Đề tài Thiết kế theo quy phạm phân cấp và đóng tàu

MỤC LỤC Lời nói đầu…………………............................................................................02 1. GIỚI THIỆU CHUNG …..............................................................................03 1.1. Công dụng, vùng hoạt động, quy phạm áp dụng ...................................0 3 1.2. Các thông số cơ bản và tỷ số kích thước của tàu ................................... 03 1.3. Lựa chọn hệ thống kết cấu ....................................................................03 2. KHOẢNG CÁCH SƯỜN VÀ SƠ ĐỒ PHÂN KHOANG ...........................04 2.1. Khoảng cách sườn ................................................................................04 2.2. Sơ đồ phân khoang ...............................................................................04 3. TÍNH CHỌN KẾT CẤU. ..............................................................................05 3.1. Xác định tải trọng boong........................................................................05 3.1.1. Boong thời tiết……….......................................................................05 3.1.2. Boong vuông kiểu thượng tầng lầu.................................................07 3.2. Chiều dài tôn bao…................................................................................07 3.2.1. Tôn bao………................................................................................07 3.2.2. Tôn boong…………........................................................................08 3.2.3. Tôn vách………………...................................................................09 3.3. Kết cấu khoang hàng...............................................................................09 3.3.1.Vách ngang………………................................................................09 3.3.2. Dàn boong……………….................................................................13 3.3.3. Dàn mạn………………....................................................................16 3.2.4. Dàn đáy……………….....................................................................20 3.4. Kết cấu khu vực mũi tàu....................................................... ..................25 3.4.1. Dàn boong…….................................................................................25 3.4.2. Dàn mạn vùng khoang mũi................................................................28 3.2.3. Vách ngang………….........................................................................30 3.5.Kết cấu khoang máy …............................................................. ...............33 3.5.1. Dàn đáy………..................................................................................33 3.5.2. Dàn mạn………….............................................................................34 3.5.3. Dàn boong………………..................................................................36 3.6. Kết cấu vùng đuôi tàu.......................................................... .....................39 3.6.1.Dàn boong vùng đuôi tàu....................................................................39 3.6.2. Dàn mạn vùng đuôi tàu......................................................................41 3.6.3. Dàn đáy……………….......................................................................42 3.6.4. Vách ngang………….........................................................................42 3.6.5. Kết cấu sống đuôi tàu…................................................................... 