ứng dụng chương trình rdm trong phân tích kết cấu thân tàu

- 1 -
MỤC LỤC
TRANG
MỞ ĐẦU 4
CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 6
1.1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ PHÂN TÍCH KCTT 6
1.1.1. Mô hình tổng thể 7
1.1.2. Mô hình ước định 7
1.1.2.1. Phân tích độ bền chung 7
1.1.2.2. Phân tích độ bền cục bộ 8
1.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHẦN MỀM PHÂN TÍCH KẾT CẤU 9
1.3. MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 11
1.3.1. Mục tiêu của đề tài 11
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu 11
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12
2.1. TÍNH ĐỘ BỀN CHUNG KCTT 12
2.2. TÍNH ĐỘ BỀN CỤC BỘ KCTT 12
2.2.1. Giới thiệu chung 12
2.2.2. Mô hình hóa tải trọng tác dụng 13
2.2.3. Mô hình hóa kết cấu thân tàu 17
2.2.4. Quy cách lấy mép kèm 17
2.2.5. Xác định điều kiện liên kết trong mô hình tính 19
2.2.6. Phân tích độ bền kết cấu khung dàn 20
2.2.7. Phân tích độ bền kết cấu khung sườn ngang 24
2.3. CƠ SỞ CỦA PPPTHH TRONG PHÂN TÍCH KẾT CẤU 26
2.3.1. Hàm xấp xỉ chuyển vị 26
2.3.2. Ma trận nội suy 27
2.3.3. Ma trận độ cứng phần tử và véc tơ tải phần tử 28
2.3.4. Ma trận độ cứng kết cấu và véc tơ tải kết cấu 30
2.3.5. Trình tự giải bài toán tính độ bền theo PPPTHH 31
- 2 -

3.3.6. Các phần tử được sử dụng trong phân tích KCTT 31
3.3.6.1. Phần tử khung phẳng 31
3.3.6.2. Phần tử khung dàn 32
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH RDM TRONG PHÂN TÍCH
KẾT CẤU THÂN TÀU 34
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÀU TÍNH TOÁN 34
3.1.1. Các đặc điểm cơ bản của tàu tính toán 34
3.1.2. Kết cấu đáy 34
3.1.3. Kết cấu mạn 35
3.1.4. Kết cấu boong 36
3.1.5. Một số kết cấu khác 36
3.2. TÍNH ĐỘ BỀN CHUNG 36
3.3. TÍNH KHUNG DÀN ĐÁY 41
3.3.1. Xây dựng mô hình tính kết cấu 41
3.3.2. Xác định tải trọng tác dụng 46
3.3.3. Kết quả tính bằng RDM 48
3.4. TÍNH KHUNG DÀN BOONG 52
3.4.1. Xây dựng mô hình tính kết cấu 52
3.4.2. Xác định tải trọng tác dụng 54
3.4.3. Kết quả tính bằng RDM 55
3.5. TÍNH KHUNG DÀN MẠN 57
3.5.1. Xây dựng mô hình tính kết cấu 57
3.5.2. Xác định tải trọng tác dụng 59
3.5.3. Kết quả tính bằng RDM 61
3.6. TÍNH KHUNG SƯỜN NGANG 64
3.6.1. Xây dựng mô hình tính kết cấu 64
3.6.2. Xác định tải trọng tác dụng 65
3.6.3. Kết quả tính bằng RDM 66
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 71
- 3 -

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72
PHỤ LỤC 73
PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ TÍNH TRONG RDM 73
PHỤ LỤC 2: MỘT SỐ BẢN VẼ TÀU HÀNG 2000 TẤN 85


- 4 -
MỞ ĐẦU
Kết cấu thân tàu là một tổ hợp gồm nhiều loại kết cấu khác nhau như thanh dầm
và các kết cấu dạng tấm vỏ như tôn đáy, tôn boong, sàn boong, vách ngăn dọc,…Đa
số những kết cấu này đều tham gia vào việc đảm bảo sức bền dọc chung cho toàn
bộ thân tàu, đồng thời lại còn chịu tác dụng của các tải trọng riêng như áp lực nước,
trọng lượng hàng hóa… nên ngoài biến dạng do uốn chung, các kết cấu còn chịu
biến dạng riêng do uốn cục bộ gây ra. Để đảm bảo cho con tàu hoạt động an toàn,
tin cậy trong điều kiện khai thác đòi hỏi các chi tiết kết cấu thân tàu phải đáp ứng
được những yêu cầu cụ thể như: Đủ bền, đủ cứng, đủ ổn định. Để đảm bảo được
yêu cầu này thì đòi hỏi chúng phải có độ bền và tính an toàn cao. Vì vậy việc phân
tích kết cấu thân tàu là một vấn đề được quan tâm hàng đầu của những nhà thiết kế
tàu.
Từ trước tới nay vấn đề phân tích kết cấu thân tàu thường được dựa cơ bản trên
các phương pháp giải tích với mô hình tính được đơn giản đi rất nhiều so với kết
cấu thật, do đó độ chính xác của kết quả thu được thường không cao và thường phải
khắc phục bằng cách lựa chọn hệ số an toàn lớn.
Với sự phát triển mạnh mẽ của máy tính điện tử nhiều phương pháp số đã ra đời,
trong đó có phương pháp phần tử hữu hạn cho phép giải quyết được với độ chính
xác cao nhiều bài toán mà từ trước đến nay chưa giải quyết được theo các phương
pháp truyền thống.
Với mục đích giúp các nhà thiết kế tàu có được một cách tiếp cận mới với việc
phân tích độ bền kết cấu thân tàu với độ chính xác cao, dễ dàng thực hiện trên máy
vi tính nên tôi lựa chọn đề tài: “Ứng dụng chương trình RDM trong phân tích kết

