ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÀU THỦY

Theo các tư liệu, con tàu mang tên “Ideal X” được xem là tàu chở container đầu tiên .Con tàu này lần đầu rời cảng Newark vào ngày 26 tháng 4 năm 1956 với 58 containerđược vận chuyển đến

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: LỊCH SỬ TÀU CONTAINER

Đội tàu container thế giới……… …… 9

Đội tàu container ……….………12

Phân loại tàu container……….……13

Các loại tàu……….13

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU THỦY a. Phương pháp tính toán, thiết kế theo quy phạm……….15

b. Phương pháp tính toán lý thuyết ( tính toán theo sức bền )……….15

c. Phương pháp tính toán, thiết kế kết cấu tàu theo mẫu……… 16

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN KẾT CẤU TÀU THỦY PHẦN I: NỘI DUNG THIẾT KẾ……….17

I: CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA TÀU CONTAINER………… ……… 17

II: ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CƠ BẢN……….…….17

1. Qui phạm áp dụng……….17

2. Vật liệu đóng tàu……… …17

3. Lựa chọn hệ thống kết cấu……….………17

4. Khoảng sườn thực và sơ đồ phân khoang…… ……… 19

4.1 Khoảng cách sườn……….…… 19

4.2 Sơ đồ phân khoang……… …… 19

III: KẾT CẤU DÀN ĐÁY A: KẾT CẤU DÀN ĐÁY KHU VỰC KHOANG HÀNG 1. Sơ đồ dàn đáy……… 23

2. Tôn đáy dưới……….…23

3. Tôn giữa đáy……… …25

4. Tôn đáy trên……… 25

5. Tôn hông……… 27

6. Sống chính………28

7. Mã gia cường cho sống chính……… 29

8. Sống phụ………29

9. Đà ngang đặc……….31

10. Nẹp đứng gia cường cho đà ngang………32

11. Thanh chống thẳng đứng……… 33

12. Mã ngang……… 34

13. Dầm dọc đáy dưới……….34

14. Dầm dọc đáy trên……… 36

IV: KẾT CẤU DÀN MẠN A: KẾT CẤU DÀN MẠN KHU VỰC KHOANG HÀNG • Kết cấu mạn ngoài 1. Chiều dày tôn mạn ngoài……… 38

2. Chiều dày tôn mép mạn……….39

3. Sườn thường……… 39

a. Ở đoạn từ vách đuôi đến đoạn 0,15L kể cả từ mũi tàu ……… 39

b. Ở đoạn từ vách chống va đến đoạn 0,15L kể từ mũi tàu………41

4. Sườn khỏe dạng tấm (sống ngang mạn)………43

5. Sống dọc mạn………44

• Kết cấu mạn trong 1. Sơ đồ kết cấu mạn trong………46

2. Chiều dày của tôn bao mạn trong……… 47

3. Nẹp dọc gia cường tôn bao mạn trong……… 48

4. Sườn thường……… 50

a. Ở đoạn từ vách đuôi đến đoạn 0,15L kể cả từ mũi tàu……… 50

b. Ở đoạn từ vách chống va đến đoạn 0,15L kể từ mũi tàu………52

V: KẾT CẤU DÀN VÁCH 1. Sơ đồ dàn vách……… 54

A: KẾT CẤU VÁCH KÍN NƯỚC 1. Chiều dày tôn vách……… 55

2. Nẹp đứng vách……… 56

3. Sống nằm vách đỡ nẹp vách……… 58

4. Sống đứng vách… ……… 59

B: KẾT CẤU VÁCH CHỐNG VA Chiều dày tôn vách………61

2. Nẹp………61

3. Sống nằm vách đỡ nẹp vách……… 63

4. Sống đứng……… 65

VI: KẾT CẤU DÀN BOONG A: KHU VỰC KHOANG HÀNG 1. Sơ đồ kết cấu……….66

2. Tải trọng boong……….67

3. Tôn boong……… 69

a. Phía ngoài vùng đường miệng khoét ở đoạn giữa tàu có xà dọc boong 6

9 b. Phía ngoài vùng đường miệng khoét ở đoạn giữa tàu có xà ngang boong……… 69

4. Xà ngang boong giữa các miệng hầm hàng……… 70

5. Xà dọc boong………71

6. Sống dọc boong giữa các miệng hầm hàng……… 72

7. Sống ngang boong (Xà ngang boong cục)………74

8. Thành quây miệng hầm hàng………76

9. Két sâu……… ………78

a. Vách dọc két sâu……… 78

b. Vách ngang……… 82

c. Nóc két……….85

10. Liên kết khoang hàng……… 87

VII: KẾT CẤU BUỒNG MÁY A: KẾT CẤU DÀN ĐÁY Ở BUỒNG MÁY 1. Sơ đồ kết cấu dàn đáy……… 89

