бортовое перекрытие

Формула изобретения

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 в состав подкрепляющих элементов включены упругие вставки.

Описание изобретения к патенту

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

Известно бортовое перекрытие судна, содержащее обшивку и балки поперечного набора (Барабанов Н.В. Конструкция корпуса морских судов. - Л.: Судостроение, 1981. - 552 с., с.42-43, рисунок 8«а»).

Недостатком данного перекрытия является невысокая прочность и завал балок набора при восприятии интенсивных локальных нагрузок, которые являются основной причиной повреждений.

Известно бортовое перекрытие судна, содержащее обшивку, балки поперечного набора, балки продольного набора (Барабанов Н.В. Конструкция корпуса морских судов. - Л.: Судостроение, 1981. - 552 с., с.42-43, рисунок 8«г»).

Конструкция данного перекрытия обладает следующими недостатками:

- при действии интенсивных локально распределенных нагрузок (ледовых, нагрузок от кранцев) несущая способность балок набора нередко оказывается исчерпанной;

- при образовании вмятин может происходить завал балок набора, что существенно уменьшает несущую способность перекрытия.

В качестве ближайшего аналога принят узел подкрепления деформированного участка судового перекрытия (Авторское свидетельство № 1615032, МПК В63В 9/00, В63В 3/26, опубл. 23.12.1990), 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 том, что вследствие малой податливости подкрепляющих элементов балка набора поддерживается в основном реакциями с их стороны, а силы поддержания со стороны обшивки оказываются незначительными. Подкреплять же балки набора нужно, когда в них развиваются большие прогибы, т.е. после образования в них кинематически изменяемого механизма. При восприятии интенсивных локальных нагрузок это приводит к перегрузке подкрепляющих элементов и их разрушению при нагрузках, существенно меньших чем те, которые вызывают образование кинематически изменяемого механизма в балке набора, что снижает несущую способность балок набора и перекрытия в целом.

Изобретение решает задачу повышения несущей способности балок набора за счет одновременного включения в работу сил поддержания со стороны подкрепляющих элементов и обшивки.

Для решения поставленной задачи в известном перекрытии судна, состоящем из обшивки, балок набора и подкрепляющих элементов, предлагается в состав подкрепляющих элементов включить упругие вставки.

В предлагаемом техническом решении балки набора, на которые действует эксплуатационная нагрузка, поддерживаются одновременно реакциями со стороны обшивки и подкрепляющих элементов с упругими вставками, благодаря чему нагрузка, которую шпангоут может воспринять до образования в нем кинематически изменяемого механизма, повышается по сравнению с конструкцией ближайшего аналога, причем уровень напряжений в подкрепляющих элементах снижается.

На прилагаемых графических материалах изображено:

на фиг.1 - общий вид перекрытия;

на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;

на фиг.3 - узел I на фиг.1;

на фиг.4 - нагрузка на подкрепленную балку набора конструкции ближайшего аналога, переводящая подкрепляющие элементы конструкции ближайшего аналога в состояние пластической струны.

На графических материалах приняты следующие обозначения:

1 - обшивка;

2 - балка набора;

3 - подкрепляющий элемент;

4 - упругая вставка;

Р ₀ - нагрузка на балку набора, соответствующая образованию кинематически изменяемого механизма в балке набора при отсутствии подкрепляющих элементов;

Р_пл - нагрузка на балку набора, соответствующая переходу подкрепляющего элемента в стадию пластической струны;

- нагрузка на балку набора, соответствующая переходу подкрепляющего элемента в стадию пластической струны в безразмерном виде;

F - площадь поперечного сечения подкрепляющего элемента;

b - расстояние между подкрепляющими элементами;

h - высота гофры;

l - длина гофры.

Конструкция бортового перекрытия состоит из обшивки 1 с установленными на ней балками набора 2 и содержащих упругие вставки 4 подкрепляющих элементов 3, присоединенных к балкам набора 2.

Бортовое перекрытие работает следующим образом. Внешняя интенсивная локально распределенная нагрузка воспринимается балкой набора 2, которая лежит на некотором упругопластическом основании, роль которого выполняют обшивка 1 и подкрепляющие элементы 3 с упругими вставками 4, которые могут быть выполнены в виде гофры. Для определения параметров упругопластического основания шпангоута выполняется расчет балки-полоски обшивки в соответствии с (Бураковский П.Е. Учет жесткости обшивки при деформировании связей судовых бортовых перекрытий, воспринимающих интенсивные локальные нагрузки// Сборник трудов ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. - СПб, 2008. - Вып.41(325). - С.157-170). После этого получается зависимость сила- прогиб для подкрепляющего элемента с упругой вставкой, нагруженного сосредоточенной силой. При этом с учетом гипотезы мгновенного раскрытия пластических шарниров можно принять, что на первом этапе подкрепляющий элемент работает упруго до достижения изгибающим моментом в упругом элементе предельного значения и образования в нем пластических шарниров. С дальнейшим увеличением нагрузки происходит деформирование гофры, после распрямления которой продольное усилие в подкрепляющем элементе достигает предельного значения и подкрепляющий элемент переходит в стадию пластической струны. При достаточно большом числе подкрепляющих элементов их действие на балку набора может быть представлено не в виде сосредоточенных сил, а как реакции некоторого упругопластического основания. Таким образом, балка набора может рассматриваться как балка, лежащая на упругопластическом основании, параметры жесткости которого соответствуют одновременному действию на балку как сил поддержания со стороны обшивки, так и со стороны подкрепляющих элементов. Изменяя параметры устанавливаемых подкрепляющих элементов можно добиться требуемого повышения несущей способности балок набора. При этом предлагаемая конструкция позволяет изменять не только площадь поперечного сечения подкрепляющих элементов и расстояние между ними, но и параметры упругой вставки, что дает возможность создать для балки набора упругопластическое основание с такой жесткостью, которая позволяет одновременно использовать силы поддержания как со стороны подкрепляющих элементов, так и со стороны обшивки. Проведенные исследования показали, что по сравнению с конструкцией ближайшего аналога в предлагаемой конструкции подкрепляющие элементы переходят в состояние пластической струны при значительно больших внешних нагрузках, действующих на подкрепленную балку набора. В качестве примера рассмотрим бортовое перекрытие со шпацией 0,6 м, обшивкой толщиной 11 мм и балками набора из несимметричного полособульба № 20, предел текучести материала 235 МПа. На фиг.4 представлены значения внешней нагрузки на балку набора, соответствующие переходу подкрепляющих элементов конструкции ближайшего аналога в стадию пластической струны при различных параметрах подкрепляющих элементов. Видно, что эта нагрузка составляет всего 0.3-0.8 от значения, соответствующего образованию в неподкрепленной балке кинематического механизма. Это обстоятельство существенно снижает резервы прочности конструкции ближайшего аналога, особенно в запредельном состоянии, так как с ростом пластических удлинений в подкрепляющих элементах возрастает вероятность их разрушения. При этом в предлагаемой конструкции с параметрами подкрепляющих элементов, соответствующими фиг.4, и упругим элементом в виде гофры с длиной l=0.03 м и высотой h=0.03 м при нагрузке Р₀ на балку набора происходит деформирование гофры и продольные усилия в подкрепляющем элементе не достигают предельного значения. Варьируя значениями высоты h и длины l гофры (упругой вставки) представляется возможным создавать для балки основания с характеристиками жесткости в широком диапазоне.