Thuyết minh kết cấu thân tàu tàu thiết kế là loại tàu chở hàng khô, hoạt động trong khu vực biển không hạn chế

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA ĐÓNG TÀU

BỘ MÔN: KẾT CẤU & CÔNG TRÌNH NỔI

THUYẾT MINH

KẾT CẤU THÂN TÀU

HỌC PHẦN: CHUÊN ĐỀ THIẾT KẾ KẾT CẤU TÀU THỦY

HẢI PHÒNG 2023

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

Tàu thiết kế là loại tàu chở hàng khô, hoạt động trong khu vực biển không hạn chế.

Tàu có các thông số kích thước chủ yếu sau: Chiều dài thiết kế: LTK = 94,5 m

Chiều rộng thiết kế: B = 17 m Chiều cao mạn: D = 8,8 m Chiều chìm thiết kế: d = 6,9 m

THUYẾT MINH KẾT CẤU

I Đặc điểm tàu thiết kế và vùng hoạt động:

Tàu thiết kế là loại tàu chở hàng khô, hoạt động trong khu vực biển không hạn chế.

Tàu có các thông số kích thước chủ yếu sau: Chiều dài thiết kế: LTK = 94,5 m Chiều rộng thiết kế: B = 17 m Chiều cao mạn: D = 8,8 m Chiều chìm thiết kế: d = 6,9 m Hệ số béo Cb = 0,75

II Tài liệu sử dụng để tính toán thiết kế:

Với các thông số của tàu và vùng hoạt động như trên, ta sử dụng Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép QCVN 21-2010/BGTVT để tính toán, thiết kế kết cấu là thỏa mãn.

III Vật liệu đóng tàu:

Thép tấm và thép hình sử dụng để thiết kế và đóng tàu là loại thép các bon cấp

Dàn vách kết cấu: nẹp đứng thường, nẹp đứng khỏe , sống nằm

V Phân khoang, khoảng sườn: 5.1 Khoảng sườn:

Khoảng cách cơ cấu ngang: a = 2L + 450= 639 (mm) Khoảng cách cơ cấu dọc: a1 = 2L + 550= 739 (mm)

Với LTK = 94,5 m

Khoảng sườn vùng khoang hàng: a = 700 mm Khoảng sườn khoang máy: a = 650 mm

Khoảng cách xà dọc boong, đáy vùng giữa tàu: a1 = 700 mm Khoảng sườn vùng mũi: a = 600mm

Khoảng sườn vùng đuôi: a = 600mm

5.2 Phân khoang:

Theo Bảng 2A/11.1 ta có:

Số lượng vách kín nước tối thiểu: tàu có LTK = 94,5 m (102 m ≥ LTK > 90m) thì số vách kín nước tối thiểu là 5 Chọn số lượng vách ngang kín nước: 5 vách, Chiều dài khoang mũi: max(8%L, 5%L + 3m) ≥ Lkm ≥ min (5%L, 10m)

7,725 mm ≥ Lkm ≥ 4,725mm

Chiều dài khoang mũi: 6,2 m Chiều dài khoang đuôi: 6 m Chiều dài khoang máy: 13 m Vùng giữa gồm 3 khoang hàng

Ta phân khoang như sau:

Khoang đuôi dài 6,0 m, khoảng sườn: 600 ; từ đuôi đến sườn 10 Khoang máy dài 13 m; khoảng sườn 650 ; từ sườn 10 đến sườn 30 Khoang hàng 1: dài 23,1 m; khoảng sườn 700; từ sườn 30 đến sườn 63 Khoang hàng 2: dài 23,1 m; khoảng sườn 700; từ sườn 63 đến sườn 96 Khoang hàng 3: dài 23,1 m; khoảng sườn 700; từ sườn 96 đến sườn 129 Khoang mũi: dài 6 m; khoảng sườn: 600 mm; từ sườn 129 đến mũi.

(hình vẽ sơ đồ phân khoang theo chiều dài)

Phân khoang theo chiều cao:

Chiều cao đáy đôi: d0 ≥ B/16 = 1,0625m

Trong đó: B = 17 m – chiều rộng thiết kế của tàu Chọn chiều cao đáy đôi: d0 = 1,1 m.

