Условия размещения и площадки для размещения статей смотрите здесь
Глава 3 Общие вопросы проектирования корпуса
3.5 Выбор системы набора и шпации
Систему набора для судна в целом или для отдельных перекрытий следует
выбирать с учетом технико-экономических показателей или критериев, о
которых упоминалось выше.
Большинство малых стальных судов имеют поперечную систему набора по всем
перекрытиям, традиционную для малых деревянных и стальных судов. Однако
есть малые суда, для которых вполне обоснованно была выбрана продольная
система набора.
Рассмотрение преимуществ и недостатков поперечной и продольной систем
набора применительно к малым судам различных типов начнем с основного
показателя - наименьшей массы конструкции.
При проектировании сухогрузных и других судов длиной 80 м и более
продольная система набора для верхней палубы и днища принимается в том
случае, если при поперечной системе не обеспечивается общая продольная
прочность без специального утолщения палубного настила, днищевой обшивки
и увеличения площади сечения продольных рамных балок, входящих в верхний
и нижний пояски эквивалентного бруса. При продольной системе общая
продольная прочность обеспечивается не только обшивкой и продольными
рамными балками, но и большим числом балок главного направления, площади
сечения которых включаются в эквивалентный брус. При этом можно либо
вообще отказаться от специальных увеличений размеров других палубных и
днищевых продольных связей по сравнению с размерами, требующимися по
условиям местной прочности и долговечности, либо увеличить эти размеры в
меньшей степени, что приведет к снижению массы корпуса по сравнению с
массой корпуса при поперечной системе. Кроме того, при продольной
системе лучше обеспечивается устойчивость пластин, эйлеровы напряжения
которых почти в четыре раза выше, чем напряжения пластин таких же
размеров, расположенных длинной стороной поперек судна.
При продольной системе набора пластины, как правило, не теряют
устойчивости, в то время как при поперечной системе они теряют
устойчивость при относительно небольших напряжениях, что приводит к
увеличению напряжений в жестких связях, по сравнению с напряжениями,
полученными при расчете эквивалентного бруса в первом приближении.
Полноценное использование сечений пластин при продольной системе набора
для обеспечения общей прочности тоже приводит к снижению массы корпуса.
Устойчивость пластин в ряде случаев, например для судов с тонкой
обшивкой и относительно большой шпацией набора (при использовании сталей
повышенной прочности, при отказе от Запасов на коррозийный износ и т.
п.), может оказаться решающим фактором, определяющим выбор продольной
системы набора даже для малых судов, у которых напряжения от общего
изгиба относительно невелики.
Наибольшие нормальные напряжения от местного изгиба пластин днища
поперечной нагрузкой отмечаются посередине длинной стороны опорного
контура. При поперечной системе эти напряжения будут совпадать по
направлению с напряжениями от общего изгиба. Чтобы сумма напряжений от
общего изгиба и изгиба пластин не превысила допустимых пределов, может
потребоваться утолщение обшивки. При продольной системе набора
наибольшие напряжения от местного изгиба пластины направлены поперек
судна и с напряжениями от общего изгмба суммироваться не будут. Однако,
как указывалось в 2.4, напряжения от общего продольного изгиба
большинства малых судов невелики, и нет необходимости увеличивать
моменты сопротивления эквивалентного бруса относительно крайних палубных
и днищевых волокон путем применения продольной системы набора
Продольная система для малых судов может быть выбрана по другим
соображениям. Например, на яхтах <Таврия> [48] и <Муссон> применение
продольной системы набора позволило уменьшить ширину пластин к
оконечностям, расчетные нагрузки которых больше, чем в районе миделя, в
результате чего напряжения во всех пластинах получились близкими к
допустимым. На судах длиной 8-12 м длина помещений редко превышает 2 м,
т. е. не далее чем через 2 м ставятся переборки или полупереборки,
которые целесообразно использовать в качестве опор для продольных ребер
жесткости. Однако расчеты, выполненные при проектировании яхты <Муссон>,
показали, что при пролете ребер жесткости, равном 2 м, масса корпуса
получается больше, чем при уменьшении пролета в два раза постановкой
между переборками или полупереборками дополнительных рамных шпангоутов.
