Конструктивное устройство основных элементов корпуса и их влияние на прочность судна

Пространственно-упругая конструкция набора корпуса, соб­ранная на основе продольных и поперечных балок-связей, обе­спечивает судну необходимую прочность и позволяет довести толщину обшивки корпуса до минимально приемлемых вели­чин. При этом под прочностью корпусных конструкций понима­ется их способность сопротивляться действию на судно внешних и внутренних нагрузок без разрушения и опасных остаточных деформаций.

Рис. 99. Расчётная схема корпуса в виде эквивалентного бруса

Рассмотрим, какую роль в деле обеспечения общей и местной проч­ности судна играют основные конструктивные элементы корпуса. При этом общую прочность корпуса обеспечивают все продольные конструк­тивные балки-связи, непрерывно простирающиеся по длине не менее, чем на 15 % длины судна. Расчётная схема этих балок-связей представ­ляется в виде эквивалетпного бруса — одной балки переменного по дли­не сечения (рис. 99), изгибающейся под воздействием массы всего судна и сил поддержания со стороны воды. Судно-балка при этом находится под воздействием изгибающих и скручивающих моментов и перерезы­вающих сил, напряжения от которых зависят от величины общего про­дольного изгиба корпуса в вертикальной продольной плоскости. Более подробное рассмотрение расчётной схемы не входило в нашу задачу.

Местную прочность корпуса обеспечивает наружная обшивка днища, бортов и палубы, поперечные и продольные переборки, на­пряжения в которых возникают от воздействия давления забортной воды и находящегося внутри и снаружи корпуса груза и запасов жид­кого топлива (рис. 100).

Рис. 100. Схема давления воды и груза на КС

При проектировании КС стремятся, чтобы масса его конструк­ций при достаточной прочности была минимальной.

Наружная обшивка корпуса состоит из отдельных листов и вме­сте с набором обеспечивает необходимую прочность КС. Длина ли­стов наружной обшивки обычно значительно больше (5‒ 10 м), чем ширина (1, 2‒ 2, 8 м). В оконечностях судна листы уменьшают в разме­рах в целях снижения трудоёмкости их изготовления.

Листы обшивки являются основными связями в поперечных се­чениях эквивалентного бруса (см. рис. 99), которые определяют способность корпуса сопротивляться общему продольному изгибу и об­щему кручению. Кроме этого, листы обшивки вместе с балками набо­ра обеспечивают местную прочность корпуса.

Наружная обшивка состоит из отдельных листов, соединяемых между собой по их длинным кромкам (пазами) и по коротким кром­кам (стыками) с помощью сварки. Листы наружной обшивки ограни­чены со всех четырёх сторон балками набора и испытывают в своей плоскости поперечные и продольные усилия; при этом напряжения от продольных усилий имеют максимальную величину около линии соприкосновения продольного ребра жёсткости с листом по грани­цам b (рис. 101). Поэтому необходимая прочность конструкции в этом месте обеспечивается двойной толщиной — обшивки и полки ребра жёсткости самой балки. Эта часть обшивки листа называется присо­единённым пояском, который, работая вместе с балкой набора, увеличивает её момент инерции и момент сопротивления.

Рис. 101. Присоединённые пояски обшивки, участвующие в изгибе

вместе с балками набора

На рис. 102 показаны нагрузки, действующие на днищевую об­шивку от внешнего давления воды. В зависимости от величины на­пряжений в элементах этой конструкции и роли в обеспечении об­щей и местной прочности корпуса толщины листов в ней принима­ются разными.

Рис. 102. Нагрузки, действующие на днищевую обшивку:

1 - днищевая обшивка; 2 - вертикальная балка (киль); 3 - флор; 4 - днищевой стрингер;

σ _x - напряжение от общего изгиба судна и киля; σ _y - напряжение изгиба флора в составе днищевого перекрытия

Среди листов наружной обшивки особую роль в деле усиления прочности судна играют скуловой пояс, ширстрек, палубный стрин­гер и горизонтальный киль — как наиболее удалённые от нейтраль­ной оси балки, которые при общем продольном изгибе сильно влия­ют на величину момента инерции поперечного сечения эквивалент­ного бруса. Поэтому их, как правило, делают более толстыми.

Толщина обшивки зависит от длины судна, осадки и расстояния между шпангоутами. Так, для судов длиной до 20 м она составляет около 5 мм, а для судов длиной 250 м — доходит до 25 мм. Но даже для одного и того же судна толщина наружной обшивки не везде одинакова. Так, при волнении самые большие изгибающие напряжения судно испытывает в средней части, поэтому там листы толще, чем в оконечностях.

