Phân tích và lựa chọn thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép theo yêu cầu của Quy phạm Việt Nam, chương 7 pot

Chương 7: Công thức tính kích thước
các kết cấu cơ bản
Mô hình tính các kết cấu (đà ngang đáy, đà dọc, sườn, xà
ngang boong…) thường có dạng dầm đơn đặt trên các gối đỡ. Đối
với đà dọc, nhờ tính đối xứng về tải trọng và kết cấu nên các đà
dọc khi chịu tải trọng theo phương pháp tuyến bị võng dạng cosin
nên có thể dùng mô hình ngàm một nhịp để tính. Đối với sườn
thuộc khung dàn mạn có thể dùng mô hình một nhịp dầm ngàm
m
ột đầu để tính. Cần lưu ý là mô hình của các tải trọng tác dụng
lên hai mô hình tính nói trên là khác nhau: Mô hình dầm bị ngàm
áp d
ụng cho các đà dọc đáy chịu tải trọng phân bố đều P = h trên
di
ện tích Sxl, còn mô hình tải trọng tác dụng lên sườn tàu trong
khung dàn m
ạn phân bố theo hình tam giác.
Hình 2.5: Mô hình tải trọng nước tác dụng lên
m
ặt cắt ngang kết cấu thân tàu trên sóng.
Tuy nhiên, trong cả hai mô hình trên, công thức tính giá trị
mômen uốn tại hai đầu dầm và các điểm đặc trưng giữa dầm vẫn
có thể được viết dưới dạng tổng quát như sau:
M = kShl
2
(2.25)
Đưa công thức tính mômen dạng trên vào công thức tính
môđun chống uốn W theo cách thông dụng
 

M

W  , có thể viết
công thức tính môđun chống uốn tối thiểu của các kết cấu nêu trên
như sau:
   
2
1
2
M
W
ShlK
KShl


(2.26)
Trong đó: Với  = const có thể xem như
 

K
K 
1
 Mô hình tính kết cấu dọc
Xét trường hợp mô hình tính đà dọc đáy có dạng dầm bị giới
hạn trong phạm vi làm việc. Ví dụ như dầm bị ngàm tại hai vách
ngăn ngang hay ngàm giữa hai đà ngang đáy được mô tả ở (h
ình
2.4):
Hình 2.6: Mô hình tính các kết cấu dọc (1: Đà ngang đáy, 2: Sống
dọc đáy)
Khi đó, giá trị mômen uốn cục bộ M
cb

được tính theo công
thức:

12
Ql
M
cb
 (2.27)
V
ới tải trọng Q tác dụng lên một nhịp đà có chiều dài l được
tính theo công thức: Q = qlb
(2.28)
Trong đó:
q: Áp lực phân bố đều trên nhịp đà đang tính.
b: Chiều rộng tấm.
Tải trọng Q tác dụng lên nhịp đà l đang xét sẽ được tính cụ
thể cho từng trường hợp làm việc:
Q
đỉnh
= lb
h
d
s









2
Đối với trường hợp tàu nằm trên đỉnh
sóng.
Q
đáy
= lb
h
d
s








2
Đối với trường hợp tàu nằm ở đáy
sóng.
Trong đó:


: Trọng lượng riêng của nước (tấn/m
3
)
d: Chiều chìm tàu.
h
s

: Chiều cao sóng tính toán.
: Hệ số hiệu chỉnh tính cho trường hợp đặt tàu trên đỉnh
sóng.
l: Chi
ều dài nhịp.
b: Chiều rộng tấm.
Thay công thức tính tải trọng Q vào công thức
 

M
W  ta
được công thức tính giá trị mômen sẽ là hàm số của f(l
2
) và khi đó
biểu thức tính mômen chống uốn cho kết cấu đáy sẽ có dạng:

 


2
M
W lkSf

(2.29)
 Mô hình tính kết cấu ngang
Chiều cao của các đà ngang đáy tàu được lấy tối thiểu bằng
1/18 chiều rộng tàu trong đó giá trị môđun chống uốn của các đà
ngang đáy đơn tính bởi công thức:

2

kadBW  (2.30)
Trong đó:
d: Mớn nước tàu (m).
B: Chiều rộng tàu (m).
a: Kho
ảng cách giữa các đà ngang đáy dưới.
k = 7.8 – 0.2B (2.31)
Mômen ch
ống uốn của các đà ngang đáy của đáy đôi được
tính theo công thức:

 

k
2
8.3adl
W
 (2.32)
Trong đó:
l: Chiều dài nhịp.
k: Hệ số tính theo công thức nhưng không được lớn hơn
0.43
k = 0.15 + 0.1
l (2.33)
 Mô hình tính xà ngang boong
Mônen uốn M tác dụng lên xà ngang boong được tính theo
công thức tổng quát:
12
12
2

Shl
k
Ql
kM  (2.34)
Trong đó:
Q: Tải trọng tác dụng xác định theo công thức:
Q = Shl (2.35)

l: Chiều dài nhịp dầm đang tính. (khoảng cách giữa hai
gối).
S: Khoảng cách giữa các sườn.
h: Chiều cao cột áp nước tác dụng lên boong.
Kết quả tính toán thực tế cho thấy, công thức tính mômen
uốn nói trên tỏ ra khá phù hợp với tàu có một boong, trong đó giá
trị lớn nhất là tại khu vực nối xà ngang boong với sườn mạn tàu.
Còn
đối với tàu có nhiều tầng boong, giá trị hệ số k tương đối ổn
định v
à gần bằng với 1.1 nếu thay giá trị k vào công thức (2.30) ta
có:

1
.
1
2
Shl
M  (2.36)
B
ằng cách tương tự có thể xác định được công thức tính giá
trị mômen uốn M tác dụng lên các xà ngang boong cụt như sau:

0
.
6
5
.
5
2


Shl
M (2.37)
C
ũng từ công thức này, cơ quan Đăng kiểm đã đề xuất nhiều
công thức tính toán lý thuyết khác nhau cho phép xác định giá trị
mômen quán tính thực tế của các xà ngang boong.
 Mô hình tính khung dàn mạn
Mômen uốn M tác dụng trong mỗi đoạn khung sườn được
tính theo công thức tổng quát:

k
Ql
M
 (2.38)
Q: T
ải trọng tác dụng được xác định theo công thức sau:
Q = S.h.l (2.39)
Trong các công th
ức trên:
S: Kho

ảng cách giữa các sườn.
h: Chiều cao cột áp tác dụng lên sườn mạn.
l: Khoảng cách đo từ boong dưới đến đường trung hoà của
đà ngang đáy.
K: Hệ số phụ thuộc vào tỷ lệ T/H và số boong tàu xác định
như sau:
Tàu 1 boong: k = 24.7 khi T/H = 0.65; k = 18
khi T/H = 1
Tàu 2 boong: k = 19.2
 19.7
Tàu nhiều boong: k = 21
Do kho
ảng cách đo từ boong dưới đến đường trung hoà của
đà ngang đáy được xác định theo đường tính n
ên công thức tính
mômen uốn M được hiệu chỉnh về dạng:

1
1
k
Ql
M
 (2.40)
Trong đó:
l
1
: Khoảng cách đo từ boong dưới đến mép tôn đáy trong.
k
1
: Hệ số được xác định phụ thuộc vào số boong như sau:

Tàu 1 boong: k
1
= 18.7 khi T/H = 0.65; k
1
=
14.8 khi T/H = 1
Tàu 2 boong: k
1
= 14.7
Tàu 3 boong tr
ở lên: k
1
= 15.3
Thay t
ải trọng Q vào công thức tính mômen ta được:

1
2
k
Shl
M  (2.41)
T
ừ đó mômen chống uốn W của sườn ngang được tính theo
công thức:

   
2
1
2
M

W khSl
k
Shl


(2.42)