Tàu có 1 Tầng boong có chiều cao = 6,48 m

(hình vẽ sơ đồ phân khoang theo chiều cao)

VI Kết cấu vách khoang hàng

6.1 Sơ đồ kết cấu:

Vách dạng kết cấu: Phẳng (phẳng; sóng); kết cấu nẹp đứng Sống nằm Khoảng cách nẹp đứng: 700 mm.;

Sống nằm: 3500 mm

Tính chiều rộng dải tôn dưới cùng: b ≥ 610, chọn: chiều rộng b = 700 mm

6.2 Chiều dày tôn vách:

Chiều dày dải tôn dưới cùng:

t1 = 3,2S + 3,5 mm = 9,81 mm Trong đó:

S = 0,7 m (khoảng cách nẹp vách)

h1 = 7,946 m (tải trọng tác dụng lên tôn vách – đo từ mép dưới tấm đến boong vách tại vị trí mặt phẳng dọc tâm)

h = 7,55 m – tải trọng tác dụng lên nẹp, tính từ trung điểm nhịp nẹp đến boong vách đo tại tâm tàu (khi vách kết cấu nẹp đứng); tính từ trung điểm của S đến boong vách đo tại tâm tàu (khi vách kết cấu nẹp nằm).

Nếu trị số đó nhỏ hơn 6m, thì giá trị tính toán được xác định:

Z = 4,75Shl2 cm3 = 362,9 cm3 Mô men quán tính tiết diện không nhỏ hơn:

I = 10hl4 cm4 = 1629,3 cm4

Profin của sống được xác định như sau:

Chiều cao sống không nhỏ hơn 2,5 lần chiều cao lỗ khoét cho nẹp chui qua;

Chiều dày bản thành không nhỏ hơn (10S1 + 2,5) mm; Trong đó:

S = 3,318 m - chiều rộng diện tích được đỡ bởi sống khảo sát, m.h = 3,254 m – tải trọng tính toán của sống vách (m).

Sống đứng: được đo bằng khoảng cách thẳng đứng kể từ trung điểm nhịp sốngđến đỉnh boong vách tại tâm tàu

Sống nằm: được đo từ trung điểm của diện tích S đến đỉnh boong vách tại tâmtàu

Nếu khoảng cách đó nhỏ hơn 6 m, thì h lấy bằng h = 1,2 + 0,8 trị số đó.

l = 2,66 m - nhịp của sống, được đo giữa các gối tựa của sống, m (khoảng cách

- Sống vách: chọn là thép ghép từ thép tấm Bản mép theo quy định của QC: có chiều

dày không nhỏ hơn chiều dày bản thành, thường chọn lớn hơn chiều dày bản thành lớn

hơn 2mm (nếu điều kiện chủ tàu cho phép), ngược lại chọn bằng chiều dày bản thành.

- Bản cánh: cũng cần có chiều rộng tối thiểu theo QC, tuy nhiên không nên chọn quá

lớn do không

đảm bảo ổn định tấm.

- Kết quả: tính chọn sống vách phải đảm bảo cả 3 điều kiện trên.

- Kết luận: Quy cách sống đã chọn là thỏa mãn.

VII Kết cấu dàn đáy khoang hàng 7.1 Sơ đồ kết cấu:

Kết cấu đáy đôi, ở hệ thống dọc

Đáy khoang hàng có 01 sống chính đặt ở mặt phẳng dọc tâm (hoặc sống hộp –

nếu bố trí sống hộp); 2 sống phụ về mỗi phía sống chính Khoảng cách từ sống

phụ với sống chính và với nhau lần lượt là: 2,1; 2,1; 2,66 m (theo vị trí và số lượng sống phụ để bố trí và thuyết minh.