Усиливают также листы наружной обшивки и в районе перехода корпуса в надстройку, в котором наблюдается высокая концентрация напряжений при изгибе судна на волне. Из-за килевой качки усиливают толщину наружной обшивки не только у днищевого набора, но также и в оконечностях судна.

Если судно предназначено для плавания во льдах, толщина бор­товых листов в районе ватерлинии, а также листов настила второ­го дна под люками трюмов и днищевых листов в носовой оконечно­сти принимается большей по сравнению с аналогичными конструк­циями на транспортных судах. Листы горизонтального киля и сред­него пояса транспортных судов усиливают ещё и потому, что вместе с вертикальным килем они образуют мощную балку, которая долж­на выдержать реакцию кильблоков при постановке судна в док и пе­редать усилия этой реакции на поперечные переборки.

Листы обшивки продольных и поперечных переборок танкеров совместно с продольными и поперечными переборками образуют от­дельные отсеки (помещения) для различных сортов наливных грузов.

Общая прочность корпуса зависит в основном от толщины основ­ных конструктивных элементов — главных балок и перекрестных свя­зей набора, а также от системы набора, о чём было сказано выше.

К основным конструктивным элементам корпуса относятся шпангоуты, флоры, стрингеры и бимсы.

При разработке проекта судна места расположения шпангоутов по длине судна и форма их погибов определяются по теоретическому чер­тежу, поэтому принято отличать теоретический шпангоут от конструк­тивного, очертания которого получают после согласования трёх проек­ций теоретического чертежа судна и придания (спрямления) той кривиз­ны их погибов, которая реально может быть достигнута на технологиче­ском оборудовании верфей без снижения пропульсивных качеств судна.

Конструктивный шпангоут (голл. spanthout: spant — ребро, hout — дерево) — криволинейная поперечная балка КС, придающая ему заданную форму и подкрепляющая наружную обшивку, обеспечивая её общую прочность и устойчивость (рис. 103, 104).

На современном морском судне шпангоутом принято называть бортовую часть поперечной балки в районе от днища до палубы или ребро корпуса заданной кривизны (рис. 105, а-д). Это основная балка поперечного набора КС, являющаяся поперечной связью киля с палубой. Днищевая часть шпангоута называется флором.

Шпангоут вместе с флором и подпалубным бимсом, лежащими в одной с ним плоскости, образуют шпапгоутную раму (см. рис. 105, а). Расстояние между шпангоутными рамами при поперечной системе на­бора корпуса равно конструктивной шпации (лат. spatium — простран­ство, промежуток) и составляет 0, 5‒ 0, 9 м. Шпангоутные рамы вместе с поперечными переборками обеспечивают прочность и жёсткость кор­пуса. На ледоколах в носу и в корме, а также в свесе крейсерской кор­мы обычных судов шпангоуты и шпангоутные рамы поворотные — их плоскости образуют с обшивкой борта — транцевым листом — прямой угол (см. рис. 105, б).

Рис. 103. Форма шпангоутов в разных сечениях судна:

МШ (а): 1-3‒ соответственно верхняя, средняя и нижняя палубы; 4 ‒ флор;

носовой (б) и кормовой (в) шпангоуты

Рис. 104. Формы шпангоутов в оконечностях:

1 ‒ 0-й шпангоут; 2 ‒ 7-й шпангоут; 3 ‒ 10-й шпангоут

Транцевый лист — это лист, расположенный под прямым углом к продольной оси судна и снабжённый подкреплениями — шпангоу­тами. Он соединяется с ахтерштевнем и заменяет в этом месте флор.

Рис. 105. Шпангоуты в бортовом наборе:

а - бортовой набор в районе грузового люка; б - набор крейсерской кормы;

в - бортовой набор трёхпалубного судна; г - связь борта с одинарным дном;

д - бортовой набор в районе МО:

1 - твиндечные шпангоуты; 2 - кницы; 3 - трюмные шпангоуты; 4 - полка скуловой кницы;

5 - скуловая кница; 6 - бимс; 7 - транцевый лист; 8 - кормовые шпангоуты; 9 - ахтерштевень; 10 - продольный комингс; 11 - поперечный комингс; 12 - рамный бимс; 13 - рамный шпангоут; 14 - бортовой стрингер; 15 - промежуточная палуба; 16 - днищевые флоры;

17 - средний кильсон (балка); 18 - соединение шпангоута с флором внакрой

В соединениях с поперечными переборками шпангоуты повыша­ют продольную прочность судна, предотвращая деформирование на­ружной обшивки.

