CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CƠ CẤU THÂN TÀU
4. Cơ cấu nẹp vách phẳng
1.Nẹp vách Tàu sông
Mô đuyn chống uốn tiết diện ngang nẹp đứng (Kể cả mép kèm ) W =12.k.l.a (cm3) vách có sống đứng W =14.k.D1.a(cm3) vách không có sống đứng Mô đuyn chống uốn tiết diện ngang nẹp nằm (Kể cả mép kèm ) W =6.k.d12 (cm3) vách có nẹp nằm sống đứng Trong đó: a(m) và d1(m) – Khoảng cách các nẹp đứng và các sống đứng
D1(m) – Chiều cao boong đo từ đáy đến boong tàu ở mặt phẳng dọc tâm k = 2+0,05.L – kệ số với tàu hàng lỏng
k = 2+0,085.L – kệ số với tàu hàng khác
l(m) – khoảng cách lớn nhất đo ở mặt phẳng dọc tâm giữa các sống nằm hoặc từ sống nằm cuối cùng đến đáy dưới (hoặc đáy trên) hoặc từ sống nằm trên cùng đến boong. Nếu không có sống nằm thì l được đo từ đáy dưới (hoặc đáy trên) đến boong ở mặt phẳng dọc tâm.
Tàu biển
Mô men chống uốn tiết diện nẹp vách : W = 2,8.C.a.h.l2 ( cm3 ) Tại vùng két sâu: W = 7.C.S.h.l2 ( cm3 ) Trong đó: l(m) , h(mH2O) tính như 4.1.2-2
h = 1,25 lần khoảng cách thực tế đo đối với vùng mũi tàu .
C là hệ số tùy thuộc kiểu của các liên kết mút nẹp , trị số tra bảng sau Bảng Trị số của C ( nẹp là thép cán hoặc thép ghép)
Nẹp đứng
Liên kết Mút trên
Mút dưới
Liên kết hàn tựa hoặc
đỡ bằng sống nằm Kiểu A Kiểu B
Mútnẹp khôngliênkết Liên kết hàn tựa hoặc
đỡ bằng sống nằm 1,00 1,00 1,35 1,35
Liên kết bằng mã 0,80 0,80 0,90 1,00
Chỉ có bản thành của
nẹp được liên kết ở mút 1,15 1,15 1,35 1,60
Mút nẹp không liên kết 1,35 1,35 1,60 2,00
Nẹp nằm Mút trên
Mút dưới
Liên kết hàn tựa, liên kết bằng mã hoặc đỡ bởi sống đứng
Mútnẹp khôngliênkết Liên kết hàn tựa, mã
hoặc đỡ bởi sống đứng 1,00 1,35
Mút nẹp không liên kết 1,35 2,00 2.Sống vách
Tàu sông
Mô đuyn chống uốn tiết diện ngang sống đứng (Kể cả mép kèm ) W =10.k.D1.d1(cm3)
Trong đó: d1(m) – Khoảng cách các sống đứng Mô đuyn chống uốn tiết diện ngang của sống nằm
Wsống nằm ≥ Wsống đứng ( vách có sống đứng) Wsống nằm ≥ Wnẹp đứng ( vách không có sống đứng) Wsống nằm ≥ Wsống mạn ( mạn kết cấu hệ thống dọc ) Tàu biển
Mô đuyn chống uốn tiết diện ngang của sống: W = 4,75.S.h.l2 (cm3)
Tại vùng két sâu: W = 7,13.C.S.h.l2 ( cm3 ) Mô men quán tính của tiết diện sống : I =10.h.l4 (cm4)
Tại vùng két sâu: I =30.h.l4 (cm4) Chiều dày bản thành : t = 10.S1 + 2,5 (mm) Tại vùng két sâu: t = 10.S1 + 3,5 (mm)
Chiều dày bản thành ở mỗi đoạn mút dài 0,2l lấy trị số lớn hơn trong hai trị số sau : t1 = 0,0417
d CShl
O
+ 2,5 (mm) ; t2 = 1,743 1
2
d CShlS
O
+ 2,5 (mm) Trong đó: S(m) là chiều rộng vùng mà sốngphải đỡ
S1(m) đo bằng khoảng cách nhỏ hơn của khoảng cách giữa các nẹp gia cường bản thành và chiều cao tiết diện sống l(m) là chiều dài nhịp đo giữa các gối tựa lân cận của sống. Nếu mã liên kết có cạnh tự do cong lượn thì kích thước hữu hiệu của mã được lấy bằng b như hình vẽ
dO(m) là chiều cao của tiết diện sống . H Đo b
h(mH2O) là áp lực nước, đo bằng khoảng cách thẳng đứng từ trung điểm nhịp l của sống đứng hoặc từ trung điểm S của sống nằm đến đỉnh boong vách đo ở đường tâm tàu . Nếu khoảng cách đó nhỏ hơn 6,0 m thì
h = 1,2 m + 0,8 lần khoảng cách thực . C là hệ số tra bảng xem ở 4.1.2-2 .
