Thiết kế kết cấu tàu composite theo quy phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thủy tinh TCVN 62822003

Chuyên Đề Tốt Nghiệp

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.

1

Chương 1. ĐẶT VẤN ĐỀ.

2

1.1. Gới thiệu vấn đề nguyên cứu.

2

1.2. Gới thiệu về vật liệu Composite dùng trong ngành đóng tàu.

4

1.2.1. Định nghóa.

4

1.2.2. Ưu, nhược điểm và công dụng.

4

1.2.3. Vật liêu Composite dùng trong ngành đóng tàu.

5

1.3. Phương pháp nguyên cứu và giới hạn nội dung.

6

Chương 2. ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU TÀU COMPOSITE.

8

2.1. Đặc điểm chung kết cấu tàu vỏ Composite.

8

2.1.1. Kết cấu vỏ tàu.

8

2.1.2. Kết cấu của một số chi tiết chính.

9

2.2. Giới thiệu mẫu tàu được lựa chọn làm thiết kế kết cấu.

11

2.2.1. Đặc điểm và công dụng của tàu.

11

2.2.2. Bố trí chung toàn tàu.

12

2.2.3. Đặc điểm kết cấu.

12

2.3. Nhận xét về kết cấu của tàu được lựa chọn.

15

Chương 3. THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU THEO QUY PHẠM.
3.1. Quy định chung của Quy phạm.

Lê Việt Cường

16
16

Lớp: 42TT-1


Chuyên Đề Tốt Nghiệp

3.2. Tính kết cấu theo Quy phạm.

16

3.2.1. Lớp vỏ.

17

3.2.2. Boong.

17

3.2.3. Sườn.

19

3.2.4. Sống chính.

19

3.2.5. Sống phụ.

20

3.2.6. Đà ngang đáy.

20

3.2.7. Xà ngang boong.

21

3.2.8. Xà dọc boong.

21

3.2.9. Vách kín nước.

21

3.2.10. Các kết cấu khác.

22

3.3. Đặc điểm liên kết.

22

3.4. Kiểm tra độ bền dọc.

23

3.4.1. Kiểm tra độ bền dọc cho mặt cắt giữa sườn 10-11.

23

3.4.2. Kiểm tra độ bền dọc cho mặt cắt giữa sườn 13-14.

32

3.5. Đánh giá kết quả tính toán.

Chương 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN.

37
38

4.1. Kết luận.

38

4.2. Đề xuất ý kiến.

38

TÀI LIỆU THAM KHẢO.

Lê Việt Cường

41

Lớp: 42TT-1


Chuyên Đề Tốt Nghiệp

Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU
Tàu thuỷ là một công trình nổi, hoạt động trong điều kiện chịu tác dụng phức tạp
của các ngoại lực. Vì thế, một con tàu khi đóng xong đòi hỏi phải đảm bảo các tính
năng của nó. Trong đó, tính bền hay còn gọi là độ bền kết cấu thân tàu là yếu tố
góp phần quan trọng vào việc giúp cho con tàu có khả năng chống để lại những tác
dụng khắc nghiệt của môi trường để đảm bảo cho con tàu làm việc bình thường
nhằm hạn chế sự thiệt hại về tài sản và tính mạng cho người đi tàu. Cùng với xu
hướng hiện nay của Bộ Thuỷ sản nhằm phát triển đội tàu đánh bắt xa bờ, giúp cho
ngư dân có điều kiện khai thác nguồn tài nguyên biển còn phong phú thì vai trò của

việc thiết kế kết cấu thân tàu là vô cùng quan trọng .
Để có điều kiện tiếp xúc với bài toán kết cấu thân tàu trong thực tế tôi mạnh dạn
nhận làm chuyên đề “Thiết kế kết cấu tàu Composite theo Quy phạm kiểm tra và
chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thuỷ tinh TCVN 6282-2003”. Sau thời
gian nghiên cứu thực hiện, chuyên đề này đã giúp cho tôi hiểu biết thêm về các
thành phần cấu tạo và tính năng ưu việt của vật liệu FRP(Fibreglass Reinforced
plastics), đồng thời hệ thống được những kiến đã được học tại trường để giải quyết
vấn đề trong thực tế.
Sau một thời gian thực hiện, được sự giúp đỡ tận tình của thầy Phạm Thanh Nhựt
và sự giúp đỡ của quý thầy cô, bạn bè, chuyên đề của tôi cơ bản đã hoàn thành. Do
thời gian và kiến thức có hạn nên không tránh những thiếu sót, rất mong thầy cô và
bạn bè góp ý thêm.
Nhân dịp hoàn thành chuyên đề này, tôi xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Thanh
Nhựt và các thầy cô giảng dạy trong Khoa cùng với các bạn bè đồng nghiệp đã giúp
đỡ tôi hoàn thành chuyên đề này.