На судах ледового плавания между основными шпангоутами устанавливают дополнительные промежуточные шпангоуты. У су­дов с меньшими ледовыми подкреплениями они ограничены носо­вой оконечностью. На танкерах с продольной системой набора бор­та, а также в тех районах корпуса, где возникают особенно большие напряжения или где КС должен быть особенно жёстким, например в районах МО и больших грузовых люков, устанавливают усиленные шпангоутные профили — так называемые рамные шпангоуты. Они состоят из стенок с приваренными полками.

На концах больших грузовых люков рамные шпангоуты вместе с люковыми концевыми бимсами и люковым поперечным комингсом образуют замкнутую рамку большой жёсткости и прочности. Для подкрепления шпангоутов в носовой и кормовой оконечностях уста­навливают бортовые стрингеры.

Шпангоут в трюме грузового помещения называют трюмным, в твиндеке — твиндечным. Размеры трюмных шпангоутов зависят от величины судна, от осадки и высоты скуловых бракет. Обычные концевые крепления трюмных шпангоутов к бимсам выполняются с помощью книц (см. рис. 105, в). У судов с одинарным дном или с го­ризонтальным настилом второго дна трюмные шпангоуты у наруж­ной обшивки соединяют с флорами внакрой, чтобы обеспечить доста­точную жёсткость на изгиб (см. рис. 105, г).

Шпангоуты выполняют из катаного профиля, в зависимости от требуемого момента сопротивления профиля, или составных про­филей: полособульба, швеллера, двутавра.

Теоретический шпангоут (рис. 106) — кривые линии на проек­ции «Корпус» теоретического чертежа, образованные пересечением поперечного сечения корпуса плоскостями, параллельными плоско­сти МШ. Вследствие симметрии судна относительно ДП на чертеже изображают только половины шпангоутов. Для построения теорети­ческих кривых всех шпангоутов длину судна разбивают на 20 равных участков, не считая сечения MШ, причём 10 носовых шпангоутов на­ходятся справа от ДП, а 10 кормовых шпангоутов — слева; нумерация их идёт от НП в корму, начиная с 0-го. Шпангоуты за КП получают отрицательные номера.

Рис. 106. Теоретические шпангоуты на проекции «Корпус»:

ВП - верхняя палуба

По форме кривых линий шпангоутов, полученных с теорети­ческого чертежа, на стапеле снимают лекала и изготавливают шпан­гоуты на специальном гибочном оборудовании.

Флор (рис. 107, 108) (англ floor — пол, настил) — нижняя часть шпангоутной рамы, основная поперечная балка днищевого настила, служащая продолжением бортовых шпангоутов, с высокой стенкой, приварным или отогнутым пояском.

Поскольку днищевая обшивка корпуса испытывает большие усилия, чем бортовая, конструкция днищевого флора должна быть более прочной. Она зависит от способа крепления к обшивке, систе­мы набора днищевого перекрытия и наличия двойного дна. Па судах без двойного дна флоры устанавливают на каждом шпангоуте. Их изготавливают облегчёнными из листовой стали с вырезами и пояском по верхней кромке, нижней кромкой они привариваются к днищевой обшивке. С бортовыми кромками шпангоутов флоры соединяются с помощью скуловых книц (см. рис. 108). Расстояния между флорами на судах, перевозящих в трюмах тяжёлые грузы, равно расстоянию между бортовыми шпангоутами (шпациями).

Рис. 107. Соединение флора со шпангоутом:

1 - флор; 2 - шпангоут; 3 - кницы; 4 - палуба; 5 - комингс

Рис. 108. Варианты крепления нижнего конца трюмного шпангоута с флором:

1 - шпангоут; 2 - флор; 3 - скуловая кница

При поперечной системе набора на судах с одинарным дном флоры изотавливаются неразрезными до киля, к которому они при­вариваются с обеих сторон. У нижней кромки в стенке флора дела­ются вырезы для стока воды. Высота флора зависит от типа и водо­измещения судна, она колеблется от 250 до 300 мм на речных судах и от 500 до 700 мм — на морских. Толщина стенки флора может быть от 3 до 6‒ 8 мм, а на крупных морских судах до 12‒ 14 мм. Для облег­чения массы набора в листах флоров делают круглые или продолговатые овальные вырезы размерами в свету 600 x 400 мм.

Флоры двойного дна бывают сплошные, непроницаемые и бракетные (открытые) (рис. 109).

