Tài liệu Kết cấu thân tàu bách khoa hà nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC -------o0o------Ths. Phạm Thị Thanh Hương Bài giảng KẾT CẤU TÀU 1 LỜI NÓI ĐẦU Tàu thủy là phương tiện vận tải bằng đường thủy, là một công trình kiến trúc nổi hoạt động trên sông, hồ hay biển. Tàu luôn luôn chịu những tác động bất thường của sóng, gió, dòng chảy, các vật trôi nổi khác v.v. Do đó yêu cầu về độ bền, độ cứng vững, độ ổn định của các kết cấu trên tàu đặc biệt quan trọng trong quá trình tàu hành trình cũng như neo đậu tại bến. Kết cấu tàu là môn học nghiên cứu sự phân bố tải trọng, các hình thức kết cấu và tính toán các kết cấu cơ bản của thân tàu để đảm bảo độ bền vững của nó trong quá trình khai thác. Bài giảng “Kết cấu tàu” được biên soạn dành cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Tàu thủy, nhằm mục đích giới thiệu những kiến thức cơ bản nhất về hình thức kết cấu cơ bản của tàu nói riêng và công trình nổi nói chung. Bài giảng này không trình bày chi tiết các bản vẽ kết cấu mà chỉ trình bày những kiến thức cơ bản nhất. Bài giảng được biên soạn lần đầu nên không tránh khỏi sai sót. Rất mong bạn đọc góp ý để tác giả bổ sung, hoàn thiện nâng cao chất lượng, giúp cho sinh viên thuận lợi hơn trong quá trình học tập. Xin trân trọng cảm ơn. 2 MỤC LỤC TÊN CHƯƠNG,MỤC Chương 1 NỘI DUNG Khái quát chung về kết cấu tàu thủy TRANG SỐ 1 1.1 Khái quát về kết cấu tàu thủy 1.1.1 Các khái niệm và định nghĩa 1.1.2 Khái niệm về chi tiết kết cấu 2 1.1.3 Khảo sát chi tiết kết cấu 3 1.1.4 Khái niệm khung dàn tàu 9 1.1.5 Hệ thống khung dầm cơ cấu 12 1.1.6 Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế kết cấu thân tàu 12 1.1.7 Các phương pháp thiết kế kết cấu thân tàu 13 1.1.8 Danh mục hồ sơ bản vẽ kết cấu thân tàu 14 1.2 Một số vấn đề trong thiết kế kết cấu tàu thủy 1.2.1 Phân loại kết cấu thân tàu 15 1.2.2 Phân tích , lựa chọn hình thức bố trí kết cấu 24 1.3 Khái quát về sức bền tàu 1.3.1 Khái niệm về sức bền tàu 27 1.3.2 Điều kiện làm việc của thân tàu 27 1.3.3 Ngoại lực gây uốn tàu 28 1.3.4 Lực cắt và mô men uốn 30 1.3.5 Ứng suất trên mặt cắt ngang thân tàu 34 1.4 Thanh tương đương Chương 2 1.4.1 Khái niệm về thanh tương đương 42 1.4.2 Kiểm tra độ bền thân tàu 44 Nguyên tắc kết cấu 2.1 Nguyên tắc chung 47 2.2 Lỗ khoét 49 2.3 Liên kết cơ cấu 2.4 Khoảng sườn , mép kèm 53 2.5 Kết cấu sóng 57 56 3 MỤC LỤC TÊN CHƯƠNG,MỤC Chương 3 NỘI DUNG Kết cấu tàu hàng khô 3.1 Kết cấu khoang hàng Chương 4 Chương 5 TRANG SỐ 60 3.1.1 Kết cấu dàn đáy 61 3.1.2 Kết cấu dàn mạn 82 3.1.3 Kết cấu dàn boong 96 3.1.4 Kết cấu dàn vách 3.2 Kết cấu vùng mút 114 126 3.3 Kết cấu khoang máy 147 3.4 Thượng tầng – Lầu 158 3.5 Tôn bao – Tôn sàn Đặc điểm kết cấu các loại tàu vận tải 164 4.1 Kết cấu tàu chở hàng lỏng 169 4.2 Đặc điểm kết cấu tàu chở hàng rời 190 4.3 Đặc điểm kết cấu tàu chở hàng Container 4.4 Đặc điểm kết cấu tàu chở khách 200 4.5 Đặc điểm kết cấu đội tàu công trình 204 4.6 Đặc điểm kết cấu đội tàu phụ trợ 206 203 Tính toán thiết kế các cơ cấu thân tàu 5.1 Chiều dày tối thiểu cơ cấu 208 5.2 Tôn bao 208 5.3 Tính toán các cơ cấu Chương 6 5.3.1 Tính toán các cơ cấu đáy 220 5.3.2 Tính toán cơ cấu mạn 228 5.3.3 Tính toán cơ cấu boong 240 5.3.4 Tính toán cơ cấu vách 247 5.4 Một số kết