Nha Trang ,ngày 28 tháng 5 năm 2005
SINH VIÊN THỰC HIỆN

Lê Việt Cường

Lê Việt Cường

Lớp: 42TT-1


Chuyên Đề Tốt Nghiệp

Trang 2

CHƯƠNG 1:

ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. Giới thiệu chung về vấn đề nguyên cứu:
Tàu thuỷ là một công trình nổi đã ra đời từ rất sớm. Hiện nay nước ta nói riêng
và cả thế giới nói chung thì lónh vực tàu thuyền phát triển hết sức mạnh mẽ. Nó
không chỉ phục phục trong lónh vực quân sự mà còn là phương tiện để con người
vận chuyển, đánh bắt và làm những công việc quan trọng khác. Trước kia, vật liệu
dùng để đóng tàu thường là bằng gỗ, thép, nhôm,… nhưng ngày nay, cùng với sự
phát triển nhanh của Khoa học -Kó thuật, đặc biệt là sự ra đời của vật liệu mới- vật
liệu Composite thì ngành công nghiệp đóng tàu vỏ Composite ở nước ta cũng
không ngừng lớn mạnh. So với những loại vật liệu truyền thống thì vật liệu
Composite có những ưu điểm vượt trội, đặc biệt rất thích hợp cho việc đóng tàu cỡ
nhỏ. Mặc dù trên thế giới công nghệ đóng tàu bằng vật liệu Composite đã có từ
rất lâu nhưng ở Việt Nam thì công nghệ này mới chỉ là bắt đầu. Nhưng một điều
chắc chắn rằng ngành đóng tàu vỏ Composite ở Việt Nam sẽ tiếp tục phát triển
mạnh hơn nữa. Điễn hình là tại Khánh Hoà hiện đã đóng thành công những tàu vỏ
Composite cở nhỏ như: tàu khách, tàu đánh cá, tàu cao tốc, tàu đáy kính, …
Hiện nay người ta thiết kế kết cấu tàu theo 3 phương pháp chính :thiết kế theo
tàu mẫu,thiết kế theo Quy phạm,thiết kế tính toán theo lý thuyết. Nhưng mỗi
phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng.
Ưu, nhược điểm Thiết kế theo tàu Thiết kế theo quy Thiết kế theo lý
mẫu
phạm
thuyết
1.Ưu điểm

Đơn giản, nhanh Đơn giản , đảm Kết cấu hợp lý
chóng
bảo độ bền

2.Nhược điểm

Không chủ động vì Kết cấu không hợp Tính toán phức tạp
phụ thuộc quá lý về độ bền (quá
nhiều vào tàu mẫu dư bền)

Lê Việt Cường

Lớp: 42TT-1


Chuyên Đề Tốt Nghiệp

Trang 3

Tuy nhiên, dù là thiết kế kết cấu thân tàu theo phương pháp nào thì nó điều
phải thoả mãn những yêu cầu sau:
- Tính an toàn. Thiết kế kết cấu phải đảm bảo dưới tác dụng của ngoại lực, tàu
có một sức bền nhất định, tính ổn định và độ cứng cần thiết. Không vì sức bền
không đủ hoặc kết cấu mất ổn định mà gây nên sự phá huỷ kết cấu, hoặc biến
dạng vượt quá phạm vi cho phép.
- Tính năng sử dụng. Việc bố trí kết cấu và lựa chọn kích thước kết cấu phải phù
hợp với yêu cầu kinh doanh. Ví dụ, đối với khoang hàng chở hàng bao, kết cấu
được bố trí sao cho thuận tiện việc xếp dỡ hàng, buồng ở của hành khách và
thuyền viên phải có lối đi thuận tiện và độ cao thích đáng.
- Tính hoàn chỉnh. Tàu thủy là một kiến trúc nổi trên mặt nước, bố trí phức
tạp.Trên tàu có nhiều loại thiết bị, máy móc, dụng cụ sinh hoạt và các hệ
thống,...Các bộ phận này liên quan mật thiết với bố trí kết cấu và việc lựa chọn
kích thước kết cấu. Thiết kế kết cấu phải phù hợp chặt chẽ với thiết kế tổng thể

và thiết kế các hệ thống, tạo nên một cấu trúc hoàn chỉnh, đảm bảo sự hoạt động
bình thường của tất cả các bộ phận trên.
- Tính công nghệ. Việc lựa chọn hình thức kết cấu hình thức liên kết các bộ phận
kết cấu của thân tàu phải đảm bảo thi công dễ dàng, giảm nhẹ cường độ lao
động, và nâng cao năng xuất lao động. Mặt khác, khi lựa chọn vật liệu, phải chú
ý đến nguồn vật tư có thể khai thác trong nước; giảm bớt quy cách cách vật liệu
một cách thích đáng, tiện cho việc mua dự trữ vật liệu và quy trình công nghệ
của nhà máy. Phải căn cứ vào đặc điểm nhà máy, tình hình máy móc thiết bị mà
chọn phương án công nghệ hợp lý, áp dụng những biện pháp công nghệ hợp lý.
- Tính kinh tế. Trên cơ sở đảm bảo sức bền cần thiết của kết cấu, cân nhắc kó
đến độ dư ăn mòn của vật liệu, yêu cầu của sử dụng và sửa chữa bảo dưỡng, ...
phải cố hết sức giảm nhẹ khối lượng kết cấu, tiết kiệm vật liệu, bố trí và lựa
chọn vật liệu thoả đáng, đảm bảo tính kinh tế cao nhất trong sử dụng kết cấu.
Và hiện nay, việc thiết kế kết cấu tàu theo Quy phạm là phương pháp được
nhiều nhà thiết kế sử dụng làm cơ sở để đóng mới tàu thuyền hiện nay.
Thiết kế tàu nói chung và thiết kế kết cấu nói riêng theo quy phạm nó là cơ sở
để dựa vào đó các nhà thiết kế tính toán thiết kế ra một con tàu trong một thời
gian nhanh nhất có thể nhưng vẫn đảm bảo được độ bền và các tính năng của tàu.
Lê Việt Cường