3.Cơ cấu nẹp vách sóng (gân vách song) Tàu sông
Mô đuyn chống uốn của một gân sóng tiết diện hình thang: ⎟
⎠
⎜ ⎞
⎝⎛ +
= . b3 c t h
W (cm3)
Mô đuyn chống uốn của một gân sóng tiết diện hình sin: W =γ.t.R2 (cm3) Mô men chống uốn của gân đứng của vách sóng W =12.k.l.d (cm3) Mô duyn chống uốn của gân nằm : W =6.k.d12 (cm3)
Mô duyn chống uốn của sống đứng, sống nằm vách sóng tính như vách phẳng
Mô đuyn chống uốn của một gân sóng tiết diện tam giác đỉnh tròn và gân sóng nửa tròn ghi ở bảng sau:
Bảng Kích thước gân
Kiểu gân sóng h
mm d mm
R mm
t mm
W cm3
I cm4
r cm Gân sóng có tiết diện 30 390 15 2 2,11 5,10 0,77
3 4
3,18 4,22
7,67 10,17 435 15
2 3 4
2,13 3,21 4,26
5,25 7,90 10,50
0,75
470 15 2 3 4
2,14 3,22 4,28
5,34 8,02 10,65
0,73
320 15 2 3 4
3,08 4,62 6,18
9,30 13,95 19,55
1,12
370 15 2 3 4
3,12 4,68 6,26
9,75 14,60 19,55
1,08 tam giác đỉnh tròn
40
400 15 2 3 4
3,14 4,72 6,30
9,90 14,90 19,90
1,05
Gân có tiết diện nửa tròn 15 300 15 2 2,5
3
0,62 0,77 0,92
0,85 1,07 1,29
0,37 Trong đó: hệ số
0
0 2 0
0 0
cos 1
2 sin . 5 , 1 cos
2
β
β β
β γ β
−
−
= +
β0(rad) ; r(cm) – bán kính quán tính Sóng tiết diện hình thang : S = ( a + b.cosϕ ) ; W = t.dO (a +
3
b) khi tW = tf Sóng tiết diện hình sin : S = 4.r.sinβO ; W = r2.γS
Tàu biển
Mô đun chống uốn của tiết diện nửa bước sóng của vách sóng : W =
006 , 0
. 0 . 002 , 0
. 0
.tf d btwd
a + (cm3) Tính theo kích thước hình học W = 3,6.C.S.h.l2 (cm3)
W = 7.C.S.h.l2 (cm3 - Vùng két sâu
Trong đó: S(m) là chiều dài nửa bước sóng l(m) là chiều dài giữa các gối tựa.
dO(m)- chiều cao của tiết diện sóng
lH(m),dH(m)- chiều cao và chiều rộng của thanh ốp tính từ mặt đáy trên C là hệ số tùy thuộc kiểu của các liên kết mút
h(mH2O) là áp lực nước, đo bằng khoảng cách thẳng đứng từ trung điểm nhịp nẹp l (nẹp đứng) hoặc từ trung điểm khoảng cách giữa hai nẹp lân cận ở hai bên nẹp nằm đến đỉnh của boong vách đo ở đường tâm tàu.Nếu
khoảng cách thẳng đứng đó< 6 m thì h = 1,2 m + 0,8 lần khoảng cách thực zO(cm3) - mô đun chống uốn nhỏ nhất của nửa bước sóng ở 0,6l giữa chiều dài gân z1;z2(cm3) là mô đun chống uốn nửa bước sóng ở các đoạn mút chiều dài gân sóng.
Vách có sóng đứng thì z1, z2 là mô đun chống uốn tiết diện mút trên và dưới.
Bảng Trị số của C
TT Một cạnh của vách Cạnh kia của vách
Được đỡ bởi sống nằm hoặc sống đứng
Cạnh trên được hàn trực tiếp với boong
Cạnh trên được hàn vào thanh ốp liênkết với cơ cấu thân tàu
(1)
Được đỡ bởi sống nằm hoặc sống đứng hoặc cạnh dướicủa vách được hàn trực tiếpvới boong
hoặc đáy trên Z
Z Z
Z
0 2 0
2 1
4 +
+ z z
0
2 2
, 2
4
+ z z
0
2 2
, 2
4 +
d d l l
H
z z
H
0 0
2 1
8 ,
4 1
2
+ +
⎟ ⎠
⎜ ⎞
⎝
⎛ +
d d l l
O H H
+
⎟ ⎠
⎜ ⎞
⎝
⎛ +
2 , 2 8 ,
4 1
2
d d l l
O H H
+
⎟ ⎠
⎜ ⎞
⎝
⎛ +
6 , 2 8 ,
4 1
2
(2)
Cạnh dưới được hàn vào thanh ốp liên kết chắc chắn với cơ cấu thân tàu
Trong mọi trường hợp C ≥ trị số cho ở dòng (1)
4.Vách lửng dọc tâm
Mô men quán tính mặt cắt ngang các nẹp đứng không đỡ xà ngang khỏe và xà ngang mép miệng khoang :
I ≥ 0,1γ.a.S3 (cm4)
Trong đó : a (m) là khoảng cách giữa các nẹp đứng =10,3. −18
a
γ l là hệ số
S (mm) là chiều dày tôn vách tại giữa nhịp của nẹp l(m) là nhịp của nẹp .
5. Liên kết 1 Vách phẳng
Nẹp đứng, nẹp nằm thông thường được liên kết bằng mã ở hai đầu. Chiều dài cạnh mã không nhỏ hơn 1/8 chiều dài nhịp cơ cấu l trên .Chiều dài mép tự do lớn hơn 800 mm thì mã phải được gia cường bằng bẻ mé. Khoảng cách từ mép lỗ khoét tới mép tự do không nhỏ hơn đường kính mã.
Kích thước của mã tra bảng
Bảng Kích thước mã
Chiều dày Chiều dày
Chiều dài cạnh liên kết dài hơn
Mã phẳng
Mã có mép
Chiều rộng mép
Chiều dài cạnh liên kết dài hơn
Mã phẳng
Mã có mép
Chiều rộng mép
150 6,5
200 7,0 6,5 30 700 14,0 9,5 70
250 8,0 6,5 30 750 14,5 10,0 70
300 8,5 7,0 40 800 - 10,5 80
350 9,0 7,0 40 850 - 11,0 85
400 10,0 8,0 50 900 - 11,0 90
450 10,5 8,0 50 950 - 11,5 90
500 11,0 8,5 55 1000 - 11,5 95
550 12,0 8,5 55 1050 - 12,0 100
600 12,5 9,0 65 1100 - 12,5 105
650 13,0 9,0 65 1150 - 12,5 110
2.Vách sóng
Vách sóng có thể hàn trực tiếp với tôn đáy trên (tôn bao đáy), tôn bao mạn, tôn boong . Những chỗ dầm hoặc mã xuyên qua các kết cấu kín nước phải được gắn các nẹp gia cường. Tại vị trí gân sóng phải gắn mã với các cơ cấu đáy, boong. Sống của vách sóng có hai hình thức liên kết đó là sống được cắt theo prôphin sóng và hàn 2 phía , khi đó chiều rộng mép kèm bMK = 15 và loại sống không cắt theo prophin sóng , nằm trên mặt sóng và hàn mặt bên, khi đó không có mép kèm.
