Бортовое перекрытие

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте бортовых конструкций корпусов судов. Бортовое перекрытие состоит из обшивки, балок набора и подкрепляющих элементов, каждый из которых соединяет полку балки набора с основаниями стенок смежных с ней балок набора. В середине пролета пластины обшивки установлена опора, состоящая из упругого бруса, соединенного с V-образным профилем, опирающимся на подкрепляющие элементы. Пластина обшивки поддерживается в середине пролета силой, близкой к сосредоточенной, что позволяет существенно повысить несущую способность обшивки бортового перекрытия и снизить риск ее разрушения при восприятии интенсивных локально распределенных эксплуатационных нагрузок. 4 ил.

 

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте бортовых конструкций корпусов судов.

Известно бортовое перекрытие судна, содержащее полотнище наружной обшивки, шпангоуты и бортовые стрингеры (Барабанов Н.В. Конструкция корпуса морских судов. Л., Судостроение, 1981. - 552 с, с. 42-43, рисунок 8 «г»).

Конструкция этого перекрытия обладает существенным недостатком, заключающимся в низкой несущей способности шпангоутов при восприятии интенсивных локальных нагрузок, т.к. зона обрушения может локализироваться между стрингерами и сопровождаться завалом шпангоутов. Другим недостатком является низкая несущая способность наружной обшивки, которая поддерживается лишь балками набора, что может привести к недопустимому росту прогибов и ее разрушению под действием эксплуатационных нагрузок.

Известно бортовое перекрытие судна, состоящее из наружной обшивки, подкрепленной шпангоутами и стрингерами, в котором с внутренней стороны параллельно шпангоутам в середине пролета пластины установлена упругая опора, состоящая из бруса, опирающегося на полосу, прикрепленную к основаниям смежных шпангоутов оттяжками заданного сечения, установленными с заданным интервалом (RU 2463197, МПК В63В 3/14, В63В 3/26, опубл. 10.10.2012 г. ).

Существенным недостатком данной конструкции является низкая несущая способность шпангоутов, так как упругая опора, состоящая из бруса и оттяжек, поддерживает лишь наружную обшивку, но не шпангоуты, что может привести к их повреждению интенсивными локально распределенными нагрузками (например, ледовыми).

В качестве ближайшего аналога принят узел подкрепления деформированного участка судового перекрытия (SU 1615032, МПК В63В 9/00, В63В 3/26, опубл. 23.12.1990 г. ), содержащий обшивку или настил, балки набора и подкрепляющие элементы, приваренные к балкам набора, причем каждый подкрепляющий элемент приварен в средней части длины к полке подкрепляемой балки набора, а концами приварен к основаниям стенок соседних балок.

Данная конструкция обладает существенным недостатком, заключающимся в низкой несущей способности пластин бортовой обшивки, особенно при восприятии интенсивных локальных нагрузок, являющихся основной причиной эксплуатационных повреждений бортовых перекрытий судов. Это связано с тем, что за счет установки подкрепляющих элементов достигается повышение несущей способности балок набора, однако при действии сильно локализованных нагрузок в пределах одной шпации (например, нагрузки от битого льда) вся нагрузка будет восприниматься пластиной обшивки, которая не поддерживается подкрепляющими элементами, что может привести к существенному росту прогибов в наружной обшивке и ее разрушению.

Изобретение решает задачу повышения несущей способности обшивки судового перекрытия при восприятии интенсивных локально распределенных нагрузок за счет поддержания наружной обшивки дополнительными реактивными силами, действующими в середине пролета пластин наружной обшивки при их деформировании эксплуатационными нагрузками.

Для получения необходимого технического результата в бортовом перекрытии, состоящем из обшивки, балок набора и подкрепляющих элементов, каждый из которых соединяет полку балки набора с основаниями стенок смежных с ней балок набора, предлагается подкрепляющие элементы, присоединенные к основанию стенок одной балки набора, сместить относительно подкрепляющих элементов, присоединенных к полке этой балки набора, по длине балки на величину, не превышающую ширины подкрепляющего элемента. Дополнительно предлагается в середине каждого пролета пластины обшивки установить опору в виде упругого бруса, ориентированного вдоль балок набора, снабженного V-образным профилем на опорном конце, для опирания на подкрепляющие элементы в этом пролете. Параметры подкрепляющих элементов и упругого бруса, определяющие реакцию опоры, предлагается определять с учетом заданной степени повышения несущей способности обшивки.

