MỘT số vấn đề TRONG THIẾT kế kết cấu tàu

MỘT số vấn đề TRONG THIẾT kế kết cấu tàu MỘT số vấn đề TRONG THIẾT kế kết cấu tàu MỘT số vấn đề TRONG THIẾT kế kết cấu tàu MỘT số vấn đề TRONG THIẾT kế kết cấu tàu MỘT số vấn đề TRONG THIẾT kế kết cấu tàu MỘT số vấn đề TRONG THIẾT kế kết cấu tàu

CHƯƠNG 1 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG THIẾT KẾ KẾT CẤU

Tàu khách là tàu chở nhiều hơn 12 hành khách

Hành khách là bất kì người nào có mặt trên tàu, trừ thuyền trưởng, thuyền viên hoặc những người làm việc trên tàu và trẻ em dưới một tuổi

1.5 Tàu chở xô khí hóa lỏng

Tàu chở xô khí hóa lỏng là tàu hàng được đóng mới hoặc hoán cải để chở xô khí hóa lỏng

1.6 Tàu chở xô hóa chất nguy hiểm

Tàu chở xô hóa chất nguy hiểm là tàu hàng được đóng mới hoặc hoán cải để chở xô hóa chất nguy hiểm

1.7 Tàu công nghiệp hải sản

Tàu công nghiệp hải sản là tàu dùng để đánh và chế biến cá hoặc chỉ chế biến cá và các hải sản khác, có số nhân viên chuyên môn ở trên tàu nhiều hơn 12 người (tàu chế biến cá, tàu đánh cá thu, đánh cá voi, đánh cá mòi, tàu ướp lạnh, trạm nổi chế biến cá hộp, chế biến bột cá, chế biến cá voi, tàu chở công nhân chế biến cá, công nhân đánh cá voi, công nhân công nghiệp đồ hộp trên tàu và những tàu tương tự)

1.8 Tàu đánh cá

Tàu đánh cá là tàu được dùng trực tiếp để đánh bắt cá(gồm các loại cá kể cả cá voi, hải báo, hải

mã, cũng như các hải sản khác)

1.9 Tàu có công dụng đặc biệt

Tàu có công dụng đặc biệt là tàu có trang bị chuyên dùng liên quan tới công dụng của tàu, có số nhân viên chuyên môn nhiều hơn 12 người (gồm những tàu nghiên cứu khoa học, tàu thám hiểm, tàu thủy văn, tàu cứu hộ và các tàu tương tự)

1.10 Công te nơ

Công te nơ là loại thùng tiêu chuẩn chuyên dùng để chứa và vận chuyển hàng hóa có các đặc trưng sau đây:

(1) Có đặc trưng cố định, bền để thích nghi với việc sử dụng nhiều lần;

(2) Có kết cấu đặc biệt để dễ dàng chuyên chở bằng một hoặc một số dạng vận tải mà không phải chuyển tải trung gian;

(3) Thiết kế có tính đến sự cần thiết phải cố định và thao tác nhanh nhờ các bộ phận đặc biệt ở góc;

(4) Có kích thước sao cho diện tích đáy giữa bốn góc dưới bên ngoài ít nhất bằng 14 m2 hoặc 7

m2 nếu lắp các bộ phận đặc biệt ở góc

1.11 Tàu đang đóng

Tàu đang đóng là tàu được tính từ ngày đặt dải tôn giữa đáy cho đến khi nhận được Giấy chứng nhận cấp tàu

1.12 Tàu đang khai thác

Tàu đang khai thác là những tàu không phải là tàu đang đóng

1.15 Yêu cầu bổ sung

Những yêu cầu bổ sung là những yêu cầu chưa được đưa ra trong các Qui phạm, nhưng được các

cơ quan có thẩm quyền đề ra

1.16 Chiều dài tàu

Chiều dài tàu (L) là khoảng cách, tính bằng mét, đo trên đường nước chở hàng thiết kế lớn nhất được định nghĩa ở 1.2.25(2), từ mặt trước sống mũi đến mặt sau trụ bánh lái, nếu tàu có trụ bánh lái, hoặc đến đường tâm trục bánh lái, nếu tàu không có trụ bánh lái Tuy nhiên, nếu tàu có đuôi theo kiểu tuần dương hạm thì L được đo như trên hoặc bằng 96% toàn bộ chiều dài đường nước chở hàng thiết

