Определение массы корпуса железобетонного стоечного судна на стадии исследовательского проектирования

УДК 629.5 М. С. Горохов,

асп.;

Б. П. Роннов,

д-р техн. наук, проф.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ КОРПУСА ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО СТОЕЧНОГО СУДНА НА СТАДИИ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

DEFINITION OF THE MASS OF REINFORCED CONCRETE STATIONARY VESSEL HULL AT THE STAGE OF RESEARCH DESIGNING

В статье приведены результаты статистического исследования главных размерений и основных характеристик судов стоечного типа с корпусом из железобетона. Показан характер зависимости значений измерителя массы железобетонного корпуса рейдовых причалов и дебаркадеров от его кубического модуля. Предложены формулы для расчета измерителя массы железобетонного корпуса рейдовых причалов и дебаркадеров, которые могут быть использованы на стадии исследовательского проектирования. Выполнен анализ точности расчета массы железобетонного корпуса с использованием полученных формул, показавший приемлемую для исследовательской стадии проектирования точность. Предложена методика для более точного определения массы корпуса железобетонного стоечного судна с учетом его проектных и конструктивнотехнологических особенностей. Полученные в ходе исследования результаты предлагается использовать при исследовательском проектировании судна стоечного типа с различными вариантами конструкции корпуса.

The article shows the results of static investigation of main dimensions and main parameters of stationary vessels with reinforced concrete hulls. The author shows the relation between the meanings of the mass indicator of wharves and concrete vessels and their cubic modulus. Suggested are the formulae for calculation of the mass indicator of wharves and concrete vessels at the stage of their research designing. Provided in the article is the analysis of exactness of mass calculation of reinforced concrete hull with application of the formulae, having shown the needed accuracy at the stage of the research designing. The author suggests the methodology for more exact definition of the mass of a reinforced concrete stationary vessel hull, taking into consideration its design and technical parameters. The obtained results of the investigation can be used at the research designing of a stationary vessel with different •variants of hull structure.

Ключевые слова: стоечное судно, исследовательское проектирование, железобетон, корпус, кубический модуль, измеритель массы, прототип, конструктивный элемент, главные размерения.

Key 'words: a stationary vessel, research designing, reinforced concrete, hull, cubic modulus, mass indicator, prototype, structure element, main dimensions.

К

AK известно [1], [2], железобетон имеет ряд серьезных преимуществ в качестве материала корпуса стоечных судов, к которым относятся, прежде всего, различного типа дебаркадеры и рейдовые причалы [3]. Уже на начальной стадии проектирования железобетонного судна стоечного типа одним из наиболее важных показателей, влияющих на его будущие технико-экономические показатели, является масса его железобетонного корпуса. От того, насколько точно будет определена масса корпуса, зависят эксплуатационно-технические качества судна [4], трудоемкость и стоимость его постройки.

Определение массы корпуса на начальной стадии проектирования можно выполнить двумя различными способами: используя либо показатели наиболее близкого судна-прототипа, либо зависимости, полученные в результате обработки статистических данных существующих проектов судов. Использование данных близкого прототипа [5] практически невозможно при исследовательском проектировании судна, когда анализируются зависимости характеристик судна от его элементов. В этом случае наиболее точные значения массы корпуса можно получить на основе

(И

статистических данных.

Выпуск 2

|Выпуск 2

МЕСТНИК

ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

„МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

Целью данной работы является получение статистических зависимостей, позволяющих найти массу железобетонного корпуса стоечного судна с учетом его архитектурно-конструктивных особенностей. Для этого были проанализированы главные размерения и основные характеристики проектов рейдовых причальных понтонов и дебаркадеров с корпусом из железобетона.

Дебаркадеры и рейдовые причальные понтоны с корпусом из железобетона предназначены для швартовки различных типов судов, посадки и высадки пассажиров, производства грузовых операций пассажирского и грузопассажирского флота. Все рассмотренные проекты причальных понтонов и дебаркадеров, спроектированные по Правилам речного регистра РСФСР, предназначены для эксплуатации на внутренних водных путях. Суда являются стоечными, а их корпус изготовлен из тяжелого судостроительного бетона с крупным наполнителем в виде щебня или гравия, армированного горячекатаной стержневой арматурой различных классов прочности. Прямоугольный в плане, с транцевым носом и кормой, наклонными подрезами или без подрезов в оконечностях геометрически корпус имеет форму параллелепипеда. Внутреннее пространство корпуса разделено на отсеки продольными или поперечными проницаемыми или непроницаемыми переборками. Система набора корпуса — поперечная, смешанная либо безнаборная. Наружная обшивка представляет собой плоские железобетонные плиты [6]. Набор корпуса состоит из железобетонных балок прямоугольного сечения.

