Нагрузки и их сочетания при расчете плавучих средств
Нагрузки и воздействия | Сочетания нагрузок | |||
при расчете прочности плашкоутов | при расчете плявучести и остойчивости | |||
Собственный вес плашкоута с обстройкой | + | + | + | + |
Вес крана, копра и другого оборудования | + | + | + | + |
Вес подвешенного к крану груза (молота, свай к копру): | ||||
- без динамики | - | - | + | - |
-с динамикой | + | - | - | - |
Вес противовесов и балласта | + | + | + | + |
Давление ветра: | ||||
- на плашкоут | + | + | + | + |
- на кран (копер) | + | + | + | + |
- на груз (сваю) | + | - | + | - |
Гидростатическое давление воды | + | + | + | + |
Волновая нагрузка | + | - | - | - |
Примечания. 1. В сочетаниях 2 и 4 интенсивность ветровой нагрузки принимается равной расчетной для данного района; в сочетаниях 1 и 3 - при скорости ветра V=10 м/с.
2. В сочетаниях 1 и 3 центр тяжести груза должен приниматься в точке подвеса его к крану (копру) в сочетании с наиболее невыгодным положением крана (копра) на плашкоуте.
3. В сочетаниях 1 и 3 рассматривается также случай обрыва груза с крана (копра). В этом случае вес груза условно прикладывается к стреле снизу вверх.
4. При расчете плашкоутов для кранов необходимо в сочетаниях 1 и 3 рассмотреть случаи: а) наибольшей высоты подъема груза; б) наибольшего вылета поднимаемого груза.
Объем остаточного балласта определяется для барж в зависимости от конструкции набора днища, а для понтонов типа КС принимается, исходя из средней толщины слоя воды в каждом понтоне 0,1 м.
Рис. 80. Схема к проверке остойчивости плавучей системы
Остойчивость плавучей системы определяется следующими условиями (рис. 80):
а) метацентрическая высота ρ - α должна быть положительной ни всех расчетных случаях, т.е.
ρ-α>0, (42)
где ρ - метацентрический радиус, равный расстоянию между центром тяжести вытесненного объема воды (центром водоизмещения Zv) и метацентром Zm, расположенным в точке пересечения вертикали, проходящей через смещенный центр водоизмещения, с осью О-О плавучей системы; а - расстояние от центра тяжести плавучей системы Za до центра водоизмещения Zv, принимаемое равным тому же расстоянию при начальном положении плавсистемы.
б) при крене и дифференте плавучей системы от действия расчетной ветровой нагрузки кромка палубы в любой точке не должна уходить под воду, а днище (середина скулы) не должно выходить из воды.
При проверке остойчивости все нагрузки должны приниматься расчетные. Значение коэффициента надежности по нагрузке для собственного веса плашкоута с обстройкой и оборудованием следует принимать в их невыгодном значении (0,9 или 1,1).
Значение метацентрического радиуса определяется по формуле
ρ = (I-Σin)/ΣVp. (43)
где I - момент инерции площади плашкоута (баржи) в уровне ва терлипии относительно оси наклонения плавучей системы, принимаемый при кренах - относительно оси с меньшим моментом инерции, а при дифферентах - относительно оси с бульшим моментом инерции площади; Σin - сумма собственных моментов инерции поверхности балласта в понтонах (отсеках барж) относительно осей, проходящих через центры тяжестей этих поверхностей, параллельно осям наклонения плавучей системы; ΣVp - объем (водоизмещение) погруженной части плавсистемы.
Осадку плавучей системы от вертикальных нагрузок определяют по формуле
tв = ΣQ/(kвΩ), (44)
где ΣQ - расчетная (или нормативная - см. ниже) нагрузка, приходящаяся на плавсистему; kв - коэффициент полноты водоизмещения, принимаемый для понтонов типа КС равным 0,97; Ω - площадь плашкоута по ватерлинии.
Осадка барж определяется по паспортным данным в зависимости от расчетной нагрузки на баржу.
Для контроля за фактической осадкой плавучих систем в рабочих чертежах должны указываться осадки от нормативных нагрузок.
