KIỂM TRA ĐỘ BỀN DỌC CHUNG THÂN TÀU HÀNG 8700T

Chơng v
Kiểm tra độ bền dọc chung thân tàu

Ngời thiết kế: S.v Vũ Văn Tuyển
Ngời hớng dẫn: Th.s Nguyễn Văn Hân

88

5.1.Các phơng pháp xác định nội lực thân tàu
5.1.1 Xác định độ bền dọc chung thân tàu theo Quy phạm.

HiÖn nay, hÖ thèng quy phạm phân cấp và đóng tàu biển Việt Nam đợc biên
soạn chủ yếu dựa vào quy phạm của Nhật Bản "Class NK", hoặc chịu ảnh hởng
của một số quy phạm khác nh: "DNV Rules for Ships" mang tên: Quy phạm
phân cấp và đóng tàu biển vỏ thep TCVN 6259-2:2003.
Xác định độ bền dọc chung thân tàu:
* Độ bền dọc chung thân tàu hoạt động trong vùng không hạn chế:
- Nội lực bổ sung của tàu trên sóng:

+ Mômen uốn bổ sung của tàu trên sãng theo ®iỊu 13.2.1-[1]:
MW(+) = + 0,19C1C2L12.B.CB’ ; (4.1.1)
MW(-) = - 0,11C1C2L12.B.(CB’ + 0,7). (4.1.2)

Trong ®ã:
MW(+) - m«men uốn dọc tàu bổ sung trên đỉnh sóng, kN.m;
MW(-) - mômen uốn dọc tàu bổ sung trên đáy sóng, kN.m;
C1 = 0,03L1 + 5 - víi tµu cã chiỊu dµi L < 90 m.

C1 = 10,75 -  300  L1  1,5
 - nÕu tµu cã L1  300 m.
 100 

C1 = 10,75 - nÕu tµu cã 300 m < L1  350 m.

C1 = 10,75 -  L1  350  1,5
 - nÕu tµu cã L1 > 350 m.
 150 

C2 = 1.0 – trong vïng giữa 0.4 L đến 0.65 L kể từ đuôi;

C2 = 0 tại mũi và đuôi.

Các giá trị trung gian xác định bằng phơng pháp nội suy tuyến tính.

Cb - HƯ sè bÐo thĨ tÝch cđa tµu (  0,6);

+ Lực cắt bổ sung của tàu trên sóng theo điều 13.3-[1]:

FW(+) = + 0,3.C1C3.L1.B(Cb’+ 0.7); (4.1.3)

FW(-) = - 0,3.C1C4 L1B(Cb’+ 0.7). (4.1.4)

Trong đó:

FW(+) - lực cắt bổ sung trên đỉnh sóng, kN;

FW(-) - lực cắt bổ sung trên đáy sóng, kN;

C1, L1, Cb xác định nh trên.

C3 xác định theo hình 2A/13.4-[1]

C4 xác định theo hình 2A/13.5-[1]

- Mômen chống uốn tại tiết diện ngang giữa tàu theo điều 13.2.1-[1]:

W5,72 M S M w(  ) ; (4.1.5)

W5,72 M S  M w(  ) . (4.1.6)

89

Trong đó:

W- môđun chống uốn của tiết diện ngang tại giữa tàu, cm3;

MS - mômen uốn dọc tàu trên nớc lặng, kN.m;

MW(+) và MW(-) - mô men uốn bổ sung trên sóng, kN.m;

+ Ngoài ra môđun chống uốn tại tiết diện giữa tàu không nhỏ hơn trị số:

Wmin= C1L12.B(C'b + 0,7); (4.1.7)

+ Mômen quán tính tiết diện ngang thân tàu tại giữa chiều dài:

I = 3WminL1; (4.1.8)

* Môđun chống uốn tại giữa tàu hoạt động trong khu vực biển hạn chế, theo

điều 13.2.1-[1]

W 5,72 M S M w( ) .K; (4.1.9)

Ngoài ra môđun chống uốn tại tiết diện giữa tàu theo điều 13.2.1-[1]:

Wmin = K.C1L12.B(C'b + 0,7); (4.1.10)

Trong đó:

Wmim - môđun chống uốn tối thiểu tại tiết diện giữa tàu, m3;

I - mômen quán tính tiết diện ngang thân tàu, m4;

K - hệ số, phụ thuộc vào vùng hạn chế của tàu, xác định theo:

K = 1.00 - đối với tàu hoạt động trong vùng hạn chế cấp I;

K = 0.95 - đối với tàu hoạt động trong vùng hạn chế cấp II;

K = 0.90 - đối với tàu hoạt động trong vùng h¹n chÕ cÊp III.

90

5.1.2 Phơng pháp sử dụng để xác định độ bền dọc chung thân tàu.
Các bớc xác định độ bền dọc chung thân tàu:
- Bớc 1: Phân bố trọng lợng thân tàu theo chiều dài.
- Bớc 2: Xác định nội lực thân tàu khi tàu n»m trªn níc tÜnh.
- Bíc 3: Xác định nội lực thân tàu khi tàu đặt tĩnh trên sóng điều

hòa.