cấu thân tàu”. Đề tài được thực hiện theo 4 chương với các nội dung chính sau:
Chương 1: Đặt vấn đề.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Chương 3: Ứng dụng chương trình RDM trong phân tích kết cấu thân tàu.
Chương 4: Kết luận và đề xuất ý kiến.
- 5 -
Sau một thời gian nghiên cứu và tiến hành thực hiện nay đề tài đã cơ bản hoàn
thành, tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn: T.S Quách Hoài Nam, quý
thầy trong Bộ môn Đóng Tàu, trường Đại học Nha Trang, cũng như các bạn sinh
viên đã giúp đỡ tôi hoàn thành tốt đề tài này.
Do thời gian thực hiện và trình độ có hạn, đề tài không tránh khỏi những thiếu
xót, tôi rất mong được sự chỉ bảo của quí thầy cô và các bạn sinh viên để đề tài
được hoàn thiện hơn.
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Văn Tuyên
- 6 -
CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU THÂN TÀU.
Tàu thủy là một công trình kỹ thuật nổi có hình dạng và kết cấu phức tạp,
hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, chịu tác dụng của nhiều yếu tố như: sóng,
gió, va đập, tải trọng trên tàu,…vì vậy việc giải quyết bài toán cơ học kết cấu nhằm
đảm bảo yêu cầu về mặt độ bền thân tàu có vai trò quan trọng trong quá trình sử
dụng con tàu. Trong thực tế để đảm bảo cho con tàu hoạt động an toàn, tin cậy trong
điều kiện khai thác đòi hỏi các chi tiết kết cấu thân tàu phải đáp ứng được những
yêu cầu cụ thể như:
- Kết cấu phải đủ bền để không bị nứt, vỡ hay phá hủy.
- Kết cấu phải đủ cứng để đảm bảo không bị biến dạng.
- Kết cấu phải ổn định để luôn luôn giữ được hình dạng ban đầu.
Về mặt lý thuyết, để giải quyết các vấn đề đặt ra trên đây cần tiến hành phân
tích độ bền nhằm mục đích xác định giá trị ứng suất và biến dạng xuất hiện trong

kết cấu thân tàu, cơ sở để thực hiện kiểm tra và đánh giá độ an toàn của các kết cấu
thân tàu trong điều kiện thực tế. Do đó việc phân tích độ bền kết cấu thân tàu là một
trong những vấn đề có vai trò và ý nghĩa quan trọng trong quá trình thiết kế chế tạo
tàu thủy nhằm giải quyết hai bài toán cơ bản:
- Bài toán thuận để kiểm tra và đánh giá độ bền các kết cấu thân tàu cụ thể
nhằm đảm bảo kết cấu có đủ độ bền để tàu có thể hoạt động an toàn và
tin cậy dưới tác dụng của các ngoại lực.
- Bài toán ngược để tính toán, lựa chọn hình dáng và kích thước kết cấu
thân tàu một cách hợp lý nhất trên cơ sở đảm bảo đầy đủ độ bền kết cấu
thân tàu với chi phí vật liệu là thấp nhất.
Trong thực tế, do kết cấu thân tàu rất phức tạp và bao gồm nhiều loại hình
kết cấu khác nhau nên việc tìm mô hình hóa để thể hiện đầy đủ và chính xác đặc
điểm làm việc của kết cấu thực là khó, đồng thời do kết cấu thân tàu lại chịu tác
dụng của ngoại lực phức tạp ở cả ba chiều trong không gian nên phân tích độ bền
kết cấu thân tàu là bài toán phức tạp và thường ít có lời giải chính xác.
- 7 -
Trước kia, người ta thường giải quyết bài toán phân tích độ bền kết cấu thân
tàu theo các phương pháp truyền thống. Các phương pháp này có nhược điểm là mô
hình tính không phản ánh được chính xác kết cấu thực tế, tốn nhiều công sức và
thời gian. Do đó hiện nay thường giải quyết bài toán này theo phương pháp phần tử
hữu hạn. Mô hình tính theo phương pháp này phản ánh được kết cấu thực tế nên cho
kết quả chính xác hơn. Công việc và khối lượng tính toán đơn giản hơn nhiều nhờ
sự trợ giúp của máy tính điện tử, nên nó thay thế dần phương pháp tính truyền
thống và ngày nay được sử dụng rộng rãi.
Hiện nay, bài toán phân tích độ bền kết cấu thân tàu thường dựa trên một
trong hai mô hình sau.
1.1.1. Mô hình tổng thể.
Theo mô hình tổng thể kết cấu thân tàu xem như hệ kết cấu không gian gồm
nhiều loại hình kết cấu như: Dầm, tấm, khối liên kết với nhau và đặt trên nền đàn
hồi. Trong mô hình này các kết cấu khung dàn đáy, khung dàn mạn, khung dàn

boong,… đều tham gia làm việc đồng thời trong mô hình tính. Các điều kiện biên
được xây dựng trên cơ sở xem vật thể đàn hồi dưới tác dụng của hai nhóm lực:
Trọng lượng các tải trọng trên tàu và phản lực của nền đàn hồi chính là áp lực của
nước. Mô hình tổng, thể thể hiện tương đối chính xác tình trạng làm việc của con
tàu nhưng mô hình tính toán tương đối phức tạp.
1.1.2. Mô hình ước định.
Theo mô hình ước định, ta xem toàn bộ kết cấu thân tàu như một thanh
thành mỏng đặt trên nền đàn hồi và chịu tác dụng của các ngoại lực tương ứng với
các ngoại lực tương ứng tác dụng lên thân tàu. Khi đó bài toán phân tích độ bền
phân thành hai nội dung chính: phân tích độ bền chung và phân tích độ bền cục bộ.
1.1.2.1. Phân tích độ bền chung
Là bài toán xác định ứng xuất và biến dạng chung xuất hiện trong các mặt
cắt ngang dưới tác dụng của ngoại lực đặt theo phương thẳng đứng, khi đó toàn bộ
kết cấu thân tàu xem như một thanh tương đương đặt trên nền đàn hồi và chịu tác
dụng của hai lực thẳng đứng là trọng lực và lực nổi, quá trình tính cho ta ứng suất
- 8 -
chung.Ví dụ về sự uốn chung thân tàu và mô hình thanh tương đương được mô tả
trên hình 1.1.
Hình 1.1: Mô hình uốn thân tàu trên nước tĩnh.
1.1.2.2. Phân tích độ bền cục bộ.
Phân tích độ bền cục bộ là bài toán xác định giá trị ứng suất và biến dạng
xuất hiện trong những kết cấu thân tàu dưới tác dụng của các ngoại lực đặt riêng lên
từng kết cấu. Ví dụ, kết cấu khung dàn đáy ngoài việc chịu uốn chung dưới tác dụng
của trọng lực và lực nổi còn chịu uốn cục bộ do tác dụng của áp lực nước bên ngoài
và áp lực hàng hóa trong các khoang. Giải bài toán độ bền cục bộ thường dẫn đến
việc giải bài toán cơ học kết cấu thân tàu cụ thể như khung dàn, tôn vỏ, khung sườn
ngang … và kết quả sẽ cho giá trị ứng suất cục bộ. Cuối cùng, giá trị ứng suất tại
một điểm bất kỳ trên kết cấu thân tàu được xác định trên cơ sở tổng hợp kết quả bài
toán tính độ bền chung và bài toán tính độ bền cục bộ.
Việc phân tích độ bền kết cấu thân tàu theo mô hình ước định hay mô hình

