Ремонт железобетоном днища бункерной баржи проекта Р85 Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Список литературы

[1] Гирин С.Н., Фролов A.M. К вопросу о прочности и условиях эксплуатации судов смешанного плавания, проектируемых на класс Российского Речного Регистра / Труды ВГ'АВТ. - Вып. 299. - Н. Новгород, 2001. - С. 53-63.

[2] Гирин С.Н., Фролов A.M. К вопросу нормирования общей прочности судов смешанного плавания с классом Российского Речного Регистра. Статья в настоящем сборнике.

[3] Российский Речной Регистр. Правила (в 3-х томах). - Т. 1. - М.: Марин инжиниринг сервис, 1995-329 с.

[4] Российский Речной Регистр. Правила (в 3-х томах). - Т. 3. -■ М.: Марин инжиниринг сервис, 1995-430 с.

MARGIN COEFFICIENTS IN OVERALL STRANGTH CHECK OF SHIPS "RIVER-SEA" TYPE WITH RUSSIAN RIVER REGISTER'S CLASS BY A METHOD OF EXTREME MOMENTS

S. N. Girin, A. M. Frolov

Based on results of calculations for some ships with class "M-CIT", "M-np" and "O-np" Russian River Register, which had done by an original author's method, recommendation in rating magnitude of margin strange coefficient on extreme moment is given. The calculation method takes into account a possible excess of wave conditions, wich can take place in case of mistaken weatherforecast. Also article have an analyze of ship's durability with accounting of corrosive depreciation's velocities by a Notes of Russian River Register.

УДК 629.12.004.67

А. М. Борисов, старший преподаватель, ВГАВТ. 603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.

РЕМОНТ ЖЕЛЕЗОБЕТОНОМ ДНИЩА БУНКЕРНОЙ БАРЖИ ПРОЕКТА Р85

В современных условиях интенсивного «старения» флота и отсутствия необходимого пополнения судов из нового судостроения актуальным является поиск экономичных способов восстановления прочности и водонепроницаемости изношенных корпусов судов с наименьшими затратами материалов и средств.

Предлагаемый метод усиления железобетоном изношенного днища бункерной баржи проекта Р85, имеющей двойное дно и двойные борта, позволяет выполнить ремонт на плаву (без использования судоподъемных средств) при минимальных затратах металла и трудоемкости работ. Срок эксплуатации баржи, имеющей к началу ремонта возраст 26 лет, может быть продлен до 48 лет в транспортном режиме при снижении грузоподъемности на 123 т (4,9 %).

В современных условиях при значительном сокращении судостроительных программ по замене изношенных судов, вызванных тяжелым экономическим состоянием многих судовых компаний и судостроительных предприятий, особенно актуальными становятся вопросы проведения поддерживающего ремонта изношенного корпуса судна при минимальных затратах трудоемкости и средств.

Требования эксплуатационной прочности судов с позиций действующих Правил Российского Речного Регистра (ПРРР) требует значительных капиталовложений для восстановления прочности и водонепроницаемости изношенных корпусов (особенно

подводной части корпуса) с использованием судоподъемных средств или обязывают судовладельцев вводить ограничения на режим эксплуатации судов (снижение класса или грузоподъемности судна, уменьшение высоты волны и пр.).

Исследования, проведенные на кафедре СМ, КК и СМК ВГАВТ, показывают, что в результате усиления железобетоном (ЖБУ) внутренней поверхности изношенного днища создается композитная сталежелезобетонная плита, позволяющая при минимальном расходе металла, стоимости и трудоемкости работ обеспечить необходимую прочность и водонепроницаемость корпуса судна без использования судоподъемных средств, как при выполнении самого ремонта, так и в последующей эксплуатации. Опыт эксплуатации отремонтированных стоечных и транспортных судов в течение последних 10-15 лет дал положительные результаты.

Наиболее тесное сотрудничество кафедры СМ, КК и СМК за последние годы сложилось с портом Пермь, для которого разрабатывались проекты, и силами порта выполнялся ремонт железобетоном ряда корпусов стоечных и транспортных судов Так по заявке порта Пермь разработана техническая документация по ремонту железобетоном подводной части корпуса бункерной баржи проекта Р85, составляющей основное ядро в транспортных перевозках порта.