В предлагаемом техническом решении обшивка помимо реакций со стороны шпангоутов поддерживается реактивной силой в середине пролета, действующей со стороны опоры, состоящей из упругого бруса, поддерживаемого системой подкрепляющих элементов, в результате чего прогибы обшивки уменьшаются по сравнению с конструкцией ближайшего аналога, а риск ее разрушения снижается.

На прилагаемых графических материалах изображено:

на фиг. 1 - общий вид перекрытия;

на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;

на фиг. 3 - расчетная схема подкрепляющих элементов для определения параметров жесткости создаваемого ими упруго-пластического основания;

на фиг. 4 - зависимости нагрузка - прогиб для балок-полосок пластины обшивки при реализации предлагаемых конструктивных решений.

На графических материалах приняты следующие обозначения:

1 - обшивка;

2 - балка набора;

3 - элемент подкрепляющий;

4 - профиль V-образный;

5 - брус упругий;

b - расстояние между соседними подкрепляющими элементами одного направления;

h - высота балки набора, м;

а - шпация перекрытия, м;

- длина подкрепляющего элемента, м;

α - угол наклона подкрепляющего элемента по отношению к плоскости обшивки, рад;

Р - сила, передаваемая упругим брусом на подкрепляющий элемент при нагружении обшивки, Н;

Т - сила продольная в балке-полоске, выделенной из подкрепляющего элемента, Н;

А1, А2 - коэффициенты податливости упругой заделки для балки-полоски, выделенной из подкрепляющего элемента, Н⋅м-1;

bn - ширина подкрепляющего элемента, м;

hn - толщина подкрепляющего элемента, м;

bб - ширина упругого бруса, м;

hб - высоты упругого бруса, м;

ƒ - прогиб балки-полоски пластины обшивки, м;

q - интенсивность внешней нагрузки, действующей на пластину обшивки, Па;

А - зависимость нагрузка - прогиб для конструкции ближайшего аналога;

В - зависимость нагрузка - прогиб для пластины с опорой предлагаемой конструкции при b=0,8 м, hn=0,015 м;

С - зависимость нагрузка - прогиб для пластины с опорой предлагаемой конструкции при b=0,4 м, hn=0,015 м.

Конструкция бортового перекрытия состоит из обшивки 1 с установленными на ней балками 2 набора и содержит подкрепляющие элементы 3, соединяющие полки балок 2 набора с основаниями стенок соседних балок 2 набора. В середине пролета пластины обшивки 1 установлен упругий брус 5, соединенный с V-образным профилем 4, опирающимся на подкрепляющие элементы 3.

Бортовое перекрытие работает следующим образом. Внешняя интенсивная локально распределенная нагрузка воспринимается обшивкой 1 и передается на балки 2 набора, а также на опору, установленную в середине пролета пластины обшивки 1 и состоящую из упругого бруса 5, соединенного с V-образным профилем 4, опирающимся на подкрепляющие элементы 3. Подкрепляющие элементы 3, соединяющие полки балок 2 набора с основаниями стенок соседних балок 2 набора, не только входят в состав опоры обшивки 1, но и повышают несущую способность балок 2 набора.

Повышение несущей способности обшивки 1 достигается за счет создания в середине пролета пластины обшивки 1 реактивных усилий, близких к сосредоточенной силе. За счет изменения характеристик упругого бруса (модуль упругости первого рода Е, высота упругого бруса hb, ширина упругого бруса bb) и подкрепляющих элементов (материал, толщина подкрепляющего элемента hn, ширина подкрепляющего элемента bn, расстояние между соседними подкрепляющими элементами одного направления b) может быть обеспечена требуемая степень повышения несущей способности обшивки 1.

Жесткостные характеристики опоры зависят как от жесткости упругого бруса 5, так и от жесткости системы подкрепляющих элементов 3, при этом оба элемента включаются в работу одновременно. При определении жесткостных характеристик опоры можно считать, что упругий брус 5 и система подкрепляющих элементов 3 выполняют роль упругих оснований для центральной части прогнувшейся пластины обшивки 1, а коэффициенты жесткости этих оснований равны Kб и Kn соответственно.

До достижения возникающими в материале упругого бруса 5 напряжениями предела текучести материала σТ он выполняет роль упругого основания для центральной части прогнувшейся пластины обшивки 1, причем жесткость этого основания Kб можно определить из выражения

где

bб - ширина упругого бруса, м;

hб - высоты упругого бруса, м;

Е - модуль упругости первого рода для материала упругого бруса, Па;

После достижения предела текучести материала σТ упругого бруса 5 дальнейший рост прогибов обшивки 1 (и деформаций бруса) не будет приводить к росту реакций со стороны упругого бруса 5, в результате чего при дальнейшем нагружении обшивка 1 будет поддерживаться постоянной реакцией в середине пролета.