tổng thể có các ưu nhược điểm riêng đồng thời đòi hỏi những điều kiện để thực hiện
khác nhau. Thực tế cho thấy, mô hình tổng thể cho kết quả tính gần sát thực tế hơn
so với mô hình ước định vì nó bảo toàn được những tính chất vật lý và cơ học của
kết cấu thực ở mức độ khá cao nhưng đòi hỏi nhiều công sức trong việc lập mô
hình, chuẩn bị số liệu và phân tích kết quả tính. Hơn nữa mô hình này chỉ có tính
khả thi khi có chương trình phân tích độ bền kết cấu và máy tính với cấu hình cao,
400
1200
1400
1700
1600
1100
200
200
900
1700
2000
1500
1000
400
200 T
200 T
100 T 300 T
100 T
200 T
100 T
300 T
300 T
200 T
- 9 -

một điều kiện mà không phải lúc nào cũng có thể đáp ứng được. Còn các mô hình
ước định, tuy đơn giản hơn và không đòi hỏi điều kiện tính phức tạp như đối với mô
hình tổng thể nhưng với cách đặt vấn đề như thế, mô hình vẫn còn tồn tại nhiều
nhược điểm, nhất là khi thực hiện phân tích độ bền kết cấu các loại tàu đặc biệt, các
tàu chuyên dụng hay tàu có kích thước và đặc điểm nằm ngoài phạm vi của các quy
phạm hiện hành dẫn đến kết quả thường ít chính xác hơn. Đồng thời, việc chia quá
trình tính ra hai giai đoạn như trên tuy cũng có cơ sở khoa học nhất định nhưng chỉ
là quy ước mang tính chất định tính nhiều hơn là tình trạng làm việc thực tế của kết
cấu và việc nâng cao chất lượng mô phỏng quá trình tính cũng còn gặp nhiều hạn
chế, xuất phát từ thuật toán xác định ranh giới các thông số vật lý và cơ học giữa độ
bền chung và độ bền cục bộ. Tuy nhiên trong từng bài toán cụ thể, việc nâng cao
chất lượng mô hình tính cũng có thể thực hiện và cho hiệu quả ở mức độ nhất định
nên tính theo mô hình ước định thường đơn giản hơn rất nhiều.
Trong điều kiện khoa học kỹ thuật của nước ta hiện nay, với khả năng chỉ có
thể trang bị các máy tính cỡ vừa và nhỏ thì việc thực theo mô hình tính ước định tỏ
ra phù hợp hơn vì quá trình phân tích và xử lý kết quả theo mô hình này không
nhiều như theo mô hình tổng thể.
1.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHẦN MỀM PHÂN TÍCH KẾT CẤU.
Trong lĩnh vực cơ học kết cấu thân tàu cũng xuất hiện nhiều phần mềm phân
tích kết cấu và đa số các phần mềm này đều dựa trên thuật toán phương pháp phần
tử hữu hạn. Sau đây là một số phần mềm dựa trên thuật toán phương pháp phần tử
hữu hạn đã và đang có mặt tại Việt Nam:
+ SAP (Structural Analysis Program) có khả năng phân tích tĩnh và động các
kết cấu không gian phức tạp, SAP có thư viện các phần tử hữu hạn phong phú, ứng
xử với nhiều loại nguyên nhân tác động nên có thể dùng phân tích khá rộng các bài
toán kết cấu trong thực tế. SAP có cách tổ chức tối ưu việc nhập số liệu tính toán và
biểu hiện kết quả tính toán cuối cùng rất trực quan và rõ ràng tạo nhiều thuận lợi
cho người sử dụng.
+ STRAND của Úc cũng là bộ chương trình phân tích kết cấu tương tự như
- 10 -

SAP. Phiên bản cuối có mặt ở nước ta là STRAND6, cũng có khả năng phân tích
như SAP, đã được sử dụng trong thiết kế và kiểm tra các thiết kế phức tạp.
STRAND6 là sự phát triển cao nhất của hệ thống STRAND, nó đã trở thành phần
mềm thương mại trong lĩnh vực nghiên cứu và thiết kế xây dựng.
+ STAAD.PRO của Mĩ, là bộ chương trình phân tích và thiết kế kết cấu. Về
khả năng phân tích kết cấu STAAD.PRO đã dùng phương pháp phần tử hữu hạn
giải quyết các bài toán tĩnh và động, phẳng và không gian với mức độ phức tạp đáp
ứng được các yêu cầu trong thiết kế các công trình thực tế hiện nay. Về khả năng
thiết kế kết cấu STAAD.PRO là một chương trình khá hoàn thiện nhằm thực hiện
việc thiết kế kết cấu với sự trợ giúp của máy tính điện tử. Chương trình có hỗ trợ
phần đồ hoạ tốt nên nó có thể cho ra hình ảnh mô hình đẹp, dễ nhìn cho người sử
dụng.
+ ANSYS là chương trình phần mềm có thể giải quyểt được các bài toán về
ứng suất dao động ngẫu nhiên, bài toán truyền nhiệt, bức xạ nhiệt, dòng chảy thuỷ
lực…ANSYS có khả năng liên kết với các phần mềm khác như Pro/Eng,
FLOTRAN… để phân tích và kiểm tra các thiết kế. ANSYS đã được khai thác và
sử dụng có hiệu quả trong nghiên cứu khoa học, giảng dạy và trong sản xuất.
+ LUSAS là bộ chương trình phân tích kết cấu tĩnh học và động học, kết cấu
phẳng và không gian trong xây dựng và chế tạo cơ khí vận tải, đây cũng là một bộ
chương trình có quy mô lớn có khả năng giải quyết rộng rãi các bài toán kết cấu, kể
cả kết cấu ôtô, máy bay…
+ 3D Beam là chương trình dùng phân tích tĩnh các kết cấu tàu, đặc biệt hiệu
quả với các kết cấu các sườn tàu điển hình hoặc kết cấu khung dàn tàu. 3D Beam
được phát triển bởi Det Norske Veritas (cơ quan Đăng kiểm Na Uy – DNV). Phần
mềm có giao diện đẹp, dễ sử dụng, có thể cho phép người sử dụng làm việc trong
mô hình 2D với các hệ tọa độ khác nhau hoặc mô hình 3D và có thể hiện được kết
cấu trên mô hình Solid rất dễ nhìn.
+ RDM (Resistances des Materiaux) của Pháp, đây là phần mềm phần tử
hữu hạn dùng để tính các bài toán kết cấu dầm, khung dàn, các bài toán đàn hồi lực
- 11 -