kế lớn nhất, lấy giá trị nào lớn hơn

1.17 Chiều dài tàu để xác định mạn khô

Chiều dài tàu để xác định mạn khô (Lf) là 96% chiều dài, tính bằng mét, đo từ mặt trước của sống mũi đến mặt sau của tấm tôn bao cuối cùng của đuôi tàu, trên đường nước tại 85% chiều cao mạn thiết kế nhỏ nhất tính từ mặt trên của dải tôn giữa đáy, hoặc chiều dài, tính bằng mét, đo từ mặt trước của sống mũi đến đường tâm trục bánh lái trên đường nước đó, lấy giá trị nào lớn hơn Tuy nhiên, nếu đường viền sống mũi lõm vào ở phía trên đường nước tại 85% chiều cao mạn thiết kế nhỏ nhất, thì điểm mút trước của chiều dài này phải là hình chiếu đứng của đỉnh lõm của đường viền mũi lên đường nước này Đường nước để xác định chiều dài này phải được lấy song song với đường nước chở hàng được định nghĩa ở 1.2.25 của Chương này

1.18 Chiều rộng tàu

Chiều rộng tàu (B) là khoảng cách nằm ngang, tính bằng mét, đo từ mép ngoài của sườn mạn bên này đến mép ngoài của sườn mạn bên kia, tại vị trí rộng nhất của thân tàu

1.19 Chiều rộng tàu để xác định mạn khô

Chiều rộng tàu để xác định mạn khô (Bf) là khoảng cách nằm ngang lớn nhất, tính bằng mét, đo

từ mép ngoài của sườn mạn bên này đến mép ngoài của sườn mạn bên kia, tại điểm giữa của chiều dài tàu để xác định mạn khô Lf

1.20 Chiều cao mạn tàu

Chiều cao mạn tàu (D) là khoảng cách thẳng đứng, tính bằng mét, đo từ mặt trên của dải tôn giữa đáy đến đỉnh xà boong mạn khô ở mạn, tại điểm giữa chiều dài tàu L Trong trường hợp vách kín nước dâng lên đến boong cao hơn boong mạn khô và được ghi vào sổ đăng kí tàu, thì chiều cao mạn được đo đến boong vách đó

1.21 Chiều cao mạn để tính sức bền

Chiều cao mạn để tính sức bền tàu (Ds) là khoảng cách thẳng đứng, tính bằng mét, đo từ mặt trên của dải tôn giữa đáy đến đỉnh xà boong thượng tầng ở mạn, nếu boong thượng tầng là boong tính toán, hoặc đến đỉnh xà boong mạn khô, đo tại điểm giữa chiều dài L, đối với các trường hợp khác Nếu không có boong ở phần giữa tàu thì chiều cao mạn được đo theo đường boong tưởng tượng được kéo dài dọc theo đường boong tính toán đi qua điểm giữa chiều dài L

1.22 Tốc độ của tàu

Tốc độ của tàu (V) là tốc độ thiết kế, tính bằng hải lí/giờ mà tàu có đáy sạch có thể đạt được ở công suất liên tục lớn nhất của máy chính, chạy trên biển lặng, ở trạng thái ứng với đường nước chở hàng thiết kế lớn nhất (sau đây, trong Qui phạm này gọi là "trạng thái toàn tải")

1.23 Phần giữa tàu

Phần giữa tàu là phần thuộc 0,4L ở giữa tàu, nếu không có qui định nào khác

1.24 Các phần mút tàu

Các phần mút tàu là phần thuộc 0,1L tính từ mỗi mút tàu

1.25 Đường nước chở hàng và đường nước chở hàng thiết kế lớn nhất

(1) Đường nước chở hàng là đường nước ứng với mỗi mạn khô tính theo các qui định của Phần

11 của Qui phạm này

(2) Đường nước chở hàng thiết kế lớn nhất là đường nước ứng với trạng thái toàn tải

1.26 Chiều chìm chở hàng và chiều chìm chở hàng thiết kế cao nhất

(1) Chiều chìm chở hàng là khoảng cách thẳng đứng, tính bằng mét, đo từ mặt trên của dải tôn giữa đáy đến đường nước chở hàng

(2) Chiều chìm chở hàng thiết kế cao nhất (d ) là khoảng cách thẳng đứng, tính bằng mét, đo từ mặt trên của dải tôn giữa đáy đến đường nước chở hàng thiết kế lớn nhất, tại điểm giữa của

L

1.27 Lượng chiếm nước toàn tải

Lượng chiếm nước toàn tải (W) là lượng chiếm nước thiết kế, tính bằng tấn, ứng với trạng thái toàn tải

1.28 Hệ số béo thể tích

Hệ số béo thể tích (Cb) là hệ số tính được khi chia thể tích chiếm nước tương ứng với W cho tích (L x B x d)

1.29 Boong mạn khô

(1) Boong mạn khô thông thường là boong liên tục cao nhất Tuy nhiên, nếu có lỗ khoét mà không

có thiết bị đóng kín thường xuyên tại những chỗ lộ ở trên boong liên tục cao nhất hoặc nếu có

lỗ khoét mà không có thiết bị đóng kín nước thường xuyên ở mạn phía dưới boong liên tục cao nhất, thì boong mạn khô là boong liên tục dưới boong liên tục cao nhất đó