Khoảng cách đà ngang đặc cách nhau: 2,8 m

Khoảng cách cặp dầm dọc đáy nằm giữa sống phụ với nhau và với sống chính là: 2,1 m ; khoảng từ mạn đến sống mạn ngoài cùng, khoảng cách đó là: 2,66 m Khoảng cách các dầm dọc đáy: 0,7 m

Khoảng sườn: 0,7 m

7.2 Chiều dày tôn đáy:- Tôn đáy ngoài:

19 (17 20 )(1 )4 b

L’ = 94,5 m – chiều dài tàu thiết kế; nếu L > 230m thì lấy L’ = 230m; h1 = 0,58 m – cột áp tính toán – xác định tùy theo vị trí khảo sát sau:

0,58-tiết diện tính toán nằm trong vùng 0,3L C’b = 0,7 - hệ số béo thể tích, nếu C’b = 0,85nếu Cb lớn hơn 0,85.

= 0,705

X = 20 - khoảng cách từ đường vuông góc mũi đến tiết diện khảo sát (với tấmở trước sườn giữa), hoặc khoảng cách đến đuôi tàu (tấm ở phía sau sườn giữa) Nếu X< 0,1L lấy X = 0,1L; và nếu X > 0,3L lấy X = 0,3L.

a = 0,165 m - khoảng cách từ cạnh dưới của cung hông đến các dầm dọc gần nhất (nếu dầm dọc nằm ra phía ngoài cung cong hông thì a mang giá trị âm “-“;

b =0,168 m - khoảng cách từ cạnh trên của cung hông đến các dầm dọc gần nhất (nếu dầm dọc nằm dưới cung cong hông thì b mang giá trị âm “-“;

Tuy nhiên tổng (a + b)  0;

l = 2,8 m – min (khoảng cách giữa các đà ngang đặc hoặc các mã hông).

Chọn chiều dày tôn hông: tTH = 13 mm

- Tôn đáy trên:

S = 0.7 m - khoảng cách các dầm hướng chính (xà dọc đáy);

h = 7,87 m – áp lực tính toán: khoảng cách thẳng đứng từ mặt tôn đáy trên đến boong thấp nhất đo ở tâm tàu;

C’ = 4 - hệ số xác định phụ thuộc vào tỷ số l/S như sau: = 0,43l/S + 2,5 khi 1 ≤ l/S < 3,5

= 4,0 khi 3,5 ≤ l/S

l = 2.8m - khoảng cách các đà ngang đầy (nếu đáy kết cấu dọc), hoặckhoảng cách giữa các sống đáy (nếu đáy kết cấu ngang),

S = 0.7 m (nt)

Chọn chiều dày tôn đáy trên: t = 10 mm Sống nằm:

Chiều dày sống hông: tsn = t + 1,5 =11,5 mm; ( chọn t =12 mm) Chiều rộng sống phải đảm bảo khả năng che phủ kín hông tàu

Chiều rộng sống hông nằm nghiêng: bSN = 0,0035L + 0,39 = 0.7694 m; Chiều rộng sống hông nằm ngang: b = 50 + bmã hông + hsườn = m;

Chiều rộng sống hông khi không có mã hông: b = 0,1B = 1,372 m

Chiều dày sống chính đáy: chiều dày sống không nhỏ hơn trị số lớn nhất trong

B = 13,72 m – chiều rộng tàu thiết kế; d0 = 1 m – chiều cao sống chính đáy;

d1 = 0 m – chiều cao lỗ khoét trên sống chính ( giáo trình /49)

y = 0 m – khoảng cách từ tâm tàu đến sống (với sống chính thì y = 0);

x = 7 m – khoảng cách từ tâm tàu đến điểm khảo sát Trong mọi trường hợp: 0,2lH ≤ x ≤ 0,45lH

lH = 21,7 m – chiều dài khoang khảo sát;

= 0,023- khi đáy kết cấu ở hệ thống dọc;

B = 13,72 m – chiều rộng tàu thiết kế; d0 = 1,0 m – chiều cao sống phụ đáy; d1 = 0,6 m – chiều cao lỗ khoét trên sống y = 2,1 m – khoảng cách từ tâm tàu đến sống

x = 7 m – khoảng cách từ tâm tàu đến điểm khảo sát (

Trong mọi trường hợp: 0,2lH ≤ x ≤ 0,45lH lH = 21,7 m – chiều dài khoang khảo sát;

= 0.023- khi đáy kết cấu ở hệ thống dọc;

Tỉ số B/lH nằm trong giới hạn: 0,4 ≤ B/lH ≤ 1,4

t2=C1'd0+2.5 = 9,8 mm;

C’ = 7,3 - hệ số, phụ thuộc tỉ số: S1/d0 tra trong quy phạm;

S1 = 0,7 m – khoảng cách nẹp đứng hoặc mã gia cường cho thành sống d0 = 1 m – khoảng cách giữa các nẹp nằm gia cường cho sống hoặcchiều cao thành sống, lấy theo trị số nhỏ hơn).