Архитектурно-конструктивный тип рейдовых причальных понтонов характеризуется отсутствием развитой надстройки. Грузовые лабазы размещаются в корпусе, а для пассажиров на палубе устроены открытые площадки, снабженные легкими тентами. Архитектурно-конструктивный тип дебаркадеров характеризуется развитой двух- или трехъярусной надстройкой, размещение груза предусматривалось во внутренних отсеках корпуса либо в надстройке на главной палубе [7].

Статистическое исследование, проведенное в рамках данной статьи, охватывает суда длиной от 20 до 85 м. Соотношение главных размерений у рассматриваемых судов является традиционным для дебаркадеров и причальных понтонов и отвечает предъявляемым к ним эксплуатационным требованиям. Учитывая рассмотренные архитектурно-конструктивные особенности, было принято решение выполнять определение массы железобетонного корпуса с использованием формулы первой группы [8], основанное на предположении о том, что масса корпуса прямо пропорциональна кубическому модулю LBH:

Рк =V кЬВН,

где ук — масса 1 м3 параллелепипеда со сторонами L х В х И (измеритель массы корпуса).

Элементы и характеристики рассматриваемых судов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Главные размерения и характеристики рейдовых причальных понтонов и дебаркадеров

КЕЭ

Проект Класс РРР Система набора L, м В, м Я, м LBH, м3 т/м3

Рейдовые причальные понтоны

154 Р Поперечная 65 14 3,2 2912 0,197

146(1) Р Безнаборная 20 8 2 320 0,258

146(2) Р Безнаборная 20 8 2 320 0,262

Р24(1) О Поперечная 42 15 2,8 1764 0,207

Р24(2) О Поперечная 42 8 2,8 940,8 0,256

Р66 Р Безнаборная 30 10 2,2 660 0,248

123А Р Поперечная 65 14 3,2 2912 0,197

157(1) Р Поперечная 45 12 2,8 1512 0,241

157(2) Р Поперечная 42 12 2,8 1411,2 0,267

157(3) Р Поперечная 45 12 2,8 1512 0,212

В ЕСТ НИКЛ

ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВ^

Таблица 1 {Окончание)

133Б Р Поперечная 45 12 2,8 1512 0,209

61 Р Безнаборная 20 7 2 280 0,273

133(1) Р Поперечная 45 12 2,8 1512 0,209

133В Р Поперечная 45 12 2,8 1512 0,209

Дебаркадеры

123/823 Р Поперечная 64,4 14 3,2 2885,12 0,200

833 Р Поперечная 35 10 2,8 980 0,221

47 Р Безнаборная 35 9,6 2,8 940,8 0,246

47Б Р Безнаборная 35 9,6 2,8 940,8 0,224

61А(1) Р Безнаборная 20 7 2 280 0,285

61А(2) Р Безнаборная 20 7 2 280 0,261

61А(3) Р Безнаборная 20 7 2 280 0,273

61Б Р Безнаборная 20 7 2 280 0,272

39 О Безнаборная 20 7 2 280 0,283

48 Р Смешанная 85 20 3,7 6290 0,191

33 Р Смешанная 65 14 3,6 3276 0,188

123 Р Поперечная 65 14 3,2 2912 0,188

137(1) Р Смешанная 65 14 3,2 2912 0,187

137(2) Р Поперечная 65 14 3,2 2912 0,196

133-02(2) Р Поперечная 45 12 2,8 1512 0,215

10130 Р Поперечная 45 12 3,2 1728 0,198

133А Р Поперечная 45 12 2,8 1512 0,209

133-02(1) Р Безнаборная 45 12 2,8 1512 0,225

14 Р Смешанная 42 12 3 1512 0,212

20 Р Смешанная 45 12 3 1620 0,205

55 Р Смешанная 45 12 3 1620 0,207

62(1) Р Смешанная 45 12 3 1620 0,204

Примечание. L,B,H— соответственно расчетная длина, ширина и высота корпуса.

Для нахождения зависимости измерителя массы корпуса ^ от элементов судна отдельно для причальных понтонов и дебаркадеров были построены кривые xVk =f {LBN) — рис. 1 и 2, затем с использованием метода наименьших квадратов найдены их аппроксимационные уравнения.

Рис. 1. Измеритель массы корпуса ^ причальных понтонов

Выпуск 2

|Выпуск 2

Как видно из приведенных графиков, для железобетонных судов подтверждается известная зависимость уменьшения измерителя массы корпуса с увеличением размеров судна. Для причальных понтонов зависимость измерителя массы корпуса *¥к от кубического модуля линейная. Для дебаркадеров же эта зависимость имеет характер степенной функции. Таким образом, измеритель массы корпуса х¥к предлагается определять по следующим формулам:

- для рейдовых причальных понтонов

ук = -0,3 -10"4 LBH + 0,27;

- для дебаркадеров

V к = 0,6LBH -014.

