Матвеев Шарун Проектирование мидел-шпангоута навалочника

Площувільногопояскабалкивпершомунаближеннірозраховують заформулою

	F1	= W	−	F	см2,
				k
		h

де F – площа стінки балки, см2; k = 4,5. Потімуточнюютькоефіцієнтk:

k = 6	2F2 + F	(k = 3...6),
	4F2 −2F1 + F

деF2 – площаприєднаногопояска, см2; F1 – площавільногопояска, см2, одержанавпершомунаближенні.

Після цього визначають площу вільного пояска у другому наближенніприуточненомузначенніk:

F1 = Wh − Fk .

ЗаплощеюF1, одержаноюудругомунаближенні, визначаютьширинуb, см, вільногопояска:

b = F1 , 0,1S1

де S1 – товщина вільного пояска, який беруть товстішим від стінки на

2...3 мм.

ПотімперевіряютьмоментопоруW, см3, спроектованоїбалки, який повиненбутинеменшиммоментуопору, визначеногозаПравилами:

	+	F		2F +F
W = h F1		6	2−	2F +F .
				1
				2

Площапоперечногоперерізустінкибалкикатаногопрофілю

fc =	fc' ωk,		(1.6.4.3-1)
fc' =	10Nmax	,	(1.6.4.3-2)
	kτ τn

11

де fc' – площапоперечногоперерізустінкибалкибезурахуваннязапасу назнос, см2; ωk – поправканазносікорозію; Nmax = nРаl – максимальна величинаперерізуючоїсили, кН; n – коефіцієнт, якийвизначаєтьсяувідповіднихрозділахПравил; kτ – коефіцієнтдопустимихдотичнихнапружень, такожвизначаєтьсяувідповіднихрозділахПравил; τn – нормативнаграницяплинностізадотичниминапруженнями, МПа.

Площапоперечногоперерізустінкискладенихзварнихбалок

fc = = fc' + 0,1h∆S,

де h – висота стінки балки, см; ∆S – додаток на знос і корозію, мм. Товщинаобшивки(настилу) визначаєтьсязаформулою

S = mak	P	+ ∆S	мм,	(1.6.4.4)
	kσσn

деm, kσ – коефіцієнтизгинальногомоментуідопустимихнапружень, які визначаютьсяувідповіднихрозділахПравил; а– відстань(шпація) між балками, якірозглядаються, м; Р– розрахунковийтискнаобшивку(на-

стил), кПа; k = 1,2 – 0,5ba ≤ 1,0; a, b – відповідно менший і більший

розмірибоківопорногоконтурулистовогоелемента, м; σn – нормативна границяплинностізанормальниминапруженнями, МПа; ∆S – додаток назносікорозію, мм.

Будівельні товщини елементів корпусу, які визначені за умовами міцностітастійкості, повиннібутинеменшівідмінімальних, щовказаніу відповіднихрозділахПравилдляконкретнихконструкцій.

Мінімальнітовщинирозраховуютьзточністюдодесятихміліметра інеокруглюють. Мінімальнатовщинав'язейкорпусуповиннабутине менше 4 мм.

Змінімальнимитовщинамипорівнюютьтовщиниконструкцій, які визначенірозрахункомзаформуламиПравил.

Взятанайбільшатовщинаелементаконструкціїокруглюєтьсявід4 до 20 мм через 0,5 мм, від 20 мм через 1мм і повинна відповідати ГОСТ5521–86.

Моментиопорутаінерціїпоперечногоперерізубалкирозраховують разомзприєднанимпояском, товщинуякогоберутьвперерізі, щорозглядається, рівноюсереднійтовщинілиста, прилеглогодобалки.

Ширинаприєднаногопояскабалокосновногонаборудорівнюєменшій звеличин, яківизначаютьсязаформулами:

12

aп =	l	;	aп = 0,5(a1 + a2 ) м,	(1.6.3.3)
6

деl – прогінбалки, м; а1, а2 – відстаньвідбалкидоближніхбалоктого жнапрямку, розташованихпообидвабокивіднеї, м.