Сплошные флоры (рис. 109, а) изготавливают из цельного листа и приваривают по контуру к вертикальному килю, днищу и настилу второго дна. Для облегчения конструкции они делаются с лазами и от­верстиями, которые одновременно обеспечивают доступ в междудон­ное пространство, дренаж, вентиляцию и проход непрерывных про­дольных рёбер жёсткости. Эти флоры ставятся в местах повышенной прочности: в районе МО и в носовой части судна. Толщина листа этих флоров составляет около 0, 01 высоты, а в местах, где флор подверга­ется интенсивной коррозии, она принимается на 2 мм больше.

Рис. 109. Виды флоров:

а - сплошной проницаемый; б - сплошной непроницае­мый, различной формы и размеров;

в - открытый бракетный; г - сплошной облегчённый:

1 - сплошной флор; 2 - рёбра жёсткости; 3 - непроницаемый флор; 4 - бракета; 5 - верхняя балка; 6 - нижняя балка

При поперечной системе набора сплошные флоры устанавлива­ют на каждом шпангоуте лишь в тех районах днища, которые воспри­нимают значительные нагрузки: в МО и носовой оконечности, а так­же по всей длине корпуса на судах, перевозящих насыпные грузы. Устанавливаются сплошные флоры также в местах, где на днище пере­даются сосредоточенные нагрузки — под поперечными переборками, пиллерсами, фундаментами машин, котлов и т. д. В остальных районах прочность перекрытия вполне обеспечивается при постановке сплош­ных флоров через 3‒ 4 шпации, но не далее 3, 6 м друг от друга. В дру­гих частях КС они чередуются с облегчёнными флорами.

Непроницаемые флоры (рис. 109, б) предназначаются для разделе­ния междудонного пространства на отдельные отсеки. Они изготавливаются из сплошного листа без отверстий; места прохода через них про­дольных балок тщательно обвариваются и проверяются на водонепро­ницаемость. Толщина этих флоров несколько выше, чем сплошных, так как на них действует большее гидростатическое давление, поэтому они подкрепляются вертикальными рёбрами жёсткости через каждые 0, 9 м.

Рис. 110. Установка непроницаемого флора во втором дне:

1 - туннельный киль; 2 - непроницаемый флор; 3 - продольные балки днищевого набора;

4 - шпангоуты; 5 - настил второго дна

На днищевой обшивке и под настилом второго дна, сверху над флорами, одну над другой устанавливают продольные балки (рис. 110). На флорах, являющихся непроницаемыми переборками междудонного пространства, балки разрезают и крепят к этим фло­рам кницами или бракетами; через сплошные флоры продольные балки пропускают через специальные вырезы (рис. 111), стенки ба­лок приваривают к флорам.

Рис. 111. Узлы прохода профилей через проницаемые (а) и непроница-емые (б) флоры:

1 ‒ флор проницаемый; 2 ‒ флор непроницаемый; 3 ‒ полособульб (продольная балка); 4 ‒ двутавр (продольная балка); 5 ‒ заделочная планка

На транспортных морских судах расстояние между флорами принимают 2, 4‒ 3, 6 м. В пределах МО сплошные флоры устанавли­вают на каждом втором шпангоуте, т. е. через две шпации.

Бракетные флоры (рис. 109, в) устанавливаются на каждом шпангоуте в промежутках между сплошными, когда последние сто­ят не на каждой шпации. Они не играют существенной роли в рабо­те днищевого перекрытия, а предназначаются для подкрепления об­шивки и настила второго дна и передачи с них поперечной нагрузки на стрингеры, вертикальный киль и борта. Состоят они из верхних и нижних профильных балок, соединённых с вертикальным килем, междудонным листом и днищевыми стрингерами при помощи бракет (англ. bracket — пластина) прямоугольной или более сложной формы, служащая для подкрепления балок судового набора или соединения их между собой (рис. 112).

Рис. 112. Судовая бракета:

1 - днищевой лист; 2 - бракета; 3 - вертикальный киль; 4 - скуловой лист

При большой высоте бракеты выполняют с отогнутым фланцем или приваренным пояском, что повышает их устойчивость. Между флорами могут устанавливаться промежуточные подкрепляющие стойки, связывающие верхние и нижние балки днищевого набора в жёсткую конструкцию.

Бракетные флоры имеют меньший вес, но они менее технологич­ны, и вместо них часто устанавливают сплошные флоры.

Открытые флоры устанавливают во втором дне, они могут быть бракетными и облегчёнными. В первом случае соединение верхних и нижних балок набора второго дна с вертикальным килем, днище­выми стрингерами и крайним междудонным листом осуществляет­ся с помощью бракет, что вместе с флором создаёт монолитную жёст­кую конструкцию.