(2) Nếu tàu có boong mạn khô không liên tục thì đường thấp nhất của boong lộ và đoạn kéo dài của đường thấp nhất đó song song với phần trên của boong không liên tục này được coi là boong mạn khô

(3) Nếu tàu có nhiều boong, ngay cả khi một trong những boong đó được thừa nhận là boong mạn khô được định nghĩa ở -1 hoặc -2 trên, và đường nước chở hàng được kẻ tương ứng với mạn khô xác định theo yêu cầu của Phần 11 bằng cách giả định rằng boong thực tế được lấy thấp hơn boong mạn khô thì boong mạn khô có thể là boong thấp hơn đó Trong trường hợp này, boong thấp hơn phải liên tục ít nhất là ở vùng giữa buồng máy và các vách mút của tàu và liên tục từ mạn này sang mạn kia Nếu boong thấp hơn này có bậc thì đường thấp nhất của boong này và đoạn kéo dài của nó song song với phần trên của boong được coi là boong mạn khô

kế tự chọn, boong ngay dưới boong thượng tầng có thể được coi là boong tính toán ngay cả ở khu vực thượng tầng dài hơn 0,15L

Thượng tầng kín là thượng tầng thỏa mãn những điều kiện sau đây:

(1) Những lỗ khoét ở vách mút của thượng tầng phải có cửa phù hợp với quy định ở 16.3.1 Phần 2-A

(2) Tất cả các lỗ khoét khác ở vách bên hoặc ở vách mút của thượng tầng phải có phương tiện đóng đảm bảo kín thời tiết

(3) Nếu các lỗ khoét ở vách bị đóng kín, thì tất cả các phương tiện để đi lại phải sẵn sàng để thuyền viên có thể đến được buồng máy và các buồng làm việc khác thuộc phạm vi lầu lái hoặc thượng tầng đuôi

1.35 Công suất liên tục lớn nhất của động cơ

Công suất liên tục lớn nhất của động cơ là công suất lớn nhất mà tại đó động cơ có thể chạy an toàn và liên tục trong điều kiện thiết kế (đối với máy chính, điều kiện thiết kế là điều kiện máy chạy toàn tải)

Trọng tải toàn phần (DW) là hiệu số, tính bằng tấn, giữa lượng chiếm nước toàn tải (W) của tàu

và trọng lượng tàu không (LW)

1.38 Trọng lượng tàu không

Trọng lượng tàu không (LW) là lượng chiếm nước, tính bằng tấn, không kể hàng hóa, dầu đốt, dầu bôi trơn, nước dằn và nước ngọt chứa trong két, lương thực, thực phẩm, hành khách, thuyền viên

và tư trang của họ

1.39 Tốc độ lùi lớn nhất của tàu

Tốc độ lùi lớn nhất của tàu là tốc độ thiết kế, tính bằng hải lí/giờ mà tàu có đáy sạch có thể đạt được ở công suất lùi lớn nhất của máy chính, chạy trên biển lặng và ở trạng thái toàn tải

1.40 Trạng thái tàu chết

Trạng thái tàu chết là trạng thái trong đó máy chính, nồi hơi và các máy phụ không hoạt động do không có năng lượng

1.41 Buồng máy loại A

Buồng máy loại A là các khoảng không gian dưới nắp buồng máy và các lối đi dẫn đến các không gian đó có chứa:

(1) Động cơ đốt trong dùng làm máy chính, hoặc

(2) Động cơ đốt trong không dùng làm máy chính nhưng có tổng công suất của tổ máy không nhỏ hơn 375 KW, hoặc

(3) Nồi hơi đốt dầu (kể cả máy tạo khí trơ) hoặc tổ máy đốt dầu (kể cả thiết bị đốt chất thải)

1.42 Buồng máy

Buồng máy là tất cả những buồng máy loại A và những không gian khác có đặt máy chính, nồi hơi, tổ máy đốt dầu, động cơ đốt trong và máy hơi nước, các máy phát điện và động cơ điện, các trạm rót dầu, các máy làm lạnh, máy điều chỉnh giảm lắc của tàu, thông gió và điều hòa không khí, các không gian tương tự và các lối đi dẫn đến các khoảng không gian đó

1.45 Buồng sinh hoạt

Buồng sinh hoạt là những không gian dùng vào mục đích công cộng, hành lang, khu vệ sinh, cabin, văn phòng, trạm xá, phòng chiếu phim, phòng vui chơi và giải trí, phòng cắt tóc, phòng để thức

