3 chiều cao

sống Nếu chiều cao lỗ nhỏ hơn 1/3 chiều cao sống, thì lỗ chui có thể được đặt xen kẽ các khoảng sườn trong phạm vi trên

- Trên sống phụ, đà ngang đầy đoạn kề dưới chân cột chống và đoạn đầu vách dọc - không đặt lỗ khoét

- Đà ngang đặc, trên đoạn kề sống hông, sống phụ, sống chính đáy thì mép lỗ khoét phải cách sống một khoảng tối thiểu bằng 0,5 lần chiều cao sống

- Không khoét lỗ trên đà ngang đáy đoạn nằm dưới đầu mã ngang gia cường thành dọc bệ máy

- Khoảng cách mép các lỗ khoét kề nhau không nhỏ hơn 0,5 lần chiều dài lỗ khoét lớn hơn

- Tổng chiều cao lỗ khoét trên các cơ cấu khoẻ của boong, mạn, vách không được vượt quá 40%

chiều cao cơ cấu đó (lỗ khoét trên đà ngang giảm nhẹ và sống phụ giảm nhẹ đ ợc quy đ nh riêng)

- Trong phạm vi 10% chiều dài khoang kể từ mỗi đầu khoang, đường kính lỗ khoét giảm trọng lượng trên sống phụ không lớn hơn 1/3 lần chiều cao tiết diện sống

- Trong phạm vi 0,1B kể từ tôn mạn đường kính lỗ khoét trên đà ngang đặc không lớn hơn 1/5 lần

chiều cao tiết diện của đà ngang

- Khi khoét lỗ trên các kết cấu thân tàu phải có biện pháp bồi hoàn thích đáng cả về chiều dày cũng

như chiều cao (nh tăng chiều dày thành cơ cấu khoét, gia c ờng nẹp, viền mép lỗ khoét )

2.3 LIÊN KẾT

Các cơ cấu trong cùng hệ thống phải được liên kết với nhau để tạo thành hệ khung cứng hoặc khung

khoẻ, có một số hình thức liên kết cơ bản sau: vát mép đầu, hàn tựa, liên kết bằng mã

2.3.1 Vát mép

Chỉ được thực hiện đối với vách thượng tầng, lầu, các vách ngang của thân tàu có chiều cao mạn

không quá 3 m hoặc trên khoang nội boong trên cùng, thường vát bản thành của cơ cấu

Hình 2.7 Liên kết kiểu vát mép

2.3.2 Hàn tựa

Liên kết hàn tựa là liên kết mà cả bản thành và bản mép của nẹp được hàn chắc chắn 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 Thường được sử dụng trong khoang nội boong, nó có thể thực hiện bằng cách đầu nẹp hàn trực tiếp với tôn boong, hoặc được đỡ bởi sống khoẻ

Hình 2.8 Liên kết kiểu hàn tựa

NÑp liªn kÕt víi c¬ cÊu

ngang cã c¬ cÊu tùa

NÑp liªn kÕt víi c¬ cÊu däc

Hình 2.11 iểu mã mở rộng cho liên kết của cơ cấu chữ T

2.4 KHOẢNG SƯỜN, MÉP KÈM

2.4.1 Khoảng sườn

Khoảng sườn là khoảng cách giữa các dầm hướng chính gia cường cho dàn mạn hay là khoảng cách

giữa các sườn (th ờng dàn mạn đ ợc kết cấu ở hệ thống ngang cho nên các dầm h ớng ch nh là

các s ờn mạn, vì thế khoảng s ờn là khoảng cách giữa các s ờn)

Khoảng sườn chuẩn cho vùng giữa tàu theo quy phạm:

- ườn ngang 2L450 mm

- ườn dọc 2L550 mm

Khoảng sườn khoang mũi, khoang đuôi không lớn hơn 610 mm

Khoảng sườn đoạn từ 0,2L tính từ mũi tàu đến vách chống va không lớn hơn

Khoảng cách giữa các sườn ngang trong vùng khoang máy không được vượt quá khoảng cách sườn vùng giữa tàu

2.4.2 Mép kèm

Mép kèm là dải tôn cùng tham gia làm việc cùng với cơ cấu

Quy cách dải mép kèm được lấy như sau:

- Chiều dày mép kèm lấy bằng chiều dày tấm tại tiết diện tính toán của cơ cấu

- Chiều rộng dải mép kèm lấy bằng Min [0,2l; S]