cấu khác 253 Bản vẽ kết cấu tàu 6.1 Khái niệm về kết cấu và bản vẽ kết cấu tàu 258 6.2 Các quy ước đối với bản vẽ kết cấu 259 6.3 Các bản vẽ kết cấu 261 4 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA CHUNG 1.Chiều dài tàu L(m) Là khoảng cách đo trên đường nước chở hàng thiết kế lớn nhất, từ mặt trước sống mũi đến mặt sau trụ bánh lái ( nếu tàu có trụ bánh lái ), hoặc đến đường tâm trục bánh lái ( nếu tàu không có trụ bánh lái ) .Tuy nhiên nếu tàu có đuôi theo kiểu tuần dương hạm thì L được đo như trên hoặc bằng 96% toàn bộ chiều dài đường nước chở hàng thiết kế lớn nhất, lấy giá trị nào lớn hơn . Đường nước chở hàng là đường nước ứng với mỗi mạn khô tính theo quy định của mạn khô. Đường nước chở hàng thiết kế lớn nhất là đường nước ứng với trạng thái toàn tải . 2. Chiều dài tàu để xác định mạn khô Lf(m) Là 96% chiều dài, đo từ mặt trước của sống mũi đến mặt sau của tấm tôn bao cuối cùng của đuôi tàu, trên đường nước tại 85% chiều cao mạn thiết kế nhỏ nhất tính từ mặt trên của dải tôn giữa đáy hoặc là chiều dài đo từ mặt trước của sống mũi đến đường tâm trục bánh lái trên đường nước đó , lấy giá trị nào lớn hơn . 3. Chiều rộng tàu B(m) Là khoảng cách nằm ngang đo từ mép ngoài của sườn mạn bên này đến mép ngoài của sườn mạn bên kia , tại vị trí rộng nhất của thân tàu . 4. Chiều rộng tàu để xác định mạn khô Bf(m) Là khoảng cách nằm ngang lớn nhất ,đo từ mép ngoài của sườn mạn bên này đến mép ngoài của sườn mạn bên kia, tại điểm giữa của chiều dài tàu để xác định mạn khô Lf . 5. Chiều cao mạn tàu D(m) Là khoảng cách thẳng đứng, đo từ mặt trên của dải tôn giữa đáy đến đỉnh xà boong mạn khô ở mạn, tại điểm giữa chiều dài tàu L. Trường hợp vách kín nước dâng lên đến boong cao hơn boong mạn khô, thì chiều cao mạn được đo đến boong vách đó . 5 6. Chiều cao mạn để tính sức bền Ds(m) Là khoảng cách thẳng đứng, đo từ mặt trên của dải tôn giữa đáy đến đỉnh xà boong thượng tầng ở mạn nếu boong thượng tầng là boong tính toán, hoặc đến đỉnh xà boong mạn khô, đo tại điểm giữa chiều dài tàu L đối với các trường hợp khác .Trường hợp không có boong ở phần giữa tàu thì chiều cao mạn được đo theo đường boong tưởng tượng được kéo dài dọc theo đường boong tính toán đi qua điểm giữa chiều dài tàu L . 7. Chiều chìm chở hàng T(m) Là khoảng cách thẳng đứng đo từ mặt trên của dải tôn giữa đáy đến đường nước chở hàng . Chiều chìm chở hàng thiết kế cao nhất d(m) Là khoảng cách thẳng đứng đo từ mặt trên của dải tôn giữa đáy đến đường nước chở hàng thiết kế lớn nhất, tại điểm giữa của L. 8. Lượng chiếm nước toàn tải W(t) Là lượng chiếm nước thiết kế ứng với trạng thái toàn tải. Trọng tải toàn phần DWT Là hiệu số giữa lượng chiếm nước toàn tải W và trọng lượng tàu không LWT. Trọng lượng tàu không LWT Là lượng chiếm nước không kể hàng hóa, dầu đốt, dầu bôi trơn, nước dằn và nước ngọt chứa trong két, lương thực, thực phẩm hành khách, thuyền viên và tư trang của họ . 