- Bíc 4: KiĨm tra ®é bỊn däc chung.

Xác định nội lực bổ sung thân tàu trên sóng theo các phơng pháp sau:
- Cách 1: Khi đặt tĩnh tàu trên sóng điều hoà.
- Cách 2: Khi tàu dao động trên sóng điều hoà.
- Cách 3: Khi tàu trên sóng ngẫu nhiên.
Khi đà xác định đợc nội lực của thân tàu, ngời ta tiến hành kiểm tra, đánh
giá độ bền dọc chung thân tàu.
Việc khó khăn nhất và cũng là bớc quyết định là xác định đợc chính xác
mômen uốn và lực cắt của tàu khi tàu hoạt động trên biển, việc kiểm tra độ bền
dọc chung theo quy phạm hoặc theo mômen uốn giới hạn chỉ là phép tính đơn
giản thông thờng. Chính vì lẽ đó trong nội dung luận án ta chỉ chú trọng và quan
tâm nhất đến các phơng pháp xác định nội lực thân tàu.
5.1.2.1 Phân bố trọng lợng thân tàu theo chiều dài.
Khi tàu nằm trên nớc tĩnh, tải trọng tác dụng lên thân tàu gây nên mômen
uốn và lực cắt, bao gồm:

Tải trọng của các thành phần trọng lợng bố trí trên tàu
¸p lùc thủ tĩnh của nớc ngoài mạn.
Để xác định đợc nội lực gây uốn dọc chung thân tàu khi đặt tàu trên nớc
tĩnh, ta phải xác định phân bố các thành phần trọng lợng thân tàu tác dụng theo
chiều dài tàu.
Khi cha có đầy đủ số liệu thiết kế, ngời ta sử dụng các phơng pháp thực
nghiệm gần đúng để phân bố trọng lợng, nh phơng pháp R.Johnson, hoặc phơng
pháp A.A Kurdiumov...
Theo bè trÝ cđa tµu, dùa vµo thiÕt kÕ kÕt cÊu, bè trÝ chung toàn tàu,... ngời ta
có thể xác định đợc sơ đồ phân bố trọng lợng theo chiều dài một cách khá chính
xác. Để thuận tiện cho tính toán khi các thành phần trọng lợng trên tàu phân bố
không đều trên các khoảng sờn lý thuyết, ngời ta tiến hành phân chia tải trọng.
Việc phân chia đảm bảo nguyên tắc: bảo toàn về lực và vị trí điểm đặt lực.

Do tải trọng phân bố không đều, phân bố dới dạng tải trọng q(x). Nhng ta
có thể thay thế tải trọng đó thành một lực P có điểm đặt tại tâm của hình và giá
trị tính theo công thức:

91

b (4.1.11)

P = q(x)dx.
a

H×nh 4.1.1
Khi q(x) = const trên toàn bộ đoạn ab và điểm đặt lực ở giữa đoạn ab.
P = q(b - a) (4.1.12)
* Các trờng hợp phân chia tải trọng:

- Khèi lỵng P n»m trän trong mét kho¶ng sên lý thuyÕt:

Hình 4.1.2

Trong đó: C- là khoảng cách từ giá của P đến sờn gần nhất

Điều kiện xác định:

C < L/2

P1 + P2 = P (4.1.13)

P1.(L/2 – C) = P2.(L/2 + C) (4.1.14)

 P1 = P (0,5 + C ); (4.1.15)

L

P1 = P (0,5 - C ); (4.1.16)

L

- Khèi lỵng P n»m trên nhiều khoảng sờn lý thuyết:

Nếu P < /100 thì P đợc phân đều cho các khoảng sờn đó

( Trong đó là trọng lợng toàn tàu)

H×nh 4.1.3
NÕu P > /100 thì P đợc phân nh trờng hợp P n»m trän trong mét kho¶ng
sên lý thuyÕt:

92

H×nh 4.1.4
- Khối lợng P nằm ngoài khoảng sờn lý thuyết:

H×nh 4.1.5

Gọi C: là khoảng cách từ giá của P đến sờn biên ( Sờn 0, Sờn 20)

P1: Thành phần trọng lợng đợc bổ sung vào k/s biên (0-1)

P2: Thành phần trọng lợng lấy đi kề k/s biên (1-2)

Điều kiện xác ®Þnh:

P1 – P2 = P (4.1.17)

P1.(L/2 + C) = P2.(L/2 + C) (4.1.18)

 P1 = (1,5 + C ).P (4.1.19)

L

P2 = (0,5 + C ).P (4.1.20)

L

Để phân bố hết tải trọng, ta phải lập nhiều bảng tính sao cho các nhóm

trọng lợng đợc phân chia hết theo chiều dài. Dựa vào kết quả phân bố trọng lợng

tàu suốt dọc chiều dài, lập thành bảng chung cho tàu ở trạng thái cần tính toán.