2. Chiều dày tôn đáy trên……… 89

3. Chiều dài tôn đáy dưới……….91

4. Dãi tôn giữa đáy……… 93

5. Tôn sống hông……… ………93

6. Thiết kết bệ máy……… …………93

7. Sống chính đáy……… ……… 94

8. Sống phụ đáy……… ….95

9. Đà ngang đặc……… 96

B: KẾT CẤU DÀN MẠN Ở BUỒNG MÁY

1. Sơ đồ kết cấu dàn mạn……….98

2. Chiều dày tôn mạn……… 98

3. Chiều dày dãi tôn mép mạn……….99

4. Sườn thường……… 100

5. Sườn khỏe……… 102

6. Sống dọc mạn……… 105

7. Liên kết……… 106

C: KẾT CẤU DÀN BOONG Ở BUỒNG MÁY 1. Sơ đồ kết cấu………107

2. Tải trọng boong………108

3. Chiều dày tôn boong……… ………… 110

4. Xà ngang boong……… 111

5. Xà ngang boong khỏe……… 112

6. Sống dọc boong……… … 113

VIII: KẾT CẤU KHOANG MŨI A: KẾT CẤU DÀN ĐÁY Ở KHOANG MŨI 1. Sơ đồ kết cấu……… 115

2. Tôn đáy……….115

3. Đà ngang đáy đơn……….115

4. Sống chính………… ……… 116

5. Sống mũi…….……… 116

B: KẾT CẤU DÀN BOONG Ở KHOANG MŨI 1. Sơ đồ kết cấu……… 116

2. Tải trọng boong………116

3. Tôn boong……….118

4. Xà ngang boong……… 118

5. Sống dọc boong………120

C: KẾT CẤU DÀN MẠN Ở KHOANG MŨI 1. Sơ đồ kết cấu………121

2. Tôn mạn………121

3. Sườn thường……….122

IX: KẾT CẤU KHOANG ĐUÔI

1. Sơ đồ kết cấu………124

2. Tôn đáy……….124

3. Tôn bao kề với sống đuôi hoặc trong vùng đặt ụ trục……….125

4. Sống chính………125

5. Sống phụ đáy………125

6. Đà ngang đáy………126

B: KẾT CẤU DÀN MẠN Ở KHOANG ĐUÔI 1. Sơ đồ kết cấu………126

2. Tôn mạn………126

3. Sườn thường……….127

4. Sườn dưới boong mạn khô phía sau vách đuôi………130

5. Sống dọc mạn……… 131

C: KẾT CẤU DÀN BOONG Ở KHOANG ĐUÔI 1. Sơ đồ kết cấu………133

2. Tải trọng boong………133

3. Tôn boong……….135

4. Xà ngang boong………136

5. Sống dọc boong……… ……… 137

6. Sống đuôi……… 138

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp nước ta phát triển rất mạnh trong

đó, ngành đóng tàu là một trong những ngành phát triển nhất hiện nay Ngành này đang làmột trong những ngành chiến lược phát triển đất nước

Tuy nhiên, ngành tàu thủy là ngành kỹ thuật tương đối phức tạp từ khâu thiết kếcho đến khâu lắp ráp đòi hỏi chúng ta khi thực phải có trình độ và kinh nghiệm nhất định

Để làm quen với công việc thiết kế, củng cố lại kiến thức đã học nên em được phân côngthực hiện đề tài với nội dung “ Thiết kế sơ bộ tàu chở hàng Container ”

Qua thời gian tìm hiểu, được sự hướng dẫn tận tình của thầy Th.S Nguyễn VănCông, cùng với sự động viên giúp đỡ của các thầy giáo và các bạn, em đã hoàn thành nộidung đề tài

Nội dung đề tài gồm ba phần:

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Phương pháp tính toán kết cấu tàu thủy

Chương 3: Tính toán kết cấu tàu chở Container

Chương 4: Kết luận

Song với thời gian thực hiện không nhiều cùng với trình độ còn hạn chế nên đề tàicủa em không tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được những ý kiến đóng gópcủa thầy và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô và các bạn đã động viên giúp đỡ em trongquá trình thực hiện đề tài, đặc biệt em xin cảm ơn thầy giáo Th.S Nguyễn Văn Công đãhướng dẫn em rất tận tình trong thời gian thực hiện đề tài

Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2020

Sinh viên thực hiện Nguyễn Hàm Hòa

CHƯƠNG I

LỊCH SỬ VỀ TÀU CONTAINER

Vào tháng 5 năm 2001, người được xem là “cha đẻ của ngành công nghiệpcontainer” Malcolm P McLean qua đời ở tuổi 87 Cuối những năm thập niên 30, ông đãtừng nói rằng ông có một ý tưởng để vận chuyển hàng hóa một cách hợp lý bằng cách tránhviệc xếp dỡ hàng liên tục từ phương tiện này sang phương tiện khác tại cảng Hoboken- khi

đó mới chỉ là một đại lý vận tải nhỏ lẻ Khi mới bắt đầu, McLean đã đưa các xe tải chứahàng lên tàu để chuyển chúng tới nơi gần đích đến nhất có thể Từ đó hình thành các loạicontainer tiêu chuẩn và xe kéo với mục đích tiết kiệm diện tích và chi phí, vì chỉ cần đầu xekéo và container ở phía sau là đã có thể vận chuyển được hàng Sau đó, các đầu xe kéo cũng

bị bỏ lại và các tàu chở hàng chỉ vận chuyển container mà thôi Các chủ tàu ban đầu đã cómột chút hoài nghi về ý tưởng này của của McLean Điều này khiến ông phải tự mình làmchủ tàu và đặt tên công ty là Sea-Land Inc Cuối thập niên 90, McLean bán công ty của ôngcho Doanh nghiệp vận tải Maersk, nhưng tên công ty của ông vẫn được giữ lại dưới cái tênmới Doanh nghiệp vận tải Maersk Sealand mà ngày nay được biết đến như là một hãng vậntải biển khổng lồ

Theo các tư liệu, con tàu mang tên “Ideal X” được xem là tàu chở container đầu tiên Con tàu này lần đầu rời cảng Newark vào ngày 26 tháng 4 năm 1956 với 58 containerđược vận chuyển đến Houston Cũng trong năm 1956, chiếc tàu đầu tiên được thiết kế đểchuyên chở container là tàu “Maxton” có thể chở tới 60 container chứa hàng