9. Tốc độ của tàu V(hl/h) Là tốc độ thiết kế mà tàu có thể đạt được ở công suất liên tục lớn nhất của máy chính, chạy trên biển lặng, ở trạng thái ứng với đường nước chở hàng thiết kế lớn nhất 10. Hệ số béo thể tích Cb Là hệ số tính được khi chia thể tích chiếm nước tương ứng với W cho tích (L.B.d) 6 CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ KẾT CẤU TÀU 1.1. KHÁI QUÁT CHUNG 1.1.1. Khái niệm Tàu thủy là một công trình nổi có hoặc không có động cơ, chuyên dùng để hoạt động trên biển và các vùng nước liên quan tới biển. Phần lớn con tàu có dạng thon gọn, thể tích ngâm nước lớn nhất tập trung ở giữa tàu và giảm dần về phía mũi tàu. Kết cấu tàu được chia ra hai thành phần, đó là phần thân tàu và phần thượng tầng – lầu. ™ Thân tàu Thân tàu gồm các tấm tôn được ghép với nhau tạo thành một lớp vỏ mỏng kín nước và được gia cường ở bên trong nhờ các cơ cấu ghép vuông góc với nhau tạo thành hệ thống khung dầm của thân tàu. Để đảm bảo tính chống chìm, đảm bảo sức bền cũng như phòng nguy hiểm hỏa hoạn cho tàu, người ta phân chia tàu thành nhiều khoang, két nhờ các vách ngăn. Theo chiều dài, từ đuôi lên mũi theo hướng chuyển động, thân tàu được chia ra thành nhiều khoang, vùng nhờ các vách ngăn kín nước, kín dầu liên tục từ đáy đến boong trên cùng theo quy tắc đảm bảo tính chống chìm. Mỗi một loại tàu có yêu cầu phân khoang khác nhau. Vách khoang hàng Vách mũi Vách lái Vách khoang máy H 1.1 Phân khoang theo chiều dài tàu Vùng mút tàu là phần thuộc 0,1L tính từ mỗi mút tàu (L là chiều dài tàu). Phía trước tiên là mũi tàu, phía sau cùng là đuôi tàu (khu vực lái). Khu vực lái thường là nơi bố trí máy, thiết bị đẩy, thiết bị lái tàu .Trọng tâm buồng máy đặt cách mặt phẳng sườn giữa khoảng 0,3L về phía đuôi. Đoạn thân tàu thuộc 0,4L nằm phần giữa tàu, cách sườn giữa về mũi và đuôi một khoảng là 0,2L.Vùng còn lại là vùng trung gian chuyển tiếp. Phân khoang theo chiều rộng tàu được thực hiện bởi các vách dọc. Ngoài cùng là mạn ngoài, mạn kép và các vách dọc (nếu có). Mặt cắt ngang của thân tàu ở khu vực 7 giữa tàu có dạng gần với hình chữ nhật với hai góc phía dưới được lượn tròn. Mặt cắt ngang dần về phía mũi và lái bị thu hẹp ở phía dưới dạng gần với hình tam giác. Boong chính Boong phụ Đáy trên H 1.2 Phân khoang H 1.3 Phân khoang theo chiều cao tàu theo chiều rộng tàu Phân khoang theo chiều cao tàu được thực hiện bởi đáy và các tầng boong. Dưới cùng là đáy ngoài, đáy trên (nếu có), tiếp đến là các vách hai bên sườn mạn tàu, các tầng boong của thân chính, các tầng boong của thượng tầng . ™ Thượng tầng – lầu Thượng tầng là kiến trúc tạo nên phòng kín (phòng ở thuyền viên, các phòng sinh hoạt, phòng khách … ) bố trí trên boong chính chạy suốt từ mạn này sang mạn kia hoặc cách 1 trong 2 mạn không quá 4% chiều rộng tàu. Lầu b ≤ 4%B Thượng tầng (b ≤ 4%B) H 1.4. Thượng tầng và lầu Thượng tầng có thể bố trí ở mũi, lái hay ở khu vực giữa tàu tùy thuộc yêu cầu cải thiện tính năng hành hải của tàu và để có thêm khu vực bổ sung cho trang thiết bị và sinh hoạt. Mạn và boong của thượng tầng mũi, lái hay giữa cũng có kết cấu tương tự như của thân tàu .Phía trên thượng tầng lái hay giữa thường bố trí lầu trong đó có các buồng điều khiển tàu. Lầu là kiến trúc che kín mặt boongở boong trên của boong thượng tầng biệt lập nằm cách 1 trong 2 mạn một khoảng cách lớn hơn 4% chiều rộng tàu. Hay nói khác đi, lầu là những thượng tầng chạy trên một phần chiều rộng tàu ( b > 4%B) 1.1.2. Khái niệm về chi tiết kết cấu ™ Vỏ mỏng Phần vỏ mỏng bao gồm: Tôn vỏ bao đáy, tôn vỏ bao mạn (tạo lực nổi cho thân tàu); tôn boong, tôn