Việc phân chia phải đảm bảo sao cho:

P = Pi; (4.1.21)

Trong đó:

P tổng các thành phần trọng lợng bố trí trên tàu, kN;

Pi trọng lợng của thành phần thứ i, kN.

Đồng thời ta xác định đợc hoành độ trọng tâm của tàu (xG):

xG = xiPi/Pi; (4.1.22)

Trong đó:

xi hoành độ trọng tâm của thành phần trọng lợng thứ i, m.

Các thành phần trọng lợng phải cân bằng với lực nổi của nớc ngoài mạn:

P = Pi =  = V; (4.1.23)

Trong đó:

lợng chiếm nớc của tàu, kN;

93

 - tû träng cđa níc ngoµi m¹n, kN/m3;

V – thĨ tÝch ng©m níc của tàu, m3.

Dựa vào giá trị thể tích (V) đà đợc xác định, trên đồ thị đờng cong thuỷ lực

ta tìm các thông số: chiều chìm trung bình dtb, hoành độ tâm nổi XC, hoành độ

tâm mặt đờng nớc Xf và bán kính nghiêng dọc R.

Phân bố trọng lợng thân tàu theo nguyên tắc trên để tính toán độ bền dọc

chung thân tàu là nguyên tắc cơ bản, đà và đang đợc sử dụng rộng rÃi, đảm bảo

độ tin cậy.

5.1.2.2 Xác định nội lực thân tàu khi tàu nằm trên nớc tĩnh.

Để có thể xác định đợc nội lực thân tàu, trớc hết ngời ta phải tìm đợc t thế

của nó khi nằm trên nớc tĩnh, hay nói cách khác ta phải cân bằng dọc tàu

* Cân bằng dọc tàu trên nớc tĩnh.

Sau khi đà phân bố trọng lợng và xác định đợc các thông số cơ bản của tàu,

ta tiến hành cân bằng dọc tàu (xác định t thế), cụ thể nh sau:

- Xác định độ chúi ban đầu (xác định mớn nớc mũi, và mớn nớc lái):

dm1 = dtb + ( L  xf ) xg  xc ; (4.1.24)
2 R

dl1 = dtb - ( L  xf ) xg  xc ; (4.1.25)
2 R

Trong ®ã:

dtb mớn nớc trung bình của tàu, đo tại sờn giữa tàu, m;

dm1 – mớn nớc mũi ở lần gần đúng thứ nhất, m;

dl1 mớn nớc lái ở lần gần ®óng thø nhÊt, m;

xf hoành độ tâm đờng nớc, m;

xG - hoành độ trọng tâm tàu, m;

xC - hoành độ tâm nổi tàu, m;

R – b¸n kÝnh tâm chúi của tàu, m.

- Khi có các giá trị dm1, dl1, ta xác định sự phân bố lợng chiếm nớc dựa theo

đờng cong Bonjean đà đợc tính khi xác định các yếu tố tính nổi của tàu. Tích

phân diện tích ngâm nớc của sờn, xác định thể tích chiếm níc:

L (4.1.26)

2

V1 = x dx .
L
2

Trong đó:

V1 - thể tích chiếm nớc của tàu trong lần gần đúng thứ nhất, kN;

x- diện tích sờn ngâm nớc tại toạ độ x ở đờng nớc tính toán, m2;

L chiều dài tính toán của tàu, m;

L khoảng sên lý thuyÕt, m.

94

- Hoành độ tâm nổi (xC1) xác định theo:

L

2

 x .x.dx
L
xc1 = 2 . (4.1.27)
L

2

 x dx

L
2

Dùng phơng pháp tích phân gần đúng để xác định đợc thể tích chiếm nớc
V1 và hoành độ tâm nổi xc1.

Chỉ số "1" trong công thức trên biểu hiện phép tính ở lần gần đúng thứ nhất.
Nếu giá trị .V1, xC1 cha phù hợp với trọng lợng tàu và hoành độ trọng tâm nh

kết quả ban đầu, thì ta phải tiếp tục lần thứ 2. Nếu lần thứ 2 cha phù hợp, tiếp tục
tính lần thứ 3 v. v...

- Trong c¸c lần tính tiếp theo sau đó, mớn nớc mũi và mớn nớc lái xác định
theo công thức:

dm2 = dm1 + V  V1 + ( L  x f ) xg  xc1 ; (4.1.28)
S 2 R

dl2 = dl1 + V  V1 - ( L  x f ) xg  xc1 . (4.1.29)
S 2 R

Trong ®ã:

S - diƯn tÝch mỈt ®êng níc, m2;

dm2 - mín níc mịi ë lÇn gần đúng thứ hai, m;

dl2 – mín níc l¸i ở lần gần đúng thứ hai, m.

Các thông số khác xác định theo các "biểu thức (1.14)".