phẳng, truyền nhiệt uốn tấm…Ở đề tài này chủ yếu tập chung nghiên cứu về ứng
dụng của chương trình RDM trong phân tích kết cấu thân tàu.
RDM (Resistance des Materiaux) là phần mềm phần tử hữu hạn do giáo sư
Yves DEBARD (Viện Đại học Le Mans). RDM6 là phiên bản mới có thể chạy trên
Windows 95, 98, 2000, Me và XP. Cũng như các phiên bản trước, RDM6 gồm 3
môđun chính:
- Flexion: Cho phép tính kết cấu dầm thẳng.
- Ossatures: Cho phép tính kết cấu khung dàn.
- Elements finis: Cho phép tính bài toán đàn hồi phẳng và đối xứng trục;
truyền nhiệt phẳng và đối xứng trục; và tấm uốn.
So với nhiều chương trình cùng cỡ, RDM6 có nhiều ưu điểm nổi bật như
tính sư phạm, giao diện đẹp và dễ sử dụng.
1.3. MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI.
1.3.1. Mục tiêu của đề tài.
- Xác định khả năng của chương trình RDM trong việc giải các bài toán quen
thuộc trong phân tích kết cấu tàu.
- Trên cơ sở đó, đưa ra những khuyến cáo về sử dụng chương trình RDM
trong tính toán thiết kế kết cấu thực tế.
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu.
Do giới hạn về thời gian, đề tài tập trung giải quyết các bài toán chủ yếu sau:
- Kiểm tra độ bền chung.
- Phân tích kết cấu khung dàn đáy.
- Phân tích kết cấu khung dàn boong.
- Phân tích kết cấu khung dàn mạn.
- Phân tích kết cấu khung sườn ngang.
Một kết cấu tàu cụ thể là tàu chở hàng khô 2000 tấn được lấy cho tất cả các bài
tính.
- 12 -
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
2.1. TÍNH ĐỘ BỀN CHUNG KẾT CẤU THÂN TÀU.

Phân tích độ bền chung là bài toán xác định giá trị ứng suất và biến dạng
xuất hiện trong các mặt cắt ngang kết cấu thân tàu, dưới tác dụng của hệ ngoại lực
đặt theo phương thẳng đứng và không tính đến các ngoại lực tác dụng ngang như
lực đẩy của chân vịt, lực cản của môi trường…vì ứng suất uốn do các lực nằm
ngang gây ra trong kết cấu thường không lớn lắm và có thể bỏ qua. Thực tế do các
ngoại lực tác dụng thẳng đứng phân bố không đều dọc theo chiều dài tàu nên kết
cấu thân tàu nói chung thường sẽ bị uốn, bị xoắn hoặc có thể vừa bị uốn và xoắn
đồng thời. Tuy nhiên, do quá trình uốn dọc tàu có ảnh hưởng lớn tới đến độ bền của
các kết cấu nên trong bài toán phân tích độ bền chung dẫn đến việc xác định ứng
suất uốn chung xuất hiện trong kết cấu. Khi đó, kết cấu thân tàu dưới dạng vỏ mỏng
kín nước với kết cấu gia cường bên trong được xem như thanh thành mỏng với mặt
cắt ngang kín hay hở có đặc điểm khác nhau, chịu tác dụng của các lực thẳng đứng,
tương ứng với các ngoại lực tác dụng lên kết cấu thân tàu như áp lực thuỷ tĩnh của
nước, trọng lượng tàu, trọng lượng hàng hóa và các thiết bị trên tàu. Bài toán uốn
chung thân tàu có thể đưa về bài toán uốn chung của thanh tương đương đặt trên
nền đàn hồi chịu tác dụng của ngoại lực thẳng đứng, gồm trọng lực và lực nổi. Kết
quả tính phân tích độ bền chung sẽ cho giá trị ứng suất khi tàu bị uốn chung.
Để tính sức bền chung ta xét đến hai trường hợp: Tàu nằm cân bằng trên
nước tĩnh và nằm cân bằng trên sóng (trên đỉnh sóng và trên đáy sóng).
2.2. TÍNH ĐỘ BỀN CỤC BỘ KẾT CẤU THÂN TÀU.
2.2.1. Giới thiệu chung.
Kết cấu thân tàu là tổ hợp gồm nhiều loại kết cấu khác nhau như thanh, dầm
và các kết cấu dạng tấm vỏ như tôn đáy, tôn mạn, tôn boong, vách ngăn dọc… Đa
số những kết cấu này đều tham gia vào việc đảm bảo sức bền dọc chung cho toàn
bộ thân tàu, đồng thời lại còn chịu tác dụng của các tải trọng riêng như áp lực nước,
trọng lượng hàng hóa…nên ngoài biến dạng do uốn chung, các kết cấu còn chịu
biến dạng riêng do uốn cục bộ gây ra. Khác với độ bền chung do quá trình uốn tàu
- 13 -
gây ra, độ bền cục bộ nói ở đây thường được hiểu là độ bền của các khung dàn riêng
biệt trong kết cấu thân tàu dưới tác dụng trực tiếp của tải trọng. Do đó ngoài việc

tính độ bền chung, bài toán tính độ bền cục bộ chiếm tỉ trọng và vai trò khá lớn với
mục đích tính giá trị ứng suất và biến dạng xuất hiện trong kết cấu thân tàu khi uốn
cục bộ nhằm đảm bảo biến dạng khi uốn cục bộ không gây ra ứng suất có giá trị lớn
hơn ứng suất cho phép, xác định phụ thuộc đặc điểm kết cấu và đặc điểm ngoại lực
tác dụng riêng lên các kết cấu thân tàu. Về mặt phương pháp, bài toán tính độ bền
cục bộ sẽ dẫn đến phân tích các bộ phận kết cấu chính như: khung dàn đáy, khung
dàn mạn, khung dàn boong, khung sườn ngang, cách vách ngăn…Tùy theo phương
pháp, mô hình tính của các kết cấu nói trên khi tính độ bền cục bộ sẽ khác nhau,
trong đó theo phương pháp truyền thống, mô hình tính khá đơn giản, và thường chỉ
ở dạng phẳng. Còn mô hình tính theo phương pháp hiện đại, nhất là PPPTHH phản
ánh đặc điểm kết cấu và làm việc gần với thực tế hơn nên kết quả có độ chính xác
và độ tin cậy cao hơn, nhất là khi ứng dụng máy tính vào tính toán.
Về nguyên tắc, khi phân tích độ bền cục bộ kết cấu thân tàu thường có xu
hướng mô hình hóa các tải trọng tác dụng và các kết cấu phức tạp trong thực tế về
những mô hình tính đơn giản tương đương, sao cho vừa có thể phản ánh được chính
xác đặc điểm làm việc thực tế, lại vừa thuận tiện khi tính. Do đó vấn đề xây dựng
mô hình kết cấu và mô hình các tải trọng có vai trò, ý nghĩa rất quan trọng và có
ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của kết quả bài toán phân tích độ bền kết cấu thân
tàu. Có thể tóm tắt trình tự bài toán phân tích độ bền cục bộ kết cấu thân tàu như
sau:
- Mô hình hóa tải trọng tác dụng cục bộ lên kết cấu.
- Mô hình hóa kết cấu.
- Lựa chọn phương pháp tính ứng suất và biến dạng của mô hình kết cấu.
- Kiểm tra và đánh giá độ bền cục bộ kết cấu đang xét.
2.2.2. Mô hình hóa tải trọng tác dụng.
Tải trọng tác dụng lên kết cấu thân tàu khá đa dạng và phức tạp, bao gồm áp
lực nước bên ngoài vỏ tàu, áp lực của trọng lượng hàng hóa đặt nên tàu, trọng lượng
- 14 -
tàu, tải trọng gió, … Việc mô hình hóa tải trọng tác dụng nên lên kết cấu thân tàu là
một công việc rất quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của kết quả

