Рис. 2.1.1 Схема распределения гидростатической и волновой нагрузки по периметру поперечного сечения судна.

Расчетное давление p, кПа, действующее на корпус судна со стороны моря, определяется по формулам:

- для точек приложения нагрузок, расположенных ниже летней грузовой ватерлинии,

p = pst + pw, кПа,

для точек приложения нагрузок, расположенных выше летней грузовой ватерлинии,

p = pw = - 20,1 кПа,

где pst - статическое давление, кПа, определяемое по формуле:

pst = 10zi, кПа;

zi, - отстояние точки приложения нагрузки от летней грузовой ватерлинии, м;

pw - расчетное давление, обусловленное перемещениями корпуса относительно профиля волны, кПа, определяемое по формулам:

- для точек приложения нагрузок, расположенных ниже летней грузовой ватерлинии,

pw = pw0 - 1,5cw zi /d, кПа;

- для точек приложения нагрузок, расположенных выше летней грузовой ватерлинии,

pw = pw0 - 7,5аx zi, кПа,

где

pw0 = 5cwavax = 58,70,6 = 26,1;

cw - волновой коэффициент, определяемый в зависимости от длины судна

cw = 10,75 - ( (300-L) /100) 3/2 при 90 < L < 300 м;

cw = 10,75- ( (300-140,4) /100) 3/2 =8,7

av= 0,8v0 (L/103 + 0,4) /+ l,5;

av= 0,812 (140,4/103 + 0,4) /+ l,5 = 1,93;

ах =0,267 (для средней части судна);

kx - коэффициент, равный 0,8 и 0,5 для поперечных сечений в нос и корму от миделя, соответственно;

х1 - отстояние рассматриваемого поперечного сечения от ближайшего (носового или кормового) перпендикуляра, м.

В любом случае произведение av ax должно приниматься не менее 0,6.

Расчетные нагрузки на обшивку днища:

p = pst + pw = 88+13,05 = 101,05кПа,

pst = 10zi = 108,8 = 88кПа;

pw = pw0 - 1,5cw zi /d = 26,1-1,58,78,8/8,8 = 13,05кПа.

Расчетные нагрузки на обшивку борта в районе 2-го дна:

p = pst + pw = 73+15,27 = 88,27 кПа,

pst = 10zi = 107,3 = 73 кПа;

pw = pw0 - 1,5cw zi /d =26,1-1,58,77,3/8,8 =15,27 кПа.

Внешнее давление на обшивку борта ниже летней грузовой ватерлинии (между летней ГВЛ и настилом 2-го дна):

p = pst + pw = 36,5+20,68 = 57,68 кПа,

pst = 10zi = 103,65 = 36,5 кПа;

pw = pw0 - 1,5cw zi /d =26,1-1,58,73,65/8,8 =20,68 кПа.

Внешнее давление на обшивку борта в районе летней грузовой ватерлинии:

Внешнее давление на обшивку борта выше летней грузовой ватерлинии (между летней ГВЛ и Верхней палубы):

pw = pw0 - 7,5аx zi = 26,1-7,50,71,85 = 16,38 кПа,

Внешнее давление на обшивку борта на уровне верхней палубы:

pw = pw0 - 7,5аx zi = 26,1-7,50,2672,4 = 21,29 кПа,

при этом давление должно быть не менее , кПа, определяемое по формуле:

= 0,03L+5 = 0,03140,4+5 = 9,21 кПа. Условие соблюдается.

Распределение нагрузки pw и pst по контуру поперечного сечения судна показано на рис.2.2.1.

2.2.2 Нагрузка от принимаемого балласта

Внутреннее давление на обшивку днища:

где = 1,025 - плотность балласта (морская вода), т/м3;

g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения;

zi - отстояние рассматриваемой связи от крыши цистерны, измеренное в диаметральной плоскости, м;

= 25 кПа - давление, на которое отрегулирован предохранительный клапан (для танков наливных судов).

Внутреннее давление на обшивку борта ниже летней грузовой ватерлинии (между летней ГВЛ и настилом 2-го дна):

Внутреннее давление на обшивку борта в районе летней грузовой ватерлинии:

Внутреннее давление на обшивку борта выше летней грузовой ватерлинии:

2.2.3 Расчетные нагрузки

Толщина наружной обшивки днища и борта должна быть не менее определяемой по формуле:

где - коэффициенты изгибающего момента и допускаемых напряжений;

m = 15,8 - для наружной обшивки днища и борта;

k = 1,2 - 0,5а/b =1,2-0,50,7/2,0 = 1,025, но не более 1;

принимаем k = 1.

а и b - меньший и больший размеры сторон опорного контура листового элемента, м.; k = 0,6 - в средней части судна при продольной системе набора. - расчетный нормативный предел текучести по нормальным направлениям, определяемый по формуле:

Где - коэффициент использования механических свойств стали, определяемый по табл.2.2.3.

