Расчет установки сухопутных кранов на плавсредства

Занятие №10. Расчет плавсредств при строительстве мостового сооружения (расчет плавучести, остойчивости).

Цель расчета –проверка обеспечения плавучести, остойчивости, прочности загруженной баржи.

Контрольные вопросы для самопроверки знаний:

1. Какие расчеты включает в себя расчет плавучей опоры?

2. Что называется полезной грузоподъемностью?

3. Условие плавучести плавучей опоры.

4. Что называется ватерлинией и площадью ватерлинии?

5. Что называется остойчивостью опоры?

6. Что называется метацентром?

7. Условие остойчивости плавучей опоры.

Расчет плавучей опоры складывается из расчета грузоподъемности (плавучести), остойчивости и прочности.

Расчет плавучести

Полезной грузоподъемностью, или подъемной силой плавучей опоры, называется вес полезной нагрузки, воспринимаемой этой опорой без опасности ее погружения.

Под действием нагрузки опора погружается в воду и претерпевает давление, равное весу опоры и полезной нагрузки (закон Архимеда). Давление воды направлено нормально к поверхности опоры в каждой погруженной точке и равно весу столба воды высотой, равной глубине погружения данной точки (закон Паскаля).

Рис. 5. Расчетная схема плавучей опоры.

На расчетной схеме приведены следующие обозначения:

t— осадка опоры; q - вес опоры; р - полезная нагрузка; ц.т. - центр тяжести; ц.в. - центр водоизмещения; д - равнодействующая давления воды - полная грузоподъемность судна, весовое водоизмещение.

Ниже приведены основные расчетные формулы и порядок расчета плавучести плавучей опоры:

При проверке плавучести опоры определяется полная осадка опоры от собственного веса и от центрально расположенной заданной полезной нагрузки и сравнивается с допустимой осадкой для данной опоры.

Условие плавучести:

t= ,( 13 )

где: t-осадка загруженной опоры;

q - вес опоры;

р - полезная нагрузка;

𝛾- вес единицы объема (для пресной воды: у =1,0 т/м³ , для морской воды : у =1,025 т/м³)

-допустимая осадкас грузом (в зависимости от баржи);

F₀ - площадь грузовой ватерлинии (т.е.максимальнаягрузоподъемность);

Ватерлиния - замкнутая линия, по которой поверхность воды соприкасается с внешней поверхностью опоры (очертания опоры в плане).

Площадь ватерлинии - площадь, заключенная внутри этой линии.

Рис. 6. Очертание ватерлинии.

Площадь ватерлинии:

-для прямостенных бортов судна : F₀= ( 14 )

-если борта судна не прямостенные: F₀= ( 15 )

где: -длина опоры в плане;

-ширина опоры в плане;

коэффициент полноты ватерлинии (для речных судов: для понтонов:

борт судна в носовой (кормовой) части имеет не вертикальное очертание 0,88 – 0,92; борт судна имеет вертикальное очертание: )

Последовательность практического расчета проверки плавучести загруженной баржи в составе наплавного моста:

Дано:

1. Определение общего веса ТС, вмещающихся на баржу.

где: -количество т.с. вмещающихся на палубу баржи:

-длина баржи в плане;

−количество полос баржи = 1;

2. Согласно формулам (14), (15) находим площадь ватерлинии F₀.

3. По условию (13) находим осадку загруженной опоры и проводим проверку плавучести.

Расчет остойчивости

Остойчивостью называют способность плавающего тела (плавающая опора), выведенного действием внешних сил из положения равновесия, возвращаться в него с прекращением действия этих сил.

Рис. 7. Расчетная схема плавучей опоры.

На схемах приводятся следующие обозначения:

m - метацентр - пересечение осей первоначального плавания и после приложения момента;

ц.в. - центр водоизмещения;

а.в. - ось плавания;

р - метацентрический радиус, расстояние от ц.в. метацентра;

h - расстояние между метацентром и центром тяжести (ц.т.).

а - расстояние между ц.т. опоры и ц.в. - центром водоизмещения.

С увеличением расстояния а метацентрическая высота также уменьшается, поэтому для повышения остойчивости плавучей опоры надо понижать центр тяжести и тем самым уменьшать расстояние а

При h > 0 метацентр лежит выше ц.т. и опора может сопротивляться кренящим моментам.