2.5 KẾT CẤU SÓNG

2.5.1 Ứng dụng của kết cấu sóng

- Vách ngăn như hàng rào, vách ngăn thượng tầng v.v (cơ cấu loại 2)

2.5.2 Độ bền

Được tính toán trên nguyên tắc độ bền vách phẳng tương đương

2.5.3 Dạng tiết diện

a Với vách k n n ớc ở thân ch nh tàu: thường sử dụng 2 loại tiết diện sóng: sóng tiết diện hình

thang và sóng tiết diện hình sóng

H×nh b C¬ cÊu lo¹i I- Sãng tiÕt diÖn sãng

S : Nửa bước sóng

b Với vách ngăn: thường sử dụng 2 loại tiết diện sóng khác, như sóng bán tròn và sóng tam giác

lượn đỉnh (loại sóng này không phải tính toán thiết kế mà chỉ cần tính chọn theo bảng có sẵn)

Hình 2.12 Vách sóng tam giác l ợn đ nh và sóng bán tr n

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2

1 Vẽ hình mô tả nguyên tắc bố trí kết cấu thân tàu?

2 Trình bày các biện pháp nhằm giảm sự tập trung ứng suất của kết cấu thân tàu, vẽ hình minh họa?

3 Vẽ hình mô tả các loại lỗ khoét trên tàu?

4 Vẽ hình minh họa liên kết bằng mã cho mút đầu sườn mạn?

CHƯƠNG 3 KẾT CẤU VÙNG GIỮA TÀU HÀNG KHÔ 3.1 KẾT CẤU DÀN VÁCH

3.1.1 Chức năng và điều kiện làm việc

a Chức năng:

Trong quá trình tàu khai thác, dàn vách đảm nhận một số chức năng cơ bản sau:

- Phân chia không gian thân tàu thành các khoang kín dầu, kín hơi, kín nước

- Tham gia đảm bảo độ bền ngang chung, độ bền cục bộ

- Đảm bảo tính chống chìm, chống cháy cho tàu

- Làm vành đế cho các dàn khác (cho dàn đáy, mạn, boong)

b Điều kiện làm việc của dàn vách (tải trọng tác dụng lên dàn vách):

Trong quá trình khai thác tàu, dàn vách chịu tải tác dụng nằm trong mặt phẳng dàn, và tải nằm vuông góc với mặt dàn

- Tải trọng nằm vuông góc với mặt dàn (tải trọng dùng tính toán thiết kế):

+ Áp lực thủy tĩnh khi ngập khoang, khi khoang chở hàng lỏng, chở khí v.v

+ Áp lực thủy động của hàng lỏng trong khoang khi tàu chòng chành trên sóng

+ Ứng lực tác dụng lên dàn vách khi kê tàu trên triền, trên ụ

3.1.2 Phân loại và sơ đồ tính toán dàn vách

a Phân loại:

- Phân loại theo dạng kết cấu: Vách phẳng và vách sóng

- Phân theo không gian tàu: Vách dọc và vách ngang

- Phân theo chức năng:

+ Vách kín dầu, kín hơi, kín nước

+ Vách không kín nước (vách ngăn)

Vách kín dầu, kín hơi, kín nước chia làm 2 loại:

+ Loại chịu áp lực thường xuyên của hàng lỏng

+ Loại chịu áp lực của nước khi có sự cố

- ơ đồ (c) áp dụng khi B/D  2, cho vách khoang máy, cho vách khoang hàng tàu chở dầu

- ơ đồ (d) thường sử dụng cho vách khoang hàng tàu chở hàng lỏng, vách tàu hàng khô khi B D/ 2, cho vách mút

c Các dạng kết cấu của vách sóng:

Vách sóng thường được kết cấu ở 2 dạng:

- Vách với sóng đứng, sống nằm (nếu có)

- Vách với sóng nằm, sống đứng (nếu có)

186  L Do Đăng kiểm quy định

- Các vách kín nước phải được kéo đến boong mạn khô, trừ một số trường hợp như: vùng boong nâng đuôi, boong nâng mũi thì vách kín nước phải được kéo tới boong nâng đuôi, boong nâng mũi v.v

- Vách kín nước có thể là vách phẳng, vách sóng, có thể là vách dọc, vách ngang

- Vách kín nước mũi (vách chống va) phải được đặt trong khoảng:

max(8%L f ; 5%L f + 3m) ≥ lmũi ≥ min (5%L f , 10m)

