§ 21 Палубы и платформы
При назначении прочных размеров палубных конструкций необходимо учитывать, наравне с обычными нагрузками (общим изгибом, палубными грузами, гидростатическим напором), также и ледовые нагрузки. При расчете следует исходить из наиболее тяжелого сочетания внешних нагрузок, а именно когда одновременно действуют ледовые и поперечные нагрузки, приводящие к сложному изгибу.
Ледовые нагрузки прилагаются непосредственно в плоскости палуб или платформ, либо передаются на них в виде реакций со стороны шпангоутов. В последнем случае палубы и платформы выполняют роль жесткого контура, который воспринимает давление льда через шпангоуты. Ледовые нагрузки, приложенные непосредственно к палубе, достигают наибольшей величины, и их следует принимать за расчетные.
Палубы и платформы ледокола, расположенные в районе ледового пояса, принято называть ледовыми. Напряжения от общего изгиба в ледовых палубах обычно невелики, так как эти палубы находятся сравнительно близко к нейтральной оси. Одну из палуб или платформ ледокола, называемую главной ледовой палубой, всегда располагают в районе конструктивной ватерлинии, с тем чтобы основная часть ледовой нагрузки непосредственно воспринималась этой конструкцией, которой придают высокую прочность и жесткость.
Ледовые палубы, как правило, не имеют погиби и седловатости; их набирают по поперечной системе (рис. 109), которая обеспечивает лучшую устойчивость листов настила при сжатии корпуса во льдах и при ударах льдин. Кроме того, поперечная система проста в технологическом отношении и не приводит к загромождению внутренних помещений.
Опыт эксплуатации показывает, что ледовые повреждения палуб и платформ, как правило, носят местный характер и обычно являются следствием потери устойчивости отдельных элементов палубных конструкций. Поэтому при расчете палуб и платформ на действие ледовых нагрузок в первую очередь следует проверить устойчивость настила между бимсами, самих бимсов, а также устойчивость палубного перекрытия в целом между поперечными переборками и на отдельных участках (например, между рамами). Кроме того, необходимо определить прочность палубы на действие сжимающих и срезывающих усилий. Помимо этого, проверяют прочность палуб, смежных с ледовыми, на действие реактивных усилий со стороны шпангоутов. Эти усилия находят при расчете бортового набора для наиболее неблагоприятного случая приложения ледовой нагрузки.
Величину расчетной нагрузки для ледовых палуб принимают равной расчетной нагрузке на бортовой набор в соответствующем районе корпуса. В средней части судна нагрузка, вызванная сжатием льда, распределяется на значительную длину, поэтому при расчете нагрузку следует полагать приложенной в плоскости палубы на длине от переборки до переборки. В оконечностях зона приложения ледовой нагрузки по длине обычно не превышает 2,5 — 3,0 ж, и расчетную нагрузку можно считать приложенной на участке длиной не более трех-четырех шпаций вдоль борта. Поскольку продолжительность действия динамических ледовых нагрузок составляет 0,2 — 1,0 сек, расчетную нагрузку на палубу можно рассматривать как статическую. Под действием ледовой нагрузки, вызванной сжатием льда, палубное перекрытие испытывает давление одновременно с обоих бортов. Нагрузку на участки палуб, расположенные в оконечностях ледокола, можно рассматривать как одностороннюю, которая уравновешивается усилиями, возникающими в поперечных переборках.
На ледоколах I и II классов главную ледовую палубу по всей длине и нижележащую ледовую палубу или платформу, по крайней мере в оконечностях, следует подкреплять дополнительными бимсами, которые располагаются между основными и имеют такой же профиль. На ледоколах III класса дополнительные бимсы можно устанавливать только на главной ледовой палубе в оконечностях корпуса. Момент сопротивления дополнительных бимсов может быть принят равным 50—100% от момента основных. В оконечностях ледоколов всех классов дополнительные бимсы целесообразно продлевать на всю ширину палубы. В средней части корпуса дополнительные бимсы достаточно доводить до продольных переборок или, если продольные переборки отсутствуют, до ближайшей продольной подпалубной связи (карлингса, комингса люка). Дополнительные бимсы позволяют обеспечить надежную заделку концов промежуточных шпангоутов, уменьшить толщину палубного настила и вес палубных конструкций в целом. На ледоколах, палубы которых подкреплены дополнительными бимсами, проверять устойчивость палубного стрингера не имеет смысла, а его толщину следует определять из условия прочности на сжатие. Если дополнительные бимсы на ледовых палубах не устанавливают, минимально необходимая толщина палубного стрингера (в мм) может быть определена по формуле
Ширину палубного стрингера принимают равной трем шпангоутным расстояниям, но в любом случае ее не следует делать менее 1,0 м.
Необходимый момент сопротивления основных и дополнительных бимсов ледовых палуб может быть вычислен по формуле
Здесь l — пролет бимса от борта до ближайшей продольной под-палубной связи или переборки, м.
После того как назначены толщины настила и определены размеры бимсов, следует произвести проверку устойчивости палубного перекрытия в целом, как это показано в Справочнике по строительной механике корабля. При этом надо иметь в виду, что все зависимости, приведенные в Справочнике для продольной системы набора, следует относить к поперечной системе, поскольку сжимающие усилия со стороны льда действуют на корпус ледокола в поперечном направлении.
Наряду с подкреплением ледовых палуб следует заботиться об усилении верхней палубы и палубы полубака ледоколов. В носовой оконечности на длине 0,05L от форштевня и в корме, в районе ахтерпика, толщина настила верхней палубы по всей ширине должна быть не менее толщины палубного стрингера. Если имеется бак или полубак, толщина стрингера верхней палубы в этом районе может быть уменьшена по сравнению с толщинами, указанными выше на 2 мм, а толщина остальных поясьев настила — на 1 мм. Толщину стрингера и настила палубы полубака принимают такой же, как и для верхней палубы, расположенной под полубаком. Бимсы верхней палубы ледоколов всех классов необходимо усиливать. Они должны иметь момент сопротивления не менее момента сопротивления бимсов нижележащей ледовой палубы.