Một thập kỉ trôi qua trước khi tàu container đầu tiên thả neo ở Châu Âu, chiếc containerđầu tiên ở Đức được xuất xưởng dưới tên công ty Fairland tại Bremer Überseehafen ngày

6 tháng 5 năm 1966 Những container đầu tiên được Doanh nghiệp Sealand chi nhánhBắc Âu sử dụng là loại container ASA 35 feet (thiết kế theo tiêu chuẩn Mỹ) Ở nhữngquốc gia khác, họ thường sử dụng container ASA 27 feet Sau đó các chủ tàu tại Châu Âu

và Nhật Bản nhanh chóng nhận ra những lợi thế mà container mang lại và đầu tư vào cáccông nghệ vận tải mới

Kể từ khi các tiêu chuẩn của Mỹ trở nên khó khăn khi áp dụng tại Châu Âu và các nướckhác, một thỏa thuận đã được đưa ra sau khi kết thúc cuộc đàm phán với các doanhnghiệp Mỹ Độ dài container quy định theo tiêu chuẩn ISO bao gồm 10, 20, 30 và 40 feet

Bề rộng chung là 8 feet, chiều cao 8 và 8,6 feet Đối với container vận chuyển nội địa tạiChâu Âu bề rộng cho phép là 2.5m, sử dụng chủ yếu trong các hoạt động vận tải đường

bộ kết hợp đường sắt

Hầu hết container hiện nay được thực hiện theo tiêu chuẩn ISO, với độ dài 20 và 40 feet

là chủ yếu Có một vài năm mà tiêu chuẩn ISO liên tiếp gặp phải nhiều vấn đề Chẳnghạn như sự cố tăng lượng hàng cần chất lên, các chủ tàu yêu cầu container dài hơn, rộnghơn và cao hơn Các chủ hàng sử dụng container có kích thước vượt quá quy định củatiêu chuẩn ISO trở nên ngày càng nhiều Container “Jumbo” với chiều dài 45 và 48 feet,rộng 8,6 feet (2.6m) và cao 9,6 feet (2.9m) đã xuất hiện trong một vài năm Việc xâydựng các container lớn hơn chủ yếu xảy ra tại Mỹ, thậm chí có thời gian container 58 feetđược cho phép sử dụng khắp nước Mỹ, trong khi các nước khác chỉ cho phép tối đa 57feet Ở Châu Âu và các lục địa khác bị hạn chế bởi những con đường hẹp, vì vậy người ta

đã thay đổi các tiêu chuẩn để phù hợp hơn với các quốc gia đang phát triển

Người ta thường chia các thế hệ tàu container tùy theo sức chở của chúng Ðến nay tàu

container có thể được chia thành 6 thế hệ phát triển như bảng dưới đây

Thế hệ tàu Sức chở (TEU) Giai đoạn

Thứ nhất Tới 1000 Trước 1970Thứ hai Tới 2000 1970 – 1980Thứ ba Tới 3000 1980 – 1985Thứ tư Trên 3000 1985 – 1995Thứ năm Trên 6000 1995 – 2005Thứ sáu Trên 8000 Sau 2005Việc phân chia thành các thế hệ như vậy chỉ có tính tương đối, và thường có ý nghĩa đánhgiá sự phát triển của công nghệ và sản phẩm tàu container theo chiều dài phát triển

Hiện có thể nói, các tàu container mới nhất thuộc thế hệ thứ sáu (trên 8000 TEU) Tuynhiên, nếu xét theo góc độ năng lực vận tải, các tàu container hiện đang sử dụng có sứcchở từ vài trăm TEU trở lên Ðiều này có nghia là hiện vẫn tồn tại nhu cầu sử dụng nhiềuthế hệ tàu container trong cùng một thời điểm, hay nói cách khác sự phân chia như trênchủ yếu nêu nên sự khác biệt về sức chở của con tàu mà thôi

Đội tàu container thế giới

Các đơn đóng mới có thể đã dừng lại và việc phá dỡ tàu có thể đạt mức kỷ lục, nhưng độitàu container thế giới đã phá vỡ kỷ lục, vượt qua mốc 20 triệu Teu trong tháng trước

Theo số liệu từ Lloyd’s List Intelligence vào cuối tháng 6, đội tàu container toàn cầu có5.083 tàu, với tổng sức chở đạt 20,5 triệu Teu, lần đầu phá vượt qua mốc 20 triệu Teu.

Dù số liệu này không có nhiều ý nghĩa, sự tăng trưởng nhanh chóng trọng tải đã chỉ rarằng mặc dù đã nỗ lực tối đa nhưng lĩnh vực vận chuyển container đã thất bại trong thamvọng giảm bớt đáng kể tổng sức chở đội tàu

Trọng tải dư thừa đã tác động trực tiếp tới vận mệnh của hầu hết các hãng vận chuyểncontainer, góp phần vào cuộc chiến phá giá trong nỗ lực tăng sản lượng

Số lượng tàu trong đội tàu vẫn được giữ nguyên không thay đổi nhưng tàu được sử dụng

có sức chở lớn hơn trước rất nhiều, và điều này đã được cảnh báo trước đó

Số lượng tàu bị phá dỡ trong tháng 6, bao gồm cả một số chưa được báo cáo trong tháng

5 chỉ ở mức 19.000 Teu Trong số 9 tàu được phá bỏ, chỉ một chiếc có sức chở hơn 3.000Teu, số còn lại trong khoảng từ 1.000 Teu đến 2.500 Teu

Bất chấp mức độ phá dỡ khá thấp trong 2 tháng qua, các phân tích của SeaIntel cho rằng

18 tháng qua đã cho thấy mức độ phá hủy chưa từng xảy ra mà có vẻ là sẽ tiếp diễn đếnhết năm nay