- Trường hợp tàu có mũi quả lê, vị trí vách chống va xác định như hình sau:

Hình 3.2 V tr vách chống va của tàu mũi quả lê

- Trường hợp vách đầu có bậc hoặc hõm, thì vị trí của chúng xác định theo hình sau:

Hình 3.3 V tr vách chống va có bậc

- Vách đuôi phải được đặt phù hợp với kết cấu và bố trí vùng đuôi

- Không được khoét cửa, lỗ chui v.v trên vách chống va ở vùng dưới boong mạn khô Nếu vùng trên boong mạn khô có khoét cửa thì số lượng và kích thước phải là tối thiểu và phải đảm bảo kín nước cả hai phía

- Các đường dây dẫn, dây cáp, dây điện khi qua vách phải được làm kín nước

3.1.3.2 Sơ đồ kết cấu vách ngang phẳng

a Vách ngang có nẹp đứng, sống đứng, sống nằm:

Hình 3.4 ết cấu vách phẳng

b Vách ngang có nẹp nằm, sống đứng:

3.1.4 Kết cấu vách sóng

- Vách sóng có thể được đặt trên đà ngang kín nước hoặc trực tiếp lên tôn đáy và có thể đặt dưới tôn

boong hoặc xà ngang boong khoẻ (tấm phẳng)

- Tâm sóng đứng phải được đặt trùng với đường tâm của bản thành xà ngang, đà ngang khoẻ

- ống boong, sống đáy, các cơ cấu dọc của boong và đáy phải được liên kết với gân sóng bằng mã

- Vách với sóng đứng thường được gia cường bằng sống nằm, vách với sóng nằm thường được gia

Một số hình thức liên kết hai đầu nẹp sau đây:

+ Hai đầu nẹp được vát mép (không liên kết) - chỉ được phép sử dụng trong trường hợp chiều cao

dàn vách không vượt quá 3 m, hoặc trong khoang nội boong trên cùng

+ Hai đầu nẹp được gắn mã - nó được dùng phổ biến trong mọi trường hợp

Chiều dài cạch mã xác định không nhỏ hơn l/8 (l - nhịp cơ cấu) (xem hình sau)

* Nếu boong kết thúc tại vách thì nẹp phải có miếng gân đặt ở độ cao của boong (hình sau)

Hình 3.5 Liên kết bằng mã

Hình 3.6 Liên kết của nẹp vách tại v tr boong kết thúc

+ Liên kết đầu nẹp vách kiểu hàn tựa (có thể là hàn tựa một đầu hoặc 2 đầu thường dùng cho boong trung gian)

b Với vách sóng:

Nẹp liên kết của sống vách với các cơ cấu của dàn khác được thực hiện như vách phẳng

Các gân sóng được liên kết với các dàn khác bằng đường hàn liên tục hai phía, và tại gân được gắn

mã với cơ cấu của các dàn bên cạnh, kích thước của mã được lấy như đối với vách phẳng

3.2 KẾT CẤU DÀN ĐÁY

3.2.1 Chức năng và điều kiện làm việc của dàn đáy

a Chức năng:

- Tham gia đảm bảo độ bền dọc chung thân tàu với tư cách là mép dưới của thanh tương đương

- Tạo bề mặt diện tích bố trí hàng hoá, khoang két bố trí dằn, nhiên liệu v.v

- Tham gia đảm bảo độ bền cục bộ dưới tác dụng của áp lực hàng hoá và áp lực nước dưới đáy v.v

- Làm vành đế cho các dàn khác

b Điều kiện làm việc:

Dàn đáy thường xuyên chịu ứng suất phát sinh do uốn dọc chung thân tàu Chịu uốn cục bộ do các tải trọng sau gây ra:

- Áp lực thuỷ tĩnh

- Áp lực thuỷ động khi tàu va đập vào sóng

- Áp lực hàng hoá do bố trí hàng hoá trong khoang

- Áp lực do thử khoang két

- Áp lực khi đặt tàu trên triền, trên ụ

3.2.2 Kết cấu đáy đơn

Phần này áp dụng cho đáy đơn bị khuyết từng phần hoặc khuyết toàn phần

sußn 12 sußn 11+1/2

Hình 3.8 áy đơn kết cấu hệ thống ngang

Liên kết

- Thông thường sống chính liên tục tại đà ngang, đà ngang liên tục tại sống phụ