44 @@@.................................................@@@ Lời nói đầu Trong những năm gần đây dung tích đội tàu vận tải của nước ta tăng lên không ngừng nhằm đáp ứng nhu cầu về vận tải hàng hóa. Các mặt hàng chuyên chở rất đa dạng về chủng loại: Dầu thô, khí hóa lỏng, hàng rời, hàng khô, Container… Hiện nay, Tàu chở hàng chiếm một tỷ trọng rất lớn, khoảng 50% số lượng tàu vận tải của đội tàu trên thế giới và sức chở không lớn lắm khoảng 4000 dwt đến 10000 dwt, lớn nhất là tàu hàng sức chở 20000 dwt. Nhóm tàu này thường được bố trí nhiều khoang hàng với hệ thống nắp đậy có thể đóng mở được và có các hệ thống cần trục điều khiển bằng điện hay thủy lực để có thể chuyên chở nhiều loại hàng khác nhau Kết cấu thân tàu thủy là một môn học quan trọng được ví như là “xương sống” trong trương trình đào tạo kỹ sư ngành đóng tàu. Kết cấu thân tàu nghiên cứu các hệ thống kết cấu và đặc điểm các chi tiết kết cấu thân tàu. Và mục đích cuối cùng là giúp cho sinh viên thực hiện được yêu cầu đọc được bản vẽ kết cấu và tính toán thiết kế kết cấu theo quy phạm. Yêu cầu quan trọng của việc thiết kế kết cấu là nghiên cứu các phương pháp lựa chọn hình dáng kết cấu, xác định kích thước, tính toán tối ưu kích thước, bố trí hợp lý các kết cấu và liên kết của thân tàu để đảm bảo tàu hoạt động an toàn trong môi trường khắc nghiệt đó. Có nhiều phương pháp thiết kế kết cấu thân tàu và một phương pháp thiết kế kết cấu đảm bảo bền, an toàn, đạt hiệu quả và rút ngắn thời gian là thiết kế theo quy phạm phân cấp và đóng tàu. Qua những kiến thức đã học cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo bộ môn cùng sự cộng tác của các bạn trong nhóm, nhóm em đã hoàn thành bài tập này. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do kiến thức còn hạn chế và đây là lần đầu tiên thực hiện việc tính toán thiết kế kết cấu nên khó tránh khỏi sai sót. Rất mong nhận được sự góp ý của thầy giáo và các bạn. Nhóm em xin chân thành cảm ơn ! Nha Trang , ngày 5 tháng10 năm 2011 SVTH : NHÓM 2 – LỚP:51TTDT-1 TÍNH KẾT CẤU THÂN TÀU THEO QUY PHẠM Bài tập nhằm mục đích hướng dẫn sinh viên cách thức sử dụng Quy phạm đóng tàu để tính chọn các kích thước, lựa chọn quy cách, phương án bố trí và kiểm tra độ bền các kết cấu. Để thực hiện bài tập này, sinh viên cần đọc kỹ phần lý thuyết về đặc điểm kết cấu tàu, phân tích Quy phạm tương ứng để lựa chọn công thức tính kích thước kết cấu phù hợp trên cơ sở đảm bảo được các yêu cầu đặt ra khi thiết kế và bố trí kết cấu về độ bền, tính hợp lý, tính kinh tế v..v… Trong phần này có hai bài tập thực hành thường gặp trong thực tế - Tính kết cấu của tàu đóng mới - Kiểm tra kết cấu tàu thiết kế - Tính kết cấu của tàu hoán cải Bài tập này sẽ hướng dẫn cách tính kết cấu tàu đóng mới theo yêu cầu của Quy phạm TCVN 6259-2A : 2003 1.GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.Công dụng, vùng hoạt động, quy phạm áp dụng -Vùng hoạt động là vùng không hạn chế. Kết cấu tàu được tính theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép của Việt nam TCVN 6259-2A : 2003 Vật liệu dùng đóng tàu theo quy phạm TCVN 6259 – 2A : 2003 quy định trong phần 7A. Thép dùng đóng tàu có giới hạn chảy (Y = 240 Mpa (2400 KG/cm2) hoặc thép CT3 1.2.Các thông số cơ bản và tỷ số kích thước của tàu Chiều dài lớn nhất : Lmax = 110 m Chiều dài thiết kế : LTK =99,75 m Chiều rộng thiết kế : BTK =18,80 m Chiều cao mạn tàu : D = 13,00 m Chiều chìm : d = 9,20 m Trọng tải : DWT = 10500 tấn Tỷ số chiều dài - chiều cao :