Ширинаприєднаногопояскабалокрамногонаборурозраховується заформулою

cп = kс м,

(1.6.3.4)

деk – коефіцієнт, якийзнаходятьзатабл. (1.6.3.4); с= 0,5(с1+с2); с1, с2 – відстань від рамної балки до ближніх рамних балок того ж напрямку, розташованихпообидвабокивіднеї, м.

Таблиця (1.6.3.4)

Кількість				k при lзв/с
балок n	1	2	3	4	5	6	7 і більше	lзв/C
≥ 6	0,38	0,62	0,79	0,88	0,94	0,98	1,00	k
≤ 3	0,21	0,40	0,53	0,64	0,72	0,78	0,80	k

Утабл. (1.6.3.4) n – кількістьбалок, якіпідтримуєрамнабалка, що розглядається; lзв – зведенийпрогінрамноїбалки, м; lзв= l – длярамних балок, вільнообпертихпокінцях; lзв = 0,6l дляжорсткозакріпленихбалок.

Дляпроміжнихзначеньn іlзв/c коефіцієнтk визначаєтьсялінійною інтерполяцією.

Балкиосновногонабору, якірозташованівмежахшириниприєднаногопояскарамноїбалки, належатьдоїїпоперечногоперерізу.

3.2. Урахування зносу та корозії в'язей корпусу

Урахуваннявпливузносутакорозіїнарозмірив'язейкорпусуґрунтується на нормуванні міцності в середині періоду експлуатації конструкції.

Будівельна товщина S, мм, яку вимагають Правила для листових конструкцій, визначаєтьсязаформулою

S = S' + ∆S,

∆S = u(T – 12),

(1.1.5.1)

деS' – товщиналиста, мм, якавідповідаєсерединіперіодуслужбисуд-

13

на; ∆S – додаток на знос і корозію, мм; u – середньорічне зменшення товщинив'язі, мм/рік, внаслідокзносутакорозії, якеберутьвідповіднодо табл. (1.1.5.2); T – періодслужбиконструкції, р. (беретьсяT = 24 р.), якщо

T < 12 років, то∆S = 0.

Таблиця (1.1.5.2)

	Номер		u, мм/рік,
	пункту	Елементи конструкції корпусу
			група II
	Правил
	1.1	Настил верхньої палуби	0,20
	2.1.1	Обшивка борту надводного	0,13
	2.1.2	Обшивка борту в районі змінних ватерліній	0,19
	2.1.3	Обшивка борту нижче району змінних ватерліній	0,16
	2.3.1,	Обшивка подвійного борту надводного і в районі
	2.3.2	змінних ватерліній, якщо в міжбортовій цистерні	0,21
		розміщено баласт
	2.3.3	Обшивка подвійного борту нижче району змінних
		ватерліній, якщо в міжбортовій цистерні розміщено	0,18
		баласт
	3.2.3	Обшивка дна в районі баластних відсіків	0,20
	4.1.2	Настил внутрішнього дна в районі баластних відсіків	0,20
	4.2.1	Обшивка скулових цистерн: нижній пояс/інші пояси	0,30/0,17
		Обшивка перегородки між вантажними трюмами:
	5.2.1	верхній пояс (0,1D від верхньої палуби)	0,13
	5.2.2	інші пояси	0,18
		Обшивка внутрішнього борту – перегородка між
		вантажним та баластним відсіками:
	5.5.1	верхній пояс (0,1D від верхньої палуби)	0,30
	5.5.2	середній пояс	0,25
	5.5.3	нижній пояс	0,20
	5.6	Обшивка підпалубної цистерни	0,20
	6.1.6	Поздовжні балки палуби, балки підпалубної цистерни	0,20
		(баластний відсік)
	6.2.6	Карлінгси, рамні бімси палуби, підпалубної цистерни	0,21
		(баластний відсік)
	6.3	Комінгси вантажних люків	0,12
	7.1.2	Основні та рамні шпангоути в трюмі	0,13
	7.1.6	Поздовжні балки, рамні шпангоути, вертикальні стояки,	0,21
		рами підпалубної та скулової цистерни

14

Продовж. табл. (1.1.5.2)

	Номер		u, мм/рік,
	пункту	Елементи конструкції корпусу
			група II
	Правил
	8.2.3	Вертикальний кіль, днищеві стрингери, флори, поздовжні
		балки днища і внутрішнього дна у відсіках подвійного	0,20
		дна (баластні цистерни)
	9.1, 9.2	Обшивка і набір фальшборту	0,10