При h = 0 метацентр совпадает с центром тяжести и опора находится в безразличном состоянии, т. е. самый малый кренящий момент может опрокинутьопору.

При h < 0 метацентр лежит ниже центра тяжести, опора не устойчива и будет немедленно опрокидываться.

Считается, что если поперечная метацентрическая высота не менее 0,5 м, т.е. h > 0,5 м, а продольная метацентрическая высота не меньше длины опоры, т. е. h > L - остойчивость обеспечивается.

Ниже приведены основные расчетные формулы и порядок расчета остойчивости плавучей опоры:

Условие остойчивости опоры:

( 16 )

( 17 )

где: -длина опоры в плане;

-ширина опоры в плане;

( 18 )

метацентрический радиус, расстояние от ц.в. до метацентра.

В теории корабля известно, что метацентрический радиус равен отношению момента инерции площади ватерлинии I к полному водоизмещению (собственный вес и временная нагрузка):

( 19 )

где:

( 20 )

( 21 )

р-полезная нагрузка;

q-собственный вес опоры.

а - расстояние между ц.т. опоры и ц.в. - центром водоизмещения.

( 22 )

у-высота центра тяжести нагруженного судна над днищем корпуса:

y= ( 23 )

где: P-полезная нагрузка;

Q-собственный вес опоры;

r-плечо нагрузки относительно оси;

высота ц.т. в порожнем состоянии над днищем судна;

высота борта опоры;

расстояние от днища плавучей опоры до центра водоизмещения:

для прямостенной опоры: ( 24 )

-для опоры криволинейного очертания: ( 25 )

Последовательность практического расчета проверки плавучести загруженной опоры.

Дано:

1. Согласно формулам (20),(21) определяем момент инерции площади ватерлинии.

2. Согласно (19) находим метацентрический радиус опоры.

3. По формуле (23) находим высоту центра тяжести нагруженного судна.

4. Находим расстояние от центра водоизмещения до днища плавучей опоры по формулам (24) или (25).

5. По формуле (22) находим расстояние между ц.т. опоры и ц.в.

6. Согласно (18) находим метацентрическую высоту

7. По условиям (16) и (17) проверяем опору на остойчивость.

Пример расчета №1.

Проверка обеспечения плавучести, остойчивости, прочности загруженной баржи в составе наплавного моста.

Дано:

Название баржи

L (м)

B (м)

h (м)

Очерт.

Q (т)

(м)

(м)

полос

ТС

(м)

(т)

(м)

(проект 197)

1,3

Крив.

0,95

0,9

КамАЗ 1155

7,14

22,4

Расчет плавучести

1. Определение общего веса ТС, вмещающихся на баржу.

2. Согласно формулам (14), (15) находим площадь ватерлинии F₀:

F₀=

3. По условию (13) находим осадку загруженной опоры и проверяем условие плавучести:

t= [ ,

Условие выполняется, плавучесть обеспечена!

Расчет остойчивости

1. Согласно формулам (20),(21) определяем момент инерции площади ватерлинии:

2. Согласно (19) находим метацентрический радиус опоры:

Учитывая, что ц.т. ТС расположен по середине его длины, то полезная нагрузка Р от ТС, вызывающая кренящий момент, в самом не выгодном случае равна при заезде ТС на баржу:
Р= * =22,4*3=67,2 тс

Рис.10 . Расчетная схема баржи.

3. По формуле (23) находим высоту центра тяжести нагруженного судна.

4. Находим расстояние от центра водоизмещения до днища плавучей опоры по формулам (24) или (25).

5. По формуле (22) находим расстояние между ц.т. опоры и ц.в.

6. Согласно (18) находим метацентрическую высоту:

7. По условиям (16) и (17) проверяем опору на остойчивость.

Условие выполняется, остойчивость обеспечена!