Таблица 2.2.3

Запас на износ к толщинам листовых элементов определяется для конструкций, планируемый срок службы которых превышает 12 лет, по формуле:

s = u (Т - 12),

Где u - среднегодовое уменьшение толщины связи, мм/год, вследствие коррозионного износа или истирания, принимаемое с учетом условий эксплуатации и расположения элементов конструкций по табл.1.1.5.2. Правил МР;

Т - планируемый срок службы конструкции, годы, Т = 25 лет.

Во всех случаях толщина наружной обшивки должна быть менее

Smn = (5,5+0,04L) = (5,5+0,04140,4) = 9,17мм при L30 м.

2.3.1 Толщина наружной обшивки днища

Толщина наружной обшивки SH, мм, в районах ледовых усилений должна быть не менее определяемой по формуле:

где

,

;

p - интенсивность ледовой нагрузки в рассматриваемом районе;

c=b - если перекрытие имеет в рассматриваемом районе поперечную систему набора, при этом не должно превышать расстояние между разносящими стрингерами или листовыми элементами;

с = l - при продольной системе перекрытия;

l - расстояние между соседними поперечными связями;

a - расстояние между балками главного направления, м, для всех районов принимаем a = 0,7 м, при этом получая ошибку в безопасную сторону;

u - среднегодовое уменьшение толщины наружной обшивки вследствие коррозионного износа и истирания, мм/год;

u - 0,3 - для района А;

u - 0,21 - для районов В и С;

Т - планируемый срок службы судна, годы.

В качестве материала наружной обшивки ледовых усилений принимается сталь категории D40 с пределом текучести ReH = 390 МПа.

Толщина наружной обшивки в районе ледовых усилений AI:

,

Окончательно принимаем толщину наружной обшивки в районе Аl ледовых усилений 26 мм.

Толщина наружной обшивки в районе ледовых усилений ВI:

,

Окончательно принимаем толщину наружной обшивки в районе Вl ледовых усилений 14 мм.

Толщина наружной обшивки в районе ледовых усилений СI:

,

Окончательно принимаем толщину наружной обшивки в районе Сl ледовых усилений 12 мм.

2.3.5 Размеры профильных элементов днищевого перекрытия

Для подбора балок днищевого перекрытия определяем необходимый момент сопротивления балки, по моменту сопротивления подбираем наиболее подходящий стандартный профиль.

Момент сопротивления W, см3, продольных балок по днищу и второму дну, а также нижних и верхних балок бракетных флоров должен быть не менее определяемого по формуле:

W = Wk,

где - момент сопротивления рассматриваемой балки без учета запаса на износ, см3;

Q = pal - поперечная нагрузка на рассматриваемую балку;

k = 1+бkS - множитель, учитывающий поправку на износ,

где бk = 0,07+6/W 0,25 при W<200 см3;

при W 200 см3;

l - длина пролета балки;

а - расстояние между балками основного направления;

р - расчетное давление, кПа;

m - коэффициент изгибающего момента;

k - коэффициент допускаемых напряжений.

Внутри двойного дна элементы конструкций, включая балки основного набора, ребра жесткости, кницы и т.д., должны иметь толщину Smin, мм, не менее Smin = 0,025L+2,5 =0,025140,4+2,5 = 6,01мм.

Момент сопротивления балок основного набора по днищу:

W = Wk = 144,61,29 = 186,53 см3.

где =;

Q = pal = 101,050,72,4 = 141,47 кН.

k = 1+бkS = 1+0,112,6 = 1,29;

где бk = 0,07+6/W = 0,07+6/141,47 = 0,11 0,25 при W<200 см3;

S = u (Т-12) = 0,2 (25-12) = 0,213 = 2,6 мм.

Для балок основного набора днища принимаем полособульб № 18а ГОСТ 21937-76 с моментом сопротивления 188 см3.

Момент сопротивления балок основного набора по второму дну.

W = Wk = 151,291,39 = 210,29 см3.

где =;

Q = pal = 88,270,72,4 = 148,29 кН.

k = 1+бkS = 1+0,152,6 = 1,39;

где бk = 0,07+6/W = 0,07+6/75,45 = 0,15 0,25 при W<200 см3.

S = u (Т-12) = 0,2 (25-12) = 0,213 = 2,6 мм.

Для балок второго дна принимаем полособульб № 1658 ГОСТ 9235-76 с моментом сопротивления с пояском 150,6 см3.

Момент сопротивления вертикальных ребер по непроницаемым участкам вертикального киля, стрингеров и флоров должен быть не менее:

W = Wk = 58,891,48 = 87,22 см3.

где =;

Q = pal = 35,050,72,4 = 58,89 кН,

р = рг gz1+pк =1,0259,811+25 =35,05 кПа, - давление на уровне середины высоты вертикального ребра;

k = 1+бkS = 1+0, 192,6 = 1,48;

где бk = 0,07+6/W = 0,07+6/52,17 = 0, 19 0,25 при W<200 см3.

S = u (Т-12) = 0,2 (25-12) = 0,213 = 2,6 мм.

Для вертикальных ребер днищевого перекрытия принимаем полособульб 12 по ГОСТ 21937-76 с W= 68 см3

Момент сопротивления горизонтальных ребер по вертикальному килю и стрингерам должен быть не менее определяемого по формуле:

W = Wk = 42,631,55 = 65,99 см3.