Lớp: 42TT-1


Chuyên Đề Tốt Nghiệp

Trang 4

Đồng thời, nó còn là cơ sở để các cơ quan Đăng kiểm kiểm tra giám sát việc sửa
chữa hay đóng mới tàu.
Chính vì nó có những vai trò như trên nên việc thiết kế kết cấu tàu theo Quy

phạm sẽ có một ý nghóa hết sức to lớn. Đó là nó sẽ cho phép thiết kế ra những con
tàu mới đảm bảo về độ bền, độ ổn định của kết cấu,…nhằm hạn chế tối đa sự thiệt
hại về tài sản và tính mạng cho người đi tàu.
Thực tế cho thấy có nhiều con tàu trước đây sau khi đóng xong ra khơi làm việc
được một thời gian thì kết cấu sẽ hư hỏng không đảm bảo được độ bền, độ ổn định
của kết cấu và có thể sẽ bị sóng đánh gãy bất cứ lúc nào. Và nguyên nhân chính
là những con tàu này thiết kế không hợp lý.
1.2. Giơí thiệu về vật liệu Composite dùng trong ngành đóng tàu.
1.2.1. Định nghóa.
Vật liệu Composite là một hỗn hợp gồm ít nhất 2 pha hay 2 thành phần. Sự
kết hợp này nhằm hạn chế nhược điểm của vật liệu này bằng ưu điểm của vật liệu
kia tạo nên sản phẩm có cơ tính khác hẳn các vật liệu ban đầu.
1.2.2. Ưu, nhược điểm và công dụng của vật liệu này.
Ưu điểm:
Có khả năng kết hợp với các loại vật liệu khác để tạo ra các kết cấu mới bền
vững, rất bền với môi trường biển, ít bị ăn mòn và điện phân, có tính trơ với sinh
vật biển, rất dễ tạo dáng, có độ bóng bề mặt rất cao, độ kín nước là tuyệt đối, rất
dễ thi công và sữa chữa, độ bền cơ học cao, tốn rất ít chi phí bảo dưỡng…
Nhược điểm:
Giá thành cao do vật liệu phải hầu hết nhập từ nước ngoài, tính toán phức tạp,
chất lượng sản phẩm phụ thuộc nhiều vào trình độ tay nghề, chất thải khó xử lý…
Công dụng:
Vật liệu Composite hiện nay được sử dụng hầu hết ở các ngành:
- Hàng không: chế tạo cánh máy bay, ghế ngồi, trang trí nội thất…
- Ô tô: chế tạo khung sườn, cabin…
Lê Việt Cường

Lớp: 42TT-1

Chuyên Đề Tốt Nghiệp

Trang 5

- Tàu thuyền : chế tạo vỏ tàu, chế tạo khung sườn, cabin, boong, …
- Dân dụng: chế tạo ống nước, ghế ngồi…
1.2.3. Vật liệu Composite dùng trong ngành đóng tàu.
Vật liệu Composite dùng trong ngành đóng tàu bao gồm thành phần: vật liệu
nền là nhựa polyester không no, vật liệu cốt là sợi thuỷ tinh dạng Mat và vải, có
sử dụng chất xúc tác và chất gia tốc trong quá trình chế tạo.
Vật liệu nền.
Hầu hết các loại nhựa dùng ở Việt Nam được sử dụng chất gia tốc và chất
xúc tác với hàm lượng thích hợp khoảng 0,5-2%. Nhờ nó mà nhựa sẽ sinh ra các
phản ứng hoá học, sinh nhiệt kích thích các phần tử hoạt động và liên kết với nhau
tạo thành chuỗi đông rắn. Quá trình chuyển từ lỏng sang rắn gọi là quá trình
polymer hoá.
Nhựa dùng làm kết cấu vỏ tàu có đặc điểm : khả năng chống thấm nước, độ
bền cơ học cao, độ bám dính cao, chịu được tác động của tia cực tím, có khả năng
kết hợp với các loại vật liệu khác như gỗ, thép,…
Vật liệu cốt.
Vật liệu cốt có tác dụng cung cấp cơ tính cho vật liệu Composite và sử dụng
chủ yếu là sợi thuỷ tinh.
Sợi thuỷ tinh tồn tại dưới hai dạng sau:
- Mat:
Mat được hình thành khi sắp xếp các sợi thuỷ tinh có chiều dài khoảng
50mm một cách hỗn độn trên cùng một mặt phẳng. Sau đó được kết dính với nhau
bằng hợp chất keo tạo thành những tấm Mat theo yêu cầu.
Mat sử dụng hiện nay được cung cấp dưới dạng cuộn trọng lượng khoảng 30
đến 35 kg, rộng khoảng 1m. Hiện nay, các loai Mat được sử dụng phổ biến là: Mat
300( g/m2), Mat 450(g/m2), Mat 600(g/m2).