Việc phá dỡ đạt đỉnh điểm trong năm 2016, khi mà hơn 665.000 teu bị loại khỏi đội tàu.Tăng đáng kể của gần 500.000 teu trong năm trước đó Hơn nữa, tuổi thọ trung bình của

Dù vẫn còn sớm để dự đoán cả năm 2017, nhưng SeaIntel cho rằng số lượng tàu bị phá

dỡ năm nay vẫn ở mức cao, nhưng thấp hơn so với năm trước

Điều này không giúp ích nhiều bởi gần đây nhất các tàu container cớ siêu lớn đã gia nhậpđội tàu

Tàu lớn nhất gần đây được Maersk bổ sung vào loạt tàu cỡ Triple-E, là tàu München

Maersk, sức chở 20.568 Teu, theo sau tàu MOL Trust sức chở 20.170 Teu.

Trong tháng 6 có gần 105.000 Teu tàu đóng mới được bàn giao Trong khi chỉ có 20.000Teu tàu phá dỡ, điều này dễ dàng nhận ra là làm thế nào để đội tàu chạm tới mốc 20 triệuTeu Chi tiết về số lượng tàu theo các cỡ như ở bảng dưới

Cỡ tàu (TEU) Số lượng (tàu) Tổng sức chở (TEU)

500-999 823 610.0001.000-1.999 1.261 1.780.0002.000-2.999 725 1.839.0003.000-3.999 332 1.142.0004.000-4.999 451 1.978.0005.000-5.999 286 1.575.0006.000-6.999 172 1.119.0007.000-7.999 29 213.000

> 8.000 198 1.757.000

Hãng tàu Maersk cũng đã đặt đóng thế hệ tàu container mới với sức chở tới 18.000 TEU

Sê ri tàu này có tên là Triple-E, và con tàu đầu tiên dự kiến sẽ bàn giao vào cuối tháng6/2013

Trong khi đó, vào tháng 4 năm 2013, hãng tàu China Shipping (CSCL) cũng đặt hàngđóng 5 tàu cỡ 18.000 TEU tại xưởng đóng tàu Hyundai

Và với những tàu siêu lớn này đánh dấu bước phát triển mới của công nghệ đóng tàucontainer cũng như ngành đóng tàu nói chung của thế giới

Đ i tàu container Vi t Nam ộ ệ

Trong khi vận tải chở và đội tàu container thế giới phát triển mạnh, đội tàu container ViệtNam có số lượng cũng như sức chở rất khiêm tốn: với tổng số 33 tàu, tổng sức chở 20600TEU,năng lực vận chuyển còn rất khiêm tốn so với các quốc gia có biển khác Toàn bộ làcác tàu feeder dưới 2.000 TEU

Một số tàu container của Việt Nam:

HÃNG TÀU TÊN TÀU TEU DWT Draf

t (m) LOA B (m)

Công suất máy chính

Tốc độ(h.lý/h)

Nămđóng

BIỂN ĐÔNG

BIỂN ĐÔNG STAR 600 9108 7.5 120.8 20.2 5589 kW 15.6 2000

1016

Phân loại tàu container

+Theo thế hệ phát triển: 6 thế hệ (như trên)

+Theo phương thức xếp dỡ container: LOLO, RORO, …

+Theo kích thước tàu: Panamax, Post-Panamax, Suezmax, Post-Suezmax, Post Malacamax

+Theo mức độ chuyên dụng: tàu bách hóa, tàu semi-container, tàu container

chuyên dụng

+Theo phạm vi hoạt động: tàu feeder, tàu mẹ

Các loại tàu:

Tàu Chở Hàng Bách Hóa (General Cargo Ship)

Đây loại tàu chở hàng bách hóa thông thường, tuy nhiên mỗi chuyến lại có thể nhậnkhoảng 10-15 container để chở Container chủ yếu được xếp ngay trên boong Loại tàunày cũng có một số thiết bị xếp dỡ, chằng buộc container được sử dụng phổ biến nhấthiện nay

Tàu Bán Container (Semicontainer Ship)

Loại tàu này có trọng tải không lớn và thường có cần cẩu riêng để xếp dỡ container Đây

là những tàu được thiết kế để vừa chở các mặt hàng khác, vừa chở container và cả hàngbách hóa

Tàu Chở Sà Lan ( Lash-Lighter Aboard Ship)

Người ta có thể xếp dỡ sà lan lên xuống tàu bằng cần cẩu chuyên dụng có sẵn trên tàuhoặc theo phương thức chìm-nổi của tàu mẹ Loại tàu này chuyên dùng để chở sà lan đãđược xếp đầy hàng hoặc container Mỗi tàu loại này có thể chở được từ 15 đến 17 sà lan.Mỗi sà lan có thể chở khoảng 350 đến 1.000 tấn Ngoài ra, các sà lan khi được dỡ khỏitàu mẹ có thể tự vận hành hoặc cũng có thể được đẩy hay kéo vào bờ để xếp dỡ hàng theophương pháp thông thường Sử dụng loại tàu này cho phép giảm được thời gian xếp dỡ sovới các phương pháp thông thường

Tàu Container Chuyên Dụng (Full Container Ship)

Đây là những tàu có trọng tải rất lớn (1.000 đến 5.000 TEU ), có tốc độ cao ( trên 26 hảilý/giờ, được dùng chỉ để chở container Cũng vì lí do này mà tàu chuyên dụng chởcontainer có cấu trúc hoàn toàn khác với tàu chở hàng thông thường Đặc biệt, loại tàunày không có cần cẩu trên tàu mà sử dụng cẩu giàn trên bờ của các cảng Một đặc điểmđáng lưu ý của loại tàu này là chúng có diện tích đáy hầm hàng bằng hoặc lớn hơn so vớidiện tích miệng hầm hàng, đồng thời có các két nước dằn ở hai bên mạn tàu tạo cân bằngkhi xếp container thành nhiều hàng, nhiều tầng

