Phân tích và lựa chọn thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép theo yêu cầu của Quy phạm Việt Nam, chương 8 pot

Chương 8: Mô hình tính khung giàn
vách
Các vách ngăn trên tàu thường được làm từ thép tấm dưới
dạng vách phẳng hoặc vách sóng, có kết cấu tương tự các khung
giàn khác, gồm tấm vách liên kết các nẹp gia cường đứng và
ngang. Vách ch
ịu áp lực nước ngoài mạn, tải trọng truyền qua các
khung giàn liên kết với vách, phản lực từ các gối đỡ khi tàu nằm
trên ụ, tàu lên đà hoặc do hiện tượng uốn ngang thân tàu gây ra, áp
l
ực thuỷ tĩnh của nước khi khoang bị ngập và áp lực các hàng lỏng
chứa trong các khoang hàng. Do đó, thực chất của việc thiết kế
vách ngăn trên cơ sở đảm bảo độ bền vách ở điều kiện vừa n
êu là
tính ch
ọn chiều dày tôn vách ngăn, tính chọn kích thước và bố trí
các nẹp cứng gia cường cho vách.
Theo quy định của Quy phạm, giá trị mômen
uốn tác dụng
lên nẹp gia cường vách có dạng:

k
Ql
M
 (2.43)
Trong đó:
Q: Tải trọng tác dụng lên vách.
k: H
ệ số xác định từ thực nghiệm, có giá trị bằng khoảng
21.
V

ới vách làm từ thép đóng tàu có ứng suất giới hạn  =1850

1950 (KG/cm
2
).
22
2.5ShlW kShl (2.44)
Trong đó:
h: Chiều cao đo từ giữa chiều dài nhịp (m).
S: Khoảng cách giữa các nẹp vách (m).
l: Chiều dài nẹp (m).
2.4.3. Một số điểm quan trọng cần lưu ý khi phân tích kết quả
tính toán
2.4.3.1. Kho
ảng sườn
Khoảng cách sườn ảnh hưởng trực tiếp đối với việc hiệu
chỉnh chiều dày tôn, sức bền cục bộ của tấm và tính ổn định của
tấm. Nếu ứng suất uốn cục bộ của tấm 
u
và ứng suất Ơle 
E
không đổi thì chiều dày tôn tỷ lệ thuận với khoảng cách sườn. Vì
v
ậy, thay đổi khoảng sườn sẽ dẫn đến việc hiệu chỉnh chiều dày
tôn.
Khi xác định khoảng cách sườn cần phải dựa trên cơ sở các
yêu cầu quan trọng trong quá trình thiết kế kết cấu tàu như: Đảm
bảo độ bền, độ ổn định và khả năng thi công dễ dàng.
Kho
ảng sườn được xem là ẩn số của bài toán thiết kế kết cấu

tối ưu trên cơ sở đảm bảo sao cho vật liệu chế tạo tàu thấp nhất,
công nghệ chế tạo dễ nhất và giá thành thấp nhất. Nếu khoảng
sườn ngắn th
ì kích thước sườn không lớn và vật tư cần thiết cho
một sườn không nhiều nhưng số lượng sườn cho toàn tàu sẽ rất lớn
và vì vậy công thực hiện sẽ tăng lên. Ngược lại nếu khoảng sườn
lớn thì số lượng sườn trên toàn tàu sẽ giảm xuống nhưng kích
thước của mỗi
khoảng sườn tăng lên, kéo theo trọng lượng tàu
tăng.
Để tiện cho việc sửa chữa, kéo d
ài thời gian sử dụng có thể
tăng khoảng cách sườn một cách thích đáng để tăng chiều d
ày tôn.
Tuy nhiên, tăng khoảng cách sườn còn phải tính đến độ bền của
kết cấu, tính kinh tế, nếu kết cấu quá dày sẽ trở nên cồng kềnh, dư
bền dẫn đến không kinh tế.
Nếu lựa chọn khoảng sườn là một số chẵn sẽ tiện cho việc vẽ
mẫu ở nhà máy, việc hạ liệu và lắp ráp…Cố gắng giảm bớt việc
thay đổi khoảng cách sườn nhiều lần tr
ên một con tàu nhằm tránh
nhầm lẫn và tiện cho việc thi công.
2.4.3.2. Về sức bền
Như chúng ta đã biết, mômen uốn dọc toàn tàu và lực cắt thay
đổi dọc theo chiều d
ài của thân tàu, thường ở giữa mômen uốn lớn
nhất và giảm dần về hai đầu mũi và lái. Lực cắt lớn nhất thường ở
cách mũi và lái 0,25L.
Căn cứ vào tình hình phân bố mômen uốn và ứng suất, tôn vỏ
ở giữa t