= 7,67 < 20 Tỷ số chiều rộng - chiều cao :
= 1,45 < 4 Vận tốc tàu : v = 14,5 hl/h 1.3.Lựa chọn hệ thống kết cấu Tàu được tổ chức theo hệ thống hỗn hợp với các hình thức kết cấu của các khung dàn tàu như sau : Dàn đáy, dàn boong được kết cấu theo hệ thống dọc. Dàn mạn, vùng mũi và vùng đuôi kết cấu theo hệ thống ngang. Vách ngang được kết cấu theo hình thức nẹp đứng sống nằm. 2.KHOẢNG CÁCH SƯỜN VÀ SƠ ĐỒ PHÂN KHOANG 2.1.Khoảng cách sườn. Khoảng cách sườn được tính theo yêu cầu của Quy phạm cụ thể như sau : Khoảng cách giữa các sườn ngang s được tính theo điều 5.2.1 của Quy phạm S = 450 + 2L = 450 + 2×99,75 = 649,5 mm. Chọn S =700 mm là khoảng cách sườn ngang cho vùng mạn ở khu vực giữa tàu từ 0,3L tính từ đường vuông góc mũi đến 0,2L tính từ đường vuông góc đuôi. Chọn sườn S = 600 mm là khoảng cách cho vùng mạn ở khu vực khoang lái và khu vực khoang đuôi . Khoảng cách giữa các dầm dọc s được tính theo điều 5.2.2 của Quy phạm s = 550 + 2L = 550 + 2×99,75 = 749,5 mm Chọn s = 750 mm khoảng cách giữa các dầm dọc cho toàn bộ dàn boong và dàn đáy. 2.2.Sơ đồ phân khoang. Trên cơ sở khoảng cách sườn đã xác định, chia chiều dài tàu thành 153 khoảng sườn thực với khoảng cách sườn ở các khu vực như sau : - Khoảng sườn vùng đuôi tàu : 600 mm (từ sườn số -8 đến sườn 8) - Khoảng sườn vùng giữa tàu : 700 mm (từ sườn số 8 đến sườn 128) - Khoảng sườn vùng mũi tàu : 600 mm (từ sườn số 128 đến sườn 145) Theo quy định về phân khoang của Quy phạm, phân chia tàu bằng 6 vách ngăn kín nước với chiều dài của các khoang như sau : Khoang lái (1) gồm 8 khoảng sườn từ sườn số -8 đến sườn số 0 : l1 = 4,8 m Khoang đuôi (2) gồm 8 khoảng sườn từ sườn số 0 đến sườn số 8 : l1 = 4,8 m Khoang máy (3) gồm 17 khoảng sườn từ sườn số 8 đến sườn số 25 : l2 = 11,9 m Khoang hàng I (4) gồm 56 khoảng sườn từ sườn số 25 đến sườn số 81 : l5 = 39,2 m Khoang hàng II (5) gồm 47 khoảng sườn từ sườn số 81 đến sườn số 128 : l6 = 32,9 m Khoang hầm mũi (6) gồm 11 khoảng sườn từ sườn số 128 đến sườn số 139 : l13 = 7,40 m Khoang két nước dằn mũi (7) gồm 6 khoảng sườn từ sườn 139 đến sườn 145: l14 = 3,55 m
Hình 2.1 là sơ đồ phân khoang của tàu thiết kế 3.TÍNH CHỌN CÁC KẾT CẤU 3.1.Xác định tải trọng boong 3.1.1.Boong thời tiết Tải trọng boong tính toán được tính theo công thức ghi trong chương 8 của Quy phạm, trong đó tải trọng tính toán tác dụng lên boong thời tiết được xác định theo công thức : h = a (bf - y) (KN/m2) (2.1) trong đó : L - chiều dài tàu, được tính bằng L = 99,75 m a, b, y - các đại lượng được xác định theo bảng 2.1 tùy thuộc vào vị trí boong. f - vì L < 150 m nên được cho theo công thức sau đây. f =
= 6,6
Hình 2.2 : Trị số của f. Bảng 2.1 : Xác định các đại lượng a, b, y TT  Vị trí  a  b  y (m)     Tôn boong  Xà boong  Cột chống  Sống boong     I  Phía trước của 0,15L tính từ đường vuồng góc mũi  14,7  14,7  4,9  7,35  1,528  7,13   II  Từ 0,15L đến 0,3L tính từ đường vuông góc mũi  11,8  11,8  3,9  5,9  1,247  3,88   III  Từ 0,3L đường vuông góc mũi đến 0,2L đường vuông góc đuôi  6,9  6,9  2,25  3,45  1,00  3,88   IV  Từ phía sau 0,2L đường vuông góc đuôi  9,8  9,8  3,25  4,9  1,192  4,08   Thay giá trị tương ứng trong bảng 2.1 vào công thức tính trên xác định giá trị tải trọng tính toán h (KN/m2) tác dụng lên kết cấu boong theo giá trị các đại lượng a, b, y như ở bảng 2.2 Bảng 2.2 : Giá trị tải trọng tính toán h xác định theo giá trị các đại lượng a, b, y TT  Vị trí  h(KN/m2)     Tôn boong  Xà boong  Cột chống  Sống boong   I  Phía trước của 0,15L từ đường vuông góc mũi  43,44  43,44  14,48  21,72   II  Từ 0,15.L đến 0,3L từ đường vuông góc mũi  51,33  51,33  16,97  25,67   III  Từ 0,3L đường vuông góc mũi đến 0,2L từ đường vuông góc đuôi  18,77  18,77  6,12  9,38   IV  Từ phía sau 0,2L từ đường vuông góc đuôi  37,11  37,11  12,31  18,56   Giá trị nhỏ nhất của tải trọng tính toán h Giá trị nhỏ nhất của tải trọng tính toán h được tính theo công thức :
hmin = C
- đối với dòng I, II và III ở bảng dưới đây (2.2) hmin = C
- đối với dòng IV ở bảng dưới đây. (2.3) với giá trị hệ số C trong các công thức trên được tính theo bảng 2.3 Bảng 2.3 : Giá trị hệ số C Dòng  Vị trí  C     Tôn boong Xà boong  Cột, sống dọc, sống ngang boong   I và II  Phía trước 0,3L tính từ mũi tàu  4,2  1,37   III  Từ 0,3.L đường vuông góc mũi đến 0,2L từ đường vuông góc đuôi  2,05  1,18   IV  Từ sau 0,2L từ đường vuông góc đuôi  2,95  1,47   Thay các giá trị C trong bảng 2.3 vào công thức (2.2) và (2.3) nhận được giá trị nhỏ nhất của tải trọng tính toán hmin như trong bảng 2.4 Bảng 2.4 : Giá trị nhỏ nhất của tải trọng tính toán hmin tác dụng lên boong thời tiết Dòng  Vị trí  hmin (KN/m2)     Tôn boong  Xà boong  Cột, sống dọc, sống ngang boong   I và II  Ở phía trước 0,3L tính từ mũi tàu  51,4  51,4  16,77   III  Từ 0,3.L đường vuông góc mũi đến 0,2L từ đường vuông góc đuôi  25,09  25,09  14,44   IV  Từ sau 0,2L từ đường vuông góc đuôi  29,46  29,46  14,68   Kết hợp các giá trị trong bảng 2.3 và bảng 2.4 có thể xác định được giá trị tải trọng boong tính toán h (KN/m2) đối với boong thời tiết theo bảng 2.5 Bảng 2.5 : Giá trị tải trọng boong tính toán h (KN/m2) Dòng  Vị trí  h (KN/m2)     Tôn boong  Xà boong  Cột chống  Sống boong   I  Phía trước 0,15L từ đường vuông góc mũi  43,44  43,44  14,48  21,72   II  Từ 0,15.L đến 0,3.L từ đường vuông góc mũi  51,33  51,33  16,97  25,67   III  Từ 0,3.L đường vuông góc mũi đến 0,2.L từ đường vuông góc đuôi  18,77  18,77  6,12  9,38   IV  Từ phía sau 0,2.L từ đường vuông góc đuôi  37,11  37,11  12,31  18,56   3.1.2.Boong vuông kiểu thượng tầng và lầu Tải trọng tính toán h (KN/m2) tác dụng lên boong vuông kiểu thượng tầng lầu được tính theo công thức trị sau : h = 12,8 m (KN/m2) 3.2.Chiều dày tôn bao 3.2.1.Tôn bao Tôn bao vùng giữa tàu Chiều dày các tấm tôn bao đoạn giữa tàu không được nhỏ hơn giá trị tính trong bảng 2.6 Bảng 2.6 : Kết quả tính chiều dày các tấm tôn bao vùng giữa tàu Khu vực tôn  Điều  Chiều dày tôn t (mm)     Công thức tính  Giá trị  Chọn   Tôn đáy :- đáy dưới - đáy trên  14.3.4.2 4.5.1  C
C
S
+ 2,5
 11,48 10,84  12 12   Dải tôn đáy : - chiều rộng - chiều dày  14.2.1 14.3.2  2L + 1000  1199,5  11200     C
C
S
+ 2,5  13,22  14   Tôn mạn : - bên ngoài - bên trong  14.3.2  C
C
S
+ 2,5 C
C
S
+ 2,5-1  11,82 10,82  12 12   Tôn mép mạn   C
C
S
+ 2,5+1  11,82  12   Chiều dày tối thiểu  14.3.1 
 9,987  10   Dải tôn hông  14.3.5  {5,22(d+0,035L) (R+
)
l}
+2.5  12,14  14   Tôn bao vùng mũi và đuôi tàu Chiều dày các các tấm tôn bao (tôn boong, tôn đáy và tôn mạn tàu) vùng mũi và đuôi tàu không được nhỏ hơn các giá trị cho trong bảng 2.7 Bảng 2.7 : Bảng tính chiều dày các tấm tôn bao tàu. Khu vực tôn  Điều  Chiều dày tôn t (mm)     Công thức tính  Giá trị  Chọn   Tôn bao vùng mũi và vùng đuôi  14.4.2  1,34 .S.