Максимальная осадка от расчетных нагрузок, вызывающих крен или дифферент плавучей системы, определяется по формуле
tг = btgφ, (45)
где b - половина размера плашкоута; φ - угол крена или дифферента.
Для плавучих систем рассматриваемого типа угол крепа или дифферента можно рассчитать по формуле
(46)
где ΣМп - расчетный момент от постоянных нагрузок; ΣMвр - расчетный момент от временных нагрузок; m - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,2.
Расчетный момент ΣМп от постоянных нагрузок принимается относительно осей симметрии площади плашкоута (при полном уравновешивании веса кранов или копров ΣМп = 0).
Расчетный момент ΣМвр принимается от горизонтальных ветровых нагрузок относительно центра водоизмещения. Сюда же входят неуравновешенные части вертикальных нагрузок (веса груза на крюке крана, сваи на стреле копра и т.п).
Угол φ должен удовлетворять условиям:
φ≤φ1; φ≤φ2, (47)
где φ1 и φ2 - угол крена (дифферента), соответствующий началу входа кромки палубы в воду и выходу из воды днища (середины скулы).
Расчет на прочность корпуса судна производят с использованием линий влияния изгибающих моментов М и поперечных сил Q. Ординаты линий влияния определяются из общих выражений (см. [26] и рис.81):
(48)
(49)
где v=(ρ-a)/ρ=1-a/ρ.
В этих формулах первые члены учитывают изменение усилий за счет дифферента плавсистемы. Второе слагаемое формул образуется за счет эпюры qp - сил поддержания воды при центральном загружении плавсистемы силой Р = 1. Третий член учитывает непосредственное воздействие силы Р = 1 или момента, ею создаваемого М = 1·хр, и действителен только при положении единичной силы левее сечения, для которого строится линия влияния.
Анализ формулы (48) показывает, что наибольшие изгибающие моменты в сечении корпуса под сосредоточенным грузом действуют при хп = 0, т.е в миделе судна (см. рис. 81, г). Для любого числа сосредоточенных грузов Р, на палубе изгибающий момент от них в среднем сечении корпуса будет выражен формулой
Рис. 81. Линии влияния для плавучей системы:
а - расчетная схема; б - эпюра сил поддержания воды; линии влияния: в - МL/3; г - М0; д - QL/3
(50)
где хi - абсолютная величина расстояния от миделя до точки приложения нагрузки Рi.
Из анализа формулы (49) следует, что ординаты линии влияния Q0 в миделе равны ±0,5, а по концам плашкоута (при хn = L/2) равны нулю.
Изложенная методика расчета судна на прочность относится к его положению на спокойной воде. Кроме этого, необходимо учитывать дополнительные изгибающие моменты ΔМ и поперечные силы ΔQ от волновой нагрузки:
ΔM = ±k0k1k2k6BL2h; (51)
ΔQ = 4M/L, (52)
где k6 - коэффициент полноты водоизмещения; В - ширина плашкоута в уровне ватерлинии по миделю; L - длина плашкоута в уровне ватерлинии; h - расчетная высота волны во время работы, м.
Расчетную высоту волны принимают на основании данных местного пароходства и в расчете берут не менее 0,6 м.
Коэффициент k0 вычисляется по формуле
k0 = 1,24-2B/L. (53)
Коэффициент k1 в зависимости от длины судна L принимается равным
при длине судна 20 м - 0,0123;
при длине судна 40 м - 0,0101;
при длине судна 60 м - 0,0085;
при длине судна 100 м - 0,0061.
Коэффициент k2 вычисляется по формуле
k2 = 2-20Tн/L, (54)
где Тн - осадка судна носом, м.
Эпюры дополнительных усилий в корпусе плашкоута от волновых воздействий изображены на рис. 82.
Рис. 82. Эпюры дополнительных усилий в корпусе судна от волновых воздействий
Мощности тяговых средств (буксиров, транспортирующих плав-систему) определяется по формулам (31) - (35).
Лебедки и якоря для перемещения и раскрепления плавучих систем следует рассчитывать на сочетания нагрузок, приведенных в табл. 24.
Таблица 24
Дата добавления: 2020-07-18; просмотров: 426;