МоментопоруW, см3, поперечногоперерізу, якийвимагаєтьсяПравилами, для балок катаного профілю дорівнює W'ωk. Поправка визначаєтьсязаформулою

ωk = 1+ αk ∆S,

1

деαk = 0,07+6/W' ≤ 0,25 приW' < 200 см3; αk = 0,15 (0,01+1/W') приW' ≥

≥ 200 см3; W' – моментопорупоперечногоперерізувсерединіперіоду служби судна відповідно до формули (1.6.4.2); ∆S – додаток на знос і корозію, мм.

Моментопорупоперечногоперерізу, якийвимагаютьПравиладля складенихзварнихбалок, визначаєтьсязаформулою

W= W'+∆W,

де ∆W – додаток моменту опору, розрахований збільшенням товщини елементівпрофілюнавеличину∆S.

Длярозрахунку∆W можнавикористатиформулу

			h				2b + h
∆W = 0,1h∆S		b +			2	−			,
			6				2b
								+ h
							п.п

деh – висотастінкибалки, см; ∆S – додатокназносікорозію, мм; b, bп.п – ширинавідповідновільногоіприєднаногопоясківбалки, см(див. рис. 5).

3.3. Стійкість елементів конструкції корпусу

Стійкістьпоздовжніхбалокосновноготарамногонабору, листівобшивкитанастилівконструкційкорпусувсереднійчастинісуднаповинна бутизабезпеченапридіїстискальнихнапруженьвідзагальногопоздовжньогозгину.

15

Стійкістьконструкційвважаєтьсязабезпеченою, якщовиконують-

сяумови kσ с ≤ σ cr ; τ c ≤ τ cr, деσс, τс – нормальністискальнітадотичні напруження, МПа; k – коефіцієнтзапасузастійкістю; k = 1,0 дляпластин

іпоздовжніхбалокрамногонабору; k = 1,1 дляпоздовжніхбалокосновногонабору.

Діючістискальнінормальнінапруженнявизначаютьсязаформулою

	σс =	MТ zі 105	≥	30	МПа,
		I		η

деМТ = |МSW + МW| – розрахунковийзгинальниймомент, кН м, длярозглядуваногоперерізу; МSW – згинальниймоментнатихійводі, кН м; МW – хвильовийзгинальниймомент, кН м; zi – відстань, м, віднейтральноїосі дов'язі, якарозглядається; I – моментінерціїпоперечногоперерізукорпусу, см4. Дляв'язей, розташованихнижченейтральноїосі, зарозрахунковийберутьмомент, якийвикликаєперегинкорпусу, адлярозташованихвищенейтральноїосі– момент, щоспричиняєпрогинкорпусу.

Критичнінапруження σсr, τсr, МПа, визначаютьсявзалежностівід
ейлеровихнапруженьσе, τе іграниціплинностіматеріалуReH:
σсr	= σe	при	σe ≤ 0,5ReH;
τсr	= τe	при	τe ≤ 0,29ReH;		σe > 0,5ReH;
σсr	= ReH (1 – ReH /4σe)			при
τсr	= ReH	(0,58 – 0,08ReH		/τe)	при τe > 0,29ReH.
Ейлеровінапруженняσe, МПа, дляпоздовжніхбалокосновногона-
борувизначаютьсязаформулою
				σе = 206i,		(1.6.5.4-1)
					fl2

деi – моментінерціїбалки, см4, зприєднанимпояском, щорозрахований для товщини, зменшеної на величину ∆S, табл. (1.6.5.5-2); f – площа поперечногоперерізубалки, см2, зприєднанимпояском, якарозрахована длятовщини, зменшеноїнавеличину∆S, табл. (1.6.5.5-2); l – прогінбалки, м. Ширинуприєднаногопояскаприрозрахункуi таf можнавзятияк відстаньміжбалкамиосновногонабору.