- Cân bằng dọc đợc xem nh hoàn thành nếu thoả mÃn điều kiÖn:

xG  xC* 0,1% (4.1.30)
L

V  V1 0,5% (4.1.31)
V

Trong ®ã:

xG - hoành độ trọng tâm của tàu ở trạng thái tính toán, m;

xC* - hoành độ tâm nổi của tàu ở lần tính cuèi cïng, m;

V, V1 - thĨ tÝch ng©m níc của tàu ở hai lần tính kề cận, m3;

Sau khi phân bố trọng lợng tàu và tìm đợc đờng nớc thực của tàu, ngời ta

tiến hành xác định nội lực trong vỏ tàu. Cân bằng tàu trên nớc tĩnh là bớc cơ bản

mà khi tính toán độ bền dọc chung bằng phơng pháp trực tiếp đều phải thực hiện.

* Xác định nội lực của tàu trên nớc tĩnh.

95

- Giả thuyết bài toán: Thân tàu đợc coi nh dầm lăng trụ (tiết diện không
thay đổi) mà nội lực không bị ảnh hởng bởi độ võng dầm (coi dầm có độ cứng
tuyệt đối).

- Phơng pháp tính: Lực cắt và mômen uốn đợc xác định theo phơng pháp
tích phân thông thờng.

- Lập hệ trục toạ độ: Ta lập hệ trục toạ độ oxy, víi
trơc ox n»m trong mặt đờng nớc tính toán hớng từ đuôi về mịi tµu,
trơc oy lµ giao tuyến của mặt phẳng sờn giữa và mặt phẳng đối xứng của
thân tàu hớng xuống dới.

Hình 4.1.6
- Nội lực trên tiết diện ngang thân tàu xác định theo:

x (4.1.32)

N(x) = q(x)dx ;

0

x x x  xx

M(x) = N(x)dx  q(x)dx dx q(x)dxdx . (4.1.33)
0 0 
0 00

Trong ®ã:

N(x) - lực cắt trên tiết diện ngang thân tàu tại toạ độ x, kN;

M(x) - mômen uốn trên tiết diện ngang thân tàu tại toạ ®é x, kN.m;

q (x) = p(x) – q(x): hiÖu số giữa trọng lợng phân bố trên tàu và lực

nâng thủ tÜnh cđa níc, kN/m.

§Ĩ thn tiƯn, ngêi ta thêng tích phân gần đúng và thực hiện ở dạng bảng.

Tiêu chuÈn chÊp nhËn sai sè khi tÝnh lùc c¾t N(x) và mômen uốn M(x):

N (L) 0,025 ; (4.1.34)

N max

M (L) 0,05 . (4.1.35)

M . max

Trong ®ã:

N(L) - giá trị lực cắt trên nớc tĩnh t¹i sên cuèi cïng, kN;
M(L) - giá trị mômen uèn t¹i sên cuèi cïng, kN.m;
N.max, - giá trị lín nhÊt cđa lùc c¾t, kN;
M.max - giá trị lín nhÊt cđa m«men n, kN.m.

96

Khi đà thoả mÃn ®iỊu kiƯn trªn, cã thĨ thùc hiƯn hiƯu chØnh lùc cắt và
mômen uốn nh sau:

Ns (i)  i Ns (20) (4.1.36)
20

Ms (i)  i Ms (20) (4.1.37)
20

Trong ®ã:

i - sè sên lý thuyÕt n¬i tÝnh néi lùc;

NS(i) - lợng hiệu chỉnh lực cắt tại vị trí sờn thứ i, kN;

MS(i) - lợng hiệu mômen uốn tại vị trÝ sên thø i, kN.m;

NS(20) - lực cắt tại sên cuèi cïng, kN;

MS(20) - mômen uốn tại sờn cuối cùng, kN.m.

Mô hình xác định nội lực thân tàu trên nớc tĩnh đà coi thân tàu nh dầm lăng

trụ tĩnh định có nhiều hạn chế về mô hình do sử dụng các giả thiết nhằm lý tởng

bài toán, làm cho mô hình bài toán khác với điều kiện làm việc thực của thân

tàu, vì thế độ chính xác không cao. Nó chỉ có thể tính cho các tàu có độ cứng

(EJ) lớn, kết cấu ít thay đổi.

5.1.2.3 Xác định nội lực bổ sung khi đặt tĩnh tàu trên sóng điều hoà.

* Sóng tính toán.

- Các loại sóng sử dụng để nghiên cứu, xác định nội lực của tàu khi đặt tàu

tĩnh trên sóng là: Sóng điều hoà hình sin và sóng Trôkhoide.

- Theo mục 12.4-[2] đà chỉ ra rằng kết quả của việc chọn hai loại sóng có

chiều dài bằng chiều dài L không chênh lệch quá 3%

Qua nghiên cứu thực nghiệm và kết quả tính toán, các công trình nghiên

cứu trên thế giới đều cho thấy: sử dụng mô hình sóng trokhoide để tính toán độ

bền dọc chung thân tàu cho kết quả sát thực hơn. Vì thế, ở đây ta chỉ nêu ra và sử

dụng mô hình sóng trokhoide để tính toán.