Для определения характеристик упруго-пластического основания, создаваемого системой подкрепляющих элементов 3, можно воспользоваться методикой, представленной в [Бураковский Е.П., Бураковский П.Е., Нечаев Ю.И., Прохнич В.П. Эксплуатационная прочность судов: учеб. - СПб.: Лань, 2017. - 404 с.] применительно к определению параметров основания шпангоута, роль которого выполняет бортовая обшивка. В том случае, если упругий брус 5 не соединен жестко с подкрепляющими элементами 3, можно считать, что взаимодействие упругого бруса 5 и подкрепляющих элементов 3 осуществляется лишь за счет нормальных усилий. Поэтому из подкрепляющего элемента 3 следует выделить балку-полоску, соединяющую основание балки 2 набора с полкой соседней балки 2 набора, и рассмотреть ее деформирование под действием сосредоточенной силы в середине пролета. В соответствии с указанной выше методикой после построения зависимости сила - прогиб для балки-полоски и ее аппроксимации могут быть определены характеристики упруго-пластического основания, которым является данная балка-полоска. Жесткость этого основания будет изменяться в зависимости от прогиба и в простейшем случае может быть описана двумя коэффициентами жесткости K1 и K2, а также прогибом w1, при котором коэффициент жесткости меняется с K1 на K2, т.е. данное основание является основанием с последовательным включением жесткостей.

На первой стадии деформирования коэффициент жесткости основания Kn, создаваемого подкрепляющими элементами для центральной части прогнувшейся пластины наружной обшивки 1, может быть определен уз условия

где

bn - ширина подкрепляющего элемента, м;

а - расстояние между балками набора, м;

h - высота балки набора, м;

b - расстояние между подкрепляющими элементами одного направления, м;

K1 - коэффициент жесткости многослойного упруго-пластического основания, роль которого выполняет балка-полоска единичной ширины, выделенная из подкрепляющего элемента.

Согласно [Архангородский А.Г., Беленький Л.М., Литвин А.Б. Сминающиеся прокладки в судостроении и судоремонте. - Л.: Судостроение, 1966. - 132 с.] суммарная жесткость KΣ упругого основания при одновременном включении в работу двух оснований с различными жесткостями (т.е. упругого бруса и системы подкрепляющих элементов) может быть определена по формуле

Таким образом, жесткость опоры в предлагаемой конструкции изменяется в зависимости от ее прогиба, а реакция со стороны опоры R, действующая на балку-полоску обшивки шириной s, может быть определена и выражения

если

или

если

где

- прогибы опоры, состоящей из упругого бруса и подкрепляющих элементов, при которых происходит изменение ее жесткостных характеристик, м;

s - ширина балки-полоски пластины наружной обшивки, м;

ƒ - прогиб балки-полоски пластины наружной обшивки, м;

а - расстояние между балками набора, м;

h - высота балки набора, м;

b - расстояние между подкрепляющими элементами одного направления, м;

bn - ширина подкрепляющего элемента, м;

bб - ширина упругого бруса, м;

hб - высоты упругого бруса, м;

σТ - предел текучести для материала упругого бруса, Па;

Е - модуль упругости первого рода для материала упругого бруса, Па;

K1, K2 - коэффициенты жесткости многослойного упруго-пластического основания, роль которого выполняет балка-полоска единичной ширины, выделенная из подкрепляющего элемента, определяемые в соответствии с [Бураковский Е.П., Бураковский П.Е., Нечаев Ю.И., Прохнич В.П. Эксплуатационная прочность судов: учеб. - СПб.: Лань, 2017. - 404 с.], Па;

w1 - прогиб, при котором происходит смена жесткости многослойного упруго-пластического основания, роль которого выполняет балка-полоска единичной ширины, выделенная из подкрепляющего элемента, определяемый в соответствии с [Бураковский Е.П., Бураковский П.Е., Нечаев Ю.И., Прохнич В.П. Эксплуатационная прочность судов: учеб. - СПб.: Лань, 2017. - 404 с.], м.