ăn không có dụng cụ nấu nướng và các không gian tương tự

2 NHỮNG YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI KẾT CẤU TÀU

(3) Tính hoàn chỉnh

Con tàu là kiến trúc nổi phức tạp nên kết cấu trong ngoài phải đồng bộ, cục bộ và tổng thể phải hài hòa thống nhất, bố trí kết cấu phải phù hợp bố trí trang thiết bị, bố trí chung đảm bảo sự hoạt động nhịp nhàng của các bộ phận

(4) Tính công nghệ

Phải đảm bảo khả năng áp dụng quy trính công nghệ tiên tiến, phù hợp điều kiện thực tế sản xuất, cụ thể:

- Thi công nhẹ nhàng , giảm cường độ lao động , tạo năng suất lao động

- Tiện lợi trong sửa chữa ,bảo dưỡng

- Tận dụng được nguồn vật tư trong nước, triệt để sử dụng vật liệu được quy chuẩn (Nhằm: thuận lợi cho việc mua, dự trữ vật tư của nhà máy)

(5) Tính kinh tế

Ngoài việc phải thỏa mãn các yêu cầu trên thì đặc biệt phải lưu ý, tính toán về yêu cầu kinh tế,

nó mang ý nghĩa quyết định đến sự tồn tại, phát triển của đơn vị kinh doanh kết cấu đó.Tức là phải hết sức tiết kiệm, giảm khối lượng vật tư, tiết kiệm nguyên vật liệu nhằm giảm giá thành đóng mới tới mức tối thiểu, cho giá trị kinh tế cao nhất

(6) Tính thẩm mỹ; tính hiện đại

Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật nên kết cấu được tạo ra phải được cải tiến không ngừng nhằm thỏa mãn yêu cầu thẩm mỹ và hiện đại Tức là kết hợp đẹp, hấp dẫn áp dụng những kết cấu mới được phát hiện có ưu điểm cao

3 NGUYÊN TẮC CHUNG KHI THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU

(1) Các cơ cấu trong cùng một hệ thống dầm, kết cấu tàu phải được bố trí trong cùng mặt phẳng để tạo thành khung cứng hoặc khung khỏe

(2) Cần phải đảm bảo sự liên tục của một số lượng càng nhiều càng tốt các cơ cấu dọc chủ yếu đảm bảo độ bền dọc chung thân tàu Trong vùng cơ cấu dọc kết thúc, tiết diện phải được thay đổi dần

dần và có biện pháp giảm tập trung ứng suất (Quy định về sự liên tục của cơ cấu phải được thực hiện trên đoạn dài không nhỏ hơn 0,6L ở vùng giữa tàu)

(3) 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 cơ cấu dọc của boong và đáy hoặc hai cơ cấu khỏe Tại vùng tập trung ứng suất và có lỗ khoét lớn không được kết thúc cơ cấu dọc (các mặt cắt kết thúc phải cách nhau không nhỏ hơn hai khoảng sườn)

(4) Giảm tập trung ứng suất: Hai tấm kề nhau có hệ số chiều dày không lớn hơn 30% dMax hoặc 5mm (lấy theo giá trị nào nhỏ hơn)

Khi chuyển tiếp từ dầm thành nẹp phải được tiến hành trên chiều dài không nhỏ hơn 5 lần hiệu số

độ cao thành hai cơ cấu đó, bản mép của chúng được chuyển tiếp dần thành của nhau

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

(6) Tại vùng kết thúc của cơ cấu dọc khỏe (của boong, đáy) chiều cao tiết diện của nó được giảm dần trên một đoạn dài ≥ 1,5h rồi kéo tới cơ cấu ngang gần nhất và hàn với chúng

(7) Tại vùng boong chịu tải trọng nặng nề, đầu xà dọc phải được hàn với cơ cấu ngang, các vùng chấn động mạnh như vùng đuôi, vùng buồng máy, bệ máy không cân bằng thì đầu cơ cấu dọc, ngang của đáy, mạn, vách dọc phải được hàn với cơ cấu ngang, dọc, sau đó gắn mã

4 MÔ HÌNH TRUYỀN TẢI TRỌNG ĐẾN KẾT CẤU THÂN TÀU

4.1 Mô hình truyền tải trọng từ môi trường đến kết cấu thân tàu

Kết cấu thân tàu có thể chia làm các nhóm liên kết khăng khít với nhau: giàn đáy, giàn mạn, giàn boong làm từ vỏ mỏng, gia cứng nhờ nẹp cứng chạy theo hướng ngang và dọc Đây là các giàn phẳng hoặc giàn ba chiều1

