CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU TÀU THUỶ 1. KHÁI QUÁT VỀ KẾT CẤU THÂN TÀU 1. Lịch sử phát triển 1. Khái niệm và định nghĩa - Tàu thủy: là một công trình nổi trên mặt nước, tàu có thể di chuyển trên mặt nước với 3 đặc tính: khả năng nổi, khả năng tải (chở vật và người), khả năng di chuyển.
Kết cấu thân tàu gồm hai phần: - Vỏ mỏng. - Cơ cấu gia cường. Phần lớn các con tàu có dạng thon, nhọn; thể tích lớn nhất tập trung ở phần giữa tàu và giảm dần về hai đầu mũi, đuôi tàu. Theo chiều dài: tàu được phân chia bởi các vách ngang.
Theo chiều rộng: tàu được chia bởi các vách dọc, mạn kép. Theo chiều cao: tàu được chia bởi các dàn, như dàn đáy (đáy ngoài, đáy trong), các tầng sàn, các tầng boong của thân chính và của thượng tầng. Mạn phải, mạn trái của tàu được xác định theo nguyên tắc: đứng từ đuôi tàu nhìn về mũi, mạn nằm về phía tay phải gọi là mạn phải, mạn nằm về phía tay trái gọi là mạn trái. Phần giữa tàu: là phần có chiều dài bằng 0,2L về hai phía kể từ sườn giữa.
Phần mút (mút mũi và mút đuôi): là phần có chiều dài bằng 0,1L kể từ đường vuông góc mũi và vuông góc đuôi về giữa tàu. Phần trung gian: là phần nằm giữa mút mũi, mút đuôi và giữa tàu. Vị trí buồng máy: Buồng máy được gọi là nằm ở đuôi tàu khi trọng tâm của chúng nằm ngoài vùng 0,3L về phía đuôi tàu kể từ sườn giữa. Vị trí kế tiếp là buồng máy ở vị trí trung gian, sau đó là đến vùng giữa và vùng mũi tàu.
- Chiều dài tàu (L): là khoảng cách tính bằng mét đo ở đường nước chở hàng thiết kế, từ mép trước của sống mũi đến mép sau của trụ lái nếu tàu có trụ lái hoặc đến đường tâm của trục bánh lái nếu tàu không có trụ lái. Tuy nhiên, trong trường hợp tàu có đuôi tuần dương hạm, L được lấy như trên hoặc bằng 96% chiều dài toàn bộ của đường nước chở hàng thiết kế lớn nhất, lấy trị số nào lớn hơn. - Chiều dài để xác định mạn khô (Lf): là chiều dài tính bằng mét, bằng 96% khoảng cách từ mép trước của sống mũi đến mép sau của tôn bao đo trên đường nước nằm ở độ cao bằng 85% chiều cao mạn hoặc là chiều dài đo từ mép trước của sống mũi đến đường tâm của trục bánh lái ở trên đường nước ấy, lấy trị số nào lớn hơn. Tuy nhiên, nếu mũi tàu có dạng lõm vào ở phía trên đường nước bằng 85% chiều cao mạn thì mút trước của chiều dài này phải được lấy ở đường vuông góc với đường nước nói trên và đi qua điểm lõm nhiều nhất về phía sau của đường bao mũi tàu.
7 - Chiều rộng tàu (B): là khoảng cách tính bằng mét đo theo phương nằm ngang từ mép ngoài của sườn bên này sang mép ngoài của sườn bên kia tại phần thân tàu có chiều rộng lớn nhất. - Chiều cao mạn tàu (D): là khoảng cách thẳng đứng tính bằng mét từ mặt trên của tôn giữa đáy đến mép trên của xà ngang boong mạn khô tại mạn, ở điểm giữa của chiều dài L. - Chiều chìm thiết kế (d): là khoảng cách tính bằng mét đo theo phương thẳng đứng từ mặt trên của tôn giữa đáy đến đường nước chở hàng thiết kế đo tại điểm giữa chiều dài tàu L. - Lượng chiếm nước toàn tải (W): là lượng chiếm nước tính bằng tấn ứng với trạng thái toàn tải của tàu.