где =;

Q = pal = 40,10,52,4 = 48,12 кН,

р = сг gz1+pк =1,0259,811,5+25 =40,1 кПа, - давление на уровне нижнего горизонтального ребра;

k = 1+бkS = 1+0,212,6 = 1,55;

где бk = 0,07+6/W = 0,07+6/42,63 = 0,21 0,25 при W<200 см3.

S = u (Т-12) = 0,2 (25-12) = 0,213 = 2,6 мм.

Для горизонтальных ребер по вертикальному килю и стрингерам принимаем полособульб 10 по ГОСТ 21937-76 с W= 45 см3

2.4 Расчетные нагрузки на палубное перекрытие и определение его элементов

2.4.1 Нагрузка на палубу

Расчетное давление на участках верхней палубы должно быть не менее определяемого по формуле:

pmin = 0,015L + 7 = 0,015140,4 + 7 = 9,1 кПа,

рW = 13,5 кПа - волновая нагрузка на уровне палубы.

р = 0,713,5 = 9,45 кПа > 9,1 кПа

Расчетное давление на конструкции палуб и платформ, ограничивающие отсеки, предназначенные для перевозки жидкостей, определяется по формулам:

где z = 2,5 м - высота воздушной трубы над палубой,

рг = рк = 25 кПа - давление. на которое отрегулирован предохранительный клапан

В качестве расчетного принимаем р = 25 кПа.

2.4.2 Размеры конструктивных элементов палубного перекрытия

2.4.2.1 Толщины листовых элементов

Толщина настила палубы должна быть не менее:

. при L>100м.

Толщина листов настила палубы Smin, мм, не должна быть меньше

.

Принимаем толщину листов настила палубы равной 10 мм.

Если толщина настила расчетной палубы принимается меньше обшивки борта, то должен быть предусмотрен палубный стрингер. Ширина палубного стрингера b, мм, должна быть не менее определяемой по формуле:

b=5L+800 = 5140,4+800 = 1502мм.

а толщина палубного стрингера должна быть не менее толщины бортовой обшивки.

Принимаем ширину толщины палубного стрингера 1550 мм, а толщину 12 мм.

2.4.2.2 Палубный набор

Момент сопротивления поперечного сечения продольных подпалубных балок должен быть не менее определяемого по формуле:

W = Wk = 37,21,7 = 63,24 см3.

где =;

Q = pal = 250,72,4 = 42 кН,

k = 1+бkS = 1+0,233,25 = 1,7;

где бk = 0,07+6/W = 0,07+6/37,2 = 0,23 0,25 при W<200 см3.

S = u (Т-12) = 0,25 (25-12) = 0,2513 = 3,25 мм.

Для продольных подпалубных балок принимаем полособульб 12 по ГОСТ 21937-76 с W= 68 см3 с присоединенным пояском обшивки.

Момент сопротивления сечения рамного бимса должен быть не менее:

W = Wk = 2512,121,03 = 2593,76 см3.

где =;

Q = pal = 252,410,65 = 639 кН,

k = 1+бkS = 1+0,013,25 = 1,03;

где = при W 200 см3;

S = u (Т-12) = 0,25 (25-12) = 0,2513 = 3,25 мм.

Площадь поперечного сечения стенки бимса, см2, должна быть не менее:

fc = fcк = 28,641,03 = 29,49см2.

fc = , где

k = 0,65 - коэффициент допускаемых касательных напряжений;

n = 0,57n = 0,57301 = 171,6МПа - расчетный нормативный предел текучести по касательным напряжениям, МПа;

Nmax = 0,5pal = 0,5252,410,65 = 171,6МПа - максимальное значение перерезывающей силы.

Для бимса принимаем сварной тавр 25б (W = 655 см3 с присоединенным пояском обшивки, fс = 39,6 см2) по ОСТ 5.9373-80.

2.5 Расчетные нагрузки на водонепроницаемые переборки и определение их элементов

2.5.1 Нагрузки переборки

Расчетное давление р, кПа, на водонепроницаемые переборки принимается равным:

p = бzn = 7,513,0 = 97,5кПа,

где б = 7,5 - для поперечных переборок, кроме форпиковой,

zn - отстояние, измеренное в диаметральной плоскости, от точки приложения расчетной нагрузки до ее верхнего уровня, м.

В любом случае расчетное давление для конструкций водонепроницаемых переборок должно быть не менее 12 кПа, а для конструкций форпиковой переборки не менее 16 кПа.

Расчетное давление на переборки грузовых танков определяется по формуле:

где

zi - отстояние рассматриваемой связи от уровня палубы, измеренное в диаметральной плоскости, м.,

аz - расчетное ускорение в вертикальном направлении, м/c2,

.

ka = 0 - для средней части судна.

В качестве расчетного принимаем давление рг = 155,72кПа.

2.5.2 Размеры конструктивных элементов переборок

2.5.2.1 Толщина листовых элементов