àu phải dày hơn tôn vỏ ở hai đầu mũi và lái. Thường Quy
phạm chia tôn vỏ thành 3 khu vực: Bộ phận giữa tàu (0,4L), bộ
phận mũi và lái (0,050,1L) và bộ phận chuyển tiếp. Tôn đáy và
tôn mép mạn của bộ phận giữa tàu do chịu ứng lực uốn toàn tàu
tương đối lớn, thường dày hơn tôn mạn.
Tôn đáy ngoài việc thoả m
ãn sức bền dọc chung toàn tàu còn
ph
ải thoã mãn các yêu cầu về sức bền cục bộ sau đây:
- Sức bền uốn của khung giàn. Với khung giàn đáy đôi, nếu bỏ qua
ảnh hưởng của tôn đứng th
ì điều kiện thoả mãn sức bền uốn cục bộ
của khung giàn tấm được xác định:
 
2
2
1

h
pL
kkt
b

(2.45)
Trong đó:
k: Hệ số mômen của khung giàn tấm.
k
1
: Hệ số liên quan đến tỷ số độ dày tôn đáy trong và đáy
ngoài.

Qua đó ta có thể thấy, nếu chỉ xét uốn của khung giàn đáy tàu
thì chiều dày tôn tỷ lệ thuận với tải trọng tính toán và tỷ lệ nghịch
với chiều cao h của đáy đôi và trong một chừng mực nhất định tỷ
lệ thuận với bình phương chiều dài khung giàn L
b
.
- S
ức bền uốn cục bộ của tấm. Điều kiện thoả mãn sức bền uốn cục
bộ của tôn đáy là:

 
2
1
2
1
4
TkSt

 (2.46)
Do đó, chỉ xét tới uốn của tấm, chiều dày của tôn đáy tỷ lệ
thuận với khoảng cách giữa các nẹp S và tỷ lệ thuận với căn bậc
hai mớn nước tàu T.
Tải trọng cục bộ, tôn vỏ phía lái chịu lực nén chu kỳ và lực
dao động quán tính khi chân vịt quay, đồng thời tôn vỏ ở khu vực
này phải qua hoả công, do đó phải tăng chiều dày một cách thích
đáng. Chiều d
ày sau khi hoả công không được nhỏ hơn chiều dày
tôn m
ạn giữa tàu. Như vậy mạn tàu và đáy tàu ở mũi chịu tải trọng
va đập khá lớn, do đó Quy phạm quy định: trong khu vực

(0,150,20L) từ vách khoang mũi về phía lái 23 hàng tôn đáy ở 2
bên ki tàu phải được gia cường đặc biệt.
2.4.3.3. Độ ổn định
Tôn vỏ, ngoài yêu cầu về sức bền ra còn phải đảm bảo yêu cầu
về tính ổn định. Với hệ thống kết cấu ngang, tôn mỏng có độ võng
ban đầu làm cho tính ổn định của tấm vỏ giảm đi rất nhiều. Do vậy
ứng suất Ơle phải có giá trị thoả m
ãn để đảm bảo tính ổn định cho
tấm như sau:
2
2
2
1000
13356.3






















s
t
E
S
s
P
E

(2.47)
Tôn m
ạn phải đảm bảo tính ổn định cần thiết, dưới tác động
của cắt và nén, thông thường tính ổn định cắt có thể được đảm bảo.
Khi mạn tàu thuộc hệ thống kết cấu ngang xét tới mômen uốn cong
lên hoặc võng xuống quá lớn, có thể gây nên mất ổn định của hàng
tôn
ở trên tôn hông tàu hoặc tôn mép mạn và hàng tôn dưới tôn
mép mạn. Như vậy ngoài cách thêm các nẹp dọc gián đoạn giữa
các sườn ở những vị trí trên ta còn có thể tăng chiều dày tấm tôn
một cách thích đáng để tăng ứng suất Ơle cho tôn mạn nhằm
phòng tránh mất ổn định.
2.4.3.4. Sự ăn mòn của tôn vỏ
Sự ăn mòn thường do ăn mòn điện hoá, ăn mòn hoá học, hà
ăn mòn và mài mòn cơ giới gây nên. So với các bộ phận khác thì
tôn v
ỏ bị ăn mòn nghiêm trọng hơn, do vậy phải tính đến yếu tố

này trong khi thiết kế.
Sự ăn mòn ảnh hưởng tới thời hạn sử dụng của các bộ phận
kết cấu. Thông thường sự ăn mòn có tính cục bộ, sự ăn mòn cả tấm
hoặc trên một diện tích lớn tương đối ít do đó không làm giảm quá
lớn môđun mặt cắt dầm tương đương của thân tàu nhưng sự ăn
mòn cục bộ có thể làm thay đổi sức bền cục bộ hoặc gây nên ứng
suất tập trung, tạo thành sự tổn thất cục bộ có thể dẫn đến sự cố
nghiêm trọng.
Tình trạng ăn mòn của các bộ phận thân tàu không như nhau,
thường tôn mạn ở gần đường nước v
à tôn vỏ ở gần chân vịt tình
tr
ạng ăn mòn tương đối nghiêm trọng.