tính toán. Tuy nhiên trong khuôn khổ của đề tài chỉ xét tải trọng tác dụng cục bộ
nên kết cấu thân tàu gồm hai thành phần chính:
- Áp lực nước bên ngoài vỏ tàu.
- Áp lực của trọng lượng hàng hóa trên tàu.
2.2.2.1. Áp lực nước bên ngoài vỏ tàu.
Áp lực nước xung quanh bề mặt vỏ tàu p
n
tác dụng nên các bộ phận kết cấu
thân tàu thường được biểu diễn dưới dạng áp lực một cột nước có chiều cao h và có
giá trị tính theo công thức:
hp
n
*
γ
=
(2.1)
Trong đó:
γ
= trọng lượng riêng của nước ngoài mạn tàu, đơn vị tấn/m
3
.
Trên cơ sở đó, mô hình quy luật phân bố của áp lực nước lên kết cấu thân tàu
sẽ được mô tả cụ thể như sau:
- Áp lực nước tác dụng lên đáy phẳng phân bố theo dạng hình chữ nhật với
chiều cao h = const, không thay đổi suốt chiều rộng tàu.
- Áp lực nước tác dụng lên mạn tàu phân bố theo dạng hình tam giác hay
dạng hình thang với chiều cao và chiều rộng bằng chiều cao cột áp.
Khi phân tích độ bền cục bộ những kết cấu thân tàu dưới tác dụng của áp lực
thủy tĩnh do nhận thấy chiều cao cột áp h sẽ phụ thuộc chủ yếu vào chiều chìm và
trạng thái nổi của tàu nên cần chọn chiều cao cột áp phù hợp trường hợp tàu nằm

cân bằng trên nước tĩnh và trên sóng. Trong khuôn khổ của đề tài, ta chỉ tính toán
phần thân tàu trong đoạn thân ống, nên chỉ xét áp lực thủy tĩnh của nước tác dụng
lên tàu mạn thẳng đứng, đáy phẳng. Còn áp lực của nước tác dụng nên tàu mạn
không thẳng đứng, đáy không phẳng mà có dạng chữ V hay tương tự không được
nhắc đến ở đây.
 Tàu nằm cân bằng trên nước tĩnh:
Khi tàu nằm cân bằng trên nước tĩnh ở mớn nước T (hình 2.1), xác định
phần thân tàu dưới nước chiều cao cột áp h được tính theo mớn nước cân bằng tàu
- 15 -
trên nước tĩnh, không trùng với giá trị lúc tàu nghiêng ngang hay nghiêng dọc.
h = T (2.2)
Hình 2.1: Mô hình tải nước tĩnh tác dụng lên thân tàu.
 Tàu nằm cân bằng trên sóng:
Khi chạy trên sóng có chiều cao h
s
mức nước ở vùng đỉnh sóng đo ở mặt cắt
ngang giữa tàu lớn hơn mớn nước trên nước tĩnh T nên có thể tính chiều cao cột
nước h so với đáy tàu như sau:
h = T +
2
s
h
(2.3)
- Nếu h
≤
H: quy luật phân bố dạng tam giác với chiều cao h = T +
2
s
h

như trên hình 2.2a.
- Nếu h > H: quy luật phân bố dạng hình thang với chiều cao h = H như
trên hình 2.2b.
Áp lực thủy tĩnh của nước tác dụng lên tấm đáy có chiều rộng B (m) và chiều
dài a (m) tính theo công thức vừa nêu có dạng:
p
đáy
=
aB
h
T
s






+
2
γ
(2.4)
p
n
=
γ
T
h=T
p
n

=
γ
h
- 16 -
Hình 2.2: Mô hình tải sóng nước tác dụng lên thân tàu.
2.2.2.2. Áp lực của trọng lượng hàng hóa p
hh
Trong thực tế, hàng hóa trên tàu thường gồm các loại hàng rời đặt trên mặt
sàn, tựa vào mạn, hàng đóng kiện, hàng nặng tác động trên diện tích không lớn và
hàng lỏng chứa trong các khoang nên áp lực của hàng hóa tác dụng nên KCTT khá
đa dạng, không chỉ là áp lực các loại hàng, mà còn cả các tải trọng do sự xê dịch
hàng hóa, tải trọng hàng nặng tập trung tại một điểm v v… Tuy nhiên, khi tiêu
chuẩn hóa tải trọng do hàng hóa gây ra trong khoang hoặc khi đặt trên boong các
quy phạm về độ bền tàu hiện nay thường quy đổi từ áp lực hàng hóa sang áp lực cột
nước, với quy luật phân bố phụ thuộc chủ yếu đặc điểm hàng chở và điều kiện làm
việc của kết cấu. Áp lực trung bình hàng hóa p
hh
do hàng hóa gây ra trên mặt sàn có
thể tính theo công thức tổng quát sau:
bL
W
p
hh
×
=
(2.5)
Trong đó:
W = trọng lượng hàng (tấn)
L, b = lần lượt chiều dài và chiều rộng phần diện tích có đặt trọng
lượng hàng hóa W. Các kích thước L, b có thể là kích thước khung dàn khoang