В качестве примера реализации предлагаемой конструкции рассмотрим бортовое перекрытие с поперечной шпацией а=0,6 м, высотой набора h=0,2 м и толщиной обшивки 0,012 м. Так как основной причиной повреждений бортовых перекрытий судов является действие интенсивных локально распределенных нагрузок, то за расчетную нагрузку целесообразно принять отпечаток шириной 0,3×0,6 м, приложенный в середине пролета пластины и ориентированный вдоль шпангоутов. В этом случае коэффициент распора для пластины обшивки может быть определен в соответствии с [Бураковский Е.П., Бураковский П.Е., Нечаев Ю.И., Прохнич В.П. Эксплуатационная прочность судов: учеб. - СПб.: Лань, 2017. - 404 с.] и составляет Кр=0,28.

На фиг. 4 представлены зависимости нагрузка - прогиб для неподкрепленной пластины наружной обшивки 1 (кривая А), а также зависимости нагрузка - прогиб для той же пластины для случая установки промежуточной опоры предлагаемой конструкции при b=0,8 м, hn=0,015 м (кривая В); при b=0,4 м, hn=0,015 м (кривая С). Для построения указанных кривых использовались расчетные методики, представленные в [Бураковский Е.П., Бураковский П.Е., Нечаев Ю.И., Прохнич В.П. Эксплуатационная прочность судов: учеб. - СПб.: Лань, 2017. - 404 с.], и основанные на гипотезе «о мгновенном раскрытии пластических шарниров». Из рисунка видно, что при больших нагрузках, действующих на обшивку 1, реализация предлагаемой конструкции с указанными выше параметрами позволяет снизить прогибы наружной обшивки 1 почти на 20%. При соответствующем выборе жесткости опоры, состоящей из упругого бруса 5, соединенного с V-образным профилем 4, опирающимся на подкрепляющие элементы 3, может быть обеспечена заданная степень повышения несущей способности обшивки 1. В случае установки достаточно жесткой опоры ее прогибы будут практически равны нулю, и в этом случае можно считать, что пролет пластины наружной обшивки уменьшается в два раза по сравнению с конструкцией ближайшего аналога.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет наряду с повышением несущей способности балок набора существенно повысить несущую способность обшивки, а также снизить риск ее разрушения при действии интенсивных локально распределенных эксплуатационных нагрузок, по сравнению с ближайшим аналогом.

Бортовое перекрытие, состоящее из обшивки, балок набора и подкрепляющих элементов, каждый из которых соединяет полку балки набора с основаниями стенок смежных с ней балок набора, отличающееся тем, что подкрепляющие элементы, присоединенные к основанию стенок одной балки набора, смещены относительно подкрепляющих элементов, присоединенных к полке этой балки набора, по длине балки на величину, не превышающую ширины подкрепляющего элемента, кроме того, дополнительно в середине каждого пролета пластины обшивки установлена опора в виде упругого бруса, ориентированного вдоль балок набора, снабженного V-образным профилем на опорном конце, для опирания на подкрепляющие элементы в этом пролете, а параметры подкрепляющих элементов и упругого бруса, определяющие реакцию опоры, определены с учетом заданной степени повышения несущей способности обшивки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте бортовых конструкций корпусов судов. Бортовое перекрытие содержит наружную обшивку, подкрепленную шпангоутами, на полках которых закреплены струны, расположенные на заданном расстоянии друг от друга.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте бортовых конструкций корпусов судов. Бортовое перекрытие содержит наружную обшивку, подкрепленную шпангоутами и стрингерами.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в наборах корпусов судов. Предложен узел соединения балок, который содержит балки, соединенные под прямым углом с использованием общей накладки, и дополнительно содержит вставку, конец которой соединен под прямым углом с накладкой, а кромки соединены со стенками соединяемых балок, причем вставка выполнена с поперечным сечением в форме выпуклой дуги, кроме того, узел дополнительно содержит раскос, конец которого соединен с боковой поверхностью вставки по нормали к ней.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к конструкции корпуса судна. При строительстве или модернизации судна из металла набор корпуса устанавливается на наружной стороне обшивки, а выступающие за габариты металлического корпуса элементы наружного набора покрыты слоем искусственного каменного материала на основе вяжущих веществ, например легкими бетонами на основе цемента (газобетон, пенобетон, фибробетон).