Từ cách bố trí hệ thống khung xương tàu có thể phân biệt hai hệ thống kết cấu thân tàu: kết cấu theo hệ thống ngang (transverse framing) hoặc theo hệ thống dọc (longitudinal framing) Trường hợp các tấm của khung xương sắp theo theo dạng cạnh dài nằm dọc tàu còn cạnh ngắn nằm ngang, đây

là hệ thống kết cấu dọc Ngược lại cạnh ngắn nằm dọc tàu - hệ thống kết cấu ngang Nếu ký hiệu a - khoảng cách giữa các dầm ngang tàu, ví dụ giữa các đà ngang đáy, b – khoảng cách giữa các dầm dọc, với a > b kết cấu theo hệ thống dọc, ngược lại trong hệ thống ngang a < b Hình 5.1 giới thiệu

1

UK: ship grillage, Russian: “перекрытие”.

thân tàu kết cấu theo hệ thống dọc, hình 5.2 giới thiệu phần thân tàu vận tải kết cấu theo hệ thống ngang

Hình 4.1 Thân tàu có kết cấu theo hệ thống dọc

Ghi chú tại hình 4.1 và 4.2: 1 - tấm ki ngang (plate keel), 2 – ki chính (center girder, vertical keel), 3 – tấm đáy trong (tank top), 4 – tấm hông (margin plate), 5 – đà ngang (floor), 6 – đà dọc phụ (bilge keel), 7 – mã hông (bilge bracket), 8 – nẹp dọc (longitudinal), 9 – sườn (frame), 10 – mã (knee), 11 –

xà dọc boong (deck girder), 12 – miệng hầm hàng dọc (hatch coaming), 13 – miệng hầm hàng ngang (hatch end coaming), 14 – xà ngang boong cụt (deck transverse), 15 – vách dọc giữa (center bulkhead), 16 – mạn giả (gunwale)

Hình 4.2 Kết cấu thân tàu theo hệ thống ngang

Xu hướng chung của các nhà thiết kế tàu, đóng tàu khi tính độ bền kết cấu cục bộ là chuyển hóa kết cấu từ dạng phức tạp trong thực tế về mô hình giản đơn, có thể tính toán Mô hình được dùng phổ biến từ trước đến nay là hệ các khung phẳng, giàn các dầm bố trí trong không gian hai chiều hoặc ba chiều

MÔ HÌNH TRUYỀN TẢI DO ÁP SUẤT TĨNH CỦA NƯỚC

Tàu kết cấu theo hệ thống ngang:

Áp suất nước áp đặt lên bề mặt vỏ tiếp xúc trực tiếp → các sườn (đà ngang) → mạn, vách dọc, (đà dọc) Một phần của tải trọng này được truyền đến mạn tàu, vách dọc, vách ngang mà không qua các

đà ngang hoặc sườn

Tàu theo hệ thống kết cấu dọc:

Tải trọng từ nước trực tiếp áp đặt lên vỏ → các đà dọc đáy → các đà ngang → mạn, vách dọc

Một phần của tải trọng này được truyền đến mạn tàu, vách dọc, vách ngang mà không qua các đà dọc hoặc sườn

4.1 Áp suất nước bên ngoài vỏ tàu

Trường hợp tàu đứng trên nước tĩnh, ở trạng thái cân bằng, mức nước tàu xác định phần thân tàu

chiếm trong nước Áp suất nước p tác dụng lên vỏ tàu, tính bằng kG/cm 2 hoặc [kN/m2], phân bố theo

hình tam giác, chiều cao h là mức nước ngoài tàu, cạnh đáy mang giá trị γ.h, với γ là trọng lượng riêng của nước, T/m 3 , [kN/m 3 ] Đại lượng h tính bằng m

Áp suất nước tác động lên tấm vỏ ngoài của đáy phẳng có giá trị không đổi, bằng γ.h

Khi tính độ bền kết cấu cục bộ chịu tác động lực thủy tĩnh, giá trị h phải được lựa chọn phù hợp

với thực tế sử dụng Mức nước tàu đo trên nước tĩnh, tàu nằm cân bằng, không trùng với giá trị lúc tàu nghiêng dọc hoặc nghiêng ngang Lúc chạy trên sóng, mức nước thân tàu ở vùng đỉnh sóng đi qua có giá trị cao hơn giá trị đo trên nước tĩnh

ở đây T – chiều chìm trung bình của tàu, hw - chiều cao sóng

- Nếu đỉnh sóng cao hơn boong tàu, nước phủ tràn lên mặt boong, chiều cao cột nước h tính bằng

chiều cao mạn tàu

Trong nhiều trường hợp tính toán, cần thiết tính đến hiệu ứng Smith cho trường hợp tàu nằm trên đỉnh sóng hay đáy sóng