Длявизначеннямоментуінерціїi поперечногоперерізузношеного штабобульбовогопрофілюможназамінитийоготавровоюбалкою(рис. 6), використовуючинаступніформули:

f = S h ;	h = h – S ; Sп =		f − hSc	,
c c c	c	п	b − Sc

де16 hc – розрахункова висота стінки штабобульба, см (hc ≈ 0,875h); h –

висота профілю, см; Sc – товщина стінки штабобульба, см; b – ширина бульба, см; Sп – товщинабульбаштабобульба, см; f – площапоперечногоперерізуштабобульбабезприєднаногопояска, см2; fc – площапоперечногоперерізустінкиштабобульба, см2.

Таблиця (1.6.5.5-2)

	Конструкція	∆Ѕ, мм
	Приміщення для сухого навалочного вантажу	0,05Ѕ
	Вертикальні поверхні та поверхні, що мають нахил
	більше 25° до горизонтальної лінії, на один бік яких діє	(0,5 ≤ ∆Ѕ ≤ 1,0)
	рідкий вантаж або баласт
	Горизонтальні поверхні та поверхні, що мають нахил
	менше 25° до горизонтальної лінії, на один бік яких діє	0,1Ѕ
	рідкий вантаж або баласт
	Вертикальні поверхні та поверхні, що мають нахил	(2 ≤ ∆Ѕ ≤ 3)
	більше 25° до горизонтальної лінії, на обидва боки яких
	діє рідкий вантаж або баласт
	Горизонтальні поверхні та поверхні, що мають нахил	0,15Ѕ
	менше 25° до горизонтальної лінії, на обидва боки яких
		(2 ≤ ∆Ѕ ≤ 4)
	діє рідкий вантаж або баласт

Моментінерціїпоперечногоперерізубалкитавровогопрофілюможнарозрахуватизаформулою

h2

F

2F1 + F

i =

F1

+

2

−

.

2F

+ F

6

2F

+ F

1+

1

2

2F2

+ F

Усіпозначеннянаведеніврозд. 3.1 інарис. 5 данихвказівок. Ейлеровінапруженнястінокрамнихбалоквизначаютьсязаформу-

лою

2

σ = Sc 4 МПа, (1.6.5.4-3)

е 7,83 hc 10

де hc – висота стінки рамної балки, мм; Sc – товщинастінкирамноїбалки, мм, зменшена на величину ∆S,

табл. (1.6.5.5-2).

Стійкістьпояскарамноїбалкиповиннаперевірятись, якщоbп / Sп ≥ 15,

f Sс

b

с h

		b	S	b
	f	Sс	fc	Sс
				с	h
		с
		h		h

Рис. 6

17

де bп – відстань від стінки балки до вільної кромки пояска, мм (для тавровогопрофілюбалки– половинаширинипояска); Sп – товщинавільногопояска, мм, зменшенанавеличину∆S, табл. (1.6.5.5-2).

Ейлеровінормальнітадотичнінапруженнялистовихелементіввизначаютьсяякдляпрямокутнихпластинзаформулами:

		S′			2
σе = 0,854n					МПа;	(1.6.5.5-1)
		b
	S′ 2
τе = 0,854n					МПа,	(1.6.5.5-2)
		b

деS' – фактичнатовщинапластини, мм, зменшенанавеличину∆S, згідно зтабл. (1.6.5.5-2); n – коефіцієнт, якийзалежитьвідвидунавантаження пластинитавідношеннябоків, табл. (1.6.5.5-1); b – бікпластини, м, перпендикулярнийнапрямкудіїнормальнихстискальнихнапружень.

Таблиця (1.6.5.5-1)

Вид навантажень

γ = a/b

n

σ

0 ≤ ψ ≤ 1

σ

γ > 1

8,4

a

b

ψ + 1,1

2

γ ≤ 1

γ + 1

2,1

ψ σ

ψσ

ε

ψ+ 1,1

γ

σ

_1 ≤ ψ ≤ 0

σ

γ > 1

10ψ2

− 6,4ψ + 7,6

		a	b		ε[10ψ 2 − 14ψ + 1,9(1+
				γ ≤ 1			1		2
						γ +
					+ ψ)				]
ψ σ			ψ σ				γ
			τ
	τ		τ	γ > 1	5,34 +		4
							γ 2
			τ

Придіїдотичнихнапруженьзаb берутьменшийбікпластини, м. Величинузменшеннятовщиниелементаконструкції∆S, мм, припе-

ревірцістійкостіданогоелементаберутьзтабл. (1.6.5.5-2).