hàng hay đáy một két trên tàu.
h=H
p
n
=
γ
H
p
n
=

(T+h
s
/2)
h=T+h
s
/2
(a) h
≤
H


(b) h > H


- 17 -
Áp lực hàng rời và hàng lỏng chứa trong khoang hàng được tính khác nhau.
Trong giới hạn của đề tài, ta chỉ xét áp lực của hàng rời.
Áp lực của hàng rời tác dụng nên vách khoang chứa được xem như phân bố
theo hình tam giác với chiều rộng đáy của tam giác áp lực có thể được tính theo

công thức:
p
hr
= k
hr
γ
H (2.6)
Trong đó:
hr
γ
= trọng lượng riêng hàng chở trên tàu, tính bằng t/m
3
hoặc kN/m
3
.
H = chiều cao hàng rời (m)
K = hệ số tính đến ảnh hưởng sự không đều của từng mặt hàng cụ
thể.
Như vậy, quy luật phân bố áp lực của hàng rời không khác quy luật phân bố áp
lực nước, nhưng áp lực hàng rời có giá trị phụ thuộc trọng lượng riêng và quy luật
phân bố hàng được chở.
Bảng 2.1. Bảng hệ số phân bố k và trọng lượng riêng một số loại hàng hóa.
Tên gọi các
loại hàng chở
Trọng lượng riêng γ
h
(t/m
3
)
Hệ số phân bố k

Than đá
0,80 0,27
Muối
0,96 0,22
Lúa, gạo
0,73 – 0,78 0,25 – 0,33
Xi măng
1,2 – 1,3 0,42
Cát
1,5 – 2,0 0,22 – 0,42
2.2.3. Mô hình hóa kết cấu thân tàu.
Mô hình hóa là phương pháp nghiên cứu hiệu quả để đưa những kết cấu phức
tạp về mô hình tương đương đơn giản hơn nhằm tạo thuận lợi trong tính toán và
nghiên cứu lý thuyết. Xây dựng mô hình tính là một công việc đầu tiên và rất quan
trọng ảnh hưởng đến độ chính xác, độ tin cậy của kết quả phân tích độ bền kết cấu
thân tàu. Tuy nhiên do đặc điểm của kết cấu thân tàu khá phức tạp nên việc xây
dựng được mô hình tính thể hiện được đầy đủ điều kiện làm việc của KCTT là một
- 18 -
vấn đề không đơn giản. Do đó cần cố gắng xây dựng mô hình tính sao cho vừa phản
ánh được điều kiện làm việc thực tế của KCTT vừa đơn giản trong tính toán.
Nguyên tắc mô hình hóa kết cấu:
- Mô hình hóa các kích thước hình học và giảm bớt chiều không gian kết
cấu, để đơn giản trong khi tính nên cố gắng giảm bớt chiều không gian để đưa bài
toán về bài toán hai chiều hoặc thậm chí một chiều.
- Tách kết cấu phức tạp ra thành những kết cấu đơn giản hơn trên cơ sở là kết
cấu có độ cứng lớn hơn phải đảm bảo là chỗ dựa cho kết cấu có độ cứng thấp hơn.
Đồng thời mô hình tính sau khi tách đáp ứng được các yêu cầu sau:
+ Phản ánh được một cách chính xác và đầy đủ đặc điểm và nguyên tắc làm
việc của các kết cấu trước khi tách.
+ Đảm bảo hệ kết cấu trước và sau khi tách phải cân bằng về lực, mômen và

chuyển vị.
- Cần vận dụng tối đa tính chất đối xứng của kết cấu và tải trọng.
2.2.4. Quy cách lấy mép kèm.
Trong bài toán phân tích độ bền kết cấu tàu nói chung và mô hình hóa kết
cấu nói riêng thường gặp trường hợp phải tính phần mép kèm khi tách kết cấu hệ
dầm ra khỏi tấm tôn vỏ. Mép kèm nói đây chính là dải tôn kèm chịu lực tham ra làm
việc với kết cấu đang tính, do đó việc xác định chiều rộng mép kèm có ý nghĩa quan
trọng trong bài toán tính độ bền kết cấu.
Bài toán xem xét vai trò tham gia biến dạng uốn dầm của tôn vỏ và từ đó
thay thế tôn vỏ bằng tấm mép tương đương để đưa vào các đà dọc, đà ngang, xà
dọc, xà ngang tạo thành dầm tương đương đã được X.P.Timosenko giải quyết. Nội
dung bài toán này là tính toán chiều rộng của tấm mép tương đương.
Để xác định tấm mép tương đương, sử dụng điều kiện cân bằng năng lượng
giữa hệ thực với hệ tương đương. Trong đó, hệ thực là một hệ bao gồm tấm thành
và tấm mép có quy luật biến thiên ứng suất pháp không đều σ
x
(hình 2.3a); hệ tương
đương có chiều rộng “C”, chiều dày “h” (bằng chiều dày tấm mép thực) và trên đó
ứng suất pháp σ
m
phân bố đều (hình 2.3b).
- 19 -

σ
x

σ
m

(a) (b)
Ghi chú:
e – khoảng cách từ tâm E đến mặt phẳng trung gian của tấm mép.
h – chiều dày của tấm mép.
A – diện tích tiết diện tấm thành.
C – chiều rộng mép kèm.
Hình 2.3: Khái niệm về mép kèm
.
Trên cơ sở lý luận, có thể xác định chiều rộng mép kèm C theo công thức:
C =
)23(
4
2
ννπ
−+
b
(2.7)
Trong đó: - ν là hệ số poison.
- b là chiều dài nhịp dầm.
Trường hợp hệ số poison ν = 0,3, ta có:
C = 0,181
×
2b (2.8)
2.2.5. Xác định điều kiện liên kết trong mô hình.
Trong việc xây dựng mô hình tính cần đặc biệt quan tâm tới việc mô tả điều
kiện biên vì chất lượng mô tả điều kiện biên có ảnh hưởng quan trọng đến chất
y y
h
E
C