B = 13,72 m – chiều rộng tàu thiết kế; d0 = 1,0 m – chiều cao sống phụ đáy; d1 = 0,6 m – chiều cao lỗ khoét trên sống y = 4,2 m – khoảng cách từ tâm tàu đến sống

x = 7 m – khoảng cách từ tâm tàu đến điểm khảo sát Trong mọi trường hợp: 0,2lH ≤ x ≤ 0,45lH

lH = 21.7 m – chiều dài khoang khảo sát;

= 0.023 - khi đáy kết cấu ở hệ thống dọc;

Tỉ số B/lH nằm trong giới hạn: 0,4 ≤ B/lH ≤ 1,4 t2=C1'd0+2.5 = 9,8 mm;

C’ = 7,3 - hệ số, phụ thuộc tỉ số: S1/d0 tra trong quy phạm;

S1 = 0,7 m – khoảng cách nẹp đứng hoặc mã gia cường cho thành sống d0 = 1 m – khoảng cách giữa các nẹp nằm gia cường cho sống hoặcchiều cao thành sống, lấy theo trị số nhỏ hơn

S = 2,8 m – khoảng cách giữa các đà ngang đặc;

B’ = 13,72 m - khoảng cách giữa các đường đỉnh mã hông tại giữa tàu;

B’’ = 13,72 m - khoảng cách giữa các đường đỉnh mã hông tại đà ngang khảo sát;

y = 4 m - khoảng cách theo phương ngang từ tâm tàu đến điểm đang xét Tuy nhiên y nằm trong giới hạn: (B''/ 4  y  B''/ 2)

d = 6,32 m – (nt);

d0 = 1,0 m - chiều cao tiết diện đà ngang đặc tại điểm đang xét; d1 = 0,35 m – chiều cao lỗ khoét tại tiết dện tính toán

C2 = 0,024 - hệ số phụ thuộc vào tỉ số: B/lH tra trong QP;

B = 13,72 m – chiều rộng tàu thiết kế;

lH = 21,7 m – chiều dài khoang hàng khảo sát;

C2’ = 9 - hệ số phụ thuộc vào tỷ số S1/d0, m (tra trong quy phạm); S1= 0,7 m - khoảng cách nẹp đứng gia cường cho đà ngang; H = 1 – hệ số xác định như sau:

S1−1 → khi đà ngang có khoét lỗ nhỏ không gia cường;

(2) → khi đà ngang có khoét lỗ không gia cường bồi hoàn;

(3) H = tích hai trường hợp trên → khi đà ngang có khoét lỗ nhỏ và khoét lỗ không gia cường bồi hoàn;

(4) H = 1 → ngoài các trường hợp trên.

S1 = 0,7 m - khoảng cách các mã hoặc nẹp đặt ở đà ngang, m;d1 = 0,35 m – chiều cao của lỗ nhỏ có kích thước lớn hơn không gia cường bồi hoàn trên đà ngang đặc;

H = 1 → nếu d1/S1 =0,5 ≤ 0,5;

 = 0,35 m → đường kính lớn của lỗ khoét.

Chiều dày đà ngang đặc chọn: t = 11 m.