Hình 4.3 Mô hình áp suất nước ngoài mạn Tải trọng tác động lên tấm đáy tàu rộng B (m), dài a (m), tính theo cách vừa nêu:

Áp suất nước tác động lên đáy tàu có mạn không thẳng đứng, đáy tàu không phẳng mà là hình chữ V

hoặc tương tự, phân bố áp suất nước p bott tại đáy tàu được cải biên theo dạng sau

Với tàu mũi hình nêm:

bott

h T

bott

h T

4.2 Tải trọng cục bộ từ hàng chở trên tàu

Khác với trường hợp tính sức bền dọc tàu, trình bày trong chương 1, khi tính sức bền cục bộ vai trị trọng lượng bản thân kết cấu2 cĩ thể bỏ qua Hàng hố mang theo trong tàu đĩng vai trị chính trong thành phần lực tác động lên kết cấu riêng lẻ Hàng hố cĩ thể là hàng rời chứa trên mặt sàn, tựa vào mạn, hàng đĩng kiện, hàng nặng tác động trên diện tich khơng lớn, hàng lỏng chứa trong khoang Các két tác động đều lên sàn gây áp suất hình tam giác lên thành két chứa

1) Áp suất trung bình do hàng hĩa gây ra trên sàn:

b L

W p

×

trong đĩ: W - trọng lượng hàng, L, b - chiều dài và chiều rộng tấm đặt W

2) Áp suất hàng lỏng và hàng rời được tính cụ thể cho mỗi trường hợp

Hàng rời: tác động lên các vách theo luật hình tam giác, với chiều rộng đáy tính theo cơng thức:

áp suất tác động lên đáy, vách, mạn cũng thay đổi theo chiều cao cột áp

Với tàu chở hàng lỏng cần chú ý tới điều kiện sau: nếu gặp sự cố, nước từ bên ngồi tàu cĩ thể tràn vào khoang chứa chất lỏng nhiều tới mức cột nước thật trong khoang cĩ thể đạt tới miệng ống thốt khí Trong trường hợp này, cột áp của tam giác áp suất khơng chỉ cao bằng chiều cao mạn tàu mà cịn phải tính theo cả chiều cao ống thốt khí của khoang Nếu trên tàu cĩ két dự phịng giãn nở thì chiều cao bổ sung cho cột áp phải lớn hơn 0.75h (với h là chiều cao két giãn nở)

4.3 Mơ hình truyền tải trọng từ mơi trường đến kết cấu thân tàu

Xu hướng chung của các nhà thiết kế tàu, đĩng tàu khi tính chọn kết cấu là mơ hình hĩa kết cấu

từ dạng phức tạp trong thực tế về mơ hình giản đơn, dễ tính tốn hơn Mơ hình được dùng phổ biến chính là hệ các khung phẳng, khung các dầm bố trí trong khơng gian ba chiều Cùng với mơ hình hĩa kết cấu, mơ hình hố tác động mơi trường chiếm vị trí khơng nhỏ trong tính tốn độ bền thân tàu

Mơ hình truyền tải trọng do áp lực tĩnh của nước đến kết cấu tàu phụ thuộc vào kết cấu bản thân tàu

Với tàu kết cấu theo hệ thống ngang, mơ hình truyền tải trọng cĩ dạng: Áp lực nước áp đặt lên

bề mặt vỏ tiếp xúc trực tiếp → các sườn (đà ngang) → mạn, vách dọc, (đà dọc) Một phần của tải trọng này được truyền đến mạn tàu, vách dọc, vách ngang mà khơng qua các đà ngang hoặc sườn

Trên tàu theo hệ thống kết cấu dọc hình ảnh truyền tải trọng cĩ vẻ khác Tải trọng từ nước trực tiếp áp đặt lên vỏ → các đà dọc đáy → các đà ngang → mạn, vách dọc Một phần của tải trọng

này được truyền đến mạn tàu, vách dọc, vách ngang mà khơng qua các đà dọc hoặc sườn

5 CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU THUỶ

5.1 Các phương pháp thiết kế kết cấu thân tàu

2 Thuộc nhóm “dead weight, dead load”

Có nhiều cách chọn kết cấu phù hợp cho tàu đang được thiết kế Đối với các loại tàu thông dụng, đã được sử dụng có hiệu quả và an toàn, người thiết kế có thể căn cứ vào tàu mẫu đó để rút ra kết luận và chọn thiết kế cho tàu tương tự

