Нагрузки и их сочетания при расчете плавучих средств

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 Z_v) и метацентром Z_m, расположенным в точке пересечения вертикали, проходящей через смещенный центр водоизмещения, с осью О-О плавучей системы; а - расстояние от центра тяжести плавучей системы Z_a до центра водоизмещения Z_v, 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-Σi_n)/ΣV_p. (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; Σi_n - сумма собственных моментов инерции поверхности балласта в понтонах (отсеках барж) относительно осей, проходящих через центры тяжестей этих поверхностей, параллельно осям наклонения плавучей системы; ΣV_p - объем (водоизмещение) погруженной части плавсистемы.

Осадку плавучей системы от вертикальных нагрузок определяют по формуле

t_в = ΣQ/(k_вΩ), (44)

где ΣQ - расчетная (или нормативная - см. ниже) нагрузка, приходящаяся на плавсистему; k_в - 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

t_г = 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 ΣМ_п - расчетный момент от постоянных нагрузок; ΣM_вр - расчетный момент от временных нагрузок; m - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,2.

Расчетный момент ΣМ_п от постоянных нагрузок принимается относительно осей симметрии площади плашкоута (при полном уравновешивании веса кранов или копров ΣМ_п = 0).

Расчетный момент ΣМ_вр 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 q_p - сил поддержания воды при центральном загружении плавсистемы силой Р = 1. Третий член учитывает непосредственное воздействие силы Р = 1 или момента, ею создаваемого М = 1·х_р, 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 - М_L/3; г - М₀; д - Q_L/3

(50)

где х_i - абсолютная величина расстояния от миделя до точки приложения нагрузки Р_i.

Из анализа формулы (49) следует, что ординаты линии влияния Q₀ в миделе равны ±0,5, а по концам плашкоута (при х_n = 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 = 2-20T_н/L, (54)

где Т_н - 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