Глава 4. Повреждения носовых днищевых перекрытий и принципы конструирования подкреплений

§ 28. Конструктивные особенности носовых днищевых перекрытий

Основным видом нагрузок на днищевые перекрытия является давление воды. На тихой воде при положении на ровный киль давление постоянно по длине корпуса (рис. 147, а), а на волнений изменяется с течением времени. Однако при большом шторме, но при отсутствии ударов максимально возможное давление воды на днище практически будет определяться давлением столба воды, высота которого равна высоте борта. В зависимости от размеров судна интенсивность этого давления изменяется в пределах 5—14 тс/м2. Максимум таких нагрузок перемещается вдоль судна вместе с вершиной волны. Если построить огибающую наибольших волновых давлений, то она также будет близка к прямой линии (см. рис. 147, 6).


Рис. 147. Эпюры интенсивности волновых нагрузок на днище.

1 — осадка судна на тихой воде; 2 — высота борта; 3 — профиль волны.

Упрощенное представление о внешних нагрузках дает возможность наглядно охарактеризовать гидродинамические давления в носовой части днища, которые возникают при ударах судна носовой оконечностью о воду, и убедиться в необходимости значительного увеличения прочности в этом районе корпуса.

Как показывают натурные эксперименты, проведенные в последнее время, эпюра давлений на днище в носовой части при ударе (рис. 147, е) имеет пик, максимальная ордината которого в 10—20 раз превышает уровень нагрузок при безударном плавании.

Усиление конструкции в носовой оконечности достигается увеличением толщины наружной обшивки, постановкой дополнительных ребер жесткости, флоров, стрингеров и полустрингеров (рис. 148).


Рис. 148. Конструкция носового днищевого перекрытия судов типа Волголес (1961 г. Польша).

1  промежуточный шпангоут; 2 — полустрингер, 3 — полупереборка; 4 — дополнительный стрингер; 5 — основной стрингер.

В разное время предлагались различные конструктивные схемы носовых днищевых перекрытий на базе опыта эксплуатации судов, правда, порой без достаточно обоснованных исходных данных. Величины гидродинамических нагрузок, их распределение по перекрытию были неизвестны полностью, а методы расчета таких перекрытий упрощены.

В качестве первых подкреплений в носовой оконечности на протяжении 0,2L от форштевня использовались сплошные флоры на каждом шпангоуте, в то время как в остальных трюмах они устанавливались через 3—4 шпации.

Днищевые стрингеры располагались параллельно диаметральной плоскости по всей длине судна и обрывались в носовой оконечности (рис. 149, а).

Изучив характер повреждений в носовой части днища, судостроители пришли к выводу о необходимости увеличить устойчивость плоской формы изгиба у стенок флоров. Это достигалось установкой дополнительных стрингеров и полустрингеров (рис. 149, б).


Рис. 149. Конструкция носового днищевого перекрытия теплохода Салтыков-Щедрин (1915 г., Бельгия): а — до модернизации; б — после установки подкреплений,
1 — основной стрингер; 2 — дополнительный стрингер; 3 — полустрингер 4 — вертикальный киль.

Полустрингеры легче, чем стрингеры, и их проще устанавливать, поэтому некоторые классификационные общества рекомендовали систему подкрепления только с полустрингерами.

Носовые днищевые перекрытия имеют в плане форму трапеции, и для рационального подкрепления связей стрингеры и полустрингеры должны идти непараллельно диаметральной плоскости. Но из-за значительного усложнения технологии сборки на клепаных судах эти связи всегда ставились параллельно диаметральной плоскости (рис. 150).


Рис. 150. Конструкция носового днищевого перекрытия плавбазы Кавказ (1918 г, США).

1 — основной стрингер; 2 —  дополнительный стрингер; 3  — скуловая накладка; 4 — пиллерс.

Казалось бы, что с внедрением сварки эти-затруднения отпали, однако можно и сейчас наблюдать многочисленные примеры, когда принцип параллельной установки связей соблюдается и в сварных конструкциях (см. рис. 148).

В днищевом перекрытии судов последних лет постройки часто делается коридор для трубопроводов различных судовых систем. Иногда его называют коробчатым, или туннельным,- килем. Этот коридор продолжается и в районе установки носовых подкреплений. Он доходит до форпиковой переборки (суда типа Омск, Яна, Сибирь, Горы) или обрывается где-то посредине района усиления (суда типа Беломорсклес, Уссурийск, Пула, Выборг).

При симметричной конструкции относительно диаметральной плоскости стенками этого коридора могут быть два вертикальных киля (рис. 151).


Рис. 151. Конструкция носового днищевого перекрытия рефрижератора типа Яна (1956, г., ФРГ). 1 — стенки коридора для трубопроводов; 2 — настил диптанка; 3 — отбойная переборка; 4 — подволок коридора для трубопроводов.

Коридор может быть образован вертикальным килем и непроницаемым днищевым стрингером. В этом случае прочность половины днищевого перекрытия оказывается различной.