Lê Việt Cường

Lớp: 42TT-1


Chuyên Đề Tốt Nghiệp

Trang 6

- Vải thô:
Đây là loại vải được sử dụng phổ biến. So với các loại vải khác thì vải thô
có trọng lượng khoảng 0,3-1,2kg/m2. Trong các lớp FRP, vải thô thường được dùng
xen kẽ với các lớp Mat giúp cho vật liệu FRP có cấu trúc chặt chẽ, độ cứng và độ
bền kéo tốt. Vải thô thường có khổ từ 0,97-1,5 m. Vải thô không được dệt kín
mép, do đó trong khi sử dụng ta phải chú ý tránh làm vải bị xơ. Sau đây là một số
đặc điểm của vải thô:
+ Tạo chiều dày của lớp FRP nhanh.
+ Không tạo được bề mặt FRP phẳng.
+ Khó thấm ướt và hấp thụ nhựa, đòi hỏi phải sử dụng loại nhựa thích hợp.
+ Tấm FRP chế tạo từ vải thô thường có hàm lượng thuỷ tinh khoảng 45%
đến 50%.
+Vải thô cũng cho phép tạo hình các góc uốn mà không cần phải cắt.
Chất xúc tác và chất gia tốc.
Chất xúc tác hay còn gọi là chất đông rắn có tác dụng làm thay đổi dạng
polymer từ trạng thái không bão hoà sang trạng thái bão hoà. Phá vỡû liên kết đôi
thành liên kết đơn tạo ra quá trình polymer hoá. Chất xúc tác có tác dụng thúc đẩy
quá trình biến cứng mà không ảnh hưởng đến tính chất của nhựa. Khi không có
chất đông rắn thì chất gia tốc không tác dụng với nhựa. Đó là lý do vì sao nó có
thể pha trước nhiều tháng với nhựa trước khi sử dụng. Khi sử dụng, chất gia tốc

phải được hoà trộn trước. Sau đó mới tiếp tục cho chất đông rắn vào. Tránh pha
trộn trực tiếp hai chất này với nhau, vì sẽ gây ra cháy nổ. Trong thực tế người ta sử
dụng chất gia tốc có sẵn trong nhựa, người sử dụng chỉ việc cho thêm chất đông
rắn vào và sử dụng.
Vật liệu FRP dùng trong đóng tàu phải được kiểm tra thử nghiệm và được
Đăng kiểm chấp nhận.
1.3. Phương pháp nghiên cứu và giới hạn nội dung.
Phương pháp để nghiên cứu chuyên đề này là dựa theo Quy phạm kiểm tra và
chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thuỷ tinh TCVN 6282-2003 kết hợp với
Lê Việt Cường

Lớp: 42TT-1


Chuyên Đề Tốt Nghiệp

Trang 7

kiến thức về môn học kết cấu tàu được học ở trường cùng với quá trình tìm hiểu
kết cấu tàu cụ thể. Để từ đó thiết kế tính toán xác định kích thước kết cấu tàu.
Theo đó, nội dung chính của chuyên đề được thực hiện theo các bước sau:
- Giới thiệu đặc điểm chung kết cấu tàu Composite .
- Phân tích lựa chọn mẫu tàu điển hình.
- Tính kết cấu tàu lựa chọn theo Quy phạm.
- Kiểm tra độ bền dọc tàu.
- Đánh giá kết quả tính toán.
Do thời gian và trình độ còn hạn chế nên trong chuyên đề này chỉ tính toán
cho một mẫu tàu điển hình.

Lê Việt Cường

Lớp: 42TT-1


Chuyên Đề Tốt Nghiệp

Trang 8

CHƯƠNG 2:

ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU TÀU COMPOSITE
2.1. Đặc điểm chung kết cấu tàu vỏ Composite.
Kết cấu cơ bản tàu vỏ Composite cũng tương tự như kết cấu của các loại tàu
được chế tạo từ các loại vật liệu khác. Hệ thống kết cấu của nó cũng bao gồm :
khung xương được bao bọc bởi vỏ tàu, bên trong được bố trí một số kết cấu khác
như: kết cấu gân gia cường, vách ngăn, boong và kết cấu thượng tầng,... Và tuỳ
theo công dụng của từng loại tàu mà kết cấu của nó có thể có những đặc điểm
khác nhau:
- Đối với tàu hoạt động nghề cá:
Do phải làm việc xa bờ thường xuyên chịu tải trọng lớn, do đó đòi hỏi các chi
tiết kết cấu phải có kích thước lớn và thường được cấu tạo theo kiểu ba lớp. Do
vậy, kết cấu của nó thường rất phức tạp. Việc bố trí các khung xương thường là
dày hơn so với hai kiểu tàu khách và canô. Kết cấu của các vách ngăn hầm cá
thường rất phức tạp và cabin của nó thường bố trí ở phía sau đuôi tàu.
- Đối với tàu khách:
Do dùng để chở khách nên thường hoạt động ven bờ và chạy với tốc độ cao,
do đó khối lượng kích thước các chi tiết kết cấu thường nhỏ hơn tàu cá nhằm giảm
khối lượng thân tàu để tăng tốc độ chạy tàu. Do vậy, các chi tiết kết cấu thân tàu
thường là kết cấu kiểu một lớp. Cabin thường được bố trí từ phía lái đến phía mũi
và nó thường được chế tạo rời sau đó gắn lên boong nhờ các góc ước FRP.