Để xử lý các loại tàu làm việc theo nguyên lý mới hoặc với các tàu có kích thước không bình thường, cần phải thiết kế các kết cấu của nó trên cơ sở tính toán khoa học Thông thường phải mô hình hoá chúng dưới dạng hệ thống cơ học, xử lý chúng bằng các phương pháp cơ học Từ tính toán có cơ

sở khoa học chúng ta mới có điều kiện để chọn lựa, xác định kết cấu

Trong công tác cụ thể, người kỹ sư có hai cách làm khác nhau Cách thứ nhất là thiết kế các kết cấu thân tàu phù hợp với yêu cầu đề ra trong quy phạm đóng tàu Theo cách này có thể chọn toàn

bộ kết cấu thân tàu đang được thiết kế, không cần phải mô hình hoá kết cấu hoặc giải những bài toán

cơ học khó hiểu Điều kiện cần thiết để có thể áp dụng cách này là kích thước chính của tàu, tỷ lệ kích thước, các đặc trưng kỹ thuật, loại tàu vv… nằm trong phạm vi mà quy phạm đóng tàu chấp nhận

Cần lưu ý rằng các đòi hỏi ghi trong quy phạm thật nghiêm ngặt song chưa phải đã phản ảnh đầy đủ các điều kiện môi trường, thiên nhiên và con người hoạt động trong đó Thiết kế theo cách này

có khi phải chấp nhận sự tốn kém về vật liệu và công sức thực hiện vì bản thân kết cấu chưa phải ở dạng tối ưu

Cách thiết kế thứ hai dựa vào tính toán độ bền thân tàu, chọn kết cấu chịu được độ bền chung

và tải trọng cục bộ Trước khi thiết kế kết cấu, người thiết kế phải giải đáp các vấn đề liên quan về sức bền thân tàu:

• Tải trọng bên ngoài cần để tính sức bền chung và tải trọng cục bộ

• Ứng suất cho phép của vật liệu tạo nên các chi tiết thân tàu

• Điều kiện và môi trường làm việc của kết cấu

Kết quả tính toán phải nêu rõ được giá trị ứng suất lớn nhất trong các kết cấu và tỷ lệ giữa chúng với ứng suất cho phép Trong tất cả các trường hợp tính toán nhất thiết tính đến ổn định kết cấu nhằm đạt yêu cầu không một chi tiết nào mất ổn định khi làmviệc Ngoài các phép tính thuần túy

cơ học trên, độ tin cậy của kết cấu là việc không tránh được khi thiết kế kết cấu tàu Thông thường bằng cách này người thiết kế có thể chọn kết cấu vừa đủ bền đồng thời đạt giá trị tối ưu về kinh tế Nhìn chung, tính toán thiết kế kết cấu tàu là quá trình cân nhắc, đối chiều, so sánh nhằm tìm phương án tốt nhất cho kết cấu, thỏa mãn yêu cầu bền, ổn định, phù hợp với môi trường làm việc và điều kiện làm việc

Trong trường hợp có tàu mẫu có thể dựa vào tàu mẫu để phân tích, kết luận và chọn kích thước phù hợp cho kích thước tàu mới Yêu cầu đối với tàu mẫu phải được nâng cao lúc chọn: tàu đã qua thể nghiệm, hoạt động nhiều năm an toàn và có hiệu quả kinh tế, kết cấu tàu mẫu hợp lý, cân đối vv …

Các đại lượng đặc trưng cho kết cấu của tàu được thiết kế phải gần với các đại lượng tương ứng trên tàu mẫu

Thuộc cùng nhóm tàu,

Chiều dài, hệ số đầy thể tích, các tỷ lệ kích thước L/H, L/B, T/L,

Kết quả tính momen uốn dọc tàu và lực cắt,

3 Tập hợp và xử lý ứng suất;

4 Thực hiện tối ưu hoá các kết cấu;

5 Kiểm tra độ bền thân tàu

Các kiểu, loại tàu mới hoặc các kết cấu gần giống tàu, không phải dựa vào mẫu tàu để chọn thông số ban đầu, người thiết kế phải xác định kích thước, đặc trưng kết cấu cho thiết kế Điểm xuất phát trong thiết kế vỏ tàu thông thường là chiều dày tấm bao vỏ tàu Trong thực tế chiều dày tấm bao lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như khoảng sườn, kết cấu đà cứng ngang và dọc, bố trí đà dọc và

xà dọc vv… Để chọn chiều dày tôn bao, cần thiết phải sử dụng các tài liệu kỹ thuật tàu sau đây:

1 Đường hình tàu;

2 Bố trí đáy, các boong, các vách dọc, vách ngang;

3 Biểu đồ momen uốn chung và lực cắt;

4 Phân bố ngoại lực tác dụng lên các kết cấu;

5 Một số kích thước các kết cấu nhất thiết phải có trong tàu, các kích thước này kể cả chiều dày tấm được gán như các giá trị ban đầu theo đòi hỏi sử dụng;