- Phơng trình biểu diễn sãng Trokhoide theo [2]:

2 r2  4 
y r cos x  1  cos x  . (4.1.38)
  

Trong ®ã:
y - độ dâng mặt sóng, m;
x toạ độ theo trục ox, m;
r - biên độ sóng, m;
 - chiỊu dµi sãng, m.

97

H×nh 4.1.7 Profin cđa sóng Trokhoide
+ Quan hệ giữa chiều cao và chiều dài sóng tính toán:
Đối với sóng trạng thái:

h =  20 (4.1.39)

Theo Đăng kiểm Loyds: A ai

h = 0,607. 

(4.1.40) 2
Theo Đăng kiểm Liên xô (cũ): 1

i

NÕu  < 60m th× h =  20 + 1; 
bi

NÕu 60m   < 120m th× h =  30 + 2; B
(4.1.41) 3

NÕu   120m th× h = 20 . Hình 4.1.8: Đỉnhsóng.
Theo Đăng kiểm Na uy: 1. Profin sãng
2. §êng cong ,bi
h = 0,450.0.6. (4.1.42) 3. Sên lý tBhuyÕt.
Trong ®ã:
i
h – chiÒu cao sãng, m;
 - chiỊu dµi sãng, m. 
ai 

i

A

3

ë níc ta, quan hệ giữa chiều cao và
chiều dài sóng tính toán đợc lấy theo Đăng Hình 4.1.9: Đáy sóng

kiểm Liên Xô (cũ).

* Cân bằng dọc tàu trên sóng.

Cân bằng dọc tàu trên sóng nhằm xác định t thế và vị trí thực của tàu khi

tàu nằm tĩnh trên sóng "(xem hình 4.1.10)", qua đó ta tìm đợc diện tích sờn

ngâm nớc của tàu ở trạng thái tính toán. Trên biểu ®å Bonjean ta ®Ỉt trơc sãng

trïng víi ®êng níc cđa tàu trên nớc tĩnh tơng ứng với trạng thái tàu tính toán.

Sau đó vẽ Prôfin sóng theo toạ độ của sãng trokhoide.

A A w
w
C
C

Hình 4.1.10: Cân bằng tàu trên đỉnh
sóng

98

Gäi giao ®iĨm cđa đờng hình dáng sóng với sờn lý thuyết là A, ở phần đỉnh
sóng ta hạ thấp xuống, còn ở phần đáy sóng ta kéo lên một khoảng từ 1m đến
2m, gọi điểm đó là B. Giá trị diện tích sờn tơng ứng với điểm A là ai, tơng ứng
với B là bi "(xem hình 4.1.8 và hình 4.1.9)". Tại mỗi sờn tiến hành tính các giá
trị: ai, bi, ci, i.

Từ điều kiện cân b»ng tµu khi cã lùc bỉ sung ta cã:
- Tỉng c¸c lùc bỉ sung b»ng kh«ng:

L L
 .q(x)dx  S (x)  w (x)dx 0 ;
(4.1.43)

0 0

- Tỉng m«men n bỉ sung b»ng kh«ng:

L L
x.q(x)dx  x.S (x)  w (x)dx 0 .
(4.1.44)

0 0

Trong ®ã:

q(x) - lực nổi bổ sung trên sóng phân bố theo chiều dµi, kN/m;

q(x) = qS(x) - qw(x) = (x) (4.1.45)

(x) - ®é biÕn ®ỉi diƯn tích mặt cắt ngang phần ngâm nớc, m2;

(x) = S(x) - w(x) (4.1.46)

w(x) – diện tích mặt cắt ngang phần ngâm nớc trên sóng của tàu, m2;

S(x) diện tích mặt cắt ngang phần ngâm nớc trên nớc tĩnh, m2.

Hay:

L L Lb (x)  a (x)

c (x)dx a (x)dx     0  x. dx V ; (4.1.47)

0 0 0

L xL x Lb (x)  a (x) x xC

c (x) dx a (x) dx  LL L  0  x. dx V .(4.1.48)
 L
0 0 0

Trong đó:

V thể tích phần ngâm nớc của tàu, m3;

xC hoành độ tâm nổi của tàu, m;

c - diện tích sờn ngâm nớc tại vị trí cân bằng của tàu trên sóng, m2;

a - diện tích sờn tại vị trí sóng tơng ứng ở điểm A, m2;

b - diƯn tÝch sên t¹i vị trí sóng tơng ứng ở điểm B, m2;

- lợng dịch chuyển vị trí đờng nớc tính toán chọn ban đầu, m;

i- khoảng cách vị trí sóng A đến vị trí sóng khi tàu cân bằng (C), m;

- Ta xác lập đợc hệ phơng trình theo điều kiện "(4.1.47), (4.1.48) nh sau:

 'A  0  'C   L  'E V (4.1.49)
 

99

 'B  0  'E   L  'F V xC (4.1.50)
  L

Ký hiÖu:

L (4.1.51)

 'A a (x)dx

0

L x

 'B a (x) dx (4.1.52)
L
0

L (4.1.53)

 'C  b (x)  a (x)dx ;

0

 'E L b (x)  a (x) x dx (4.1.54)
L
0

L  x 2
 'F b (x)  a (x)  dx . (4.1.55)
L
0

Ta biết rằng: L = L/20, b = L.