Một số kết cấu khác 4 Sống mũi
Sống mũi tấm
Sống mũi tấm (hàn)
Tàu sông: Chiều dày tấm thép lớn hơn chiều dày tôn vỏ ở đoạn mũi tàu tối thiểu 25%.
Tàu biển:
Chiều dài sống mũi l1 không nhỏ hơn 2 lần chiều dài l tính theo sống mũi tiết diện hình chữ nhật đặc
Chiều dài tiết diện theo phương dọc tàu :
l = 1,2.L + 95 (m) L ≥ 120 m l = 0,75.L + 150 (m) L< 120m
l = 1,6.L + 100 (m) Tàu kéo Chiều rộng tiết diện theo phương ngang tàu :
b = 0,5.L + 25 (mm) tàu kéo đẩy mọi cấp Sống mũi chữ nhật đặc
Tàu sông Kích thước của tiết diện sống mũi ở đoạn dưới đường nước toàn tải : Chiều rộng tiết diện theo phương ngang tàu :
b = 0,4.L + 12 (mm) tàu SI và tàu kéo đẩy mọi cấp b = 0,2.L + 10 (mm) tàu SII , trừ tàu kéo đẩy mọi cấp Chiều dài tiết diện theo phương dọc tàu :
l = 1,5.L + 64 (mm) nếu L ≤ 50m Tàu SI l = 0,1.L + 90 (mm) nếu L > 50m l = 0,5.L + 55 (mm) nếu L ≤ 50m Tàu SII l = 1.L + 30 (mm) nếu L > 50m Sống mũi làm bằng thép tròn
Đường kính của tiết diện đoạn dưới đường nước toàn tải:
d = 0,96L + 46 (mm) tàu SI và tàu kéo đẩy mọi cấp d = 0,63.L + 32 (mm) tàu SII , trừ tàu kéo đẩy mọi cấp
Sống mũi làm bằng thép góc đều cạnh
Diện tích của tiết diện đoạn dưới đường nước toàn tải:
F = 0,22L + 11 (cm2 ) tàu SI và tàu kéo đẩy mọi cấp F = 0,22.L + 7 (cm2 ) tàu SII , trừ tàu kéo đẩy mọi cấp
Diện tích của tiết diện đoạn trên đường nước toàn tải giảm dần và lên đến đỉnh chỉ còn 70% giá trị theo công thức trên.
5 Trụ chân vịt (giá đỡ trục chân vịt )
Tàu sông
Chiều cao: h = 0,45d (mm) Diện tích: F = 0,47d2 (cm2) Chiều dài củ: lC = 3d (mm) Chiều dày củ: tC = 3d (mm)
Với d(mm) – đường kính của trục chân vịt
Tàu biển
6 Sống đuôi
Thân trước của sống đuôi đoạn trên lỗ trục chân vịt : Chiều rộng tiết diện theo phương ngang tàu :
b = 12 + 0,25.L + 0,8D2 (mm) Tàu sông SI b = 10 + 0,18.L + 0,8D2 (mm) Tàu sông SII Chiều dài tiết diện theo phương dọc tàu :
l = 1.L + 50 (mm) nếu L ≤ 50m Tàu sông l = 1,2.L + 40 (mm) nếu L > 50m
Lên đến đỉnh , chiều rộng tiết diện thân trên có thể giảm đến còn bằng 85% trị số trên Chiều rộng tiết diện thân sau và đoạn dưới lỗ trục chân vịt trước bằng 2 lần trị số trên Chiều dày thành lỗ trục chân vịt không nhỏ hơn 60% chiều rộng tương ứng .
