Ứng dụng chương trình RDM trong phân tích kết cấu thân tàu, chương 9 doc

CHƯƠNG 9:
ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH RDM
TRONG PHÂN TÍCH KCTT
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÀU TÍNH TOÁN.
3.1.1. Các đặc điểm cơ bản của tàu tính toán.
- Các thông số cơ bản tàu:
+ Chi
ều dài lớn nhất: L
max
= 70 m
+ Chi
ều dài thiết kế: L
TK
= 65.25 m
+ Chi
ều rộng lớn nhất: B
max
= 10.80 m
+ Chi
ều rộng thiết kế: B
TK
= 10.80 m
+ Chi
ều cao mạn: H = 5.4 m
+ Chi
ều chìm: T = 4.4 m
+ Tr
ọng tải: P
hh
= 2000 tấn
+ Hệ số béo: C

b
= 0.83
+ Lượng chiếm nước:

= 2750 tấn
+ Vật liệu thép đóng tàu có:
ch

= 2400 KG/cm
2
+ Cấp tàu: Biển hạn chế II
Quy phạm áp dụng: “Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ
thép
TCVN 6259 – 2B: 2003”
- Tàu thi
ết kế theo hệ thống kết cấu ngang và khung dàn mạn bố
trí 2 xà dọc mạn và các sườn khỏe đặt xen kẽ, đáy đôi được thiết kế
từ vách sau khoang máy đến vách khoang hàng ở mũi tàu với chiều
cao đáy đôi h = 750 mm, khoảng cách sườn a = 550 mm. Mạn tàu
b
ố trí 2 dầm dọc mạn, đáy bố trí các sống phụ đáy, không có đà
d
ọc đáy.
- Tàu thiết kế có kết cấu 2 khoang hàng , giữa 2 khoang có
vách ngăn kín nước, tại các nẹp miệng hầm h
àng bố trí các cột
chống để đảm bảo bền cho khung dàn boong và tàu, đồng thời ở
các góc miệng hầm hàng có gia cường bằng các tấm tôn dày tăng
độ bền cho các li
ên kết góc miệng hầm.

3.1.2. Kết cấu đáy.
Tàu có kết cấu đáy đôi kéo dài từ vách buồng máy đến vách
mũi (tương ứng
từ sườn 8 đến sườn 107). Kết cấu đáy gồm có kết cấu khung dàn
đáy liên kết với tôn đáy trong và tôn đáy ngoài, đây là khu vực
chịu lực nặng nề nhất trong kết cấu thân tàu nói chung. Nó không
ch
ỉ chịu toàn bộ tải trọng hàng hoá trên tàu mà còn chịu toàn bộ
khối lượng toàn tàu và áp lực nước ngoài tàu tác động vào.
K
ết cấu khung dàn đáy trong đoạn thân ống gồm một sống
chính đặt tạ
i vị trí trung tâm dọc theo chiều dài tàu, về phía hai bên
m
ạn bố trí mỗi bên có hai sống phụ, chúng nằm cách nhau và cách
s
ống chính một khoảng là 1600 mm. Các đà ngang đáy khỏe và đà
ngang thường được bố trí xen kẽ nhau, cứ cách ba khoảng sườn
thực đều có bố trí các đà ngang đáy khoẻ. Trong đoạn thân ống các
đà ngang đáy co kích thước như sau:
- Đà ngang đáy khoẻ: 750 x10
-
Đà ngang thường gồm:
+ Đà ngang đáy trên:
L100 x 100 x 10
+ Đà ngang đáy dưới: L100 x 100 x 10
-
Tôn đáy trong:

= 10 mm

-
Tôn đáy ngoài:

= 10 mm
- T
ấm tôn K:

= 12 mm
- S
ống chính: 750 x 12
- S
ống phụ: 750 x 10
3.1.3. Kết cấu mạn.
Trong kết cấu tàu thì đoạn thân ống là nơi bố trí các khoang
hàng, do đó kết cấu khung dàn mạn tại khu vực này vừa chịu áp
lực của hàng hoá bên trong tàu đồng thời vừa chịu áp lực nước bên
ngoài tàu. K
ết cấu mạn bao gồm hệ thống các sườn mạn và tôn
m
ạn, sườn khoẻ được bố trí tại các vị trí ứng với các đà ngang đáy
khoẻ, sườn thường được bố trí tại các vị trí của các đà ngang
thường.
Khung dàn mạn bao gồm các sườn thường, sườn khoẻ và các
s
ống dọc mạn liên kết với nhau bằng mối liên kết hàn tạo thành hệ
thống khung sườn vững chắc. Ở đây mỗi bên mạn đều bố trí hai
sống dọc mạn, nó có vai trò là các điểm tựa cho kết cấu khung
sườn. Kích thước các kết cấu cơ bản của khung sườn mạn như sau:
- Các sườn thường: L125 x 125 x 10
- Các sườn khỏe: T120 x 10/400 x 8,

T200x14/600x12
- S
ống dọc mạn: T100 x 10/250 x 8
- Tôn m
ạn:

= 10 mm
3.1.4. Kết cấu boong.
Hệ thống kết cấu boong bao gồm: xà ngang boong khoẻ, xà
ngang boong thường, sống chính boong, sống phụ boong và tôn
boo
ng. Các xà ngang boong được bố trí cách nhau một khoảng
đúng bằng khoảng sườn, li
ên kết với sườn và đà ngang đáy tạo nên
h
ệ thống khung sườn vững chắc dọc theo chiều dài tàu.
Kích thước các kết cấu cơ bản:
- Sống chính boong: T100 x 10/400 x 8
- S
ống phụ boong: T100 x 10/400 x 8
- S
ống phụ tại vị trí miệng hầm hàng: L400 x 100 x 10
- Xà ngang boong kh
ỏe: T100 x 10/400 x 8
-
Xà ngang boong thường: L90 x 90 x 9
- Tôn boong:

= 10 mm
3.1.5. Một số kết cấu khác.

Trong đoạn thân ống có bố trí một vách ngăn ngang tại sườn
63, các nẹp ngang vách có kích thước T120 x 10/300 x 8, nẹp đứng
vách T120 x 10/300 x 8 và L90 x 90 x 9, tôn vách có chiều dày

=
8 mm. N
ẹp đứng của đà ngang đáy khỏe và đà dọc đáy là thép
L75x75x6.
3.2. TÍNH ĐỘ BỀN CHUNG.
Khi tính độ bền chung, ta chỉ đưa các kết cấu dọc có đủ độ dài
v
ề mặt cơ học vào mặt cắt ngang tương đương. Độ dài tối thiểu về
mỗi phía của mặt cắt không nhỏ hơn một lần chiều cao mạn tại
vùng đang xét. Xà dọc boong dưới thượng tầng có chiều d
ài lớn
hơn 7,5%L và không ngắn hơn ba lần chiều cao thượng tầng tính
từ mặt cắt mới đủ điều kiện tham gia. Thượng tầng dài dưới 15%L
hoặc chiều dài này ngắn hơn sáu lần chiều cao chính nó sẽ không
được tính v
ào thành phần mặt cắt ngang tính toán.
- Những chi tiết thay đổi đột ngột tại các mặt cắt như mạn, tấm
boong giữa và các nắp hầm hàng chỉ được đưa một phần vào tham
gia m
ặt cắt tương đương, và phần này nằm giữa mép dọc tạo góc
20
0
với mép kết cấu đang đề cập.
- Các lỗ khoét với chiều rộng không lớn hơn 20 lần chiều dài
tôn t
ại vị trí cùng vùng không cần để ý đến khi tính. Các lỗ khoét

lớn chỉ bỏ qua khi tính nếu có hệ thống gia cường đủ cứng vững
cho lỗ khoét. Với các miệng hầm hàng chỉ được phép đưa một số
vùng tham gia thành phần mặt cắt tương đương.
Ta kiểm tra độ bền chung trong hai trường hợp nguy hiểm nhất:
tàu nằm trên đỉnh sóng (sagging) và tàu nằm trên đáy sóng
(hogging).
Ta xác định mô men uốn M
w
theo công thức của quy phạm phân
cấp và đóng tàu biển vỏ thép TCVN 6259: 2003
5400
1000
2200
10
8
10
10
220
370
L400x100x100
T100x10/250x8
M
w
(+) = +0,19.C
1
.C
2
.L
2
1

.B.C
'
b
(KN.m) cho
sagging
M
w
(-) = - 0,11.C
1
.C
2
.L
2
1
.B.(C
'
b
+0,7) (KN.m) cho
hogging
Trong đó: C
1
= 0,0412 x 65,25+4,0 = 6,69
C
2
= 1,0
C
'
b
= 0,6
766,36116)( 

w
M KN.m
365,45304)( 
w
M KN.m
Hình 3.1: Các kích thước mặt cắt ngang kết cấu thân tàu.
Hình 3.2: Các
đặc trưng hình học mặt cắt ngang thân tàu được
tính bằng RDM.
Tính toán độ bền chung bằng chương trình RDM.
+Trường hợp tàu nằm trên đỉnh sóng:
Hình 3.3: Phân bố ứng suất pháp trên mặt cắt ngang thân tàu
(trên đỉnh sóng)
+ Trường hợp tàu nằm trên đáy sóng:
Hình 3.4: Phân bố ứng suất pháp trên mặt cắt ngang thân tàu
(trên đáy sóng).
Kiểm tra độ bền chung theo tiêu chuẩn ứng suất pháp lớn nhất:


chcbuu
K

.
(3.1)
Trong đó:
K
cb
= 0,8 (hệ số dự trữ bền)
ch


= 2400 (kG/cm
2
) = 240 MPa.


1922408,0 
u

MPa
T
ừ biểu đồ ứng suất pháp trên hình 3.3 và 3.4, ta xác định
được ứng suất uốn lớn nhất:
- Trường hợp tàu nằm trên đỉnh sóng: 
maxu

73,54 MPa
-
Trường hợp tàu nằm trên đáy sóng: 25,92
max

u

MPa
Trong c
ả hai trường hợp ta nhận thấy:


uu



max
, Tức thỏa
mãn tiêu chuẩn bền (3.1), nên thân tàu đảm bảo độ bền chung.