mạn thượng tầng, tôn vỏ bao vách (tăng tính chống chìm, chống 8 hắt nước); dải tôn sàn boong và các dạng tôn bao sàn khác (tạo bề mặt diện tích để bố trí hàng hóa, phòng ở, phòng làm việc trên tàu). Vỏ bao đáy, mạn và sàn boong trên cùng gồm các tấm thép được hàn lại với nhau. Các tấm thép này thường được đặt sao cho chiều dài của chúng chạy dọc tàu và dãy các tấm hàn với nhau theo cạnh ngắn tạo thành dải tôn vỏ. Các dải tôn là cơ cấu trực tiếp nhận tải trọng và chúng được hàn liên kết với nhau. Dải tôn đáy nằm giữa chiều rộng tàu được gọi là ky ngang. Hai dải tôn kề với ky ngang ở hai phía là dải tôn ghép mộng. Dải tôn chuyển tiếp từ mạn sang đáy được gọi là dải tôn hông. Dải tôn trên cùng của vỏ mạn được gọi là dải tôn mép mạn. Dải tôn ngoài cùng của sàn boong được gọi là dải tôn mép boong. Giao của các tấm vỏ mạn ở mũi và lái tạo thành sống mũi và sống lái. Đây là các thanh cứng, chúng quyết định hình dáng phần mũi và đuôi tàu khi nhìn từ mạn tàu. ™ Cơ cấu gia cường Cơ cấu gia cường là những cơ cấu được cấu tạo từ các thanh thép hình như L,U,I,T … Bản thành Chúng được nối ghép vuông góc với nhau và hàn với tôn vỏ bao tàu với mục đích gia cường cho tôn vỏ bao và các dải tôn khác nhằm đảm bảo độ Bảncánh (mép) bền cục bộ cũng như độ bền chung của thân tàu. H 1.5 Cơ cấu thân tàu 1.1.3. Khảo sát chi tiết kết cấu H 1.6 Kết cấu chung thân tàu 1. Mũi tàu 2. Boong mũi 3. Lầu giữa 7. Be chắn gió, mạn giả 8. Lan can, tay vịn 9. Tôn mạn 13. Miệng quầy ngang 14. Sống mũi 15. Sống đuôi 9 4. Buồng lái 5. Lầu lái 6. Đuôi (vòm lái) 10. Đáy 11. Miệng hầm hàng 12. Miệng quầy dọc 16.Đường boong chính 17. Mối hàn dọc 18. Mối hàn ngang H 1.7 Các kết cấu tổ hợp trên tàu 1. Thượng tầng đuôi 2. Boong trên 3. Boong dạo 4. Boong xuồng cứu sinh 5. Boong dạo 6. Boong điều khiển 7. Boong la bàn 8. Thượng tầng mũi 9. Bong thứ hai 10. Buồng máy lái 11. Hầm trục lái 12. Két đuôi tàu 13. Két mạn tầu 14. Hầm trục chân vịt 15. Két sâu 16. Buồng máy 17. Khoang hàng 18. Hầm xích neo 19. Két mũi 20. Thành miệng buồng máy 21. Sống đuôi 22. Đà ngang dâng cao 23. Vách đuôi 24. Vách kín nước 25. Vách sóng 26. Bệ máy 27. Đáy đôi 28. Vách dọc tâm 29. Sống boong 30.Vách chống va 10 H 1.8 Mặt cắt sườn giữa tàu hệ thống kết cấu dọc 1. Ky, dải tôn giữa đáy 2. Sống chính đáy 3. Sống phụ đáy 4. Dầm dọc đáy dưới 5. Dầm dọc đáy trên 6. Sườn 7. Sống dọc mạn 8. Sườn khoẻ 9.Mã hông 10.Tôn đáy ngoài 11.Đà ngang 12.Tôn đáy trên 13. Vây giảm lắc 14.Tôn mạn 15.Dải tôn mép mạn 16.Nẹp mép boong 17.Dải tôn mép boong 18.Boong trên 19.Dầm dọc boong 20.Tôn mạn chắn sóng 21.Cột nẹp mạn chắn sóng 22.Lan can, tay vịn 23.Sống trên miệng hầmhàng 24.Thành dọc miệng hầmhàng 25.Cột chống 26.Xà ngang miệng hầm 27.Mã chống vặn 28.Mã 29.Mã xà 30.Tấm mặt, tấm mép 31.Lỗ người chui 32.Lỗ giảm trọng lượng 33.Lỗ đường ống chui qua 34.Sống chính đáy 35.Vách dọc 36.Tấm mặt 37.Nẹp gia cường 38.Xà phía trên 39.Xà ngang đáy trên 40.Sống phụ đáy 41.Sống phụ 11 H 1.9 Mặt cắt sườn giữa tàu hệ thống kết cấu dọc 1. Sống chính 18.Xà ngang boong thứ hai 36.Vây giảm lắc 2. Sống phụ 19.Mã xà ngang 37.Mã gia cường sống chính 3. Dầm dọc đáy dưới 20.Bong thứ hai 38.Mã gia cường sống hông 4. Dầm dọc đáy trên 21.Bong trên 39.