Tính toán, thiết kế kết cấu thân tàu theo quy phạm TCVN 6259_2003 với tàu hàng 20000 tấn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT TÀU THỦY


BÀI TẬP LỚN
KẾT CẤU THÂN TÀU
Gvhd: Gv. Bùi Văn Nghiệp
Sv thục hiện : Đặng Ngọc Thiết
Mssv : 50131399
Lớp 50ttdt2

11
BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn Nghiệp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT TÀU THỦY
BÀI TẬP LỚN
KẾT CẤU THÂN TÀU
TÀU HÀNG 20000 TẤN,KHOẢNG SƯỜN 650
GVHD:KS.BÙI VĂN NGHIỆP
SVTH : ĐẶNG NGỌC THIẾT
MSSV :50131399
LỚP :50 ĐT2
Nha Trang ,10/2010
SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2
11
BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn Nghiệp
LỜI NÓI ĐẦU
Tàu hàng (tàu thủy nói chung) là một công trình kỹ thuật nổi đặc biệt, có thể nổi và
di chuyển được trên nước, các kết cấu phức tạp và hoạt động trong môi trường khắc
nghiệt, chịu sự tác động của nhiều yếu tố như sóng, gió, …

Kết cấu thân tàu là một môn học quan trọng chương trình đào tạo kĩ sư ngành
đóng tàu. Kết cấu thân tàu nghiên cứu các hệ thống kết cấu và đặc điểm các chi tiết kết
cấu thân tàu. Và mục đích cuối cùng là giúp cho sinh viên thực hiện được yêu cầu tính
toán thiết kế kết cấu theo quy phạm. Yêu cầu quan trọng của việc thiết kế kết cấu là nghiên
cứu các phương pháp lựa chọn hình dáng kết cấu, xác định kích thước, tính toán tối ưu
kích thước, bố trí hợp lý các kết cấu và liên kết của thân tàu để đảm bảo tàu hoạt động an
toàn trong môi trường khắc nghiệt đó. Có nhiều phương pháp thiết kế kết cấu thân tàu và
một phương pháp thiết kế kết cấu đảm bảo bền, an toàn, đạt hiệu quả và rút ngắn thời
gian là thiết kế theo quy phạm phân cấp và đóng tàu.
Đề bài: Tính toán, thiết kế kết cấu thân tàu theo quy phạm TCVN 6259_2003
với tàu hàng 20000 tấn
Nội dung của bài tập gồm 2 phần như sau:
Chương 1: Giới thiệu chung .
Chương 2: Thiết kế kết cấu theo Quy phạm.
Qua những kiến thức đã học cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy Bùi Văn
Nghiệp và sự giúp đỡ của bạn bè trong lớp tôi đã hoàn thành bài tập này. Mặc dù đã rất
cố gắng nhưng do kiến thức còn hạn chế và đây là lần đầu tiên thực hiện việc tính toán
thiết kế kết cấu nên khó tránh khỏi sai sót. Rất mong nhận được sự góp ý của thầy giáo và
các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên : Đặng Ngọc Thiết
SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2
11
BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn Nghiệp
PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG
Tàu thiết kế là tàu hàng bách hóa 20000T, kết cấu vỏ thép
I.1 Công dụng, vùng hoạt động và phạm quy áp dụng
- Tàu thiết kế thuộc loại tàu chở hàng khô,vỏ thép, hai boong, kết cấu đáy đôi,
buồng máy được đặt ở phía đuôi.
- Vùng hoạt động là vùng không hạn chế (biển), tàu được phép hoạt động trong

vùng cách nơi trú ẩn lớn hơn 200 hải lý.
- Kết cấu tàu được tính theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép của
Việt Nam TCVN 6259-2A : 2003
- Vật liệu đóng tàu theo quy phạm TCVN 6259-2A : 2003 quy đ ịnh trong phần
7A Thép dùng đóng tàu có giới hạn chảy σ
ch
=240 Mpa (2400 Kg/cm) hoặc thép
C
T
3C
I.2 Các thông số cơ bản:
Chiều dài lớn nhất : L
MAX
= 165.45 m
Chiều dài thiết kế : Ltt = 160.93 m
Chiều dài hai trụ : L
pp
= 156.00 m
Chiều rộng thiết kế B
TK
= 25.00 m
Chiều cao mạn tàu D = 12.00 m
Chiều chìm d = 7.6 m
Tải trọng DWT = 20000 T
Máy chính 8320Zcd-8 china
Công suất 2x 3000 HB
Vòng quay 525 v/ph
Các hệ số béo : C
b
= 0,75 ;C

w
= 0,85 ;C
m
=0,99
I.3 . Lựa chọn hệ thống kết cấu
- Tàu được tổ chức theo hệ thống kết cấu hỗn hợp
+Đáy đôi theo hệ thống dọc.
+Phần kết cấu mũi tàu theo hệ thống ngang.
+phần kết cấu đuôi tàu theo hệ thống ngang.
PHẦN II: THIẾT KẾ KẾT CẤU THEO QUY PHẠM
1 Khoảng cách sườn
- Khoảng cách sườn được tính theo yêu cầu của quy phạm cụ thể như sau:
-Khoảng cách giữa các sườn ngang được tính theo điều 5.2.1 của quy phạm
=+=
LS 2450
450+2.160.93 = 771.86 mm
Mà theo đề khoảng sườn : 650 mm (hợp lý)

SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2
11
BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn Nghiệp
Khoảng cách sườn mà cho nhỏ hơn khoảng cách sườn được tính theo quy phạm
cho thấy tàu thiết kế ra dư bền
-Khoảng cách giữa các dầm dọc S được tính theo điều 5.2.2 của quy phạm
S = 2L +550 = 2.156 + 550 = 862.00 mm
Chọn S = 850 mm

- Theo điều 5.2.1 :Các khoang mũi và khoang đuôi không được lớn hơn
610 mm
Ta chọn khoảng sườn khoang mũi và khoang đuôi là 600 mm

2.Sơ đồ phân khoang
Trên cơ sở khoảng cách sườn đã xác định chia chiều dài tàu ra làm 240 khoảng
sườn thực với khoảng cách sườn ở các khu vực như sau:
- Khoảng sườn vùng đuôi 0,60m (từ sườn số 0 đến sườn 42)
- Khoảng sườn vùng giữa tàu 0,65m (từ sườn số 42 đến sườn 214)
- Khoảng sườn vùng mũi 0,60m (từ sườn số 214 đến sườn240)
-Theo điều 11.1.4(vách khoang) trong quy phạm, phân tàu chia làm 8 vách ngăn
nước với chiều dài các khoang như sau:
Khoang lái (1) gồm 14 sườn ( từ sườn 0đến sườn 14) l
1
=8400mm.
Khoang máy(2) gồm 28 sườn ( từ sườn 14 đến sườn 42) l
2
= 18700mm.
Khoang hàng 6 (3) gồm 28sườn( từ sườn 42 đến sườn 70) l
3
= 19600 mm.
Khoang hàng 5 (4) gồm 29 sườn( từ sườn 70 đến sườn 99) l
4
= 20300mm.
Khoang hàng 4(5) gồm 28 sườn ( từ sườn 99 đến sườn 127) l
5
= 19600 mm.
Khoang hàng 3 (6) gồm 29 sườn ( từ sườn 127 đến sườn 156) l
6
= 20300 mm
Khoang hàng 2 (7) gồm 29 sườn ( từ sườn 156 đến sườn 185) l
7
=20300 mm.
SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2

11
BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn Nghiệp
Khoang hàng 1 (8)gồm 29sườn (từ sườn 185đến sườn 214) l
8
=19850mm.
Khoang mũi (9) gồm 26sườn (từ sườn 214 đến sườn 240) l
9
=16000mm.
III , TÍNH TOÁN KẾT CẤU
1. Phần mũi tàu:
1.1. Sống mũi tấm.
Theo quy phạm điều 2.1.1.
Theo quy phạm chiều dày t của sống mũi tại ví trị chở hangf thiết kế đường
nước lớn nhất khôngnhỏ hơn trị số tính theo công thức sau:
t= 1.5
50L −
+3.0  t=18.80 (mm) chọn t= 20 (mm)
1.2. Khoảng cách sườn:
Theo quy phạm điều 5.2.1 ta có khoảng cách sườn không quá 610 mm
khoảng cách chuẩn của các sườn s= 2L+450 = 771,86 mm
So với quy phạm ta chọn S = 600 mm
1.3. Chiều dày t của đà ngang đáy và sống mũi :
-Theo quy phạm 7.2.2 :
Chiều dày t của sống chính ở khoang mũi phải không nhỏ hơn trị số theo công
thức sau đây
t = 0.6
L
+4 = 11,61 mm .
Ta chọn t = 12 mm .
2 . Phần đuôi:

2.1. Khoảng sườn :
Theo điều 5.2.1 (Quy phạm) các khoang mũi và khoang đuôi,bầu đuôi khoảng
cách sường không lớn hơn 610 mm. Ta chọn khoảng sườn khoang đuôi là 600mm.
2.2. Trụ Chân Vịt
Theo điều 2.2.2 chiều dày ụ đỡ trục chân vịt tại vị trí mặt phẳng dọc tâm đỡ trục
chân vịt được xác định bằng công thức:
t = 0,9 L + 10 =154,837 (mm)
Chọn t=160 (mm)
 Trụ đỡ chân vịt của sóng đuôi tàu:
Theo điều 2.2.2 trụ đỡ chân vịt của sống đuôi tàu bằng thép đúc có các kích
thước được xác định theo các công thức sau:
W=2,20.L+88=442.046 (mm)
t = 0,18.L+15=43.9674 (mm)
SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2
11
BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn Nghiệp
R= 0,40.L +16=80.372 (mm)
c. Liên kết của sống đuôi với đà ngang tấm:
Theo Quy phạm 2.2.6 quy định: sống đuôi phải được kéo từ trục chân vịt lên
phía trên và hàn chắc chắn với đà ngang vòm đuôi và có chiều dày không nhỏ hơn
trị số tính theo công thức sau:
0.035L+8.5 = 14,13 (mm)
Ta chon t= 15 mm là hợp lý.
3.Kết cấu giữa tàu
3.1 Kết cấu đáy tàu .
3.1.1 Sống chính đáy:
- Theo quy phạm 4.2.2 quy định :
Chiều cao tiết diện sống chính không nhỏ hơn B/16 = 1562.50 mm
Ta chọn do = 1600 mm
-Theo điều 4.2.3 trong quy phạm quy định