+ 2,5  11,87  12   Tôn bao vùng 0,3L từ mút mũi tàu  14.4.2  1,34 .S.
+ 2,5  11,87  12   Tôn bao vùng 0,3L từ mút đuôi tàu  14.4.2  1,34 .S.
+ 2,5  11,87  12   Vùng gia cường đáy mũi S = 0,45 m ( = 2 ; C = 1,33 ; V = 14,5 hl/h P - áp suất va đập do sóng P = 2,48(L.C1.C2)/( = 193,23 (KPa) C1 = 0,23 (chọn C1 bảng 2A/4.6) C2 = 0,667
- 0,267 = 0,488 ( - độ dốc đáy tàu ( = 0,0025
= 0,242 b = 2,062 m  14.4.1 4.8.4  t = CS
+ 2,5  10.82  12   Tôn kề với sống đuôi mũi đặt trục   0,09L + 4,5  13,47  14   3.2.2.Tôn boong Theo điều 15.4.1, chiều dày tôn boong của tàu ở các khu vực khác nhau không được nhỏ hơn các giá trị cho trong bảng tính 2.8 Bảng 2.8 : Bảng tính chiều dày tôn boong Vùng tôn  Điều  Chiều dày tối thiểu t (mm)     Công thức tính theo quy phạm  Giá trị  Chọn   Vùng I: trước 0,15L từ mút mũi tàu.  15.3..1-2  1,25.C.S
+ 2,5  10,82  12   Vùng II: sau 0,15L đến trước 0,3.L từ mút mũi  15.3..1-2  1,25.C.S
+ 2,5  11,51  12   Vùng III: từ 0,3L từ mút mũi đến 0,2.L từ mút đuôi  15.3..1-2  1,25.C.S
+ 2,5  9,56  10   Vùng IV: sau 0,2.L từ mút đuôi tàu  15.3..1-2  1,25.C.S
+ 2,5  10,47  12   3.2.3.Tôn vách. Theo điều 27.4.2 chiều dày tôn phải không được nhỏ hơn trị số cua công thức sau. t = 0,3S
+3,5 = 5,87 (mm). Trong đó : k =1: là hệ số vật liệu, phụ thuộc vào vật liệu chế tạo lấy cho trường hợp thép thường ). S : Khoảng cách của các nẹp gia cường . Chọn S = 0,5 (m). Chọn t = 6 (mm). 3.3.Kết cấu khoang hàng. 3.3.1.Vách ngang Theo điều 27.4.1 của quy phạm, chiều dày tôn vách không được nhỏ hơn giá trị tính theo công thức: t = C
C
S.