Таким образом, для балок главного направления на таких судах в качестве
опор в основном мшут быть использованы переборки и полупереборки, т. е.
конструкции, установка которых необходима не только из условий
прочности, но из условий общего расположения помещений.
При выборе системы набора следует также учитывать, что балки главного
направления предпочтительней располагать параллельно короткой стороне
опорного корпуса перекрытия.
При поперечной системе набора на малых судах пролет шпангоутов
ограничивается расстоянием от скулы до палубы, а прочность и жесткость
шпангоутов повышается благодаря кривизне борта. Пролет бимсов и
полубимсов ограничивается карлингсами или комингсами карлингсами,
расположенными по контуру больших вырезов (кокпита, капа, люков), он
тоже невелик.
При поперечной системе набора лучше, чем при продольной, воспринимаются
местные нагрузки, например нагрузки при швартовке, посадке на мель,
сжатии льдами и т. п.
Рассмотрим влияние системы набора на технологичность корпусных
конструкций.
При использовании поперечной системы набора несколько упрощается
разметка, так как большая часть балок набора и поперечные переборки
располагаются в шпангоутных плоскостях и могут размечаться
непосредственно по шаблонам, снятым с вычерченного на плазе
практического корпуса или с помощью масштабной разметки. При продольной
системе набора большинство балок главного направления, как правило, не
совпадают с основными плоскостями судна и не располагаются параллельно
им. Разметка прилегающих к обшивке кромок этих балок, а также их
пересечений с поперечными рамными балками и переборками требует
специальных сложных построений.
При стапельной блочной сборке судов стыковка блоков при поперечной
системе набора значительно проще, чем при продольной, так как
состыковываются обшивка и небольшое количество продольных перекрестных
связей, в то время как при продольной системе набора должно быть
обеспечено совмещение с необходимой точностью и технологическими
зазорами под сварку не только оболочки и рамных продольных балок, но и
большого числа продольных ребер жесткости. Сварка монтажного стыка при
этом значительно более трудоемка, чем при поперечной системе. Блочный
способ чаще находит применение при постройке судов длиной около 20 м и
более. При сборке блоков или целого корпуса из секций выполнение
монтажных пазов (продольных межсекционных соединений) проще в случае
применения продольной системы набора.
Количество вырезов в стенках рамных балок для прохода балок "главного
направления при продольной системе, как правило, больше, чем при
поперечной. Для возможности приварки балок главного направления к
стенкам рамных балок вырезы выполняют с большой точностью. Кроме того,
по стенкам рамных балок в плоскости главных балок и по переборкам
приваривают ребра. В результате трудоемкость выполнения работ в узлах
пересечения балок при продольной системе выше, чем при поперечной.
Технологичность конструкции при той или иной системе набора также
зависит от количества пересечений стыковых сварных швов обшивки с
угловыми сварными швами, которыми привариваются набор и переборки, от
возможностей использования при постройке корпуса автоматической и
полуавтоматической сварки, механизации сборочных работ и т. п.
Обитаемость и грузовместимость судовых помещений определяются полезными
размерами этих помещений. Высокие балки набора ухудшают возможности
размещения людей, грузов, специальных установок и т. п. Поэтому
поперечная система набора удобнее в эксплуатации в том случае, если
набор состоит только из балок главного направления (шпангоутов, бимсов)
без поддерживающих перекрестных связей или с малым количеством этих
связей, установленных в удобном с точки зрения общего расположения
месте. При продольной системе набора рамные шпангоуты и рамные бимсы
имеют большую высоту и уменьшают полезный внутренний объем судовых
помещений. Еще одно преимущество продольной системы набора заключается в
том, что бухтиаоватость обшивки, вызванная остаточными сварочными
напряжениями или появившаяся в процессе эксплуатации вследствие
пластических деформаций обшивки, ориентирована вдоль судна и не приводит
к существенному возрастанию сопротивления воды и к снижению устойчивости
пластин при общем продольном изгибе.