Все флоры, кроме расположенных в районе фор- и ахтерпика, прерываются на вертикальном киле, а при стрингерной (продоль­ной) конструкции дна — и на днищевых стрингерах. Расстояние меж­ду флорами равно одной шпации при поперечной и двум-четырем шпациям — при продольной системе набора днища. В районе скулы флора соединяется с крайним междудонным листом и через него — со скуловой кницей и шпангоутом.

Открытые облегчённые флоры (рис. 109, г) состоят из листов с большими вырезами (до 1, 2 высоты вертикального киля), имеют вертикальные рёбра жёсткости, отстоящие друг от друга на расстоянии не более чем 2, 2 м.

Стрингер (рис. 11З) (англ. string — привязывать, скреплять) — продольный элемент набора КС в виде листовой или тавровой балки, стенка которой устанавливается перпендикулярно к обшивке корпуса. Стрингер входит в качестве связующего конструктивного элемента во все перекрытия судна. Его функции в составе корпуса зависят от системы набора и типа судна.

Рис. 113. Конструкция корпуса судна (разрез по МШ):

1 - палубный стрингер; 2 - карлингсы; 3 - продольные балки; 4 - рамный бимс; 5 - шпангоут; 6 - ширстрек; 7 - скуловой киль; 8 - днищевые стрингеры; 9 - вертикальный киль;

10 - горизонтальный киль; 11 - пиллерс

Различают следующие типы стрингеров:

‒ скуловой;

‒ днищевой, в том числе вертикальный киль;

‒ бортовой;

‒ палубный.

Днищевой стрингер (см. рис. 113) — усиленная продольная бал­ка с приварной полкой, применяемая на сухогрузных морских судах длиной от 180 и более метров в конструкции двойного дна, или тав­ровая балка, используемая в конструкции днищевого перекрытия на малых судах без двойного дна. Может разрезаться флорами или быть непрерывной в зависимости от системы набора. На судах вну­треннего плавания этот стрингер называют кильсоном.

Для доступа в отсеки междудонного пространства в стрингерах делают овальные отверстия размером не менее 350 x 450 мм или круг­лые диаметром не менее 450 мм (чтобы через них мог пролезть чело­век). Толщина днищевого стрингера берётся равной толщине флора.

В носовой части судна, воспринимающей большие динамические нагрузки на волне, расстояние между стрингерами уменьшается; кро­ме того, между основными стрингерами для местного подкрепления обшивки и набора дополнительно устанавливаются полустрингеры в виде бракет уменьшенной высоты, привариваемых только к днищу и флорам. Чтобы избежать концентрации напряжений при сварке, стрингеры по концам крепятся к настилу через кницы.

Скуловой стрингер располагается со стороны трюма над скуло­вым поясом, придавая ему дополнительную прочность, и представ­ляет собой продольную балку, ограничивающую двойное дно край­ним (наклонным) листом.

Средний днищевой стрингер (вертикальный киль) — это цен­тральный пояс днищевой обшивки, связывающий воедино две по­ловины КС. Выполняется в виде тавровой балки, располагаемой в ДП между вторым настилом двойного дна и горизонтальным ки­лем (рис. 114, а, б). В отличие от обычного днищевого стрингера вертикальный киль, как одна из основных продольных связей корпуса, не разрезается на длине 0, 6 L, и в нём не делается никаких вырезов на длине 0, 75 L от HП, хотя требование неразрывности киля в насто­ящее время утратило силу, так как сварка обеспечивает равнопрочность соединяемых половин любого металлического стержня.

Горизонтальный киль на небольших судах является нижним по­яском вертикального киля, но на более крупных судах он представ­ляет собой килевой пояс наружной обшивки по толщине на 3‒ 5 мм больше, чем сама обшивка. Может выполняться в качестве отдель­ного корпусного элемента, присоединяемого к нижней полке верти­кального киля, при этом его ширина обычно больше ширины верхней и нижней полок киля.

Однако в районах, где имеется килеватость днища, горизонталь­ный киль имеет выгнутый внутрь профиль (рис. 114, в), к которому приваривается днищевая обшивка.

Рис. 114. Конструкция вертикального киля на судах без двойного дна:

а, б - в виде тавровой балки по днищу; в - в виде прогона поверх флоров:

1 - вертикальный киль; 2 - горизонтальный киль

Бортовой стрингер (см. рис. 113) — продольная тавровая бал­ка (реже листовая), соединяемая с бортовой обшивкой и шпангоута­ми; служит промежуточной опорой для шпангоутов, а при равной вы­соте стенок у стрингера и шпангоута является балкой, распределя­ющей местную нагрузку. В бортовом перекрытии сухогрузного суд­на из-за большой длины трюма жёсткость бортового стрингера значи­тельно ниже, чем рамного шпангоута. Поэтому эти стрингеры как пере­крестные связи малоэффективны, и их роль сводится к поддержанию промежуточных шпангоутов и передаче усилий на рамные шпангоу­ты. Благодаря этому обыкновенные шпангоуты, имея промежуточные опоры, могут иметь меньшее сечение. В результате общий вес бортовых перекрытий с рамными шпангоутами оказывается меньшим, чем при обычной конструкции. Такие конструкции нашли широкое примене­ние на судах с небольшой грузовместимостью — рудовозах, углевозах.