Изобретение относится к области судостроения и касается конструкции корпуса судна. Предложен корпус морского судна, содержащий обшивку (2) корпуса из металла, продольные и поперечные усиливающие элементы, причем по меньшей мере один продольный усиливающий элемент (3) размещен между обшивкой (2) корпуса и по меньшей мере одним поперечным усиливающим элементом (4) и соединен с внутренней частью (5) обшивки (2) корпуса, при этом обшивка (2) корпуса имеет толщину, которая меньше 10 мм, указанный продольный усиливающий элемент (3) изготовлен из того же металла, что и указанная обшивка (2) корпуса, и содержит по меньшей мере один упругий сегмент (6), предусмотренный для работы в качестве пружины в направлении, поперечном относительно толщины обшивки (2) корпуса, указанный упругий сегмент (6) предусмотрен так, чтобы достигать нижней части при сжатии, которое больше 10 мм и меньше 50 мм.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте днищевых конструкций корпусов судов. Предложено днищевое перекрытие судна, содержащее стрингеры и флоры, расположенные в плоскостях шпангоутов в промежутках между стрингерами, и ребра жесткости.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте бортовых конструкций корпусов судов. Бортовое перекрытие содержит обшивку, балки набора, содержащие упругие вставки подкрепляющие элементы, последовательно соединяющие полки балок набора с основаниями смежных балок набора.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте бортовых конструкций корпусов судов. .

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте бортовых конструкций корпусов судов. .

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте бортовых конструкций корпусов судов. .

Группа изобретений относится к области машиностроения, в частности к транспортным тележкам. Штабелируемая транспортная тележка содержит ходовую часть и корзину.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте днищевых конструкций корпусов судов. Днищевое перекрытие судна содержит наружную обшивку, настил второго дна с продольными ребрами жесткости настила второго дна, стрингеры, вертикальный киль, флоры, продольные балки и подкрепляющие стенки флоров и стрингеров горизонтальные и вертикальные ребра жесткости, в нижних частях вертикального киля, стенок флоров и стрингеров установлены в направляющих последовательно соединенные гофры.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте днищевых конструкций корпусов судов. Днищевое перекрытие судна содержит наружную обшивку, настил второго дна с продольными ребрами жесткости, стрингеры, вертикальный киль, флоры, продольные балки и подкрепляющие стенки флоров и стрингеров горизонтальные и вертикальные ребра жесткости.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте бортовых конструкций корпусов судов. Бортовое перекрытие содержит наружную обшивку, подкрепленную шпангоутами, на полках которых закреплены струны, расположенные на заданном расстоянии друг от друга.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте днищевых конструкций корпусов судов. Днищевое перекрытие судна содержит наружную обшивку, настил второго дна с продольными ребрами жесткости настила второго дна, стрингеры, вертикальный киль, флоры, продольные балки и подкрепляющие стенки флоров и стрингеров горизонтальные и вертикальные ребра жесткости, в нижних частях вертикального киля, стенок флоров и стрингеров установлены трубчатые элементы конструктивной защиты в виде трубчатого профиля металлического проката, заполненные рабочей средой с возможностью регулирования давления.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте днищевых конструкций корпусов судов. Предложено днищевое перекрытие судна, которое содержит наружную обшивку, настил второго дна с продольными ребрами жесткости настила второго дна, стрингеры, вертикальный киль, флоры, продольные балки и подкрепляющие стенки флоров и стрингеров горизонтальные и вертикальные ребра жесткости.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте бортовых конструкций корпусов судов. Бортовое перекрытие содержит наружную обшивку, подкрепленную шпангоутами и стрингерами.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в наборах корпусов судов. Предложен узел соединения балок, который содержит балки, соединенные под прямым углом с использованием общей накладки, и дополнительно содержит вставку, конец которой соединен под прямым углом с накладкой, а кромки соединены со стенками соединяемых балок, причем вставка выполнена с поперечным сечением в форме выпуклой дуги, кроме того, узел дополнительно содержит раскос, конец которого соединен с боковой поверхностью вставки по нормали к ней.

Изобретение относится к технологии изготовления слоистых звукоизоляционных конструкционных панелей, в частности, для использования в судостроении. Предложен способ изготовления слоистой конструкционной панели, содержащей первую металлическую пластину (1), вторую металлическую пластину (2) и звукоизолирующий слой (3), расположенный между ними.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к способам борьбы с обледенением судов, совершающих плавание в условиях отрицательных температур и ветра.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте бортовых конструкций корпусов судов. Бортовое перекрытие состоит из обшивки, балок набора и подкрепляющих элементов, каждый из которых соединяет полку балки набора с основаниями стенок смежных с ней балок набора. В середине пролета пластины обшивки установлена опора, состоящая из упругого бруса, соединенного с V-образным профилем, опирающимся на подкрепляющие элементы. Пластина обшивки поддерживается в середине пролета силой, близкой к сосредоточенной, что позволяет существенно повысить несущую способность обшивки бортового перекрытия и снизить риск ее разрушения при восприятии интенсивных локально распределенных эксплуатационных нагрузок. 4 ил.

Наверх