Đà ngang kín nước 5. Đà ngang đặc 40.Mã gia cường đà ngang 22.Tấm mép boong 6. Dải tôn giữa đáy kín nước 23.Mã chống vặn 7. Dải tôn liền kề với 41.Nẹp đứng 24.Xà ngang boong dải tôn giữa đáy 42.Thanh chống 25.Dầm dọc boong 8. Tôn đáy 43.Lỗ khoét cho đường hàn 26.Sống boong 9. Dải tôn hông chui qua 27.Thành miệng khoang hàng 10.Tôn mạn 44.Lỗ khoét giảm trọng 28.Xà ngang boong khỏe 11.Dải tôn đỉnh mạn lượng 29.Sừờn khỏe 12.Dải tôn mép mạn 45.Sống hông nghiêng 30.Cột chống trong khoang 13.Tôn đáy trên 46.Lỗ khoét người chui 31.Cột chống nội boong 14.Mã hông 47.Vách kín nước 32.Tôn mạn chắn sóng 15.Tấm ốp 48.Nẹp vách 33.Tay vịn 16.Sườn khoang 49.Tấm đệm chân cột chống 34.Cột nẹp mạn chắn sóng 17.Sườn nội boong 35.Nẹp nằm 12 H 1.10 Mặt cắt sườn giữa tàu hệ thống kết cấu ngang 16.Vây giảm lắc 1. Tấm tôn giữa đáy 2. Sống chính đáy 17.Tôn mạn chắn sóng 3. Dải tôn giữa đáy trên 18.Sườn 4. Sống phụ đáy 19.Mã hông 5. Sống hông 20.Mã xà ngang boong 6. Tôn đáy trên 21.Xà ngang boong 7. Tôn đáy ngoài 22.Boong trên 8. Lỗ người chui 23.Nẹp nằm 9. Đà ngang đáy 24. Cột nẹp be chắn sóng 10.Dầm ngang đáy trên 25. Thanh thép góc mép mạn 11.Dầm gang đáy dưới 26.Tay vịn mạn chắn song 12.Dải tôn hông 27.Tấm ốp lườn 13.Dải tôn mép mạn 28.Thành quây dọc miệng hầm hàng 14.Tôn mạn 29.Xà ngang miệng hầm hàng 15.Boong trên 30. Sườn khỏe 13 H 1.11 Mặt cắt sườn giữa tàu hệ thống kết cấu ngang 1. Tấm tôn giữa đáy 2. Sống chính đáy 3. Dảitôn giữađáytrên 4. Sống phụ đáy 5. Sống hông nằm ngang 6. Tôn đáy trên 7. Tôn đáy ngoài 8. Đà ngang đáy 9. Lỗ người chui 10.Dầm ngang đáy trên 11.Dầm gang đáy dưới 12.Dải tôn hông 13.Dải tôn mép mạn 14.Tôn mạn 15.Boong trên 16. Vây giảm lắc 17.Mạn giả 18.Sườn 19.Mã hông 20.Mã xà 21.Xà ngang boong 22.Boong che 23.Nẹp nằm 24. Thanh thép góc mép mạn 25.Cột nẹp be chắn sóng 26.Tay vịn 27.Thành quây miệng hầm hàng 14 1.1.4 . Khái niệm khung dàn tàu H 1.12 Khung dàn tàu 4. Mã liên kết 1. Khung dàn boong 5. Khoang két 2. Khung dàn mạn 3. Khung dàn đáy Bảng 1.1 Kết cấu khung dàn tàu Khungdàn Giới hạn theo chiều dọc Dàn đáy Dàn mạn Hai vách ngăn ngang kề nhau Mạn với vách ngăn dọc gần nhất hoặc hai vách ngăn dọc kề nhau hoặc hai mạn tàu Hai vách ngăn ngang kề nhau Đáy tàu và boong gần nhất hoặc hai boong kề nhau hoặc giữa đáy và boong trên cùng Dàn boong Hai vách ngăn ngang kề nhau Dàn vách Giới hạn theo chiều ngang Các tầng boong với nhau hoặc tầng boong với đáy Mạn và vách ngăn dọc gần nhất hoặc hai vách ngăn dọc kề nhau hoặc hai mạn tàu . Mạn và vách ngăn dọc gần nhất hoặc hai vách ngăn dọc kề nhau hoặc hai mạn tàu . Hệ khung gia cường cho lớp vỏ mỏng kín nước gồm các thanh cơ cấu chạy dọc và ngang thân tàu, liên kết với nhau và liên kết với vỏ đáy, vỏ mạn và sàn boong. Hệ khung phẳng cấu thành từ các thanh của hệ khung nằm trên cùng một mặt phẳng và liên kết cứng với nhau tại các nút. Do được liên kết cứng với nhau nên khi một thanh trong khung bị uốn sẽ gây uốn cho các thanh còn lại. 15 Khung chịu tác dụng của tải trọng nằm trong mặt phẳng khung. Các khung tham gia vào thân tàu được phân loại theo hình dạng các thanh hợp thành, đó là khung thẳng và khung cong. Khung thẳng được cấu thành từ các thanh thẳng hoặc gần thẳng. Khung cong là khung mà một phần các thanh hợp thành có dạng cong. Hệ khung dàn là hệ thống các thanh của hệ khung được hàn với nhau, hàn với lớp vỏ và với vành đế. Thanh đi theo một hướng có vai trò hỗ trợ để các thanh chạy theo hướng còn lại, và nó có độ cứng lớn hơn ta gọi là thanh giằng. Các thanh còn lại là thanh hướng chính (thanh cơ bản). Vành đế thường có dạng gần chữ nhật hoặc hình thàng. Vành đế của mỗi khung dàn do các khung dàn khác tạo thành. Các khung dàn đó nằm trong các mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng của khung dàn đang xét. Tập hợp tất cả các dàn đáy, dàn mạn, dàn boong, dàn vách trên tàu tương ứng tạo thành đáy tàu, mạn tàu, boong tàu và vách tàu. Boong chạy suốt chiều dài và chiều rộng tàu, chỉ bị đứt đoạn ở khu vực buồng máy. Boong lửng chỉ chiếm một phần chiều dài và một phần chiều rộng tàu. Các boong và boong lửng gồm các sàn được gia cường bởi các thanh của khung và được gọi tên theo thứ tự từ trên xuống dưới: boong trên cùng là boong thứ nhất, tiếp đến là boong thứ hai v.v ... cho đến boong dưới cùng. Mạn giả là các kết cấu không kín nước ở trên boong trên cùng theo mép mạn có độ cao xấp xỉ 1m, được gia cường bởi các cột ở giữa thượng tầng mũi và thượng tầng giữa cũng như giữa thượng tầng giữa và thượng tầng lái. Kết cấu này nhằm nâng cao độ an toàn cho thuyền viên, chống hắt nước lên boong trong điều kiện sóng gió, đảm bảo an toàn hàng hóa trên boong. Phần mũi tàu thông thường có mạn giả dù thượng tầng mũi có hoặc không. Lan can tay vịn gồm các cột đỡ cho dãy các dây cáp hoặc ống để bảo vệ cho thuyền viên không rơi ra khỏi mạn. Các vách ngăn là kết cấu phẳng dạng tấm được gia cường, phân chia thân tàu thành các khoang. Vách ngăn kín nước, kín dầu phân chia thân tàu thành các khoang riêng biệt. Vách ngăn song song với mặt cắt dọc tâm của tàu gọi là vách dọc. Vách ngăn nằm trong các mặt cắt ngang của tàu gọi là vách ngang. Vách ngăn ngang đầu tiên tính từ mũi là vách chống va mũi. Phần không gian giới hạn bởi vách chống va mũi và hai mạn gọi là khoang chống va mũi. Vách ngăn ngang sau cùng tính từ mũi là vách chống va lái. Phần không gian giới hạn bởi vách chống va lái và hai mạn gọi là khoang chống va lái. 16 1.1.5. Hệ thống khung dầm cơ cấu Vỏ tàu được gia cường bởi các thanh cơ cấu giao nhau chạy dọc và ngang thân tàu tạo thành hệ khung dầm cơ cấu. Các cơ cấu ngang tạo thành hệ khung dầm ngang, các thanh dọc tạo thành hệ khung dầm dọc. Các cơ cấu ngang gia cường vỏ đáy là các đà ngang đáy, gia cường vỏ mạn là các sườn, gia cường sàn boong là các xà ngang. Sườn khỏe, xà khỏe có kích thước lớn hơn so với các cơ cấu cùng tên. Chúng được đặt xen kẽ với các sườn , xà cơ bản. Các đà ngang đáy, sườn và xà ngang thường được đặt trong cùng các mặt cắt ngang thân tàu và chúng liên kết với nhau nhờ các mã tạo thành khung sườn. Mã hông liên kết các sườn với đà ngang đáy. Mã xà liên kết các sườn với xà ngang. Các cơ cấu dọc thường cắt các cơ cấu ngang dưới các góc xấp xỉ 90°. Cơ cấu dọc cắt các đà ngang đáy là dầm dọc đáy. Cơ cấu dọc đặt tại mặt cắt dọc tâm tàu là sống chính đáy (ky đứng). Các dầm dọc nằm gần mạn nhất được đặt tại hông tàu là ky hông. Cơ cấu dọc đỡ các sườn là sống dọc mạn. Cơ cấu dọc đỡ các xà ngang là sống dọc boong. Nẹp dọc là cơ cấu dọc có kích thước nhỏ hơn sống và dầm nhằm tăng độ ổn định