h
A

e
- 20 -
lượng mô hình tính. Cơ sở lý thuyết để tách kết cấu phức tạp thành những kết cấu
đơn giản hơn là phải xác định được mối quan hệ giữa các kết cấu với nhau và thể
hiện mối quan hệ này trong mô hình dưới dạng điều kiện biên để tính ảnh hưởng
của kết cấu lân cận đến kết cấu đang xét. Trong thực tế, việc thiết lập các điều kiện
biên để thay cho liên kết khi tách rời hệ kết cấu thường được thực hiện theo hai
phương pháp như sau:
- Phương pháp lực: thay các kết cấu lân cận với kết cấu đang xét bằng các
ứng lực tương đương trên cơ sở điều kiện cân bằng về lực tác dụng.
- Phương pháp chuyển vị: thay các kết cấu lân cận với kết cấu đang xét
bằng các mối liên hệ động học, trên cơ sở điều kiện liên tục về chuyển vị.
Việc sử dụng phương pháp nào sẽ phụ thuộc chủ yếu vào phương pháp giải cơ
học kết cấu. Nếu phân tích kết cấu được thực hiện theo PPPTHH, ta thường mô tả
điều kiện biên bằng các gối đỡ liên kết. Điều này có nghĩa là để tách rời các kết cấu,
cần phải đặt vào vị trí liên kết các liên kết động học, nhằm mục đích đảm bảo đặc
điểm làm việc của kết cấu trước và sau khi tách là không thay đổi và điều kiện biên
nói trên được hiểu như đặc điểm làm việc của các gối liên kết đưa vào mô hình.
Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, để đơn giản hóa quá trình tính toán mà vẫn
đảm bảo độ chính xác cần thiết, ta có thể theo nguyên tắc kết cấu có độ cứng lớn
hơn phải làm chỗ tựa cho kết cấu có độ cứng nhỏ hơn.
2.2.6. Phân tích độ bền kết cấu khung dàn
Thân tàu là một tổ hợp kết cấu phức tạp, nó bao gồm hệ thống khung xương
bên trong liên kết hàn chắc chắn với lớp tôn vỏ bao bên ngoài. Khung xương bên
trong bao gồm nhiều hệ thống khung dàn khác nhau như: khung dàn đáy, khung dàn
mạn, khung dàn boong… Vì vậy kết cấu thân tàu được xem như là tập hợp các
khung dàn liên kết với nhau. Do đó phân tích kết cấu khung dàn có vai trò quan

trọng trong phân tích độ bền cục bộ thân tàu. Quá trình phân tích độ bền cục bộ các
khung dàn tàu thường được thực hiện theo trình tự sau:
- Xác định tải trọng tác dụng nên khung dàn.
- Xây dựng mô hình tính và xác định điều kiện liên kết.
- 21 -
- Xác định ứng xuất và biến dạng trong kết cấu.
- Kiểm tra và đánh giá độ bền theo tiêu chuẩn thích hợp.
Trong quá trình tính ta thường xem khung dàn tàu là khung dàn phẳng.
Khung dàn phẳng là kết cấu hình thành từ hai hệ dầm liên kết với nhau tại các điểm
nút và các kết cấu đáy, boong, mạn và vách ngăn của tàu sẽ được mô hình hóa về
dạng kết cấu khung dàn. Trong kết cấu tàu thì khung dàn tàu thủy thực chất là kết
cấu tấm hoặc kết hợp bằng tấm với các dầm gia cường được bố trí vuông góc với
nhau theo chiều dọc và chiều ngang của tàu chịu tác dụng của lực tập trung hay lực
phân bố theo hướng thẳng góc với mặt phẳng chứa hệ dầm.
Tùy theo đặc điểm của hệ thống kết cấu thân tàu mà kết cấu khung dàn tàu
thủy cũng được phân biệt thành hệ thống dọc hay hệ thống ngang tương tự như cách
phân biệt các hệ thống kết cấu thân tàu. Khi đó, hướng bố trí nhiều dầm hơn được
gọi là hướng chính và các dầm bố trí theo hướng này gọi là dầm hướng chính, còn
các dầm vuông góc với dầm hướng chính là dầm chéo. Các dầm gia cường của
khung dàn có thể là dầm đơn nhịp, tức là dầm bị cắt rời tại các nút liên kết hay dầm
liên tục là các dầm được kéo dài liên tục qua các điểm nút liên kết với các dầm
hướng khác.
Ngoài ra, ta cần phải lưu ý đến độ cứng của mỗi hệ dầm vì nó có vai trò quan
trọng trong việc mô hình hóa khung dàn. Nếu độ cứng của hệ dầm này thấp hơn
nhiều so với độ cứng của hệ dầm kia thì việc tính khung dàn theo hệ thống dầm trực
giao không có ý nghĩa gì nữa vì thực tế hệ dầm yếu dựa hoàn toàn vào hệ dầm cứng
hơn. Khi đó, mô hình kết cấu khung dàn chuyển về mô hình tính cho các dầm yếu
nằm riêng rẽ và tựa lên các gối cứng là các dầm có độ cứng lớn hơn, với cách tính
giống như đối với khung dàn tĩnh định. Để đưa được kết cấu khung dàn về hệ thống
dầm trực giao thì kết cấu khung dàn tàu phải thỏa mãn bất đẳng thức sau:

3
3
0.2 5
A L i
a l I
 
   
≤ ≤
 ÷
 ÷  ÷
   
 
(2.9)
+ Nếu
3
3
0.2
A L i
a l I
 
   
<
 ÷
 ÷  ÷
   
 
thì dầm chéo trở thành gối cho dầm hướng chính.
- 22 -
+ Nếu
5

3
3
>




















I
i
l
L
a
A
thì dầm hướng chính trở thành gối cho dầm chéo.

Đối với các khung dàn, áp lực phân bố q tác dụng lên trên bề mặt của diện
tích phân bố tấm được tính theo công thức:
q = p.a.b (2.10)
Trong đó:
p = áp lực tác dụng lên khung dàn;
a = khoảng cách giữa các dầm hướng chính;
b = khoảng cách giữa các dầm chéo.
- Áp lực nước tác động trực tiếp lên tấm vỏ, áp lực đó được truyền cho các
gia cường dọc và gia cường ngang. Sự phân bổ lực cho hai hệ thống dầm được tiến
hành theo quy tắc sau:
+ Với trường hợp các dầm ngang và dầm dọc liên kết với nhau tạo thành các
tấm vuông thì mỗi thành phần của gia cường sẽ phải tiếp nhận áp lực trên 1/4 diện
tích hình vuông.
+ Với trường hợp các dầm ngang và dầm dọc liên kết với nhau tạo thành các
tấm hình chữ nhật, trong đó cạnh b > a thì thanh gia cường chiều ngắn (cạnh a) tiếp
nhận áp lực trên diện tích
a x a
4
, thanh đối diện cũng chịu từng đó tải trọng. Phần tải
trọng còn lại chia đều cho hai gia cường nằm song song còn lại (cạnh b), diện tích
chịu tải của thanh gia cường theo chiều dài hơn là
2 2
a a
b
 