На танкерах, корпуса которых набраны по комбинированной си­стеме, т.е. днище и палуба по продольной, борта — по поперечной, бортовое перекрытие состоит из редко поставленных мощных стрин­геров и опирающихся на них шпангоутов. Количество стрингеров за­висит от высоты борта и обычно составляет от одного до трёх. Они представляют собой высокие балки с приваренным пояском или ото­гнутым фланцем. На поперечных переборках стрингеры разрезаются и крепятся к переборкам большими кницами. Рёбра жёсткости, при­вариваемые к стенке стрингера на каждом втором шпангоуте, служат для повышения устойчивости стенки.

Палубный стрингер может выполняться в виде листа и тавровой балки. Как правило, на судах большого водоизмещения применяет­ся листовой стрингер, представляющий собой утолщённый крайний пояс палубного настила, примыкающий к ширстреку, расположен­ному в верхней части бортового полотнища (см. рис. 113). Толщина его составляет не менее 85 % от толщины ширстрека, к оконечностям она постепенно уменьшается до толщины листов палубного насти­ла. Это объясняется тем, что при общем изгибе корпуса в месте со­единения палубного стрингера с ширстреком возникают значительные касательные напряжения, подобные тем напряжениям, которые имеют место в двутавровой балке в месте соединения её стенки с пол­кой. Во время крена судна на волне, когда имеет место косой изгиб корпуса, наиболее удалёнными от нейтральной оси оказываются па­лубный стрингер и ширстрек. Следовательно, в местах их соедине­ния напряжения выше, чем в других местах палубного перекрытия, и этому узлу в теории прочности корпуса придаётся особое значение. В связи с этим разработаны и применяются несколько разновидно­стей узлов соединения палубного стрингера и ширстрека.

Рис. 115. Узлы соединения палубного стрингера и ширстрека (а‒ д)

Соединение, показанное на рис. 115, а, используется на неболь­ших судах. На крупных судах для устранения усадочных напряжений при сварке широко применяется клёпаное соединение при помощи стрингерного угольника (рис. 115, б). Постановка угольника на за­клёпках создаёт эластичное соединение, которое предотвращает воз­никновение трещин и распространение их с палубы на борт и с борта на палубу. Однако оба соединения имеют один недостаток: в кром­ке ширстрека возникают высокие нормальные напряжения, вызван­ные изгибом корпуса, ведущие к образованию трещин. Поэтому этот узел лучше работает, если две детали соединяются впритык (рис. 115, в, г). Лучшим методом соединения является соединение внахлёст (рис. 115, д), которое широко применяется на танкерах и рудовозах. Однако оно более трудоёмко в изготовлении и его применение не­сколько уменьшает свободную площадь палубы.

Ширстрек (рис. 116) (англ. sheer — отвесный, strake — полоса, пояс) — основная продольная связь, испытывающая на волнении наибольшую нагрузку от изгиба КС. Конструктивно представляет собой верхний усиленный пояс бортовой обшивки борта судна, из­готавливается на 20‒ 40 % толще, чем листы этой обшивки.

Рис. 116. Конструкция рамного бимса (а) и полубимса (б):

1 - палубный стрингер; 2 - бимс; 3 - карлингс; 4 - пиллерс; 5 - кница; 6 - борт; 7 - комингс люка; 8 - шпангоут; 9 - узел крепления ширстрека с палубным стрингером; 10 - полубимс;

11 - продольная балка

Высокая концентрация напряжений в районах носовой оконеч­ности и концов надстроек вынуждает усиливать толщину наружной обшивки и делать её равной толщине ширстрека.

Бимсы (англ. beams, мн. число от beam — балка, перекладина) и полубимсы представляют собой приваренные снизу к настилу палу­бы катаные или сварные балки поперечного набора судна, преимуще­ственно таврового профиля, поддерживающие настил палубы (плат­формы) (рис. 116, а, б). Если бимс не покрыт палубным настилом, его называют холостым. Они не разрезаются другими балками, а упруго заделываются на шпангоуты у бортов и свободно опираются на подпалубные рёбра жёсткости — карлингсы, которые лежат на попереч­ных переборках и шпангоутных рамах.

