Konstrukcija broda 16 Potpalubne strukture broda 1 POTPALUBNE STRUKTURE (e:supporting deck structures) 1. Opis potpalubnih struktura Potpalubne strukture ukrepljuju palube u poprečnom i uzdužnom smjeru kako bi se osigurala odgovarajuća poprečna i lokalna čvrstoća kao i stabilnost palubne strukture obzirom na moguća izvijanja pod tlačnim opterećenjima. Osim toga, osiguravaju palube u području otvora grotala i omogućuju prijenos opterećenja paluba na strukturu dna. Učinkovito uzdužno usmjereni nosači i ukrepe sudjeluju u uzdužnoj čvrstoći brodskog trupa. Ako nosači nisu uključeni u proračun uzdužne čvrstoće ili ako se dimenzije poprečnih nosača i sponja određuju na osnovi neposrednog proračuna, vrijednosti dopuštenih naprezanja ne smiju biti veći od iznosa dobivenih prema izrazima: σ = 150 / k N / mm b τ = 100 / k N / mm Palubne konstrukcije koje mogu biti tlačno opteećene se moraju provjeriti na izvijanje. σ ekv = σ + 3τ = 180 / k N / mm. Opterećenja potpalubnih struktura Pogled na palubu u uzdužnom sustavu za vrijeme gradnje Potpalubne strukture izloženih paluba preuzimaju na sebe opterećenja uslijed naplavljivanja morem, težine tereta i opreme koja djeluju na opločenje paluba. Potpalubne strukture u međupalublju preuzimaju opterećenja uslijed tereta i opreme. Uzdužno usmjereni potpalubni elementi su opterećeni uslijed savijanja brodskog trupa, pri čemu najveća opterećenja trpe uzdužni elementi na najvišim palubama. Poprečni elementi potpalubnih struktura se dijelovi poprečnih okvira zajedno sa rebrima boka i rebrenicama dna. Na poprečno usmjerene potpalubne elemente posredno djeluju tlakovi koji se prenose preko bočne oplate. Na uspravne potpalubne strukture kao što su upore, djeluju opterećenja koja se prenose sa paluba. Ta su opterećenja upora pretežno tlačna, osim kada su upore u tankovima, kada opterećenja mogu biti i vlačna. Upore drže razmak između paluba i dna, čime posredno sudjeluju u uzdužnoj čvrstoći. Osobit problem predstavljaju koncentracije naprezanja oko otvora na palubama. 3. Konstrukcija potpalubnih struktura Potpalubne strukture se izvode i u poprečnom i u uzdužnom sustavu ovisno o tipu, veličini i službi broda, te o vrsti i položaju palube po visini kod višepalubnih brodova. U poprečnom sustavu gradnje glavni elementi potpalubih struktura su sponje koje ukrepljuu palube u poprečnom smjeru i okvirne sponje koje su nosači gornjeg dijela poprečnog okvira trupa, te podveze koje se kao nosači pružaju u uzdužnom smjeru. U uzdužnom sustavu gradnje glavni elementi potpalubnih struktura su uzdužnjaci koju ukrepljuju palube u uzdužnom smjeru, poprečnjaci palube koji su nosači gornjeg dijela poprečnih okvira trupa i uzdužni nosači palube. Potpalubne su strukture koji put poduprte uporama.