- Đối với canô:
Do canô có kích thước nhỏ gọn, khối lượng thân tàu nhẹ đòi hỏi tốc độ chạy
tàu cao, do vậy kết cấu thường nhỏ gọn đơn giản hơn rất nhiều so với hai loại tàu
trên. Thường người ta chỉ đặt hai hộp phao chạy dọc tàu sau đó đặc boong lên trên
và liên kết chúng lại với nhau nhờ các góc ước FRP.
Sau đây là đặc điểm cụ thể của các chi tiết kết cấu thân tàu nói chung:
2.1.1. Kết cấu vỏ tàu:
Vỏ tàu thường có kết cấu kiểu một lớp hoặc ba lớp.
Lê Việt Cường

Lớp: 42TT-1


Chuyên Đề Tốt Nghiệp

Trang 9

- Vỏ tàu kết cấu kiểu một lớp.
Kết cấu này thường gặp ở các loại tàu thuyền nhỏ. Vỏ tàu kiểu này được thi
công bằng cách trát trực tiếp sợi gia cường và nhựa lên bề mặt khuôn cho đến khi
đạt được độ dày cần thiết mà không sử dụng bất cứ chất độn nào nằm giữa các lớp
FRP. Số lớp vật liệu càng nhiều, chiều dày vỏ càng lớn. Chiều dày vỏ thường thay
đổi theo vùng làm việc của vỏ tàu. Để giảm sự biến dạng và tăng độ cứng vững
của vỏ, bề mặt trong của nó thường được gia cường dọc và ngang bằng cách dán
vào đó các khung sườn và xà dọc. Các nẹp có thể làm từ vật liệu thông dụng như
gỗ, ván ép, xốp… và cũng có thể làm từ vật liệu FRP cùng loại với vỏ tàu.
- Vỏ tàu kết cấu kiểu ba lớp.
Kết cấu này thường có dạng FRP- Chất độn- FRP. Sử dụng chất độn giữa hai
lớp FRP nhằm các mục đích khác nhau như: tăng cường độ cứng vững, cách
nhiệt,…Một số chất độn thường dùng như: gỗ, Foam,… Vỏ tàu kiểu này được thi

công như sau:
+ Trước hết trát liên tục một số lớp lên mặt khuôn cho đến khi đạt đến chiều
chiều dày theo thiết kế của lớp thứ nhất.
+ Đặt vật liệu độn lên tấm FRP vừa thi công.
+ Trát tiếp vật liệu FRP lên bề mặt lõi cho đến khi đạt đến chiều dày yêu
cầu của lớp da thứ hai.
Hoặc ta có thể chế tạo kết cấu dạng FRP 2 lớp rỗng, sau đó bơm chất độn
vào bên trong.
Kết cấu ba lớp thường được áp dụng trên các tàu cỡ lớn và vừa để làm mạn
tàu, vách ngăn, boong , thượng tầng.
Thực tế cho thấy, đối với các tàu cá, người ta thường phối hợp giữa kết cấu
ba lớp và kết cấu một lớp để chế tạo thân tàu, trong đó lớp vỏ tàu có kết cấu đơn,
còn các chi tiết khác như boong,vách,khung xương… có kết cấu ba lớp.
2.1.2. Kết cấu của một số chi tiết chính.
- Kết cấu khung xương.
Khung xương gồm các loại chủ yếu:
Lê Việt Cường

Lớp: 42TT-1


Chuyên Đề Tốt Nghiệp

Trang 10

Đà ngang đáy, sườn mạn, xà dọc đáy,xà dọc mạn, đà máy, xà ngang boong,
xà doạc boong,… Khi gắn các kết cấu trên vào vỏ tàu, chúng được đặt đúng vị trí
như thiết kế trên tấm vỏ đã đông cứng, và được trát vật liệu FRP cho đủ chiều dày
yêu cầu. Chúng thường có lõi ở thể rắn hoặc rỗng, được phủ lên các lớp FRP để
tạo nên mặt cắt hình hộp kín. Các loại gân này thường được gọi là gân kiểu mũ.