cho các tấm vỏ và sàn. Phần lớn đà ngang đáy và sống dọc đáy có cùng chiều cao và được phủ phía trên bởi sàn kín nước tạo thành đáy trong. Đáy trong cùng với đáy ngoài tạo thành đáy đôi . Các cơ cấu dọc thường được đỡ bởi các vách ngăn ngang . Các vách ngăn ngang bao gồm các cơ cấu thẳng đứng gọi là các nẹp đứng . Nếu độ cao các nẹp đứng lớn thì cần gia cường bởi các nẹp ngang gọi là nẹp nằm. Ngoài ra còn có các cơ cấu dọc có kích thước lớn hơn cơ cấu cùng loại nhằm tăng độ ổn định cho các tấm vỏ và sàn, đó là các nẹp dọc . Thông thường các cơ cấu của các dàn trong cùng hệ thống dầm cơ cấu phải được bố trí trong cùng một mặt phẳng và liên kết chắc chắn với nhau để tạo thành các khung cứng hoặc khung khỏe của tàu. 17 Bảng 1.2 Hệ thống cơ cấu Dàn tàu Đáy Mạn Boong Loại Cơ cấu Cơ cấu ngang Dầm dọc đáy (tàu đáy đơn) Dầm dọc đáy trong Thường Dầm dọc đáy ngoài (đáy đôi) Sống phụ giảm nhẹ (thay dầm dọc) Sống chính đáy Khỏe Sống hộp thay cho sống chính Sống phụ đáy cơ bản Sống phụ đáy bổ sung . Thường Xà dọc mạn ( dầm dọc mạn) Đà ngang thường Đà ngang khung Đà ngang giảm nhẹ Khỏe Sườn khỏe Sống dọc mạn Thường Xà dọc boong Khỏe Vách Cơ cấu dọc Sống dọc boong Thường Nẹp nằm Khỏe Sống nằm vách dọc Đà ngang kín nước Đà ngang khỏe (đà ngang đặc đà ngang đầy) Sườn thường Xà ngang boongthường Xà ngang boong cụt Xà ngang boong khỏe Bán xà ngang boong khỏe (dầm công xon) Nẹp đứng Sống đứng vách dọc . Bảng 1.3 Hệ thống khung dầm cơ cấu Loại khung dầm Khung cứng Khung ngang Khung khỏe Khung cứng Khung dọc Khung khỏe Khung cứng Khung nằm Khung khỏe Cơ cấu Đà ngang thường Sườn thường , Nẹp đứng Xà ngang boong thường Đà ngang đầy Sườn khỏe , Sống đứng Xà ngang boong khỏe Dầm dọc đáy , Nẹp đứng vách ngang Xà dọc boong Sống chính (sống phụ) Sống đứng vách, Sống boong Nẹp khỏe vách ngang Xà dọc mạn Nẹp nằm vách ngang Nẹp nằm vách dọc . Sống mạn , Vách dọc . Sống nằm của vách ngang 18 1.1.6 . Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế kết cấu thân tàu ƒ Tính an toàn Dưới tác dụng của ngoại lực, tàu phải đảm bảo độ bền, độ cứng và độ ổn định cần thiết. Hay nói khác đi, các kết cấu với chức năng của mình hoạt động bình thường trong quá trình khai thác tàu. Ngoài ra các kết cấu cần phải có độ dự trữ bền cần thiết. ƒ Tính sử dụng Việc bố trí kết cấu và lựa chọn kích thước kết cấu phải phù hợp với yêu cầu kinh doanh, yêu cầu khai thác và sử dụng tàu. Nghĩa là các kết cấu không làm mất dung tích chứa hàng, không cản trở thao tác cho việc xếp dỡ hàng hóa, không cản trở thao tác của các thuỷ thủ, thuyền viên và hành khách trên tàu. ƒ Tính hoàn chỉnh Vì con tàu là một kiến trúc phức tạp nổi trên mặt nước nên việc bố trí thiết kế kết cấu phải đồng bộ với bố trí tổng thể và bố trí thiết bị, tạo nên một thể thống nhất hoàn chỉnh, đảm bảo hoạt động ăn khớp của tất cả các bộ phận trên tàu. ƒ Tính công nghệ Phải đảm bảo khả năng áp dụng quy trình công nghệ tiên tiến đồng thời phải phù hợp với các điều kiện thực tế trong và ngoài nước. Khi thiết kế phải đảm bảo thi công dễ dàng, giảm nhẹ cường độ lao động và nâng cao năng suất lao động, tiện lợi trong sửa chữa và bảo dưỡng. Áp dụng rộng rãi các phương pháp hàn, cắt kim loại bằng cơ giới hóa, giảm khối lượng công việc điều chỉnh trong lắp ráp và