Таблица 3

Варианты заданий

№	Наз. баржи	L (м)	B (м)	h (м)	Очерт.	Q (т)	(м)	(м)	полос	ТС	(м)	(т)	(м)
1	проект 197	40	9	1,3	Крив.	60	0,95	0,9	1	КамАЗ 1155	7,14	22,4	2
2	Проект 16801	85.7	16.5	3.3	Крив.	650	2,25	2,34	2	КрАЗ 6510	8,35	26	1,85
3	Проект 3011	102	17,5	2,8	Крив.	790	2,5	1,9	2	КамАЗ 1155	7,14	22,4	2
4	Проект 163	77,5	17,2	4,2	Крив.	740	3,2	3,5	2	КамАЗ 5490	6,09	36,1	2,5
5	Проект 81210	38,4	8,22	1,3	Крив.	72	1,1	0,9	1	КамАЗ 1155	7,14	22,4	2
6	Проект 110	99,7	17,3	3,1	Крив.	980	2,1	2,3	2	КамАЗ 5490	6,09	36,1	2,5
7	Проект 81060	108	14,2	4,5	Крив.	801	3,75	3,2	1	КамАЗ 1155	7,14	22,4	2
8	Проект 165	91,6	15,7	3,2	Крив.	585	2,5	2,1	2	КрАЗ 6510	8,35	26	1,85
9	Проект 942	66,2	14	2	Крив.	250	1,57	1,7	1	КамАЗ 5490	6,09	36,1	2,5
10	Проект 82260	79,1	15	2,6	Крив.	349	2,19	2,2	2	КамАЗ 1155	7,14	22,4	2
11	Проект 81300	112	16,5	4	Крив.	920	3,2	3,6	2	КамАЗ 5490	6,09	36,1	2,5
12	Проект 81218	71,8	13,2	1,8	Крив.	248	1,57	1,4	1	КамАЗ 5490	6,09	36,1	2,5
13	Проект 944	46,5	10	2	Крив.	109	1,1	1,6	1	КрАЗ 6510	8,35	26	1,85
14	Проект 79	98,4	14,3	5	Крив.	733	3,7	4,2	1	КамАЗ 1155	7,14	22,4	2
15	Проект 3136	89,9	14,2	4,7	Крив.	550	3,7	3,9	2	КамАЗ 1155	7,14	22,4	2
16	Проект 146	27,5	7,6	1,3	Крив.	45	0,6	0,7	1	КамАЗ 5490	6,09	36,1	2,5
17	Проект 2714	105	16,7	5,5	Крив.	990	3,8	5,2	2	КамАЗ 1155	7,14	22,4	2
18	Проект 137	79,3	14,2	3	Крив.	451	2	2,4	2	КамАЗ 5490	6,09	36,1	2,5
19	Проект 81370	71,7	14,3	2	Крив.	470	1,56	1,8	2	КрАЗ 6510	8,35	26	1,85
20	Проект 943	58,3	12	2	Крив.	187	1,37	1,8	1	КамАЗ 5490	6,09	36,1	2,5
21	Проект 2731	90,9	16	4,7	Крив.	862	3,81	3,8	2	КамАЗ 1155	7,14	22,4	2
22	Проект 81540	77,9	14,3	2,5	Крив.	486	2,1	2,3	1	КамАЗ 5490	6,09	36,1	2,5
23	Проект 81462	44,7	8,7	1,3	Крив.	101	0,9	0,8	1	КрАЗ 6510	8,35	26	1,85
24	Проект 171	89,1	16,7	2,5	Крив.	604	2,3	2,1	2	КрАЗ 6510	8,35	26	1,85
25	Проект 81100	71,4	14,2	2	Крив.	389	1,8	1,8	1	КамАЗ 5490	6,09	36,1	2,5

Расчет установки сухопутных кранов на плавсредства.

Для формирования плавучих крановых установок из сухопутных кранов (автомобильных, гусеничных, пневмоколесных, козловых и деррик-кранов) могут использоваться плашкоуты различного типа: из барж речного и морского флота, сборно-разборных понтонов мостового парка типа КС, понтонов наплавных мостов типа ПЖМ-56 и др. Тип плашкоута принимается в зависимости от конкретных местных условий.

Рис. 1. Схема расчаливания плавкрана при сооружении опоры.

1 - плавкран; 2 - якорные лебедки: 3 - расчалки из стальных канатов; 4 - железобетонные якоря-присосы; 5 - опора

Рис. 2. Схемы установки деррик-крана МДК-63 на плашкоут из понтонов КС-63.