Konstrukcija broda 16 Potpalubne strukture broda 3.1. Poprečno ukrepljenje paluba 3.1.1. Sponje (e:deck beams) Gusto postavljene sponje su osnovni elementi poprečnog ukrepljenja paluba. Obično su od valjanih profila. Sponje su strukturna podloga u poprječnom sustavu gradnje za pričvršćenje opločenja palube. Sponje su gornji dio poprečnog okvira brodskog trupa, i kao takve daju uporište rebrima. Sponje su opterećene na savijanje, s krajnjim osloncima na bokovima ili s osloncima na podvezama odnosno uporama. 3.1.. Podveze (e:deck girders) Podveze su potpalubni uzdužni nosači u poprečnom sustavu ukrepljenja paluba, koji se oslanjaju na podupiruće strukture poprečnih pregrada, upora i poprečnih pražnica grotala. Podveze se ugrađuju da bi se smanjila nepoduprti raspon sponja. Krajevi podveza spojeni na poprečne pregrade mogu se smatrati potpuno upetima ako su postavljena jaka koljena. Potpuno upetim se može smatrati i oslonac nad uporom, ako su primijenjena odgovarajuća koljena. Podveze su obično složeni profili sastavljeni od struka i pojasa, ili umjesto pojasne trake može biti prirub. Mogu biti simetričnog i nesimetričnog presjeka. Koljenima se struk podveze ukrućuje na križanjima sa sponjama da se spriječi postrano izvijanje (e:tripping) kod tlačnog opterećenja. Sa stajališta izvijanja povoljniji su simetrični presjeci profila. Križanje sponja i podveza se može ostvariti na dva načina: 1. Sponja neprekinuto prolazi kroz izrez na podvezi. Sponja se prekida a podveza je neprekinuta, interkostalna sponja 3.. Uzdužno ukrepljenje paluba 3..1. Uzdužnjaci palube (e:deck longitudinals) Sponje i podveze u međupalublju Gusto postavljeni uzdužnjaci su osnovni element uzdužnog ukrepljenja paluba. Uzdužnjaci palube se prostiru većim dijelom duljine broda i zato ulaze s punim presjekom u proračun uzdužne čvrstoće. Kod brodova duljine preko 10 m, barem su gornje palube uzdužno ukrepljene. Uzdužnjaci palube se oslanjaju na poprečne pregrade i na poprečnjake palube. 3... Poprečnjaci palube (e:deck transverses) Poprečnjaci paluba su poprečni potpalubni nosači na koje se oslanjaju uzdužnjaci. Poprečnjaci trebaju biti što niži da ne smetaju teretu. Poprečnjaci trebaju biti spojeni za bočna rebra koljenima. Razmaci poprečnjaka Za brodove do 00m duljine, razmak poprečnjaka je obično 3 do 4 razmaka rebara. Za brodove do 100m, razmak poprečnjaka u sredini broda je najviše d=3.8m a za brodove preko 100m duljine razmak poprečnjaka je d=0.006l+3.m. U području 0.75L pramca broda, poprečnjaci su gušće postavljeni, i to za brodove do 100m, d=.5m, a preko 100m d=3.5m. Visina struka poprečnjaka na pramcu treba da je puta veća od visine uzdužnjaka. Na mjestima rebara koja se ne nastavljaju poprečnjacima, ugrađuju se koljena koja sežu do prvog uzdužnjaka palube. Uzdužnjaci palube moraju prolaziti neprekinuto kroz poprečnjake palube, a poželjno i kroz poprečne pregrade. Inače se spojevi uzdužnjaka i poprečnih pregrada moraju posebno osigurati na primjer koljenima koja neprekinuto prolaze kroz pregrade.
Konstrukcija broda 16 Potpalubne strukture broda 3 Potpalubna struktura broda za rasute terete s osloncima na poprečnim naboranim pregradama: između grotala poprečno izvan grotala uzdužno ukrepljenje Potpalubna struktura tankera u uzdužnom sustavu gradnje i spoj na ravne poprečne i uzdužne pregrade Nadpalubna struktura tankera za kemikalije Podpalubna struktura bočnog tanka tankera za kemikalije
Konstrukcija broda 16 Potpalubne strukture broda 4 Nadpalubna struktura tankera za kemikalije s dvostrukim stjenkama i spojevi na boku i uzdužnoj pregradi 3.3. Sponje i uzdužnjaci palube Moment otpora i smična površina uzdužnjaka palube u području od 0.5H do 0.75H po visini od osnovice određuje se prema izrazu: 3 W = f b p l k cm A = (1 0.817 m ) 0.05 s l p k cm d l=nepoduprti raspon, b=širina nošenog dijela palube, k=koeficijent materijala, m -faktor kao za orebrenje. f=0.55 općenito, f=0.75 za sponje, podveze i okvirne sponje koje su zglobno oslonjene (e:simply supported) na jednom ili na oba kraja. Opterećenja p=p D, p DA ili p L Uzdužne ukrepe uzdužnjaci i poprječni nosači poprečnjaci palube