hàn. ƒ Tính thẩm mỹ hiện đại Kết cấu phải tạo cho con tàu có kiểu dáng đẹp, hấp dẫn, kết cấu hiện đại phù hợp trình độ phát triển của khoa học kĩ thuật và thị hiếu khách hàng . ƒ Tính kinh tế Phải tối ưu hóa trong thiết kế để tiết kiệm nguyên vật liệu, giảm khối lượng kết cấu nhằm giảm trọng lượng tàu không tới mức tối ưu, giảm giá thành đóng mới tới tối thiểu, cho giá trị kinh tế là cao nhất . Các yêu cầu trên có quan hệ mật thiết với nhau. Vì vậy nhiệm vụ của người thiết kế là phải dung hòa một cách hợp lý nhất các mâu thuẫn trong thiết kế và quyết định sự hoàn thiện của các kết cấu thân tàu cũng như hiệu quả kinh tế kỹ thuật và khai thác tàu . 19 1.1.7. Các phương pháp thiết kế kết cấu thân tàu ƒ Thiết kế theo tàu mẫu Phương pháp này chủ yếu dựa vào hình thức kết cấu, kích thước kết cấu, thực tế hàng hải của tàu mẫu, kết hợp với kinh nghiệm thiết kế và kiến thức lý thuyết thiết kế tính chuyển cho tàu mới.Tàu mẫu thường là tàu cùng kiểu với tàu thiết kế có các thông số cơ bản khá sát với điều kiện khai thác, hệ thống kết cấu tương tự. Cần tránh sự lặp lại, copy trực tiếp làm giảm hiệu quả phương pháp tính toán . Phương pháp này chủ yếu dựa vào tàu mẫu và kinh nghiệm nên việc lựa chọn và phân tích tàu mẫu thích hợp là cần thiết có tính chất quyết định. Thiết kế theo phương pháp này nhanh, độ tin cậy cao, áp dụng thiết kế các loại tàu thông thường. ƒ Thiết kế theo quy phạm kết cấu thân tàu Quy phạm kết cấu thân tàu tập hợp được những kinh nghiệm trong thiết kế kết cấu, trong chế tạo, sửa chữa và sử dụng tàu. Phương pháp này đơn giản, thực dụng, thường đảm bảo được sức bền thân tàu và được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế tàu dân dụng. Tuy nhiên hạn chế của nó là kết cấu thường lạc hậu, đối với loại tàu mới có kích thước và tính năng đặc biệt, cần phải xét riêng biệt. Bên cạnh đó, nhược điểm cơ bản của mọi quy phạm là các kích thước đảm bảo điều kiện bền của các liên kết thân tàu được xác định chỉ theo kích thước chính. Điều này không tính đến các đặc thù riêng ảnh hưởng đến sự lựa chọn kích thước kết cấu và liên kết tàu. Ví dụ , mô men uốn chung thân tàu thay đổi phụ thuộc vào cách xếp hàng, vị trí buồng máy, nhiên liệu, dự trữ, tuyến hình . ƒ Thiết kế theo tính toán lý thuyết Do hình dáng của thân tàu, các loại máy và bố trí trên tàu không giống nhau. Đặc biệt đối với tàu cỡ lớn, các loại tàu đặc biệt, quy phạm không thể bao gồm tất cả những đặc trưng đó. Vì vậy cần phải vận dụng những kiến thức về cơ học kết cấu xây dựng mô hình, dùng phương pháp tính toán sức bền để thiết kế kết cấu thân tàu. Hiện nay, nhờ máy tính điện tử, việc ứng dụng phương pháp tính toán sức bền trong thiết kế kết cấu thân tàu đang ngày càng hoàn thiện. Phương pháp thết kế này áp dụng để thiết kế các loại tàu mới, tàu đặc biệt Và đặc biệt áp dụng nó kiểm tra lại kết cấu sau khi đã thiết kế theo quy phạm. Tuy nhiên khối lượng tính toán theo phương pháp này lớn, phức tạp. Tóm lại, căn cứ vào đặc điểm tàu mà đưa ra lựa chọn phương pháp thiết kế thích hợp nhất. Đối với tàu dân dụng thông thường, chủ yếu dựa vào quy phạm để thiết kế kết cấu thân tàu. Khi cần thiết, có thể dùng phương pháp tính toán sức bền để kiểm nghiệm nhằm bổ sung những điểm chưa hoàn hảo của quy phạm. 20