Hơn nữa quá trình tính toán thực hiện theo dạng bảng, theo kết quả ghi

trong bảng tính công thức trên đợc chuyển thành biÓu thøc nh sau:

 A   0  C  b  E  20  VL (4.1.49')

 B   0  E  b  F  20 V L2 xC (4.1.50')

Trong ®ã:

L  L , m;

20

 0 - số gia mớn nớc ở đờng vuông góc l¸i, m;
b =  L - sè gia mín nớc ở đờng vuông góc mũi, m;
L - chiÒu dµi tµu, m;

Sau khi giải hệ hai phơng trình, ta tìm đợc giá trị của các thông số 0 và b,
xác định đợc diện tích ngâm nớc của tàu trên sóng.
* Xác định mômen uốn và lực cắt bổ sung của tàu trên sóng.

Khi đà xác định đợc diện tích ngâm nớc của tàu trên nớc tĩnh và trên sóng ở
trạng thái tính toán, ta xác định mômen uốn và lực cắt bổ sung của tàu trên sóng.
Do bài toán sử dụng mô hình dầm lăng trụ tĩnh định, vì vậy việc xác định nội lực
bổ sung trên sóng cũng đơn giản nh khi tàu trên nớc tĩnh, ta chỉ cần tích phân tải
trọng bổ sung theo chiều dài tàu. Quá trình tiến hành theo phơng pháp gần đúng.
Lực cắt bổ sung và mômen uốn bổ sung trên sóng xác định theo:

100

x (4.1.56)

NW (x)   q(x)dx ;

0

xx (4.1.57)

MW (x)   q(x) dxdx .

00

- Khi đó lực cắt và mômen uốn của tàu trên sóng có dạng:

x (4.1.58)

N(x) NS (x)    q(x)dx

0

xx (4.1.59)

M(x) MS (x)    q(x)dxdx .

00

Trong ®ã:

q(x) - lùc nỉi bỉ sung trªn sãng, kN/m;

NS(x), N(x) - lùc cắt của tàu trên nớc tĩnh và trên sóng, kN;

MS(x), M(x) - mômen uốn của tàu trên nớc tĩnh và trên sóng, kN.m.

Sau đó ta thực hiện hiệu chỉnh lực cắt và mômen uốn bổ sung, quá trình tiến

hành nh khi hiệu chỉnh nội lực tàu trên nớc tĩnh.

5.1.2.4 Kiểm tra độ bền dọc chung thân tàu.

Các phơng pháp kiểm tra độ bền dọc chung thân tàu:

kiÓm tra theo quy ph¹m,

kiÓm tra theo øng suÊt cho phÐp

kiÓm tra theo mômen uốn giới hạn

Để kiểm tra đợc độ bền dọc chung thân tàu, trớc hết ta phải xác định đợc

tiết diện tính toán của thân tàu (tiết diện dầm tơng đơng).

* Tiết diện tính toán của thân tàu khi kiểm tra độ bền dọc chung.

- Theo giả thuyết ở trên ta coi tàu là một dầm tơng đơng, mà trong khái

niệm thanh tơng đơng là tập hợp của những cơ cấu dọc tham gia uốn dọc chung

thân tàu. Vì vậy trên mặt cắt ngang thân tàu chỉ có các cơ cấu dọc mới tham gia

vào uốn dọc chung thân tàu.

- Điều kiện để cơ cấu dọc tham gia vào uốn dọc chung thân tàu:

Chúng phải đủ dài

Thoả mÃn các điều kiện về mặt liên kết

TÝnh nguyên vẹn của cơ cấu

Đảm bảo đồng nhất về vËt liÖu

- Khi tÝnh toán độ bền dọc chung thân tàu, diện tích mặt cắt ngang của các
kết cấu dọc tham gia vào uốn chung trong lần tính gần đúng đầu tiên đợc đa vào
tính toàn bộ. Đánh giá ảnh hởng sự tham gia có mức độ của các kết cấu vào uốn
chung sẽ đợc tiến hành ở các lần tính gần đúng sau. Các thông số hình học mặt

cắt của dầm tơng đơng thờng đợc tính theo phơng pháp thông thờng.