Gia cường đà ngang đầy:

Nẹp gia cường đà ngang đầy: Chiều dày: tN = tĐN = 11 mm Chiều cao: hN = 0,08d0 = 0,08

l = 2,8 m – nhịp của dầm dọc đáy: bằng khoảng cách giữa các đà ngang đặc; S = 0,7 m - khoảng cách giữa các dầm dọc đáy;

S, l, fB– được xác định như dầm dọc đáy ngoài;

h = 6,62.m - khoảng cách thẳng đứng từ mặt tôn đáy trên đến boong thấp nhất tại tâm tàu;

C = 0.54- hệ số tính đến ảnh hưởng của thanh chống tại nhịp của dầm, xác định:

Trong đó:

S = 0,7 m - khoảng cách các dầm dọc đáy;

b = 2,66 - chiều rộng diện tích đáy được đỡ bởi thanh chống);

h=max(d+0.026 L'+h1

2 ;d)=6,48 m – tải trọng tính toán của thanh chống;

h1 = 0,9 lần khoảng cách thẳng đứng từ mặt tôn đáy trên tới boong thấp nhất tại

A = 22,7 cm2 – diện tích tiết diện ngang của thanh chống (của thép chọn trên).

Kết luận: thép làm thanh chống quy cách L100 x 100x12có diện tích tiết diện

VIII Kết cấu dàn mạn khoang hàng 8.1 Sơ đồ kết cấu:

Sơ đồ kết cấu dàn mạn (như hình 8.1)

Sườn khỏe đặt trong mỗi mặt phẳng của xà ngang boong khỏe và đà ngang đầy Khoảng cách sườn khỏe: 2,8 m

Khoảng sườn: 700 mm

Khoảng cách sườn công xon: 10,5 m.

8.2 Tính chiều dày tôn mạn:

L = 108,4 m – chiều dài tàu thiết kế;

S = 0,7 m – khoảng sườn (khi mạn kết cấu ở hệ thống ngang); khoảng cách dầm dọc mạn (khi mạn kết cấu ở hệ thống dọc);

D = 7,72 m – Chiều cao mạn tàu; L’ = L = 108,4 m

h1 = 0 - tiết diện tính toán nằm ngoài vùng 0,3L kể từ mũi.

C’b = 0,75 - hệ số béo thể tích, C’b = 0,85 nếu Cb lớn hơn 0,85.

= 1

X = 25 m - khoảng cách từ mũi đến tiết diện khảo sát (với tấm ở trước sườngiữa), hoặc khoảng cách đến đuôi tàu (tấm ở phía sau sườn giữa) (0,1L ≤ X ≤ 0,3L).

C1 =1 hệ số được lấy như sau:= 1,0 nếu L ≤ 230 m;

= 1,07 nếu L ≥ 400 m (giá trị trung gian, nội suy bậc nhất).

C2= 91

√576−α2x2=3,89 - hệ số khi mạn kết cấu hệ thống ngang;  = 12.13 lấy theo giá trị lớn hơn trong 2 giá trị (1), (2) sau:

(1) = =6,986

(2)= 6,0 nếu L ≤ 230 m;

= 10,5 nếu L ≥ 400 m (nội suy bậc nhất với giá tị trung gian).yB = 3,441 m - khoảng cách thẳng đứng từ mặt tôn giữa đáy đến trục trung hoàcủa tiết diện ngang thân tàu, m

y = 1,89 m - khoảng cách thẳng đứng từ mặt tôn giữa đáy đến cạnh dưới của

Chiều dày không nhỏ hơn: tMN = max [0,75tMB; tmạn] = 12 mm Chiều rộng không nhỏ hơn: bMN = 5L + 800 = 1342 mm

8.2 Tính cơ cấu8.2.1 Sườn thường

- Sườn trong thân chính nằm từ vách đuôi đến 0,15L kể từ đường vuông góc mũi(sơ đồ dàn mạn có sườn thường – sườn khỏe – không có sống mạn):

Theo Điều 5.3.2, môđun chống uốn kể cả mép kèm không nhỏ hơn:

α = 0.017 (phụ thuộc vào: B/lH = 0,63 (tra theo quy phạm)k = 13 - hệ số phụ thuộc vào số lượng tầng boong của tàu:

- Sườn thường nằm từ vách chống va đến 0,15L tính từ đường vuông góc mũi (sơđồ dàn mạn có sườn thường – sườn khỏe – không có sống mạn):

Theo Điều 5.3.2, môđun chống uốn kể cả mép kèm không nhỏ hơn:

- Sườn dưới xà ngang khoẻ (đỡ xà dọc boong - boong kết cấu hệ thống dọc - sơ đồdàn mạn có sườn thường – sườn khỏe):

h = 9,44 m - khoảng cách từ mút dưới của l đến điểm (d + 0,038L’) = 9,44 cao hơn tôn giữa đáy;

n = 4 - tỷ số khoảng cách xà ngang khoẻ chia cho khoảng sườn; h1 = 31,47 kN/m2 - tải trọng boong tính cho xà boong đỉnh sườn l1 = 2,66 m - tổng chiều dài của xà ngang khoẻ;

Kết luận: sườn khỏe quy cách T:(120x12)/(240x12), có mô đun chống uốn W = 529,5 cm3 là thỏa mãn.