Расчёт простых бимсов производится в составе шпангоутной рамы. В изгибе корпуса бимсы участия не принимают, но своей жёст­костью они обеспечивают устойчивость настила палубы и всего пе­рекрытия. Поэтому помимо момента сопротивления бимсы должны иметь определённую величину момента инерции, характеризующе­го их жёсткость.

Усиленные бимсы относят к рамным бимсам, которые устанав­ливаются в местах действия больших сосредоточенных нагрузок (на­пример, под палубными механизмами), а также в тех местах, где нет пиллерсов, т.е. непосредственно под карлингсами. Обычно полурам­ные бимсы совмещают с комингсами люков (см. рис. 116, б). Тогда по высоте они одинаковы с высотой карлингсов. Вместе с усилен­ными бортовыми шпангоутами и флорами рамные бимсы образуют шпангоутную раму, которая широко используется при продольной системе набора палубы и устанавливается через каждые 3‒ 5 шпаций (не далее 3, 5 м друг от друга в плоскости флоров). Высота вырезов для пропуска продольных балок в них не должна превышать 0, 6 вы­соты бимса, а стенка бимса в районе вырезов подкрепляется рёбрами жёсткости и бракетами.

Рамные бимсы на танкерах имеют ту же конструкцию, что и на сухогрузных судах, за исключением высоты, которая доходит на крупных танкерах до 1, 0‒ 1, 2 м.

Действующую на палубу (платформу) поперечную нагрузку бимсы и рамные бимсы передают и распределяют через борта, пере­борки и другие конструктивные элементы КС. Поэтому они служат жёсткими опорами для продольных балок.

Расчёт нагрузок рамных бимсов производится в составе шпан­гоутной рамы, либо как упруго заделанной по концам балки палуб­ного перекрытия совместно с другими балками, включая карлингсы. Схема расчёта показана на рис. 117, а, б, на котором бимс представ­лен в виде поперечной балки переменного сечения, упруго заделан­ной по концам и опирающейся на продольные балки. Нагрузкой для бимса являются сосредоточенные в центре реакции карлингсов.

Рис. 117. Схема работы бимса(а) и карлингса(б)

Усиленные бимсы, совпадающие с носовой или кормовой кром­ками грузового люка, называют концевыми бимсами.

Полубимс — это часть полного бимса, расположенного в райо­не грузовых люков между бортом и продольным комингсом люка. Выполняется в виде однопролётной балки с упругой заделкой на шпангоуте и свободной опорой на комингсе (см. рис. 116, б).

Со шпангоутами и комингсами бимсы и полубимсы соединяют­ся при помощи книц.

Карлингс (см. рис. 113, 116) (англ. carlings) — продольная несу­щая подпалубная балка, используемая для поддержания бимсов и уси­ления прочности палубы в районе больших вырезов под грузовые люки, где установлены комингсы. В конструкции палубного перекры­тия карлингс ставится вдоль краёв люка под палубой (см. рис. 116), обеспечивая прочность перекрытия вместе с остальными элементами корпуса — палубным стрингером и продольными балками палубного набора при действии на него поперечной нагрузки. Вместе с бимсами карлингс образует перекрестные продольные связи подпалубного набо­ра. Опорами для карлингсов служат поперечные переборки корпуса, поперечные комингсы люков и пиллерсы.

Карлингс воспринимает реакции опирающихся на него бимсов и иолубимсов. Поэтому при расчётах его можно представлять бал­кой ступенчато-переменного сечения (см. рис. 117, б), ввиду симме­тричности деформации жёстко заделанной на переборках и допол­нительно опирающейся на упруго проседающие опоры — рамные бимсы. Реакции бимсов заменены равномерно распределённой на­грузкой.

Карлингсы изготавливаются в виде мощных сварных тавровых балок. Чтобы вырезы для пропуска бимсов не вызывали сильного снижения прочности карлингса, его высота принимается не менее по­луторной высоты бимса. Стенки карлингса в районе вырезов на каж­дом втором бимсе подкрепляются рёбрами жёсткости, на каждом чет­вёртом — бракетами. В районе люка карлингс переходит в продоль­ный комингс, имеющий отогнутую или приваренную с внутренней стороны полку (см. рис. 116).

Жёсткими опорами для рамных бимсов на танкерах являются продольные переборки, поэтому надобность в карлингсах в отсеках танков отпадает. В среднем отсеке роль карлингса выполняет отбой­ный лист. Это мощная балка с пояском, высота которой в два раза превышает высоту рамных бимсов и доходит на больших танкерах до 2‒ 2, 5 м. Стенки отбойного листа подкрепляются рёбрами жёстко­сти. С рамным бимсом отбойный лист соединяется кницами.