W = V (tấn); V: thể tích chìm toàn tải, m3. - Hệ số béo thể tích (Cb): là hệ số bằng thể tích ứng với lượng chiếm nước W chia cho LBd. - Boong tính toán: Boong tính toán trên một đoạn chiều dài tàu là boong trên cùng ở đoạn đó mà tôn mạn lên tới. Tuy nhiên, ở vùng thượng tầng, trừ những thượng tầng có chiều cao thấp hơn chiều cao tiêu chuẩn mà chiều dài không lớn hơn 0,15L, boong tính toán là boong nằm ngay dưới boong thượng tầng.
Theo sự lựa chọn của người thiết kế, boong nằm ngay dưới boong thượng tầng có thể được lấy là boong tính toán ngay cả khi thượng tầng này có chiều dài lớn hơn 0,15L. Khái niệm về các chi tiết kết cấu tàu 1. Khái niệm về bố trí kết cấu: - Vỏ bao tàu: bao gồm tôn bao ngoài (tôn đáy, tôn mạn), tôn boong, tôn sàn v. tạo nên màng mỏng kín nước, tạo lực nổi cho tàu, chống hắt nước vào các khoang, tạo diện tích và bề mặt bố trí hàng hóa, phòng ở, phòng làm việc, phòng chức năng trên tàu v.
- Cơ cấu tàu: dùng để gia cường cho tôn bao, tôn sàn và các dải tôn khác trên tàu. Tôn và cơ cấu đảm bảo sức bền chung và sức bền cục bộ cho thân tàu. Khái niệm về các chi tiết kết cấu: a. Các bộ phận kết cấu chủ yếu trên tàu: Hình 1.
Tàu hàng rời. Tàu dầu hóa chất. Chi tiết kết cấu trên tiết diện ngang thân tàu: - Tàu hàng khô: 100 4200 250 100 Hình 1. t c t ngang tàu hàng khô (v tr s ờn th ờng) 10 4200 1000 700 700 3500 1000 100 500 550 550 600 600 600 600 600 2400 1800 Hình 1.
t c t ngang tàu hàng khô (v tr s ờn kh e) 11 - Tàu dầu, hóa chất: Hình 1. t c t ngang tàu dầu - Tàu container. t c t ngang tàu container 13 Hình 1. ết cấu v ng khoang hàng tàu dầu 1.
Khái niệm về dàn tàu Thân tàu được cấu thành từ các dàn tàu, chúng bao gồm các dàn sau: - Dàn đáy: là một phần của đáy được giới hạn bởi các vách ngang theo chiều dọc tàu, các vách dọc (nếu có), mạn theo chiều ngang tàu. Tập hợp các dàn đáy tạo thành đáy tàu. - Dàn mạn: là một phần của mạn, được giới hạn bởi đáy với boong hoặc các tầng boong với nhau theo chiều cao tàu, bởi các vách ngang theo chiều dài tàu. Tập hợp các dàn mạn tạo thành mạn tàu.
- Dàn boong: là một phần của boong, được giới hạn bởi các vách ngang theo chiều dài tàu, bởi mạn, các vách dọc (nếu có) theo phương ngang tàu. Tập hợp các dàn boong tạo thành boong tàu. - Dàn vách: là một phần của vách, được giới hạn bởi đáy, các tầng boong theo chiều cao tàu, bởi mạn, vách dọc theo chiều rộng tàu. Tập hợp các dàn vách tạo thành vách tàu.
Hệ thống dầm cơ cấu Hệ thống dầm cơ cấu của tàu bao gồm hai hệ thống: - Hệ thống dầm cơ cấu dọc. - Hệ thống dầm cơ cấu ngang. Hệ thống dầm cơ cấu dọc: + Gia cường cho dàn đáy bao gồm: ống chính đáy, sống hộp đáy, sống phụ, sống hông đáy (sống phụ bổ sung), dầm dọc đáy (sống phụ giảm nhẹ). + Gia cường cho dàn mạn gồm: ống dọc mạn, dầm dọc mạn.