Vật liệu lõi thường là loại có trọng lượng nhẹ, nếu là loại rỗng thì thường là
plastic, giấy cứng hoặc bản thân vật liệu FRP.
Tuỳ theo loại và công dụng tàu mà người thiết kế quyết định loại kết cấu của
gân gia cường. Với tàu cỡ nhỏ và các loại tàu du lịch thì gân gia cường thường
không có lõi hoặc lõi xốp. Với tàu cá cỡ lớn gân gia cường thường có lõi gỗ.
- Vách ngăn.
Vách ngăn trong tàu vỏ FRP có vai trò quan trọng hơn trong các tàu vỏ gỗ
hoặc vỏ thép. Ngoài công dụng làm kín, chúng còn là kết cấu chính nhằm tăng
cường độ cứng vững ngang để tránh biến dạng vỏ tàu. Vách ngăn chống va đập
thường lắp ở phía trước, còn ở khu vực buồng máy lắp các vách ngăn kín nước.
Vách ngăn thường có kết cấu ba lớp, với lõi là ván ép hoặc gỗ đã qua xư ûlý, và
được gắn vào vỏ trong lúc chưa tách ra khỏi khuôn. Lõi của vách ngăn thường gồ
ghề để tăng tính kết dính với nhựa. Khi dán vách ngăn vào vỏ, khu vực tiếp giáp
giữa vách và vỏ tàu phải tạo bán kính cần thiết để tránh sự tập trung ứng suất.
Trên vách ngăn có bố trí các gân gia cường đứng và ngang, các gân gia cường
đứng thường được liên kết với đà dọc đáy và xà ngang boong, các gân gia cường
ngang thường được liên kết với xà dọc hông.
- Boong.
Boong thường có kết cấu kiểu đơn hay ba lớp. Tấm boong phải được gia
cường cục bộ để chiäu tải trọng tập trung như tải trọng do các thiết bị gắn trên
boong, tải trọng phụ ở khu vực miệng hầm,…gây nên. Bên dưới tấm boong được
gia cường bởi các xà dọc và xà ngang boong, tại các khu vực có hầm quá rộng,
dưới tấm boong phải được sử dụng thêm cột chống. Đối với boong kết cấu ba lớp,
lớp FRP ở phía ngoài chiếm 60% chiều dày còn lớp bên trong chỉ chiếm 40% tổng
chiều dày FRP dùng làm boong. Cách gắn boong vào vỏ tàu cũng được thực hiện
theo quy định tương tự như khi dán vách ngăn vào vỏ tàu.
- Cabin tàu.

Lê Việt Cường

Lớp: 42TT-1


Chuyên Đề Tốt Nghiệp

Trang 11

Cabin có thể được kết cấu theo kiểu đúc rời từng tấm rồi ghép lại thành
khối
nhờ các mối dán liên kết, đối với các tàu cỡ nhỏ cabin có thể đúc liền thành khối
và gắn lên mặt boong nhờ bulông liên kết và dán góc ướt.
Từ việc phân tích các đặc điểm kết cấu trên ta thấy tàu chỡ khách vỏ FRP là
loại tàu có kết cấu tương đối phức tạp. Do đó, tôi lựa chọn mẫu tàu này để tính
toán kết cấu và tàu được lựa chọn ở đây có kí hiệu là SL- 11- 04.
2.2. Giới thiệu mẫu tàu được lựa chọn làm thiết kế kết cấu.
2.2.1. Đặc điểm và công dụng của tàu.
Tàu này do Công ty TNHH Sông Lô thiết kế và chế tạo ở Nha trang, lắp 01
máy Cummins (Mỹ), công suất 315 HP chạy dầu Diesel, khởi động điện. Dạng
tuyến hình được thiết kế theo dạng tàu cao tốc, các sườn mũi có dạng thẳng chữ V,
vỏ làm bằng vật liệu FRP (Fiberglass Reinforce Plastic) bền, nhẹ nhằm đạt tốc độ
cao.
Vùng hoạt động
Tàu hoạt động chủ yếu trên các tuyến biển gần bờ thuộc vùng vịnh biển
Nha Trang.
Các thông số chủ yếu của tàu .
Chiều dài lớn nhất

: Lmax =

12,00 (m)

Chiều dài thiết kế

: Ltk

11,33 (m)

Chiều rộng lớn nhất

=
: Bmax =

3,20 (m)

Chiều rộng thiết kế

: Btk

=

2,31 (m)

Chiều cao mạn

:H

=

1,04 (m)

Chiều chìm trung bình

:T

=

0,44 (m)

Hệ số béo thể tích

: Cb

=

0.42

Lượng chiếm nước

:D

Lê Việt Cường

=

6,01 (tấn)
Lớp: 42TT-1


Chuyên Đề Tốt Nghiệp

Trang 12

Biên chế thuyền viên

:n

=

2

(người)

Số lượng khách

: nk

=

28

(người)

Máy chính

:

CUMMINS (Mỹ) 6BTA5.9-M(SW)

Công suất

:

Ne

=

315

(HP)

Tốc độ quay

:

n

=

2800

(v/ph)

Hệ động lực

2.2.2. Bố trí chung toàn tàu.
- Trên boong chính.
+ Sườn
ngồi và lối đi.
+ Sườn

0

-

4

là boong đuôi : bố trí miệng hầm máy, ghế

4

-

7

: bố trí 1 quầy bar, bàn lái và ghế lái.

+ Sườn
7
mũi là boong chính : bố trí hai dãy ghế ngồi ở hai
bên, ở giữa là mặt sàn có các miệng hầm.
+ Lối đi được bố trí từ trước mũi tàu đi vào, qua hai dãy ghế và vào quầy
bar.
- Dưới boong chính .
+ Sườn 0

-

3

: bố trí buồng máy

+ Sườn 3 15
: chia thành 04 khoang trống dùng để chứa
nhiên liệu, nước ngọt, phao và các vật dụng khác.
+ Sườn 15

-

mũi

: bố trí hầm mũi chứa neo và dây neo.

Các vách ngăn ngang gồm vách đuôi bố trí tại sườn 3, các vách ngăn kín
nước bố trí tại các sườn 6, 9, 12, và vách lửng phía mũi bố trí tại sườn 15 đảm bảo
độ bền tàu.
- Bố trí cabin .
Cabin được bố trí từ vị trí sườn 13 trở về phía lái.
Lê Việt Cường

Lớp: 42TT-1


Chuyên Đề Tốt Nghiệp

Trang 13

2.2.3. Đặc điểm kết cấu.
Xem bản vẽ kết cấu ở phần Phụ lục I.
Đặc điểm vật liệu vỏ tàu.
- Tàu được đúc từ khuôn gỗ với vỏ tàu làm bằng vật liệu FRP.