101

- Kết quả tính toán:

mômen quán tính của mặt c¾t ngang (Jx),

môđun chống uốn của mặt cắt ngang so víi mỈt boong (Wb),

môđun chống uốn so với ®¸y (Wd),

øng suất pháp đối với cơ cấu bất kỳ (i). (4.1.60)
* Kiểm tra độ bền dọc chung theo mômen uốn giới hạn.

- Mômen uồn giíi h¹n:
M gh  ch .W gh ,

Trong ®ã:
Wgh – m«men chèng uốn nhỏ nhất của dầm tơng đơng, m3;

 gh - giới hạn chảy của vật liệu, kN/cm2.

Giá trị Wgh và Mgh tính cho hai trờng hợp: tàu nằm trên đáy sóng và tàu nằm
trên đỉnh sóng.

- Sự phân bố ứng suất trong các cơ cấu là tuyến tÝnh, ta cã:

 i  Zi  ch ; (4.1.61)

Z max

Trong ®ã:

 i - øng suÊt xuÊt hiÖn trong chi tiÕt thø i, kN/cm2 ;
Zi khoảng cách từ chi tiết thứ i đến trục trung hoà tiết diÖn, m;
Zmax khoảng cách boong cao nhất đến trục trung hoà tiết diện, m.
So s¸nh øng st tíi hạn (ứng suất ơle) với ứng suất tính toán cho từng kết
cấu, ta sẽ tính đợc hệ số tham gia:

  E (4.1.62)
i

NÕu  E   i th× ta lÊy  = 1.

- §iỊu chØnh sù tham gia cho các cơ cấu, ta xác định đợc vị trí trục trung

hoà mới, mômen quán tính (J1), mômen chống uốn nhỏ nhất (Wgh) cho các lần

gần đúng tiếp theo.

Kiểm tra độ bền thân tàu bằng mômen uốn giới hạn, ta so sánh giá trị các

Mgh với các mômen uốn tính toán trên đỉnh sóng và trên đáy sóng:

Trờng hợp tàu võng bông:

M gh ; M gh ; (4.1.63)

Md Md Mv

Trờng hợp tàu ỡn bông:

M gh ; M gh ; (4.1.64)

M dh M dh  M v

102

Trong ®ã:
Md, Mdh mômen uốn tính toán trên đáy sóng và đỉnh sóng trong

trờng hợp đặt tĩnh tàu trªn sãng, kN.m;
Mv – m«men uốn động do va đập vào sóng, kN.m.

*Kiểm tra độ bỊn däc chung theo quy ph¹m.
Các bớc tiến hành kiểm tra:
- Xác định nội lực của tàu trên nớc tĩnh và nội lực bổ sung trên sóng.
- Xác định mômen chống uốn và mômen quán tính theo quy định của quy

phạm.
Nội dung này đợc trình bày trong phơng pháp xác định độ bền dọc chung

theo "Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép" TCVN 6259 - 2: 2003 "xem
mơc 5.1.1.1.3".
* KiĨm tra ®é bỊn däc chung theo øng suÊt cho phÐp.

Theo tiªu chn vỊ øng st cho phÐp khi tính toán độ bền dọc chung thân
tàu: giá trị ứng suất xuất hiện trên kết cấu không vợt quá giới hạn cho phép xem
bảng 1.2.

103

Bảng 4.1.2.4: Tiêu chuẩn ứng suất cho phép với tàu vận tải biển

TT Tải trọng tính toán và ứng suất øng suÊt cho phÐp so víi
øng suÊt do uèn däc chung 1: giới hạn chảy (*)

Đối với tàu có chiỊu dµi L  100m. 0,50/ 0.45

Đối với tàu có chiều dài L  200m. 0,60/ 0,55
Tỉng øng st do n chung vµ n giµn. 0,60/ 0,55

Tỉng øng st do n chung, n giµn vµ 0,90/ 0,80
n nĐp

Tỉng øng suÊt do uèn chung, uèn giµn, uèn 1,00/ 0,80
nĐp vµ n tÊm

øng st tiÕp do n däc tÝnh cho lực cắt 0,30/ 0,30

Tỷ lệ giữa Mgh so víi Mtt: 1,7/ 1,8

Giá trị trung gian lấy theo phơng pháp nội suy tuyến tính.

(*) Tử số dùng cho tàu chở hàng khô, mẫu số dùng cho tàu chở dầu.

104

5.2. Sử dụng phơng pháp dầm tĩnh định để tính nội lực

áp dụng phơng pháp vào việc tính nội lực cho tàu hàng tổng hợp 8700 tấn

theo bốn trạng thái đó là:

Trạng thái 1: 100% hµng 100% dự trữ

Trạng thái 2: 100% hàng 10% dự trữ

Trạng thái 3: 0% hàng 100% dự trữ

Trạng thái 4: 0% hàng 10% dự trữ

Ta đi thực hiện theo các bớc sau :

- Phân bố các thành phần trọng lợng theo khoảng suờn lý thuyết.

- Hàm hoá đờng cong diƯn tÝch sên

- TÝnh néi lùc trªn níc tÜnh.