+ Gia cường cho dàn boong gồm: ống dọc boong, xà dọc boong. Hệ thống dầm cơ cấu ngang: + Gia cường cho dàn đáy gồm: Đà ngang kín nước, đà ngang đặc (đà ngang đầy, khoẻ), đà ngang hở, đà ngang khung. + Gia cường cho dàn mạn gồm: ườn khoẻ, sườn hộp, sườn thường, sườn đồng loại. + Gia cường cho dàn boong gồm: Xà ngang boong khoẻ (sống ngang boong), xà ngang công xon, bán xà ngang boong khỏe, xà ngang boong, xà ngang boong cụt.
Lƣu ý: Thông thường các cơ cấu của dàn trong một hệ thống dầm cơ cấu phải được bố trí trong cùng một mặt phẳng và liên kết chắc chắn với nhau để tạo thành khung cứng hoặc khung khoẻ. Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế kết cấu thân tàu a. Tính an toàn: Trong quá trình khai thác, dưới tác dụng của ngoại lực tàu phải đảm bảo đủ bền, đủ ổn định. Có nghĩa là các kết cấu vẫn hoạt động bình thường (đảm nhiệm được chức năng của mình) trong quá trình khai thác.
Tính sử dụng: Khi thiết kế và bố trí kết cấu phải phù hợp với yêu cầu kinh doanh, yêu cầu sử dụng. Tức là việc thiết kế kết cấu phải đáp ứng yêu cầu khai thác, không làm mất dung tích chứa hàng, thuận tiện cho việc bốc xếp hàng hoá, không cản trở thao tác của thuyền viên và hành khách trên tàu. Tính hoàn chỉnh: Con tàu là một kiến trúc phức tạp, hoàn chỉnh, nên việc bố trí và tính toán kết cấu phải đồng bộ với bố trí tổng thể, bố trí trang thiết bị v. để tạo nên một thể thống nhất, hoàn chỉnh đảm bảo sự hoạt động nhịp nhàng của mọi bộ phận.
Tức là trong quá trình thiết kế kết cấu phải kết hợp trao đổi, thoả thuận, thống nhất với thiết kế tổng thể, thiết kế thiết bị và các thiết kế khác. Tính công nghệ: Khi thiết kế kết cấu phải đảm bảo thuận tiện cho công nghệ. Có nghĩa là phải tạo khả năng áp dụng được quy trình công nghệ tiên tiến và phải phù hợp với thực tế sản xuất tại nhà máy, như: - Thi công dễ dàng, giảm được cường độ lao động, tạo điều kiện tăng năng suất lao động. - Thuận tiện trong sửa chữa và bảo dưỡng.
- Triệt để sử dụng vật liệu đã được quy chuẩn, tận dụng nguồn vật tư sẵn có trong nước (thuận tiện cho việc mua, dự trữ vật tư của nhà máy). Tính kinh tế: Trong quá trình thiết kế phải cố gắng giảm khối lượng kết cấu để tiết kiệm vật tư, nguyên - nhiên vật liệu nhằm giảm khối lượng sắt thép tới mức tối đa, giảm giá thành đóng mới xuống mức tối thiểu, cho giá trị kinh tế cao nhất. Tính thẩm mỹ, tính hiện đại: Kết cấu thiết kế phải đảm bảo tính thẩm mỹ, tạo cho con tàu đẹp, hấp dẫn, kết cấu hiện đại phù hợp với trình độ phát triển của khoa học kỹ thuật và thị hiếu của khách hàng. Phân loại tàu 1.
Phân loại theo khu vực hoạt động Theo khu vực hoạt động, tàu có thể được phân loại như sau: a. Tàu hoạt động trong khu vực không hạn chế (tàu viễn dương) b. Tàu hoạt động trong khu vực biển hạn chế: Tàu hoạt động trong khu vực này được chia ra làm 3 loại sau: - Tàu hoạt động trong khu vực biển hạn chế cấp I: là tàu chạy trong vùng biển hở hạn chế cách xa bờ hoặc nơi trú ẩn không quá 200 hải lý. Chiều cao sóng h3% cho phép không lớn hơn 8,5 m.
- Tàu hoạt động trong khu vực biển hạn chế cấp II: là tàu chạy trong vùng ven biển hạn chế cách xa bờ hoặc nơi trú ẩn không quá 50 hải lý. Chiều cao sóng h3% cho phép không lớn hơn 6 m.