7 Ky sống đuôi
Mô duyn chống uốn của tiết diện x lấy với trục thẳng đứng Z-Z: WZ = 80
.K
M (cm3) Mô đuyn chống uốn đối với trục nằm ngang Y-Y : WY =0,5 WZ (cm3) Diện tích tiết diện tổng FS của các chi tiết theo hướng Y-Y : FS =
48 .K
B (cm2)
Với : M = B.x ( Mmax = B.l ) (Nm) là mô men uốn tại tiết diện x đang xét . B(N) là phản lực gối đỡ trục lái
x(m) là khoảng cách từ điểm giữa của gối đỡ trục đến tiết diện đang xét . K là hệ số vật liệu làm ky lấy theo qui định ở QP 2-A / 25.1.1-2
Trục bánh lái, chốt lái, bu lông liên kết, then, thanh mép bánh lái và các bộ phận liền khối của bánh lái được làm bằng thép cán, thép rèn, thép các bon đúc :
K = ⎟⎟ ⎠
⎜⎜ ⎞
⎝
⎛
σY
235 e
Với: e = 0,75 nếu giới hạn chảy σY > 235 (N/mm2) e = 1,00 nếu giới hạn chảy σY ≤ 235 (N/mm2)
σY = min (0,7σB ; 450) là giới hạn chảy vật liệu σB là độ bền kéo của vật liệu được sử dụng .
Các chi tiết hàn của bánh lái: tôn bao , xương và cốt bánh lái được chế tạo từ thép cán Khi sử dụng thép có độ bền cao :
K = 0,78 với thép HT 32 ; K = 0,72 với thép HT 36 Tại tiết diện bất kỳ trong chiều dài l, ứng suất tương đương : σe ≤
K
115 (N/mm2) ứng suất tương đương : σe = σ2b+3τ2 ( N/mm2)
ứng suất uốn và ứng suất cắt xuất hiện trên ky được xác định theo công thức : σb = W ( )x
M
Z
( N/mm2) ;
F B
S
τ = ( N/mm2)
Chiều dày các tấm thép tạo thành phần chính của ky sống đuôi dạng thép tấm không nhỏ hơn chiều dày thép tấm tạo nên phần chính của trụ chân vịt. Các gân ngang của ky sống đuôi bố trí dưới trụ chân vịt, dưới tấm mã và ở vị trí thích hợp
8 Gót ky
Gót ky của sống đuôi phải có chiều dài ≥ 3 lần khoảng cách sườn ở vùng đó và đượcliên kết chắc chắn với tôn giữa đáy .
9 Giá bánh lái
Mô duyn chống uốn của tiết diện lấy với trục nằm ngang X-X : WX = 67
.K
M (cm3)
Với : M = B.z ( Mmax = B.d ) (Nm) là mô men uốn tại tiết diện đang xét . B(N) là phản lực gối đỡ trục lái
z(m) là khoảng cách từ điểm giữa chiều dài gối đỡ đến tiết diện đang xét . K là hệ số vật liệu làm ky lấy theo qui định ở QP 2-A/25.1.1-2
Diện tích tiết diện tổng Fh của các chi tiết theo hướng Y-Y: Fh = 48
.K
B (cm3) Tại tiết diện bất kỳ trong chiều cao d , ứng suất tương đương:σe =
K
120 (N/mm2) ứng suất tương đương : σe = σ2b+3( τ2+τ12) ( N/mm2)
ứng suất uốn , ứng suất cắt và xoắn xuất hiện trên giá bánh lái được xác định : σb =
W x
M ( N/mm2) ; F
B
h
τ = ( N/mm2);
th t
h
F T . 2
.
=1000
τ ( N/mm2)
Với : Th = B.c(z) (Nm) là mô men xoắn tại tiết diện đang xét th (mm) là chiều dày tôn bánh lái .
Ft (mm2) là diện tích tiết diện ngang của giá bánh lái 10 Ổ đỡ chốt bánh lái
Chiều dài của thành ổ đỡ chốt bánh lái không nhỏ hơn chiều dài của bạc đỡ chốt bánh lái. Chiều dày của thành ổ đỡ chốt bánh lái không nhỏ hơn 25% đường kính thực của chốt đo ở mặt ngoài của ống lót .