8.2.4 Sườn khỏe đỡ xà ngang công xon

- Sườn khỏe công xon trong thân chính:

Môđun chống uốn kể cả mép kèm của sườn khỏe (có sườn khoẻ nội boong trong cùng mặt phẳng xà ngang công xon thì trị số sau được giảm còn 60%):

Trong đó:

S = 10,5 m - khoảng cách các sườn khoẻ;

b1 = 2,1 m - khoảng cách theo phương ngang từ mép ngoài mã xà tới mút trong

của nó (xem hình vẽ);

b2 = 4,2 m - nửa chiều rộng miệng khoang (xem hình vẽ);

h1 = 11,45 kN.m2 - tải trọng tác dụng lên sống ngang boong (tính trong dàn

boong);

h2 = 31,47 kN/m2 - tải trọng tác dụng lên nắp miệng khoang đỡ bởi xà ngang

công xon (tính trong dàn boong);

l1 = 1,25 m - khoảng cách từ mút trong của xà ngang công xon đến cạnh trong của sườn khoẻ, m.

Chọn thép

- Sườn thường: (liên kết bằng mã, kích thước mã:)

Kích thước mã:4 sau khi tính thì chọn dựa theo bảng tiêu chuẩn mã (QP)

tM = 12 mm; (theo chiều dày bản thành lấy theo chiều dày thành sườn, xà

cM = 1/8 = 0,35 m (cạnh mã theo phương nào thì lấy bằng 1/8 chiều dài nhịp

cơ cấu được liên kết đó)

Chọn mã xà: Γ : Γbẻ:50

(450 x 450)x 8

IX Kết cấu dàn boong khoang hàng 9.1 Sơ đồ kết cấu:

Sơ đồ kết cấu dàn boong (như hình 9.1) Bố trí kết cấu:

Miệng hầm hàng: chiều rộng miệng hầm hàng không lớn hơn 0,7 chiều rộng tàu Chiều dài miệng hầm hàng bố trí để tạo điều kiện thuận tiện nhất cho tăng khả năng xếp, dỡ hàng hóa; đồng thời phải phù hợp với điều kiện bố trí trang thiết bị trên boong

Kích thước miệng hầm hàng:

BMHH ≤ 0,7B = 9,6 chọn BMHH = 8,4 m

Chiều rộng boong từ vách đến thanh quây ngang MHH để: 2,8 m; Chọn: LMHH x BMHH = 16,1x 8,4

Khoảng cách xà ngang công xon: 10,5 m Khoảng cách xà ngang khỏe: 2,8 m

9.2.1 Tải trọng tính toán của dàn boong

Đối với boong mạn khô, boong thượng tầng, boong lầu trên boong mạn (boong hở):

hTT = max(hmin; h) = 31,47 kN/m2;

h = a(bf – y) = 31,47 kN/m2

Trong đó:

a = 5,32 - hệ số phụ thuộc vị trí boong, cơ cấu (tra quy phạm); b =1 - hệ số phụ thuộc vị trí boong, cơ cấu (tra quy phạm);

y =1,16 m - khoảng cách thẳng đứng từ đường nước chở hàng lớn nhất đến boong thời tiết đo tại mạn;

Khu vực kín của boong thượng tầng, boong lầu ở khu vực sinh hoạt, thuộc tầng 1 và 2 trên boong mạn khô:

h = 12,8 kN/m2

9.2.2 Tôn boong

Theo Điều 15.3.1

- Chiều dày tôn boong tính toán:

+Tôn boong từ TQ dọc MHH đến mạn (khi boong kết cấu hệ thống dọc): t = 1,47CS + 2,5 = 7,98 mm