−
 ÷
 
.
a

b
a
a
4
5
°
4
5
°
- 23 -
Hình 2.4: Cách phân bổ tải trọng tác dụng lên khung dàn.
Từ kết quả trên nhận thấy, áp lực phân bố trên các đoạn dầm hướng chính và
các dầm chéo sẽ là các cạnh của hình chữ nhật có giá trị đúng bằng phần diện tích
gạch chéo và không gạch chéo trên hình 2.4.
Khung dàn đáy gồm hệ thống dầm trực giao bên trong liên kết với lớp tôn
đáy trong và tôn đáy ngoài để tạo thành một khung dàn vững chắc. Nó trở thành
vành đế cho khung dàn mạn và các vách ngăn ngang, ngăn dọc.
Khung dàn mạn thì hệ dầm trực giao hình thành từ mối liên kết giữa sườn
thường và sườn khỏe với hệ thống các dầm dọc mạn, chúng liên kết với lớp tôn vỏ
bên ngoài tạo thành một hệ thống kết cấu vững chắc.
Khung dàn boong thì hệ dầm trực giao hình thành từ mối liên kết giữa xà
ngang boong khỏe và xà ngang boong thường với các sống dọc boong, chúng liên
kết chặt chẽ với lớp tôn boong hình thành nên một hệ thống kết cấu vững chắc.
Vị trí giao nhau giữa các kết cấu ngang với các kết cấu dọc trong hệ dầm
trực giao hình thành nên các nút liên kết, do đó khi tính toán ta sẽ phải thiết lập điều
kiện biên cho các nút kết cấu này. Việc xác định các điều kiện biên cho các nút kết
cấu sẽ như sau:
- Tại nút liên kết là vị trí giao giữa các kết cấu dọc với vách ngang, ta áp đặt
điều kiện liên kết cứng.
- Tại vị trí là nơi giao nhau của các khung dàn thì dựa vào độ cứng tương đối

của các kết cấu với nhau, tính chất chịu tải tại mép ngoài khung dàn và xét đến ảnh
hưởng của mã liên kết tại vị trí giao nhau đó ta có thể xác định điều kiện liên kết
như sau:
+ Đối với khung dàn đáy thì ta đặt điều kiện liên kết ngàm tại vị trí giao giữa
khung dàn đáy với khung dàn mạn và vị trí giao giữa sống chính với đà ngang đáy.
+ Đối với khung dàn mạn thì vị trí giao giữa sườn và đà ngang đáy, vị trí
giao giữa sườn với xà ngang boong ta đặt điều kiện liên kết ngàm.
- 24 -
+ Đối với khung dàn boong thì vị trí giao giữa xà ngang boong với sườn, vị
trí giao giữa xà ngang boong với xà dọc boong ta cũng đặt điều kiện liên kết ngàm.
- Các nút liên kết còn lại của khung dàn ta coi như đó là các nút tự do.
2.2.7. Phân tích độ bền kết cấu khung sườn ngang
Trong mô hình đã bỏ qua độ cong tôn hông để góc giữa khung dàn đáy và
mạn là góc vuông, hay gần vuông và điểm đặt góc bẻ là giao điểm hai trục trung
hòa của sườn và đà ngang đáy. Mỗi phân đoạn của khung phẳng nói trên sẽ được
xét dưới dạng dầm phẳng, có chiều dài bằng khoảng cách tính từ vị trí trục trung
hòa của thanh này đến vị trí trục trung hòa thanh đối diện và có đặc điểm hình học
gồm nẹp gia cường và mép tôn kèm tính riêng cho từng dầm thành phần. Do chiều
rộng mép kèm đủ lớn nên khi tính hay lấy trục trung hoà nằm gần tôn mép kèm
hơn. Điều này có nghĩa là trục trung hòa ở nhánh thẳng của khung, tức mạn tàu,
nằm gần tôn mạn hơn nên có thể lấy chiều dài đà ngang đáy đúng bằng với chiều
rộng tàu B tại khu vực đang xét. Tương tự, trục trung hòa của các đà ngang đáy
cũng nằm ở vị trí gần với tấm tôn đáy nhiều hơn nên chiều dài của nhịp nhánh sườn
được tính từ mép tôn boong đến trục trung hòa đà ngang đáy. Để đơn giản trong
việc xác định vị trí trục trung hoà và chiều dài các thanh của khung sườn tàu, nên
lấy chiều dài thanh đáy bằng chiều rộng tàu B và chiều dài thanh đứng bằng chiều
cao tàu H. Các nút liên kết của khung xem như cố định, đồng thời do mã hông có độ
cứng đảm bảo nên góc giữa đà ngang và sườn mạn, hay giữa sườn mạn và boong
không đổi trong quá trình làm việc.
Đặc điểm liên kết tại các gối đỡ khung sườn được xác định tùy thuộc độ

cứng tương đối giữa các kết cấu khung dàn đáy, khung dàn mạn, khung dàn boong
và miệng hầm hàng v v…, trong đó mạn tàu với kết cấu đủ cứng có thể xem như là
gối đỡ tựa cho những đà ngang đáy tàu, còn thành miệng hầm hàng rất cứng, lại
thường được xem như là gối tựa cho kết cấu boong. Hình 2.5 mô tả một số kết cấu
khung phẳng dùng khi mô hình hóa các sườn tàu khác nhau với lưu ý tận dụng tính
đối xứng kết cấu và tải trọng để giảm bớt số lượng chi tiết tham gia.
- 25 -
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
Hình 2.5: Một số mô hình tính kết cấu khung sườn ngang.
Hình (a) dùng cho sườn tàu yếu, giữa sườn với đáy và sườn với boong không
có mã nối, hình (b) dùng cho trường hợp đà ngang đáy cứng và sườn ngàm tại đáy
tàu, hình (c) dùng cho các tàu chở hàng khô một boong với thành miệng hầm không
đủ cứng để đỡ nửa xà ngang boong, hình (d) dùng cho kết cấu thành miệng hầm đủ
cứng và làm nhiệm vụ đỡ nửa xà ngang boong. Đối với những tàu chở hàng khô,
tham gia vào thành phần kết cấu khung còn có các cột chống, với cột chống có thể
tựa trên các gối mềm hoặc gối xoay nhưng nhiều khi theo yêu cầu sử dụng có thể bố
trí các cột chống liên kết chặt với bề mặt kết cấu đáy và kết cấu boong ở cả hai đầu.
Trên hình (e) còn có thêm hai cột chống không biến dạng dọc làm điểm tựa cho kết
cấu boong. Các khung nói trên đều có nút liên kết tập trung chỉ tại đầu nối của hai
dầm, hay còn gọi tên là khung phẳng đơn giản, thường được dùng để mô hình hóa