В табл. 2 приведены результаты расчета массы корпуса по полученным формулам. В случае, если палуба судна рассчитана на восприятие значительных местных нагрузок, таких как нагрузка от колес транспортных средств, задействованных в обслуживании судов (например, суда пр. 157(2)), значения '^к, рассчитанные по формулам (3) и (4), следует увеличить на 15 % [9].

Таблица 2

Анализ точности расчета массы корпуса плавучих причалов и дебаркадеров по полученным формулам

ЕЭ

Проект Масса корпуса Рк, т Погрешность, %

фактическая расчетная

Плавучие причалы

154 575 531,3 7,60

146(1) 82,7 83,3 0,69

146(2) 83,9 83,3 0,75

Р24(1) 366 382,6 4,54

Р24(2) 241 227,3 5,69

Р66 164 165,0 0,62

123А 575 531,3 7,60

157(1) 364 339,4 6,76

157(3) 320 339,4 6,06

133Б 316 339,4 7,40

61 76,5 73,2 4,32

133(1) 316 339,4 7,40

133В 316 339,4 7,40

Таблица 2 {Окончание)

Дебаркадеры

123/823 576 568,9 1,23

833 217 224,7 3,54

47 231 216,9 6,09

47Б 211 216,9 2,81

61A(1) 79,9 76,5 4,30

61A(2) 73 76,5 4,74

61A(3) 76,5 76,5 0,05

61Б 76,2 76,5 0,34

39 79,1 76,5 3,34

48 1202 1112,4 7,45

33 616 634,6 3,02

123 548 573,4 4,64

137(1) 544 573,4 5,41

137(2) 570 573,4 0,61

133-02(2) 325 326,3 0,39

10130 343 366,0 6,71

133A 316 326,3 3,25

133-02(1) 340 326,3 4,04

14 320 326,3 1,96

20 332 346,2 4,29

55 335 346,2 3,35

62(1) 331 346,2 4,60

Из приведенных в табл. 2 данных следует, что средняя погрешность при определении массы корпуса причалов по полученным формулам не превышает 5 %, для дебаркадеров — 4%. Данные значения погрешности являются приемлемыми при исследовательском проектировании железобетонного корпуса стоечного судна.

Обобщенная оценка точности выполненной аппроксимации производилась с использованием статистического критерия Фишера [10]. Для причальных понтонов значение ^-критерия составляет 1,28, что меньше табличного значения — 2,58. Для дебаркадеров ^-критерий составил 1,42 при табличном значении 1,98. На основании полученных значений можно сделать вывод о том, что по полученным формулам масса железобетонного корпуса определяется с достаточной для исследовательской стадии проектирования точностью. Однако более точно массу корпуса железобетонного судна, учитывая его проектные особенности, можно рассчитать как сумму масс его основных конструктивных элементов, каждый из которых рассчитывается с использованием соответствующих модулей:

П

р ,

i=i

где yik,M.k — измеритель массы и модуль пересчета /-го конструктивного элемента корпуса.

В этом случае, учитывая упрощенную форму обводов, близкую к прямоугольному параллелепипеду, массу корпуса можно представить в следующем виде:

р* = (Vi* + ¥з*)LB + (2V2k + V6К • «пд)LH + (y4K + Vs* • «пи )BH + 2y7* (L + H) • шпд +

+2^вк (B + H) • «V + (V9k + Vi0k ) LBH •

Выпуск 2

Выпуск 2

где у1А. — измеритель массы плиты днища; — измеритель массы плиты борта; узк — измеритель массы плиты палубы; у — измеритель массы плиты транцев; у — измеритель массы поперечных переборок; у — измеритель массы продольных переборок; у — измеритель массы продольных ребер; ysk — измеритель массы поперечных ребер; удк — измеритель массы местных усилений и фундаментов; у — измеритель массы закладных деталей; «пп — количество поперечных переборок; «пд — количество продольных переборок; тпп — количество поперечных балок набора; шпд — количество продольных балок набора;

При отсутствии близкого прототипа и учитывая минимально необходимую толщину плит, значения данных измерителей масс могут быть приняты в соответствии с табл. 3.

Таблица 3

Значения измерителей масс

Измеритель v3* v4* v5F v6* v7* Vs* v9* Vio*

Значение 0,16 0,13 0,18 0,11 0,06 0,04 0,005 0,001

Приведенные значения измерителей масс различных конструктивных элементов железобетонного корпуса являются ориентировочными. Для более точного расчета массы их необходимо корректировать, учитывая конструктивные особенности проектируемого стоечного судна и характеристики, предъявляемые к его элементам. Для конструктивных элементов в виде плит измерители у — у могут быть рассчитаны следующим образом [11]:

Vik = ^ik

где б.к — толщина плиты /-го конструктивного элемента, м;

рб — плотность судостроительного бетона, т/м3;

рарм — плотность арматурной стали, т/м3;

^арм — коэффициент армирования сечения железобетонного элемента.