Konstrukcija broda 16 Potpalubne strukture broda 5 3.4. Uzdužnjaci palube u području gornjeg i donjeg pojasa brodskog trupa. Moment otpora uzdužnjaka palube u području ispod 0.5H i/ili iznad 0.75H po visini od osnovice određuje se prema zahtjevima za uzdužno orebrenje. 3.5. Završni spojevi Sponje se spajaju s rebrima prema zahtjevima opisanim za orebrenje. Sponje koje prolaze kroz uzdužne pregrade i podveze mogu se izravno spajati zavarivanjem za ukrepe uzdužne pregrade, odnosno struka podveze. Ako se sponje spajaju s podvezama i pražnicama grotla značajne krutosti, vezu je potrebno izvesti s koljenima. Krak koljena sponje u području o.6l na sredini broda kod brodova s jednom palubom mora se povećati za 0%. 3.6. Podveze i poprečni nosači Sponje i njihovi oslonci na rebra u međupalublju Moment otpora ne smije biti manji od vrijednosti dobivene po izrazu: 3 W = f b p l k cm Na mjestima oslonaca površina poprečnog presjeka struka ne smije biti manja od vrijednosti dobivene po izrazu: Aw = 005 p b l. k cm Visina nosača ne smije biti manja od 1/5 nepoduprtog raspona. Visina nosača, koji imaju otvore za prolaz sponja ili uzdužnjaka, ne smije biti manja od 1.5 visine sponje, odnosno uzdužnjaka. Završni spojevi nosača na pregradama trebaju biti tako dimenzionirani da se mogu na njih prenijeti momenti savijanja i smične sile. Ukrepe pregrada ispod nosača moraju biti tako dimenzionirani da podupiru nosače. Pojas nosača se ukrepljuje koljenima protiv postranog izvijanja. Na nosačima simetričnog presjeka koljena se postavljaju naizmjenično na obje strane struka. Križanje podveza i poprječnih nosača potpalubnih struktura
Konstrukcija broda 16 Potpalubne strukture broda 6 3.7. Struktura paluba u području sidrenog vitla i stopera Za podupiruće elemente koji se nalaze ispod sidrenog vitla i stopera dopuštaju se naprezanja u skladu sa izrazima: σ b = 00/ k N/ mm τ = 10/ k N/ mm σ = σ + 3τ 0 / k N / mm ekv = Djelujuća sila se uzima kao 80% i 45% u odnosu na nazivnu silu sidrenog lanca, i to: 80% za stoper. 80% za sidreno vitlo, ako postoji stoper, 45% za sidreno vitlo ako ne postoji stoper. 3.8. Upore Paluba u području sidrenog vitla Sponje bi bile prevelikih dimenzija kada bi se prostirale od boka do boka broda. Zbog toga se sponje podupiru uporama ugrađenim izravno ispod njih, ili se ispod njih ugrađuju podveze koje se protežu između poprečnih pregrada. Da bi se smanjio nepoduprti raspon podveza ispod njih se ugrađuju upore. Opterećenja paluba se prenosi na upore i preko njih na dno broda. Upore odterećuju koljena sponja i bokove broda. Upore sprečavaju pomake između paluba i dna i time posredno doprinose uzdužnoj čvrstoći. Upore se ugrađuju i ispod palubnih kućica, ispod teretnih vitala, dizalica, sidrenog vitla, kormilarskog uređaja, te u strojarnici gdje postoje teži dijelovi opreme. Upore u međupalublju i teretnom prostoru Upore se raspoređuju u redove ovisno o širini broda, prema slijedećim smjernicama: Za B=6-17m, postavlja se jedan red upora. Za B=15-1m, postavljaju se dva reda upora, a za B=19-5m postavljaju se tri reda upora. Povoljno je upore postavljati u središnju liniju ili u uglove grotala. Na mjestima oslonaca upora pojačava se struktura i to tako da se postavljaju na poduporne ploče iznad rebrenica koje u tom slučaju ne trebaju imati olakšanja i provlake, i osiguraju se koljenima. Mali brodovi imaju obično pune okrugle profile za upore. Veći brodovi imaju obično cjevaste profile za upore. Koriste se još i valjani I, T, U profili, ili složeni profili. Upore vrlo velikih dimenzija mogu se napraviti od oblikovanih limova. Strukturni elementi na mjestima spoja s uporom se izvode uzimajući u obzir silu koju prenosi upora. Spojevi se izvode tako da 1cm poprečnog presjeka prenosi najviše 10 kn opterećenja. Na vrhu i dnu cijevnih upora se obično postavljaju limovi. U tankovima namijenjenim za prijevoz zapaljivih tekućina ne dopušta se primjena cijevnih upora. Upore u tankovima moraju biti ispitane na tlak. Debljina stjenki cijevnih upora koje mogu biti oštećene tijekom ukrcaja/iskrcaja tereta ne smije biti manja od vrijednosti dobivene po izrazu. tu = 4. 5+ 0. 015 duv mm, za duv 300mm tu = 0. 03 duv mm, za duv 300mm d uv je vanjski promjer cijevne upore u mm.