- TÝnh nội lực bổ xung trên sóng, tổng hợp nội lực.

- Tính toán tiết diện ngang thân tàu.

- Kiểm tra bền dọc chung thân tàu.

105

5.2.1. Phân bố các thành phần trọng lợng theo khoảng suên lý thuyÕt .

D¹ vào nguyên tắc phân chia tải trọng đà trình bày ở trên (mục 4.1.2.1) áp

dụng để phân tải trọng cho tàu hàng bách hoá 8700T theo các khoảng sờn lý
thuyết nh sau:

- Ta chia chiều dài tài thành 20 khoảng sờn lý thuyết
Chiều dài mỗi khoảng sờn: L = Lpp/20 = 5180 (mm)

Trong đó: Sờn 0 trùng với đờng vuông góc l¸i
Sờn 20 trùng với đờng vuông góc mịi

- Ta ph©n träng lợng tàu thành các thành phần nhỏ để tính bao gåm:
+ Trọng lợng phần cố định gồm:
Trọng lợng tôn vỏ
Trọng lợng cơ cấu
Träng lỵng thiết bị động lực
Trọng lợng thiết bị boong
Träng lợng thuyên viên
+ Trọng lợng phần thay ®æi gåm:
Trọng lợng hàng hóa
Trọng lợng nhiên liệu
Trọng lợng lơng thực thực phẩm
Träng lỵng níc ngät, nớc dằn

Sau đây chúng ta xét những trờng hợp đặc trng cách phân chia tải trọng
theo các khoảng, cụ thể nh sau:

Kết quả tính toán đợc thực hiện theo các bảng sau đây cho bốn trạng thái
Trạng thái 1 100% hàng 100% dự trữ
Trạng thái 2 100% hàng 10% dự trữ

Trạng thái 3 0% hàng 100% dự trữ
Trạng thái 4 0% hàng 100% dự tr÷

106

5.2.2 Hàm hoá đờng cong diện tích sờn.

Theo chơng 15 [4] Phép nội suy và mịn hoá đờng cong

Dùng hàm Polyfit để tạo một đờng cong đi qua một số điểm và đa ra ph-

ơng trình của đờng cong ®ã, cơ thĨ:
NhËp danh sách của hoành độ: x = [1 2 3 4 5 …]]
NhËp danh sách của tung độ: y = [10 20 30 40 50 ]]

Nhập vào bậc của phơng trình đờng cong: n = 3

Dùng hàm Polyfit để tạo phơng trình đờng cong: p = polyfit(x,y,n)

Khi đó chơng trình sẽ đa ra các hệ số a, b, c, d của phơng trình bËc n nh

sau: y = a.x3 + b.x2 + c.x + d

áp dụng:

Từ kết quả của Bảng tổng hợp diện tích sờn:

Bảng tổng hợp diện tích sờn ChiÒu cao
mÐp boong

Sên §N
1000 3000 5000 7000 9000 MB 11000

0 0.0 0.0 0.0 1.6 15.6 59.4 37.5 12576
12487
1 0.8 3.7 6.3 17.6 41.3 96.5 70.7 12403
12326
2 3.6 15.5 30.4 53.2 84.3 148.9 118.8 12252
9850
3 6.8 28.6 55.3 85.5 119.6 186.1 156.0 9850
9850
4 10.6 41.0 75.9 112.5 149.7 217.3 186.9 9850
9850
5 14.0 49.5 86.6 123.8 161.0 175.0 0.0 9850
9850
6 16.1 53.1 90.3 127.5 164.7 178.7 0.0 9850
9850
7 16.8 54.0 91.2 128.4 165.6 179.5 0.0 9850
9850
8 16.8 54.0 91.2 128.4 165.6 179.5 0.0 9959
10182
9 16.8 54.0 91.2 128.4 165.6 179.5 0.0 12808
13079
10 16.8 54.0 91.2 128.4 165.6 179.5 0.0 13350

11 16.8 54.0 91.2 128.4 165.6 179.5 0.0

12 16.8 54.0 91.2 128.4 165.6 179.5 0.0

13 16.6 53.8 91.0 128.2 165.4 179.4 0.0

14 16.0 53.1 90.3 127.5 164.7 178.6 0.0

15 15.3 51.4 88.4 125.6 162.8 176.8 0.0

16 14.1 48.9 85.0 121.6 158.7 187.4 0.0

17 9.4 37.1 68.3 101.1 135.2 163.1 0.0

18 5.7 25.4 49.1 74.7 102.2 171.0 132.9

19 2.5 13.2 27.3 42.2 58.1 109.9 78.4

20 0.6 4.2 9.6 13.6 14.0 34.7 18.5

Khởi động chơng trình Matlab sau đó ta nhập dữ liệu nh sau:
Nhập hoành độ:

X0 = [1 3 5 7 9 11 12.576]
X1 = [1 3 5 7 9 11 12.487]
…].

107