18

Утабл. (1.6.5.5-2) Ѕ– фактичнатовщинарозглядуваногоелемента

конструкції, мм. Віншихвипадках, непередбаченихтабл. (1.6.5.5-2),

∆S = 0.

Утабл. (1.6.5.5-1) ψ – коефіцієнт, якийвраховуєступіньнерівномірностістисканнякромокпластин; ε = 1,30 дляпластини, підкріпленоїфлорамиаборамнимнабором; ε = 1,21 дляпластини, якапідкріпленабалкамикутового, симетричногоштабобульбовогоаботавровогопрофілю;

ε= 1,1 дляпластини, підкріпленоїбалкамиштабобульбовогопрофілю;

ε= 1,05 дляпластини, якапідкріпленабалкамиштабовогопрофілю. Згіднозформулами(1.6.5.5-1) і(1.6.5.5-2), товщинапластин, вихо-

дячизумовистійкості, повиннабутинеменшавідвизначеноїзаформулами:

S ≥ b	σe	+ ∆S;	S ≥ b	τе	+ ∆S,
	0,1854n			0,1854n

деn – коефіцієнт, якийберутьзтабл. (1.6.5.5-1), а∆Ѕ– зтабл. (1.6.5.5-2). Розміриребержорсткості, якіпідкріплюютьстінкибалокрамного

набору, визначаютьсявзалежностівідїхнапрямку:

а) момент інерції ребер жорсткості, паралельних вільному пояску рамної балки (рис. 7,а), повинен бути не менший від розрахованогоза формулою

i = 2,35	( f	+ 10aS)l 2	см4,	(1.6.5.6-2)
		η

де a – відстань між ребрами жорсткості, м; S – товщина стінки рамної балки, мм; f – фактичнаплощапоперечногоперерізуребражорсткості, см2; l – прогінребражорсткості, м; η – коефіцієнт(див. табл. 2.1);

А		А-
		А–А
		Б	Б-Б
			Б–Б
А	a	Б	б
	а	Рис. 7	б

19

б) моментінерціїребержорсткості, перпендикулярнихдовільного пояскарамноїбалки(див. рис. 7,б), повиненбутинеменшийвідрозрахованогозаформулою

i = γaS3 10 –3 ,

(1.6.5.6-1)

де γ – коефіцієнт, який визначаєься за табл. (1.6.5.6) в залежності від відношеннявисотистінкирамноїбалкиh, см, довідстаніа, см, міжребрамижорсткості; S – фактичнатовщинастінкирамноїбалки, мм.

Таблиця (1.6.5.6)

h/a	1,0 і менше	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0
γ	0,3	0,6	1,3	2,0	2,9	4,1	8,0	12,4	16,8	21,2

Проміжнізначенняγ визначаютьсялінійноюінтерполяцією.

3.4. Вимоги до конструкцій з'єднання балок набору

З'єднаннябалокнабору, якправило, повинневиконуватисьустик. Розмірикницьc, см, якіз'єднуютьбалкиосновногонабору, знаходяться заформулою

c = 5	W ,	(1.7.2.2.1)
	S

деW – моментопоруперерізубалки, см3, якийвимагаєтьсяПравилами; S – товщинакницi, мм, якуберутьрівноютовщиністінкибалки, щозакріплюється.

Товщинакницьможебутизменшенана1 мм, якщотовщинастінки перевищує7 мм, іна2 мм, якщоперевищує12 мм. Якщокницяз'єднує балкирізногопрофілю, топрирозрахункахїїрозміріввикористовуються характеристикименшогоздвохпрофілів.

Висота кницi h повинна бути не менше 0,7c. При довжині вільної кромки кницi l більшій 45S (S – товщина кницi, мм) вільна кромка підкріплюєтьсяфланцемабопояском. Ширинафланцяповиннабутине менше 50 мм, ширина пояска – не менше 75 мм. Вона повинна також відповідативимогамформули

b =	200Sп мм,	(1.7.3.1)
	ReH

деSп – товщинапояскарамноїбалки, мм, яканеповиннаперевищувати потрійнутовщинустінки.

20