Konstrukcija broda 16 Potpalubne strukture broda 7 Površina poprečnog presjeka upore ne smije biti manja od vrijednosti dobivene prema Au = 10 Pu/ σt cm Opterećenje upore je Pu = p A+ Pi kn gdje je A= površina u m na koju djeluje opterećenja za promatranu uporu; P i je opterećenje koje se prenosi sa gornje upore. Dopušteno tlačno naprezanje σt se određuje prema tablici: Vitkost Upore u nastambama U ostalim prostorima 100 140 0. 0067 λu 117 0. 0056λu > 100 5 7. 3 10 / λu 5 6. 1 10 / λu gdje su λ u = L u / i u, iu = Iu/ Au za pune upore kružnog presjeka: i u = 05d. u, za cijevne upore: iu = 05. duv + d uu cm. L u =duljina upore u cm. A u =površina poprečnog presjeka upore u cm. I u =moment inercije upore u cm 4, d u =promjer upore, d uv =vanjski promjer upore, d uu =unutarnji promjer upore u cm. Potpalubna struktura u strojarnici manjeg broda, grotlište, podveze, sponje i upore s osloncem 3.9. Konzolne sponje Sponje, odnosno poprečni nosači ugrađeni bočno od grotala tako da mogu samostalno poduprijeti pražnice grotala, bez pomoći upora. Na spoju konzolne sponje i bočnog rebra preporuča se postavljanje pojasne trake s prikladnim polumjerom zaobljenosti, a struk sponje i rebra treba prikladno ukrijepiti. Konzolne sponje se moraju spajati s okvirnim rebrima, pojačanim rebrima ili pregradama. Pojasna traka konzolnih sponja mora se osigurati od izvijanja koljenima. Dimenzije konzolnih sponja se određuju na osnovi dopuštenih naprezanja prema slijedećim izrazima: a) ako su konzolne sponje postavljene na velikim razmacima σ b = 15/ k N/ mm i τ = 80/ k N/ mm b) ako su konzolne sponje postavljene na malom razmaku (npr. na svakom rebru). σ b = 150/ k N/ mm i τ = 80/ k N/ mm te σ = σ + τ = 180/ / 3.10. Nosači pražnica i nosači koji sudjeluju u uzdužnoj čvrstoći broda ekv k N mm Dimenzije uzdužnih i poprečnih nosača ispod pražnica se određuju neposrednim proračunom, a na osnovi opterećenja navedenim ranije. Nosači pražnica se dimenzioniraju na temelju vrijednosti dopuštenih naprezanja prema tablici: Uzdužne pražnice i nosači pal. čvrstoće Ostali nosači grotla Gornji i donji pojas 150/k 150/k N/mm Razina palube 70/k 150/k N/mm Vrijednosti naprezanja uzdužnih neprekinutih pražnica nastalih od uzdužnog savijanja trupa i lokalnog savijanja ne smije biti veće od vrijednosti dobivenih po izrazu: σl + σl 00/ k N/ mm σ l =lokalno naprezanje u uzdužnom smjeru; σ L =uzdužno naprezanje brodskog trupa. Vrijednosti ekvivalentnog naprezanja ne smiju biti veće od vrijednosti dobivenih po izrazima: L L<90m: σ ekv = ( 0.8 + )30 / k N / mm ili za L>90m: σ ekv = 30/ k N/ mm 450 σekv = σx σxσy + σy + 3τ odnosno σ x = σ L + σ. σ y =naprezanje u poprečnome smjeru na mjestu poprečnih elemenata. τ=smično naprezanje, max 90/k N/mm. Pojedinačna naprezanja σ L i σ y ne smiju biti veća od 150/k N/mm.
Konstrukcija broda 16 Potpalubne strukture broda 8 Paluba broda za rasute terete, uzdužni sustav izvan, poprečni sustav unutar otvora grotala 3.11. Polupregrade Dugi otvori grotala u odnosu na duljinu skladišta, imaju za posljedicu da su upore na krajevima grotala blizu poprečnih pregrada. Polupregrade se postavljaju u simetrali broda i protežu se od poprečnih pregrada do poprečne pražnice grotla. Slobodni kraj završava U-profilom, u međupalublju malo odmaknutom od poprečne pražnice da ne smeta poklopcima. Za prolaz kroz polupregradu s jedne na drugu stranu, ostavlja se otvor približeno 1500X750mm. Polupregrade mogu biti ravne ili naborane. Uspravne ukrepe polupregrada zajedno sa sunosivom širinom lima moraju podnijeti tlačna opterećenja bez izvijanja.