а - МДК-63 в плане (сборка III); б - грузовысотные характеристики; 1 - рабочая зона стрелы при максимальной расчетной грузоподъемности; 2 - стрела крана; 3 - основной плашкоут из 20 понтонов КС-63 (сборка I); 4 - дополнительные понтоны (4 шт., сборка II); 5 - дополнительные понтоны (4 шт., сборка III); 6 - грузоподъемность при длине стрелы 25 м (сборка I); 7 - то же (сборка II); 8 - то же сборка III)

1) по первой группе предельных состояний (на расчетныенагрузки):

- плавучести системы;

- остойчивости системы;

- прочности и устойчивости корпуса судна, распределительныхростверков и других элементов усиления судового набора;

- мощности тяговых средств и якорных закреплений;

2) по второй группе предельных состояний (на нормативныенагрузки):

- по деформациям (осадка, крен, дифферент);

- объема и размещения противовесов из условия допустимогодля данного крана или копра крена (дифферента) плашкоута.

Креном судна называется поперечное отклонение палубы отгоризонтального положения в сторону одного из его бортов (левогопли правого), дифферентом - отклонение палубы в сторону носаили кормы.

Нагрузки и их сочетания для расчета плавучих средств подкрапы и копры принимаются по указанию табл. 23. [1]

Плавучие средства проверяют на плавучесть по условию

γΣVп ≥ ΣQkн

где γ - объемная масса воды, равная для пресной воды 1 т/м3; ΣVп - предельное водоизмещение плавучей системы, равноеее суммарному водоизмещению при осадке, равной высоте бортапо миделю; ΣQ - расчетный вес плавучей системы, равный суммерасчетных весов: плашкоута с обстройкой, крановой (копровой)установки, регулировочного и остаточного балласта; kн -коэффициент надежности, принимаемый равным: при установке наплашкоутах копров и стреловых кранов kн = 2, при установке наплашкоутах козловых кранов и при перевозке грузов - kн = 1,25.

КС принимается, исходя из средней толщины слоя воды в каждомпонтоне 0,1 м.

Рис. 4. Схема к проверке остойчивости плавучей системы.

Остойчивость плавучей системы определяется следующими условиями (рис. 4).

а) метацентрическая высота ρ - α должна быть положительной

ни всех расчетных случаях, т.е.ρ-α>0

где ρ - метацентрический радиус, равный расстоянию междуцентром тяжести вытесненного объема воды (центромводоизмещения Zv) и метацентром Zm, расположенным в точкепересечения вертикали, проходящей через смещенный центрводоизмещения, с осью О-О плавучей системы; а - расстояние отцентра тяжести плавучей системы Za до центра водоизмещенияZv, принимаемое равным тому же расстоянию при начальномположении плавсистемы.

б) при крене и дифференте плавучей системы от действиярасчетной ветровой нагрузки кромка палубы в любой точке недолжна уходить под воду, а днище (середина скулы) не должновыходить из воды.

При проверке остойчивости все нагрузки должны приниматьсярасчетные. Значение коэффициента надежности по нагрузке длясобственного веса плашкоута с обстройкой и оборудованиемследует принимать в их невыгодном значении (0,9 или 1,1).Значение метацентрического радиуса определяется по формуле: ρ = (I-Σin)/ΣVp.

где I - момент инерции площади плашкоута (баржи) в уровне ватерлипии относительно оси наклонения плавучей системы, принимаемый при кренах - относительно оси с меньшим моментом инерции, а при дифферентах - относительно оси с бульшим моментом инерции площади; Σin - сумма собственных моментов инерции поверхности балласта в понтонах (отсеках барж) относительно осей, проходящих через центры тяжестей этих поверхностей, параллельно осям наклонения плавучей системы; ΣVp - объем (водоизмещение) погруженной части плавсистемы. Осадку плавучей системы от вертикальных нагрузок определяют по формуле:

tв = ΣQ/(kвΩ)

где ΣQ - расчетная (или нормативная - см. ниже) нагрузка, приходящаяся на плавсистему; kв - коэффициент полноты водоизмещения, принимаемый для понтонов типа КС равным 0,97; Ω - площадь плашкоута по ватерлинии. Осадка барж определяется по паспортным данным в зависимости от расчетной нагрузки на баржу. Для контроля за фактической осадкой плавучих систем в рабочих чертежах должны указываться осадки от нормативных нагрузок. Максимальная осадка от расчетных нагрузок, вызывающих крен или дифферент плавучей системы, определяется по формуле:

tг = btgφ

где b - половина размера плашкоута; φ - угол крена или дифферента.

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 2940; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!