Phụ thuộc vào phương thức xếp dỡ hàng hóa mà tàu chuyên dụng chở container (FullContainer Ship) lại được chia thành nhiều loại khác nhau:

Tàu LO-LO

Loại tàu này có cấu trúc một boong, được chia thành nhiều hầm có vách ngăn cách.Trong hầm tàu có những kết cấu đặc biệt gọi là những ngăn trượt có thể được nâng hạtrực tiếp bằng cẩu dàn Loại tàu này được gọi như vậy vì thực hiện phương pháp xếp dỡtheo phương thẳng đứng qua thành tàu bằng cần cẩu của cảng

Tàu RO-RO

Loại tàu này có nhiều boong, giữa các boong có các đường dốc nghiêng Thêm nữa, TàuRO-RO có cửa hầm được đặt ở mũi hoặc ngay bên cạnh sườn tàu Container được đưa từcảng xếp thẳng vào hầm tàu bằng các xe nâng cỡ lớn Nếu ở các tuyến đường ngắn,container sẽ được cố định sẵn trên một loại khung xe có bánh (chassis) Khi tàu đến,chassis được xe mooc đưa xuống tàu và khi tới cảng đích lại cho xe mooc kéo nguyênchassis lên Phương pháp này có ưu điểm là tiết kiệm được rất nhiều thời gian xếp dỡ vàthời gian tàu đỗ ở cảng

CHƯƠNG II

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU THỦY

- Có 3 phương pháp thiết kế kết cấu tàu thủy:

+ Tính toán, thiết kế theo Quy Phạm

+ Tính toán ,thiết kế theo sức bền

+ Tính toán ,thiết kế theo tàu mẫu

a Phương pháp tính toán ,thiết kế theo Quy phạm

Quy phạm đóng tàu là tập hợp lý thuyết, kết hợp với kinh nghiệm thực tế , ta tính toán thiết kế theo yêu cầu ghi trong quy phạm nên kêt quả khá chính xác

và quy phạm đóng tàu luôn được bổ sung và điều chỉnh phù hợp Quy phạm tính toán kế cấu mà nước ta dùng đó là “ Quy chuẩn Quốc Gia – Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép” ( QCVN21:2010/BGTVT)

+ Nhược điểm :

Các đòi hỏi trong quy phạm tuy nghiêm ngặt nhưng không phản ảnh hết thực

tế nên nhiều khi phải chấp nhận tốn kém vật liệu và tăng trọng lượng tàu vì kết cấu tính theo quy phạm chưa phải ở dạng hợp lý nhất

Do hình dáng yêu cầu và việc bố trí trên các tàu khác nhau thường không giống nhau nhất là đối với những tàu lớn hay là tàu có tính năng đặc biệt nên các quy phạm đóng tàu không thể bao gồm hết tât cả và vẫn tính toàn theo phương pháp tính toán lý thuyết

Qúa trình được thực hiện bằng cách mô hình hóa kết cấu và tải trọng tác dụng giải bài toán cơ học kết cấu để xác định kích thước và quy cách bó trí các kết cấu

+ Ưu điểm:

Xây dựng trên cơ sở lý thuyết cơ học kết cấu, kết hợp với kết quả tính toán

độ bền thân tàu để thiết kế kết cấu chịu được độ bền chung và độ bền cục bộ

Có độ chính xác cao cho phép lựa chọn hợp lý, vừa đảm bảo đủ độ bền, vừa tối ưu về kinh tế

Dùng dể kiểm tra lại độ bền kết cấu sau khi tính theo các phương pháp khác

+ Nhược điểm :

Phép tính phức tạp nên thường chỉ áp dụng đối với tàu làm việc theo nguyên

lý mới tàu có kích thước không bình thường và yêu cầu đặc biệt về kết cấu

c Tính toán, thiết kế kết cấu theo tàu mẫu

Dựa trên cơ sở kết cấu tàu mẫu, kết hợp với kiến thức lý thuyết và kinh nghiệm của người thiết kế, để phân tích và lựa chọn kích thước cá kết cấu cho tàu đang tính

- Vậy từ 3 phương pháp trên ta lựa chọn phương pháp tính toán kết cấu theo phương pháp tính toán kết cấu theo quy phạm

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN KẾT CẤU TÀU THỦY LOẠI TÀU CONTAINER

Tính toán kết cấu dựa trên “Quy Quốc Gia-Quy Phạm Phân Cấp Và Đóng Tàu Biển vỏ

Thép” (QC21:2010/BGTVT)

Phần 2A-KẾT CẤU THÂN THÂN TÀU VÀ TRANG THIẾT BỊ TÀU DÀI TỪ 90M

TRỞ LÊN PHẦN I: NỘI DUNG THIẾT KẾ.

I. CÁC THÔNG CƠ BẢN CỦA TÀU CONTAINER.

Tàu thiết kế là tàu container có các thông số chính như sau:

Chiều dài thiết kế: L = 174m

Với đặc điểm của tàu thiết kế là chở container kiểu IC và IA ta chọn

hệ thống kết cấu như sau:

Tàu container có kết cấu đáy đôi, mạn kép,mũi quả lê.