Из приведенного качественного сравнения двух основных систем набора
следует, что в ряде случаев выбор системы набора для отдельных
перекрытий или корпусов в целом представляет довольно сложную задачу,
являющуюся типичной задачей оптимизации корпусных конструкций. Наиболее
приемлемым методом решения этой задачи является метод сравнения
вариантов конструкций по минимальной массе, по затратам труда и
себестоимости конструкции, по полезному объему помещений, скорости и
другим критериям.
По Правилам Регистра СССР |36] нормальная шпация балок главного
направления (в миллиметрах) определяется но формуле G0 - 2L -f 480, где
L в метрах. Без согласования с Регистром СССР допускается принимать
шпацию в пределах от 0,75 до 1,25 нормальной шпации.
Однако, как показала практика проектирования малых судов, с уменьшением их
длины шпация уменьшается до 250-300 мм (статистические данные по
размерам шпации приведены в 3.1).
Таблица 32 Значения минимальной толщины наружной обшивки в
зависимости от длины судна и шпации
На ряде отечественных промысловых судов принята шпация, близкая к
нормальной, но на судах другого назначения она в основном меньше
нормальной.
Существуют стандартные размеры шпаций: 400, 500, 550, 600, 650 мм и т.
д. Для средней части длины малых судов особенно часто принимается
шпация, равная 400 мм. Такая шпация, как это видно из табл. 32, входит в
пределы, допускаемые Регистром СССР. Но на некоторых судах, например на
служебно-разъездном катере <Ярославна>, крейсерско-гоночной яхте
<Муссон>, рейдовом пассажирском катере для портпунктов Кольского
полуострова и других, ее размер меньше указанных в таблице Шпация в
носовой части судна обычно на 10-20 % меньше чем в средней части.
Расчеты, выполненные по пяти малым судам, в том числе и по
вышеперечисленным, показали, что уменьшением шпации до минимально
допустимого размера удается уменьшить массу металлического корпуса на
3-5 % по сравнению с Массой при нормальной шпации. Следовательно,
использование такой шпации на реальных судах вполне оправдано.
Увеличение шпации по сравнению с нормальной приводит к некоторому
увеличению массы металлического корпуса и одновременно к уменьшению
числа балок главного направления, протяженности сварных швов, числа
пересечений балок, кличных соединений, что снижает трудоемкость
постройки и может привести к снижению обшей стоимости конструкции.
Поскольку конструктивные чертежи разрабатываются после выполнения
чертежей общего расположения, при поперечной системе набора шпацию
приходится принимать кратной длинам отсеков и в общем случае разной на
длине отдельных отсеков. Однако значительная разница в размерах соседних
шпаций (более 10-20 %) нежелательна, так как это может привести к
снижению местной прочности пластин.
При продольной системе набора шпация балок главного направления в районе
миделя может быть принята постоянной и кратной развернутой длине
полушпангоута. В этом случае вышерасположенные ребра жесткости окажутся
менее нагруженными, чем нижерасположенные, в связи с чем для ребер
целесообразно принимать разные профили.
Чтобы не увеличивать количество типоразмеров продольных ребер жесткости,
размер шпации постепенно уменьшают от палубы к основной плоскости, в
результате чего можно обеспечить примерно одинаковые нагрузки на ребра и
принять для них один профиль.
Для обеспечения устойчивости пластин при использовании сталей повышенной
прочности целесообразно применять несколько меньшую шпацию, чем при
постройке судна из обычной углеродистой стали.
Принятое стандартных размеров шпации при серийной постройке может дать
существенный экономический эффект в результате сокращения плазовых
работ, снижения издержек производства на изготовление и возобновление
технологической оснастки и т. п. 113]. Однако вопросы выбора и
стандартизации шпаций малых судов еще не решены.