6 Giới hạn bền cho các kết cấu

5.2 Qui trình thiết kế theo qui phạm đóng tàu vỏ thép

Quá trình hình thành công thức xác định kết cấu chi tiết được trình bày theo sơ đồ sau đây

Mặt cắt ngang giữa tàu Các kết cấu chính

Kích thước các kết cấu tàu Hình 5.1 Qui trình thiết kế kết cấu theo qui phạm đóng tàu

5.3 Tài liệu kỹ thuật cần thiết cho kết cấu tàu

Mỗi cơ quan đăng kiểm đều đề ra những yêu cầu trong việc lập hồ sơ thiết kế kết cấu tàu Các tài liệu kết cấu sau đây là bắt buộc đối với tất cả các cơ quan thiết kế, chế tạo tàu :

- Mặt cắt dọc, bao gồm cả boong và thượng tầng

- Mặt cắt ngang; - Đáy đơn hoặc đáy đôi;

- Kết cấu vòm mũi; - Kết cấu sống mũi;

- Kết cấu vòm lái; - Kết cấu sống lái;

- Giá đỡ trục; - Bánh lái;

- Vách nước kín; - Các két;

- Bệ máy; - Bảng hàn;

- Khai triển vỏ tôn;

6 TÍNH CHỌN KẾT CẤU ĐỊNH HÌNH

Các kết cấu tăng cứng vỏ tàu thường có mặt cắt ngang dạng chữ Γ, T, I, , O… Chọn kết cấu

đảm bảo bền và đảm bảo ổn định trong điều kiện tiết kiệm vật tư ở mức cao nhất luôn là vấn đề phức tạp, đòi hỏi tính toán, phân tích nhiều Trong phần này sẽ trình bày những hướng dẫn chọn hình dáng kích thước các profile này

6.1 MẶT CẮT THANH CHỊU LỰC DỌC TRỤC

Ứng suất kéo hoặc nén trong thanh tính theo công thức:

σ = P /A

trong đó: P- Lực dọc trục; A - Diện tích mặt cắt

Nên chọn hình dáng mặt cắt có cùng diện tích A song mômen quán tính đạt giá trị lớn nhất

Quan hệ giữa mômen quán tính I min và diện tích A có thể biểu diễn bằng công thức:

min

I k

trong đó k mang giá trị sau:

Với thép góc đều cạnh: k = 2,273

Với thép ống tròn: k = 1,0 đến 1,43

6.2 XÁC ĐỊNH DIỆN TÍCH, MÔMEN CHỐNG UỐN CỦA MẶT CẮT KẾT CẤU CHỊU UỐN

Diện tích mặt cắt nẹp tăng cứng chữ T, L vv cùng giải tôn kèm được tính theo công thức:

A = a + a 1 + a 2 = h.t + b 1 t 1 + b 2 t 2 (6.3) Yêu cầu chung của thiết kế các nẹp dạng này là trọng lượng kết cấu G = γAL, trong đó L – chiều

dài nẹp, phải thấp nhất trong khi đảm bảo bền và ổn định Nếu chọn một đơn vị chiều dài của nẹp để xem xét, bài toán trên chuyển về dạng bài toán tối ưu, hiểu theo nghĩa:

Chí Minh, chương bàn về qui hoạch tuyến tính và qui hoạch phi tuyến

Yêu cầu đảm bào bền

Ứng suất trong thanh chịu uốn tính theo công thức:

z I

M ×

=

trong đó M - mômen uốn; I - mômen quán tính của mặt cắt; z - tạo độ điểm tính toán trên mặt cắt

Ký hiệu mô đun chống uốn mặt cắt W = I/zmax, ứng suất kéo (nén) lớn nhất tại mặt cắt dầm tính theo công thức:

A F

Trong đó diện tích tương đương a eq = t.I/A

Tiêu chuần bền trường hợp chịu cắt được hiểu là:

[ ]τ

τ = ≤

I t

A F

F ht

với [τ]- ứng suất cắt, (ứng suất tiếp) giới hạn

Yêu cầu đảm bảo ổn định kết cấu

Tiêu chuẩn đảm bảo ổn định được nêu chung dạng sau:

a a

h

z

++

+

=

2 1

2

1

2/

Mômen quán tính I2 của mặt cắt so với trục trung hoà được tính bằng quan hệ:

1 2 1

2 2 2

2 2

4

h a

h a h a

=

a a

a a a a a h

W

2

1 2 1

1

2

24

Nếu ký hiệu

a a a

a a k

2 1

24

1

k

a a

h

Đại lượng k 1 trong công thức có giá trị từ 3,0 trong trường hợp diện tích a 2 lớn hơn diện tích a 1,

đến 6,0 cho trường hợp kết cấu dạng chữ I đối xứng Thông thường giá trị của k 1 nằm trong phạm vi