- Vật liệu cốt là sợi thủy tinh dạng Matting và Roving sắp xếp xen kẽ nhau.
- Vật liệu nền là nhựa Polyester không no gốc axit Thixotropic.
- Kết cấu vỏ dạng kết cấu đơn lớp, gồm tấm FRP tạo hình bằng sợi thủy tinh
và nhựa theo công nghệ rải liên tiếp nhựa vào cốt sợi thủy tinh trong khuôn đúc
bằng gỗ. Sợi thủy tinh trong khuôn đúc gỗ sử dụng từ sợi thủy tinh dạng MAT và
WR. Kết cấu khung sườn, sống dọc đáy, dọc mạn, vách ngang, boong, cabin đều là
kết cấu FRP. Các mối liên kết của khung sườn và kết cấu thân tàu chủ yếu đều là
bằng góc ướt FRP.
Đặc điểm kết cấu .
Tàu được kết cấu theo hệ thống hỗn hợp, gồm 17 sườn thực bố trí dọc chiều
dài tàu từ sườn 0 đến sườn 16, với khoảng sườn 660 mm. Kết cấu thân tàu gồm
các bộ phận chính như sau :
- Khung xương và đà ngang là kết cấu FRP, có dạng hộp chữ U 50x50
dày d4.
- Các sống dọc đáy là kết cấu FRP dạng hộp chữ U kích thước 50x80 dày
d5.
- Xà ngang boong là kết cấu FRP dạng hộp chữ U kích thước 50x50, dày d5.
- Xà dọc boong là kết cấu FRP dạng hộp chữ U kích thước 50x80, dày d5.
- Phần mê đà có chiều dày d9, riêng chiều dày ở khu vực buồng máy và
đuôi là d10, phần mạn có chiều dày d8.
- Boong cũng là kết cấu FRP có chiều dày d6 và liên kết với vỏ bằng góc
ướt FRP. Các sống dọc boong và xà ngang boong là kết cấu FRP dạng hộp chữ U
50x80 dày d4.
Lê Việt Cường

Lớp: 42TT-1


Chuyên Đề Tốt Nghiệp

Trang 14

- Vách đứng là kết cấu FRP dày d5 và được liên kết với vỏ tàu bằng góc ướt
FRP. Các vách được gia cường bằng đố vách kết cấu FRP dạng hộp chữ U kích
thước 40x40 dày d4, khoảng cách giữa các đố vách 720 mm.
- Cabin có vách ngoài là FRP dày d5, vách trong FRP dày d4, trụ FRP
dày d4, vách ngăn FRP dày d4
- Các chi tiết lan can, cọc bích làm bằng thép không gỉ (Inox).
- Các két chứa nhiên liệu và nước ngọt được chế tạo bằng FRP
- Để tăng thêm độ bền, bố trí các gân theo chiều dọc tàu vừa tăng thêm độ
cứng vừa tăng thêm tính ổn định (giảm lắc).
Kích thước các chi tiết kết cấu thân tàu được tóm tắt thành bảng 1.
Bảng 1: Quy cách các chi tiết kết cấu cơ bản của tàu.

STT Tên chi tiết

Kích thước các kết cấu (mm)

1

Đà ngang đáy

U 50x50 dày d4

2

Sườn

U 50x50 dày d4

3

Xà ngang boong

U 50x50 dày d4

4

Xà dọc boong

U 50x80 dày d5

5

Sống chính

U 80x80 dày d6

6

Sống phụ

U 50x80 dày d5

8

Vỏ mạn

FRP dày d = 8

9

Vỏ đáy

FRP dày d = 9

10

Boong

FRP dày d = 6

11

Vách ngăn

FRP dày d = 6

12

Vách cabin

FRP dày d = 5

Lê Việt Cường

Lớp: 42TT-1


Chuyên Đề Tốt Nghiệp

Trang 15

2.3. Nhận xét về kết cấu của tàu được lựa chọn.
Qua việc tìm hiểu phân tích kết cấu thân tàu trên bản vẽ kết cấu ta có thể đưa
ra một vài nhận xét sau:
Những ưu điểm nổi bậc: kết cấu đơn giản, kết cấu bố trí tương đối hợp lý .
Tuy nhiên có những chỗ còn đáng nghi ngờ như:
- Với khoảng sườn s= 660 mm là khá xa.
- Đây là tàu khách hoạt động gần bờ nên chiều dày của lớp vỏ như vậy là hơi
dày do vậy nên giảm chiều dày của lớp vỏ một cách hợp lý.
- Các chi tiết kết cấu như: sóng dọc boong, đà ngang đáy, xà ngang boong
nên tăng chiều cao tiết diện bản thành để làm tăng Mun chống uốn của nó.
- Cabin được chế tạo rời sau đó gắn lên boong nên việc tham gia vào sức
bền chung thân tàu là không đáng kể do vậy kích thước tiết diện cũng nên giảm
tối đa.
Chính vì còn nhiều chỗ bất hợp lý do đó chúng ta phải tính toán thiết kế lại
kết cấu sao cho hợp lý hơn. Mục đích là, tiết kiệm vật liệu, giảm giá thành đóng
mới nhưng vẫn đảm bảo được độ bền kết cấu thân tàu
Và cơ sở lựa chọn để tính toán thiết kế kết cấu là thiết kế theo Quy phạm.