Наконец, иногда коридор образуется двумя непроницаемыми днищевыми стрингерами, при этом делается проницаемым вертикальный киль (рис. 152). Подволоком этого коридора служат листы настила внутреннего дна или специальный лист в случае прохода коридора через диптанк. Такой диптанк позволяет порожнему судну принимать дополнительный балласт и увеличивать осадку носом, что способствует уменьшению силы ударов судна о воду.


Рис. 152. Конструкция носового днищевого перекрытия рефрижератора типа Горы (1965 г., Швеция).

Конструкция днищевого перекрытия при наличии диптанка похожа на конструкцию судов с одинарным дном (см. рис. 151). Свободные пояски флоров привариваются к листу, образующему подволок туннельного киля, или к свободному пояску стрингера. В диаметральной плоскости диптанка выполняется отбойная переборка. Она увеличивает, жесткость пространственной килевой балки и способствует усилению днищевого перекрытия. Этой цели служат и полупереборки (см. рис. 148), а также пиллерсы, установленные в трюме (см. рис. 150).

Необходимая прочность наружной обшивки обеспечивается ее утолщением, а также подкреплением ребрами жесткости, которые располагаются между флорами. За такими ребрами жесткости исторически закрепилось название «промежуточный шпангоут».

Выше рассматривались конструктивные особенности подкреплений носовых днищевых перекрытий судов только с поперечной системой набора (за исключением рис. 152). Теперь проанализируем конструктивные особенности подкреплений днищевых перекрытий судов с продольной системой набора.

Прежде всего, обратимся к судам, у которых продольная система набора днища в районе усиления переходит в чисто поперечную (рис. 153). При этом на протяжении трех шпаций продольные ребра жесткости идут там, где уже началась поперечная система набора. В другом случае продольные ребра жесткости переходят в стрингеры и полустрингеры при сохранении той же продольной шпации, т. е. образуется смешанная (клетчатая) система набора.


Рис. 153. Конструкция носового днищевого перекрытия  рефрижератора типа Актюбинск (1965 г., СССР).

Если в носовой части устроен диптанк, то настил внутреннего дна обрывается и устанавливаются фестонные листы. Иногда в нем делаются вырезы с целью создания проницаемой конструкции. В редких случаях диптанк и междудонный танк разделены непроницаемым настилом (суда типа Либерти).

При сохранении продольных ребер жесткости на протяжении всей зоны усиления сплошные флоры могут быть поставлены через один шпангоут (рис. 154) или на каждом шпангоуте (рис. 155). Иногда оба конструктивных решения осуществляются на одном судне, например на судне усиленного ледового класса типа Беломорсклес.


Рис. 154. Стрингерная конструкция носового днищевого перекрытия судна типа Повенец (1963 г. ГДР).

Коридор для труб у судов типа Горы устроен из трех туннелей с большими вырезами во флорах.

Для увеличения прочности этого района флоры поставлены на каждом шпангоуте. Таким образом, получилась своеобразная комбинация систем набора не только по длине, но и по ширине перекрытия.

Обращает на себя внимание резкая конструктивная неравно-прочность днищевых перекрытий на некоторых типах судов в пределах одного трюма (см. рис. 155).


Рис. 155. Конструкция носового днищевого перекрытия судна типа Омск (1961 г., Япония).

Основной несущей балкой в носовом днищевом перекрытии является сплошной флор. Конструкция флора, как правило, сохраняется одинаковой по всей длине судна, только уменьшается его пролет из-за сужения корпуса в оконечностях. Никаких подкреплений вырезов, как это можно видеть на приведенных рисунках, обычно не делается. Любой неподкрепленный вырез в стенке снижает ее устойчивость, что особенно опасно в таком напряженном районе, как носовая оконечность. В стенках стрингеров вырезы также не имеют подкреплений.

При продольной системе набора ребра жесткости днища и настила внутреннего дна проходят через вырезы во флорах. Так как подобные вырезы остаются незаделанными, они ослабляют стенку флора.

Промежуточные шпангоуты при поперечной системе набора пропускаются через стрингеры и полустрингеры без заделки вырезов в этих балках.

Дополнительные продольные ребра жесткости по наружной обшивке при продольной системе набора, как правило, делаются интеркостельными.

Туннельный киль (коридор для труб) образует самый большой вырез во флорах, и его конструированию необходимо придавать особое значение, учитывая высокий уровень действующих нагрузок.

Необходимо внимательно проектировать также и конструкции переборок, полупереборок в носовых трюмах. Пока никаких специальных требований к этим конструкциям правилами классификационных обществ не предъявляется.

В настоящее время используются различные конструктивные формы подкреплений днищевых перекрытий, которые могут быть выделены в следующие группы по месту установки основных балок набора:
на каждом шпангоуте при расположении стрингеров на расстоянии около 2 м; в промежутке между стрингерами могут быть установлены полустрингеры;
на каждом шпангоуте при расстоянии между стрингерами менее 1 м;
через две шпации при расстоянии между стрингерами менее 1 м;
через две шпации при расстояний между стрингерами около 2 м;
на каждом шпангоуте в пределах 0,2L, а далее в корму — через две шпации (суда ледового плавания) при расстоянии между стрингерами около 2 м.