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

+ Trọng lượng thân tàu , trọng lượng của container và các thiết bị khác

bố trí trên tàu phân bố không điều + Lực nổi tàu thủy và thủy động của nước ngoài mạn tác dụng lên tàu khi tàu trên sóng

Dưới các các loại tải trọng đó , trên mặt cắt ngang cơ cấu thân tàu phát sinh các loại ứng suất sau:

+ Ứng suất do uốn dọc chung thân tàu + Ứng suất do uốn cục bộ

Về mặt độ bền: Nếu kết cấu ở hệ thống dọc, khối lượng kết cấu dọc nhiều làm tăng diện tích tiêt diện, nên làm tăng modun chống uốn dọc thân tàu, làm giảm ứng suất uống 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 đọ bền ngang chung thân tàu

Về mặt ổn định: Khi kết cấu ở hệ thống dọc, ứng suất Ơle của tấm lớn hơn nhiều so với kết cấu theo hệ thống ngang

Về mặt khối lượng kết cấu: Với các tàu lớn khi kết cấu theo hệ thống dọc, khối lượng kết cấu nhỏ đáng kể so với hệ thống ngang

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 lỗ khoét, tăng chi phí liên kết,

tăng mối nối, dẫn đến tăng khối lượng hàn, lắp ráp theo phương pháp chia phân đoạn tổng đoạn khó hơn.

Về mặt sử dụng: khi kết cấu ở hệ thống dọc, cơ cấu thành cao sẽ nhiều, sẽ làm mất dung tích chở hàng, làm tăng khối lượng vệ sinh khung hàng

Vậy ta chọn tàu kết cấu theo hệ thống hỗn hợp ngang – dọc với:

Khoang hàng:

• Đáy đôi và boong kết cấu theo hệ thống dọc.

• Mạn kép kết cấu theo hệ thống ngang.

Khoang máy:

• Boong , mạn và đáy đôi kết cấu theo hệ thống ngang

• Boong sàn kết cấu theo hệ thống ngang

• Dàn vách: tùy thuộc khu vực và loại vách mà có hệ thống kết cấu khác nhau

Khoang mũi và đuôi:

• Đáy đơn, mạn đơn, boong, kết cấu theo hệ thống ngang4.

Khoảng sườn thực và sơ đồ phân khoang.

4.1.

Khoảng cách sườn.

Theo QCVN 21:2010/BGTVT phần 2A

•Theo điều 5.2.1-1 thì khoảng cách chuẩn của các sườn được tính theocông thức:

S = 2L +450 = 2 x 173,8 + 450 = 797,6 mm

•Theo điều 5.2.1-2 trong các khoang mũi, khoang đuôi và ở bầu đuôikhoảng cách sườn phải không lớn hơn 610 mm

•Theo điều 5.2.1-3 ở đoạn từ 0,2L tính từ mũi tàu đến vách chống va,khoảng cách sườn phải không lớn hơn 700 mm

•Theo điều 5.2.2 thì khoảng cách chuẩn của các dầm dọc mạn được tínhtheo công thức:

S = 2L +550 = 2 x 173,8 +550 = 897,6 mm

•Theo điều 5.2.4 khoảng cách sườn không nên lớn hơn 1 mDựa vào điều kiện trên ta có thể chia khoảng sườn theo chiều dài thực tếcủa tàu như sau:

+Khoảng cách sườn giữa tàu là: S = 610 mm+Khoảng cách dầm dọc là: S = 610 (do phụ thuộc vào sơ đồ bố trícontainer)

+Khoảng cách sườn vùng đuôi tàu là: S = 600 mm+Khoảng cách sườn vùng mũi tàu là: S = 600mm

4.2.

Sơ đồ phân khoang

- Đối với tàu Container thì việc phân khoang phụ thuộc vào kích thướcContainer mà tàu chuyên chở

- Tàu ta thiết kế ở đây chở chủ yếu Container thuộc kiểu nhóm I (IC) vớikích thước :

Kiểu IC : Chiều dài : 6,1 m Chiều cao : 2,44 m

Chiều rộng : 2,44 mTrên cơ sở khoảng cách sườn đã xác định, chia chiều dài tàu ( Lpp) thành

204 khoảng sườn thực và chiều dài lớn nhất tàu ( LMAX) thành

217 khoảng sườn thực với khoảng cách sườn ở các khu vựcnhư sau:

+Khoảng sườn vùng đuôi tàu: 0,6 m (từ sườn số -4 đến sườn 16)+Khoảng sườn vùng máy :0,6 m (từ sườn số 16 đến sườn 46)+Khoảng sườn vùng giữa tàu: 0,61 m ( từ sườn số 46 đến sườn 188)

+Khoảng sườn vùng mũi tàu:0,58 m (từ sườn 188 đến sườn mút mũi213)

Theo QCVN 21:2010/BGTVT phần 2A

•Bảng 2A/11.1 Thì đối với tàu có chiều dài 165 ≤ L < 186 thì số lượngvách kín nước không nhỏ hơn 9

•Theo điều 11.1.1-1 vách chống va đặt ở khoảng cách không nhỏ hơn0,05Lf và không lớn hơn 0,05Lf+3m tính từ mút trước của chiều dàitính mạn khô

Chiều dài khoang mũi:

max(0,05Lf+3;0,08Lf) ≥ Lmũi ≥ min (0,05Lf;10m)Trong đó :

+ Lf : Là chiều dài để xác định mạn khô (m)

Lf = Max(0,96L1;L2)L1 =127 m : Là khoảng cách từ mút trước sống mũi đến mút sau củatôn bao đo trên đường nước nằm ở cao độ 0,85D

L2 = 123.5 m : Là khoảng cách đo từ mút trước sống mũi đến đườngtâm trục lái đo trên đường nước nằm ở độ cao 0,85D (m)

Chọn Lf = 123.5 mChiều dài khoang mũi:

9.88 ≥ Lmũi ≥ 6.175

=> Lmũi = 9,28 mChiều dài khoang đuôi:

0,08Lf ≥ Lđ ≥ 0,05Lf

9.88 ≥ Lđ ≥ 6.175Chiều dài khoang đuôi: Lđuôi = 9,6 m

•Theo điều 11.1.3 ở hai đầu buồng máy phải đặt vách kín nước

Chiều dài khoang máy:

0.1Lpp ≤ Lmáy ≤ 0.15Lpp 17.38 ≤ Lmáy ≤ 26,07Chọn Lmáy = 18 mChiều dài khoang hàng:

LKH ≤ 30m

=>LKH = 14,03 m và LKH = 20,74 m

Bảng 3.1 : Phân khoang theo khoảng sườn

Khoang Vị trí sườn Khoảng sườn (mm) Chiều dài khoang

(m)Khoang đuôi Từ mút đuôi (Sn0)

Hình 3.1 : Sơ đồ phân khoang

I: KÊT CẤU BUỒNG MÁY

A: KẾT CẤU DÀN ĐÁY Ở BUỒNG MÁY

1. Sơ đồ kết cấu dàn đáy:

- Dàn đáy khoang máy kết cấu hệ thống ngang

- Đà ngang đầy được đặt cách nhau 1 khoảng sườn

- Ta đặt thêm sống phụ ở dưới thành dọc bệ máy

2.Chiều dài tôn đáy trên:

+ 2,5+2 = 10,12 (mm)t2 = C’S h + 2,5+2 = 11,29 (mm)

 t = max(t1; t2) = 11,29( mm)Trong đó :

+ d0 = 1,4 (m) : Là chiều cao tiết diện sống chính

+ d = 8,48 (m) : Là chiều chìm tàu.

+ S = 0,6 (m) : Là khoảng cách giữ các sườn ngang+ h : Khoảng cách thẳng đứng từ mặt tôn đáy trên đến boong thấp nhất

đo ở đường tâm tàu(m)

Theo điều 30.3.4-1 quy phạm QCVN 21:2010/BGTVT phần 2A

b

α

lấy trị số lón hơn nếu

2,18

lH = 20,74 (m) Chiều dài khoang hàng

8 , 13

−

fB : Tỉ số mômen chống uốn tiết diện ngang thân tàu tính theo quyphạm và mômen chống uốn tiết diện ngang thân tàu tính theo thực

tế, lấy fB = 1 (Xét tại vùng giữa tàu)



α

= 1,062Vậy chọn C = 2,3364

+ B = 19,92 (m) : Chiều rộng tàu+ C’ là hệ số tính theo công thức sau đây tùy thuộc vào tỉ số l/S :

0,43S

l

+ 2,5 nếu

5 , 3

1 ≤ <

S l

4 nếu S

l

≤

5 , 3

l = 2,44 m : Khoảng cách giữa các sống đáy



 C’ = 4

Vậy : Chiều dày tôn đáy trên t = 12mm.

3.Chiều dày tôn đáy dưới :

+ d0 = 1,65 (m) : Là chiều cao tiết diện sống chính

0 hoặc 1

b

α

lấy trị số lón hơn nếu

2,18

lH = 20,74 (m) : Chiều dài khoang hàng

8 , 13

+ h1 : Chiều cao cột áp tính toán có thể đo ở:

(a) Vùng 0,3L kể từ mũi tàu: h1 =

94

( 17- 20.C

'

b

) × ( 1 – x ) 2 (b) Các vùng khác trừ vùng (a): h1 = 0

+ X : Khoảng cách từ mũi tàu đến phần đang xét, đối với tôn mạn ởphía trước sườn giữa hoặc khoảng cách từ đuôi tàu đến phần đangxét, đối với tôn mạn ở phía sau sườn giữa(m)

Tuy nhiên, nếu X< 0,1L thì lấy bằng X= 0,1L và nếu X > 0,3L thì lấy

X = 0,3L

Ở đây ta lây X = 0,3L( vì ta xét đọan ngoài 0,3 L)

 x = 1

 C2 = 4,97Vậy ta chọn C2 = 4,97

 Vậy chọn chiều dày tôn ngoài là: t = 14 mm 4.Dải tôn giữa đáy:

- Chiều rộng và chiều dày của dải tôn giữa đáy + Chiều rộng dải tôn giữa đáy:

Theo quy phạm QCVN 21:2010/BGTVT phần 2A

• Theo điều 14.2.1-1: Trên suốt chiều dài của tàu, chiều rộng của tôn giữađáy phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức: b = 2L + 1000 (mm)Chọn b = 1300 mm

+ Chiều dày của tôn giữa đáy:

Theo quy phạm QCVN 21:2010/BGTVT phần 2A

• Theo điều 14.2.2: trên suốt chiều dài tàu,chiều dày của dải tôn giữa đáy

ít nhất phải lớn hơn 2mm so với chiều dày tôn đáy ở đoạn giữa tàu tínhtheo yêu cầu ở 14.3.4.Tuy nhiên chiều dày của tôn giữa đáy phải khôngnhỏ hơn chiều dày của tấm tôn đáy kề cận

Khối lượng máy Q=75,5 (T)

-Chiều cao bản thành bệ máy được xác định dựa trên cơ sở là khoảng cách từ đáy các tecủa máy đến đường tâm trục

-Chiều dày tấm thành bệ máy và các mã tính theo bảng sau:

k=2: phục thuộc trọng lượng máy

͢ Chọn: + Chiều dày bản thành bệ máy: t = 16

+ Chiều dày bản mép bệ máy: t = 22

+ Chiều dày mã và tấm mép: t = 14

7.Sống chính đáy

• Theo quy phạm QCVN 21:2010/BGTVT phần 2AĐiều 4.2.3: Chiều dày của tấm sống chính không nhỏ hơn trị số:

4 1 17 , 0 6 , 2

B

y l

x d

d

SBd

H

+ 2,5 =4,697 (mm) t2 = C1’d0 + 2,5 = 10,777(mm)

Trong đó :+ S = 0,61 (m) : Là khoảng cách giữa các tâm của hai vùng kề cận vớisống chính

+ d1 : Là chiều cao của lỗ khoét tại điểm đang xét (m), ở đây d1 =0,6+ lm = 18 (m): Chiều dài khoang máy

+ x : Khoảng cách theo chiều dọc từ trung điểm của lH của mỗi khoangđến điểm đang xét (m) Tuy nhiên nếu x< 0,2 lH thì lấy x = 0,2 lH và nếu

x ≤

0,45lm thì lấy x = 0,45lm

Tính cho điểm ở xa trung điểm lH : x= 0,5 lm > 0,45 lm

 x = 0,45lm = 8,1 (m)

+ y = 0 : Khoảng cách theo phương ngang từ tâm tàu đến sống dọc(m)

+ C1 : Là hệ số cho theo công thức Tuy nhiên nếu

4,1

=

lH

B

Hệ thống kết cấu ngang: C1 = = 0,021+ C’1 : Hệ số tính theo bảng 2A/4.1 tùy thuộc vào tỉ số S1/d0 Với các trị

số trung gian của S1/d0 thì C’1 được tính theo phép nội suy tuyến tính

 S1/d0 = 0,364 nội suy tuyến tính => C’1 = 5,0162+ S1= 0,6 m : Khoảng cách các mã hoặc nẹp đặt ở sống chính

Vậy chọn chiều dày sống chính: t = 12mm 8.Sống phụ đáy:

Theo quy phạm QCVN 21:2010/BGTVT phần 2AĐiều 4.2.3: Chiều dày của tấm sống chính không nhỏ hơn trị số:

t = max(t1; t2) = 9,254 (mm)

4 1 17 , 0 6 , 2

B

y l

x d

d

SBd

H

+ 2,5 = 6,95 (mm) tr204 t2 = C1’d0 + 2,5 = 9,254 (mm)

Trong đó :+ S = 1,22 (m) : Là khoảng cách giữa các sống phụ đang xét đến cácsống phụ kề cận

+ d0 = 1,65 (m): Là chiều cao tiết diện của sống

+ d1= 0,6 : Là chiều cao của lỗ khoét tại điểm đang xét (m)

+ lm = 18 (m): Chiều dài khoang hàng+ x : Khoảng cách theo chiều dọc từ trung điểm của lH của mỗi khoangđến điểm đang xét (m) Tuy nhiên nếu x< 0,2 lH thì lấy x = 0,2 lH và nếu

=

lH

B

Hệ thống kết cấu dọc: C1 = C1 = = 0,021+ C’1 : Hệ số tính theo bảng 2A/4.1 tùy thuộc vào tỉ số S1/d0 Với các trị

số trung giang của S1/d0 thì C’1 được tính theo phép nội suy tuyến tính

 S1/d0 = 0,364 nội suy tuyến tính => C’1 = 4,0933

d SB'

'

d

−

2 3

1 2

H

t 2,5C

+ 2,5 = 7,613 (mm)

t = max(t1; t2) = 7,613(mm)

Trong đó :+ S = 0,6(m) : Khoảng cách giữa các đà ngang đặc+ B’=19,92 (m) : Khoảng cách giữa các đỉnh mã hông đo ở mặt tônđáy trên ở đoạn giữa tàu (m)

+ B’’ = 19,92 (m) : Khoảng cách giữa cách các đỉnh mã hông đo ởmật tôn đáy trên tại vị trí đà ngang đặc (m)

+ y = B’’/2 = 9,96 (m): Khoảng cách theo phương ngang từ đườngtâm tàu đến điểm đang xét(m) Tuy nhiên , nếu y < B’’/4 Thì lấy y = B’’/4,nếu y≥

B’’/2 thì y = B’’/2+ d0 = 1,65 m : Chiều cao tiết diện đà ngang đặc tại điểm đang xét(m)

+ d1 = 0,6 m : Chiều cao của lỗ khoét tại điểm đang xét (m)

+ C2: Hệ số lấy theo bảng 2A/4.2 tùy thuộc vào tỉ số

Chọn C2 = 0,022+ C’2 : Hệ số cho ở bảng 2A/4.3 tùy thuộc vào tỉ số của khoảngcách nẹp S1 chia cho d0.Với các trị số trung gian của S1/d0 thì C’2được tính theo phép nội suy tuyến tính.

+ S1 = 0,6 m : Là khoảng cách các nẹp gia cường

 S1/d0 = 0,364 nôi suy C’2 = 45,844+ H =1 : Trị số đối với những đà ngang đặc có những lỗ khoét có giacường bồi thường

Vậy chiều dày của đà ngang đặc t = 8 mm B: KẾT CẤU DÀN MẠN CỦA BUỒNG MÁY

1 Sơ đồ kết cấu dàn mạn:

- Dàn mạn kết cấu theo hệ thống ngang

- Bố trí sống dọc mạn có vị trí như hình vẽ

- Khoảng cách các sườn thường 600mm

- Khoảng cách sườn khỏe là 1830mm

2.Chiều dày tôn mạn

400 m

 Chọn C1 = 1 + C2 : Hệ số được tính theo công thức sau , nhưng trong mọi trường hợpphải không nhỏ hơn 3,78

C2 =

2 2