+Chiều dày tấm sống chính được tính theo công thức sau :
mm
Trong đó :
S ; là khoảng cách giữa các tâm của 2 vùng kế cận với song chính hoặc từ
các sống phụ đang xét đến các sống phụ kề cận hoặc đến đường đỉnh của mã hông (m)
do : chiều cao tiết diện của sống chính hoặc sống phụ đang xét (m)
d1 : chiều cao của lỗ khoét tại điểm đang xét (m)
lH : chiều dài của khoang (m)
x : khoảng cách theo chiều dọc từ trung điểm của lH của mỗi khoang đến
điểm đang xét (m) . Tuy nhiên nếu x<0,2 lH thì lấy x=0,2lH và nếu x<0,45 lH thì lấy
x<0,45 lH
y : khoảng cách theo phương ngang từ tâm đến sống dọc (m)
C1 : là hệ số cho theo công thức sau. Tuy nhiên nếu B/ lH >1,4 thì lấy 1,4
còn nếu nhỏ hơn 0,4 thì lấy 0,4
SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2
=+










−









−
−
=






5.24117.06.2
2
10
1
B
y
ldd
C
H
xSBd
t
11
BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn Nghiệp
Hệ thống kết cấu dọc :
103

3
1
l
c
H
B
−
=
Hệ thống kết cấu ngang :
90
3
1
l
c
H
B
−
=
Chiều dày song chính còn phải được tính theo công thức sau đây :

- Chiếu dày tấm sống chính còn được tính theo công thức :
t = C
1
’
d
o
+2.5 = 11,14 mm Chọn t =18 mm
Với C
1
’

= 5,4
Trong đó :
d0 : chiều cao tiết diện sống tại điểm đang xét (m) .
C
,
1
: hệ số tính theo bảng 2A/4.1 tùy thuộc vào tỉ số S1/d0 . Với các trị số trung
gian S1/d0 thì
C
,
1
được tính theo phương pháp nội suy tuyến tính .
S1 : là khoảng cách giữa các mã hoặc nẹp của song chính hay sóng phụ (m)
Bảng 2A/4.1 tính hệ số
C
,
1

S1/d0
<0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 >1,6
C
,
1
sống chính 4,4 5,4 6,3 7,1 7,7 8,2 8,6 8,9 9,3 9,6 9,7
sống phụ 3,6 4,4 5,1 5,8 6,3 6,7 7,0 7,3 7,6 7,9 8,0
3.1.2; sống phụ đáy
Với sống phụ thì hệ số
C
,
1

= 4,4
Khi đó thì chiều dài của sống phụ là :
t = C
1
’
d
o
+2.5 = 9,54 (mm)
ta chọn t = 16 (mm)

SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2
h
sc
δ
sc
=18 mm
h
sp
δ
sc
=16 mm
11
BTL kết cấu thân tàu GVHD: GV Bùi Văn Nghiệp
3.1.3 nẹp dọc đáy
- Theo điều 4.2.4.3 Các nẹp gia cường cho sống chinh đáy được đặt trên sống chính giữa
các đà ngang khoẻ, với chiều dày của nẹp bằng chiều dày tấm sống chính, chiều cao tiết
diện nẹp không nhỏ hơn 0,08d
o
= 128 mm (d
o

- chiều cao sống chính). Chọn kích thước
nẹp là L300x90x11/16
a; nẹp dọc đáy dưới: tùy theo lượng dày của tôn mà ta xét từng nẹp. Ở đây ta xét khoảng
cách giữa 2 sống phụ .
Theo quy phạm điều 4.4.3.1 Môđun chống uốn của tiết diện dầm dọc phía dưới phải
không nhỏ hơn trị số tính theo công thức
W >
)'026,0(
5.1524
100
Ld
C
f
b
+
−
l
2
S .
f
B
:Tỉ số giữa môđun chống uốn của tiết diện ngang thân tàu và môđun chống
uốn thực của tiết diện ngang thân tàu
L’:Lấy bằng chiều dài tàu (165.45m)
l : Khoảng cách giữa các đà ngang đặc (0.71m)
S : Khoảng cách giữa các dầm dọc (0.70m)
C : Hệ số .Vì khoảng cách giữa các đà ngang đáy có thanh chống như quy định ở
4.4.4 nên C = 0.5 .
Ta có : W >
)45.165*026,06.7(

5.1524
5.0*100
+
−
f
b
0.71
2
*0.7) .
Kiểm tra độ bền của dầm:
SVTH : Đặng Ngọc Thiết Lớp 50DT2