Пиллерс (см. рис. 113, 116, 118) (англ. pillars — мн. ч. от pillar — колонна, столб) — одиночная вертикальная стойка, устанавлива­емая под комингсами в углах грузовых люков и служащая для пе­редачи усилия нагрузки с палубы на днище, и наоборот; может слу­жить также опорой для тяжёлых палубных механизмов и грузов. Обязательным условием мест их установки являются районы:

‒ днища — в местах пересечения днищевых стрингеров с рам­ным флором;

‒ палубы — в местах пересечения рамного бимса с карлингсом.

Если пиллерс не попадает на днищевой стрингер, флор подкреп­ляется в данном месте бракетами. При больших нагрузках на пил­лерс под него часто ставят накладной лист или соединяют его кни­цей с днищем.

Рис. 118. Пиллерс (конструкция и установка):

1 - наружная обшивка днища; 2 - настил второго дна; 3 - накладной лист; 4 - пиллерс;

5 - поперечный комингс люка; 6 - утолщённый поясок карлингса

Верхний конец пиллерса закрепляется на карлингсе или рамном бимсе, при этом место соединения подкрепляется бракетами.

На многопалубных судах пиллерсы ставят под каждой палубой на одной вертикали, с образованием непрерывной линии опор, пе­редающих нагрузку с палуб на днищевое перекрытие. Концы их со­единяются с балками набора при помощи книц. Поскольку пиллер­сы работают на сжатие, наиболее рациональным профилем для пил­лерсов является толстостенная труба или сваренные между собой листы, угольники или швеллеры. Иногда применяют трубы, сварен­ные из листового материала, или пиллерсы иного сечения, сваренные из листов или профилей.

Кроме того, в углах больших палубных вырезов под коминг­сы грузовых люков настилают более утолщённые палубные листы, а углы вырезов скругляют. Для поддержания поперечных балок в от­дельных местах палубного перекрытия могут ставиться дополни­тельные местные пиллерсы.

На небольших судах в ДП вместо пиллерса иногда устанавлива­ют неразрезной продольный карлингс.

Установка пиллерсов способствует уменьшению массы палуб­ных перекрытий. Обычно их ставят либо по концам грузового люка в ДП (два пиллерса на каждый трюм), либо по углам грузового люка (четыре пиллерса на каждый трюм).

Во время эксплуатации судна пиллерсы работают в основном на сжатие и продольный изгиб. Однако в отдельных случаях может на­блюдаться и их растяжение. Так, растягивающие нагрузки испытывают пиллерсы, установленные под брашпилем, при подъёме якоря, что не­редко приводило к их отрыву от палубы, особенно при сильном сжатии бортов на судах ледового плавания. Значительные поперечные нагруз­ки передаются на пиллерсы при ударах грейфером или грузами при по­грузке и выгрузке грузов, навалах груза во время шторма. При изгибе па­лубного перекрытия пиллерсы подвергаются также изгибным усилиям.

Тем не менее, при определении прочных размеров пиллерса в ка­честве расчётной принимают сжимающую нагрузку, приходящуюся на поддерживаемый пиллерсом участок палубы. Все остальные на­грузки, носящие случайный характер, учитываются введением коэф­фициента запаса в диапазоне 2‒ 6. Нижний предел устанавливается для жёстких коротких пиллерсов, верхний — для длинных гибких.

Иногда на судах применяют съёмные пиллерсы, устанавливаемые в случае необходимости (при размещении на палубе тяжеловесных грузов) в дополнение к основным, которые легко убираются при раз­грузке судна.

Концы флоров, бимсов, шпангоутов и других балок набора кор­пуса соединяют в узлах связей с помощью книц. Этим достигается не­изменность углов между осями балок и, следовательно, обеспечива­ется геометрическая неизменяемость формы КС.

Рис. 119. Судовая кница:

1 - настил палубы; 2 - ребро жёсткости; 3 - кницы; 4 - шпангоут

Кница (рис. 119) (англ. knee — колено) корпусная деталь в виде пластины треугольный или трапециевидной формы, соединяю­щая сходящиеся под углом балки набора КС (шпангоуты с бимсами и флорами, стойки переборок со стрингерами и рёбрами жёсткости и т. п.). Балки, установленные с помощью книц, образуют равнопроч­ное с корпусом соединение и благодаря этому могут применяться с меньшим поперечным сечением. Кницы изготавливают из матери­ала корпуса. Свободные наклонные кромки книц для большей жёст­кости могут иметь отогнутый фланцем край или приварной поясок.