+ 3,5 = 9 (mm) Trong đó: S - khoảng cách giữa các nẹp vách, lấy S = 0,7 m. h = max (h
, h
, h
) =12,6608 (m). h
- Khoảng cách thẳng đứng từ mép dưới tôn vách đang xét đến miệng khoang hàng. h
= 12,6608 (m). h
- Được xác định theo công thức h
=0,85(h
+
h) = 12,09 (m).
h - cột nước bổ sung xác định theo công thức:
h =
=1,5 (m). l
- Chiều dài khoang hàng. l
= 39,2 (m). b
- Chiều rộng khoang hàng b
= 12 (m). h
- Được xác định theo công thức sau: h
= 0,3
= 3 (m). C
= 1,0 C
= 3,6
= 3,6 ( k=1 :phụ thuộc vào vật liệu chế tạo lấy cho trường hợp thép thường ) . Kết quả tính chiều dày tôn vách được trình bày trong bảng 2.9 Bảng 2.9 : Bảng tính chiều dày tôn vách Vùng tôn  Điều  Chiều dày tối thiểu t (mm)     Công thức tính theo quy phạm  Giá trị  Chọn   Chiều dày dải tôn trên  11.2.1  3,2.S
+ 2,5  10,45  12   Chiều dày dải tôn cuối  11.2.2  3,2.S
+ 2,5 +1  11,45  12   Vách ngang được kết cấu theo hệ thống ngang, gồm có các nẹp đứng, sống đứng và sống nằm với quy cách của các chi tiết kết cấu được lựa chọn như sau : Nẹp đứng L 125x75x10 Sống đứng T
Sống nằm T
Khoảng cách giữa các chi tiết kết cấu của vách ngăn được lựa chọn như sau : - Khoảng cách giữa các nẹp đứng, giữa nẹp đứng với sống đứng s = 0,7 (m) - Khoảng cách giữa các sống đứng của vách là s = 2,1 (m) - Chiều cao thẳng đứng của sống nằm vách tính ở tâm tàu h = 2,8 (m)
Hình 2.3 : Sơ đồ bố trí các kết cấu của vách ngăn ngang của khoang hàng Phần dưới đây tính toán kiểm tra lại quy cách kết cấu lựa chọn theo yêu cầu Quy phạm. Nẹp đứng vách Theo điều 27.5.2 của Quy phạm, giá trị môđun chống uốn của tiết diện nẹp vách không được nhỏ hơn giá trị tính theo công thức sau đây : W0 = 125.C
.S.h.l2 = 172,93 (m4). trong đó : S - khoảng cách giữa các nẹp đứng, S = 0,7 (m) l - chiều dài nhịp nẹp đo giữa các đế lân cận nẹp kể cả chiều dài của liên kết, l = 2,8 m. h - khoảng cách thẳng đứng từ trung điểm l, là nẹp đứng đến đỉnh của boong vách đo ở đường tâm tàu, h = 8,013 (m) . C
- hệ số phụ thuộc vào L, chọn C
= 1. C
=
= 0,056, k = 1. C
- phụ thuộc vào độ cứng của 2 nút nẹp được tra theo bảng 2A/27.2, C
= 0,7. Mép kèm S = 10 mm nên chọn chiều rộng mép kèm b = min (0,2.l ; S) = 700 mm. Chọn b = 700 mm Chọn quy cách nẹp đứng vách là L125x75x10 Bảng tính chọn thép: STT  Quy cách  Fi (cm2)  Zi (cm)  Fi.Zi (cm3)  Fi.Zi2 (cm4)  io(cm4)   1  700x10  70  0,5  35  17,5  6,667   2  125x75x10  19  10,63  201,97  2146,94  360   (     A = 89     B = 236,97  C = 2531.11   Từ kết quả trong bảng tính trên có thể xác định được các đại lượng như sau : e = B/A = 2,66 (cm) Zmax = 10,63 (cm) J = C - e2.A = 1901,38(cm4) W = J/Zmax = 178,87 cm4 DW =
< 5% Như vậy, quy cách nẹp đứng của vách lựa chọn ở trên thỏa mãn được yêu cầu của Quy phạm Sống đứng vách Theo điều 27.6.5 của Quy phạm, giá trị môđun chống uốn của tiết diện sống vách không được nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau đây : W = 7,13.C
.k.Shl
= 5589,85 (cm3) trong đó : C
- hệ số phụ thuộc vào L, chọn C
= 1.