Для конструктивных элементов в виде ребер набора корпуса измерители у у могут быть рассчитаны в виде

ы, = h  Ъ.  (р, +1к -р ) (81

где й. — высота ребра /-го конструктивного элемента, м;

Ъ. — ширина ребра /-го конструктивного элемента, м.

Выводы

1. В результате проведенного статистического анализа главных размерений и основных характеристик рейдовых причалов и дебаркадеров получены формулы для расчета измерителя массы железобетонного корпуса, который в последующем используется для определения массы корпуса.

2. Проведенный анализ точности расчета массы железобетонного корпуса с использованием полученных формул показал приемлемую для исследовательской стадии проектирования точность.

3. Для более точного определения массы корпуса железобетонного стоечного судна предложена методика и значения измерителей масс, учитывающие его проектные и конструктивнотехнологические особенности.

Список литературы

1. Бондурянский 3. П. Морские железобетонные суда (проектирование корпуса) / 3. П. Бондурянский, М. А. Дьячков, Э. Е. Меламед. — Л.: Судостроение, 1966. — 200 с.

ВЕСТИ IT

ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВ^

2. Горохов М. С. Состояние и направления развития корпусных конструкций судов из железобетона / М. С. Горохов // Вестник Волжской государственной академии водного транспорта. — 2013. — № 35. —

3. Дебаркадер // Википедия. [2014 - 2014]. Дата обновления: 27.08.2014. URL: http://ru.wikipedia. org/?oldid=65111407 (дата обращения: 27.12.2014).

4. Анфимов В. Н. Технико-эксплуатационные качества судов смешанного плавания / В. Н. Анфимов. — М.: Транспорт, 1974. — 271 с.

5. Бронников А. В. Проектирование судов / А. В. Бронников. — Л.: Судостроение, 1991. — 320 с.

6. Горохов М. С. Влияние параметров дисперсного армирования на трещиностойкость судовых конструкций из фибробетона / М. С. Горохов // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2014. — № 1 (23). — С. 68-73.

7. Егоров Н. М. Справочник по железобетонному судостроению (суда внутреннего плавания) / Н. М. Егоров [и др.]. — Л.: Судостроение, 1969. — 356 с.

8. Ашик В. В. Проектирование судов: учебник / В. В. Ашик. — 2-е изд., перераб. и доп.— Л.: Судостроение, 1985. — 320 с.

9. Синцов Г. М. Конструкция и прочность железобетонных судов / Г. М. Синцов [и др.]. — Л.: Судостроение, 1969. — 384 с.

10. Базилевский С. А. Теория ошибок, возникающих при проектировании судов / С. А. Базилевский. — Л.: Судостроение, 1964. — 200 с.

11. Егоров Н. М. Проектирование элементов корпуса железобетонного судна: учеб, пособие для студентов кораблестроительного факультета / Н. М. Егоров. — Горький: ГИИВТ, 1980. — С. 85.

УДК 629.122 Е. В. Купальцева,

Пассажирские суда, предназначенные для работы на внутригородских и пригородных линиях, по архитектурно-конструктивным признакам разделены на четыре типа. Основными признаками деления являются палубность и принцип расположения пассажирских мест. На основе статистического анализа для каждого из типов выявлено влияние пассажировместимости на величину водоизмещения и коэффициента утилизации. В функции от пассажировместимости, как наиболее важного параметра, выявлены устойчивые регрессионные зависимости для определения главных размерений судна для каждого из выделенных типов. В общем случае получены аналитические зависимости проектных характеристик в функции от водоизмещения. Для оценки мощности на стадии концептуального проектирования предлагается использовать зависимость адмиралтейского коэффициента в функции от скорости. В работе приводятся соответствующие коэффициенты для двухкомпонентной формулы ирегрессионная зависимость.

Passenger vessels operating on urban and domestic routes, on architectural and design solutions are divided into four main types. Main signs the division are decked and the principle of the location of passenger seats.On the basis of statistical analysis for each of the types identified impact passenger capacity on the magnitude of the displacement and the utilization rate. As well as depending on the passenger capacity of the identified sustainable regression dependences for determination of the main dimensions of the vessel for each of the selected types. In general, the obtained analytical dependences of design characteristics in a function of displacement. To estimate the power at the stage of conceptual design is proposed to use the dependence of the Admiralty coefficient as

C. 67-70.

acn.

АНАЛИЗ ПРОЕКТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЛАВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПАССАЖИРСКИХ СУДОВ ДЛЯ ВНУТРИГОРОДСКИХ И ПРИГОРОДНЫХ ЛИНИЙ

ANALYSIS OF THE DESIGN CHARACTERISTICS OF THE MAIN ELEMENTS OF INLAND VESSELS

Выпуск 2