Lê Việt Cường

Lớp: 42TT-1


Chuyên Đề Tốt Nghiệp

Trang 16

CHƯƠNG 3:

THIẾT KẾ KẾT CẤU THEO QUY PHẠM
3.1.Quy định chung của Quy phạm.
-Việc giám sát và chế tạo các tàu chất dẻo cốt sợi thuỷ tinh phải theo quy định
của Quy phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thuỷ tinh
TCVN 6282-2003.
-Những quy định của Quy phạm này được áp dụng cho tàu FRP có vùng hoạt
động không hạn chế , trừ tàu dầu, có chiều dài nhỏ hơn 35mm, có hình dạng và tỷ
lệ kích thước thông dụng.
-Kết cấu thân tàu và trang thiết bị của tàu FRP có vùng hoạt động hạn chế có
thể được thay đổi thích hợp tuỳ theo điều kiện khai thác.
-Những yêu cầu của Quy phạm này được áp dụng cho các tàu FRP tạo hình
theo phương pháp thủ công hoặc phương pháp phun, dùng nhựa polyeste không lão
hoá và cốt bằng sợi thuỷ tinh. Những tàu gỗ chỉ được bọc bằng FRP hoặc những
tàu có kết cấu tương tự sẽ không được coi là tàu FRP.
-Với những tàu FRP hoặc tỷ lệ kích thước không thông dụng, tàu FRP dùng để
chuyên chở những hàng hoá đặc biệt, hoặc tàu FRP được tạo hình theo phương
pháp hoặc vật liệu khác với qui định ở trên, thì kết cấu thân tàu và trang thiết bị
phải được Đăng kiểm xem xét riêng trong từng trường hợp.
3.2.Tính kết cấu theo Quy phạm.
Dựa theo yêu cầu của Quy phạm và đặc điểm của loại tàu khách chế tạo từ vỏ
FRP mà chúng ta có thể đưa ra đặc điểm các kết cấu cơ bản của tàu như sau:
- Thân tàu kết cấu theo hệ thống ngang.
- Khoảng cách sườn thực lấy s=500 mm.
- Chọn sườn có kết cấu dạng hộp chữ U bằng FRP.
Lê Việt Cường

Lớp: 42TT-1

Chuyên Đề Tốt Nghiệp

Trang 17

- Các vách ngăn là FRP có kết cấu một lớp.
- Toàn bộ phần vỏ được thiết kế theo dạng kết cấu một lớp.
- Việc liên kết các chi tiết kết cấu lại với nhau là nhờ các góc ướt FRP hay các
mã liên kết.
Trên cơ sở đó vận dụng các công thức trong Quy phạm để xác định kích thước
các kết cấu cơ bản.
3.2.1. Lớp vỏ.
- Lớp vỏ giữa đáy.
+ Kéo dài liên tục từ mũi tàu đến đuôi tàu.
+ Có chiều dày xác định theo công thức:
d/ 9+0,4.L

(mm)

Trong đó: L = 11,33 m là chiều dài thiết kế.
Thay số ta được: d/ 13,532 mm chọn d=14 mm.
- Lớp vỏ bao đoạn giữa tàu.
+ Lớp mạn có chiều dày xác định theo công thức:
δ ≥ 15.S . d + 0,026.L

Trong đó:

S = 0,5 m là khoảng cách sườn thực.

d = 0,44 m là chiều chìm trung bình.

Thay số ta có:

d/ 6,428 mm

Chọn:

d = 7 mm

+ Lớp đáy:

d/15.S

(mm)

Thay số ta có: d / 6,77 mm
Chọn:
Lê Việt Cường

d = 8 mm
Lớp: 42TT-1


Chuyên Đề Tốt Nghiệp

Trang 18

- Lớp vỏ bao ở đoạn mút.
Vỏ tàu có kết cấu 1 lớp nên ra ngoài đoạn giữa tàu chiều dày giảm dần bằng
0,85 lần chiều dày lớp vỏ bao ở đoạn giữa tàu.
+ Lớp mạn: d = 0,85 x 6,428 = 5,466 mm

Choïn:

d = 6 mm

+ Lớp đáy: d = 0,85 x 6,77= 5,75m
Chọn:

d = 7 mm

- Đoạn gia cường mũi tàu dài 0,3L tính từ mũi tàu.
δ ≥ C.S . L

Trong đó:
C= 5,36.
Thay số ta có:

d/ 9,02 mm

Chọn:

d = 10 mm

Chiều dày của lớp vỏ bao thượng tầng.
d = 0,8 xd mạn = 0,8 x 6,428 = 5,14mm
Chọn:

d

= 6mm

3.2.2. Boong.
Boong tàu có kết cấu một lớp.
Chiều dày boong được xác định theo công thức:
δ ≥ 18,2.S. h

Trong đó:
h = 0,46 t/m2 là tải trọng boong.
Thay số ta có:
Lê Việt Cường

d / 6,17 mm
Lớp: 42TT-1