Бункерная баржа № 3204 класса «О» грузоподъемностью 2500 т построена по проекту Р85 ЦПКБ МРФ на ССРЗ «Память Кирова» в 1976 году и к настоящему времени имеет возраст 27 лет.

Судно предназначено для перевозки песка, песчано-гравийной смеси (ПГС), щебня, угля и других навалочных грузов в бассейнах разряда «О» при высоте волны до 2,0 м. В соответствии с техническим заданием погрузка и выгрузка баржи производится грейферами, портальными и плавучими кранами грузоподъемностью !0-16 т; погрузка и выгрузка ПГС - гидромеханизированным способом (землесос пр. Р-109, гидроперегружатель пр. Р-116, Р-117).

Корпус судна имеет следующие главные размерения: ЬхВхНхТф (Т,,) - 86,7 х х 14,0 х 3,5 х 2,68 (0,47) м; система набора смешанная: в районе трюмов днище, борта и бункер набраны по поперечной системе, палуба - по продольной системе, судно имеет двойное дно и двойные борта.

По результатам дефектации корпуса износы днищевой обшивки в средней части корпуса составляют около 34 % , бортов - 14 %, настила палубы - 15 %, комингса -6 %, обшивки грузового бункера - 19 %; настила второго дна - 19 %. В акте дефектации отмечается, что подводная часть корпуса по всей площади имеет значительный язвенный коррозионный износ с глубиной язв от 1,6 до 2,8 мм (отдельные язвы глубиной до 3,0 мм), некоторые отсеки водотечны. В районе цилиндрической вставки ближе к миделю с наружной стороны имеются дублеры, а с внутренней стороны установлены цементные заделки, деревянные распорки и наварены металлические карманы для устранения водотечности.

Набор корпуса в целом находится в удовлетворительном состоянии: набор днища имеет износ около 10-14 %, борта и грузового бункера - 15 %, палубы - 12 %.

В акте дефектации отмечена необходимость замены днищевой обшивки на площади около 450 определен объем ремонта набора и других связей корпуса. В соответствии с актом освидетельствования судна Камской инспекцией Российского Речного Регистра от 18.01.2002 г. корпус судна имеет оценку технического состояния «запрещенное». Для получения оценки техсостояния «годное» заказчику традиционными в судоремонте методами, связанными с заменой изношенных металлоконструкций новыми, потребовалось бы выполнить значительный объем судоремонтных работ по корпусу с использованием судоподъемных средств.

В общем случае для судов с двойным дном (ДД) и двойным бортом (ДБ) ремонт днища железобетоном может выполняться снаружи на слипе или в доке с использова-

нием торкретирования, т, е. нанесения бетонной смеси на днище под давлением с помощью цемент-пушки. Однако, для бункерной баржи проекта Р85 с учетом значительного наклона ДБ и вследствие этого незначительной ширине ДД (2,3 м), а также относительно большой высоте ДД (1,0 м), разработана конструкция внутреннего ЖБУ изношенного днища, выполняемого на плаву без использования судоподъемных средств.

Конструкция ЖБУ днища представляет собой композитную плиту, состоящую снаружи изношенной стальной обшивки толщиной 4,2—4,5 мм и внутри - из монолитного армированного судостроительного бетона средней толщиной около 40 мм, прочно связанных между собой и совместно работающих. При этом обшивка днища рассматривается как листовая арматура, защищающая бетон от повреждений.

ЖБУ днища выполняется по всей ширине судна, включая скуловые подвороты, и по длине между пиковыми переборками от щп.15 до шп.132 на площади 983 м2. Остальные связи корпуса находятся в удовлетворительном состоянии и их ремонт, при необходимости, может быть выполнен традиционными в судоремонте методами без использования судоподъемных средств. Имеющиеся вмятины на усиливаемой поверхности днища и скуловых гюдворотов допускается не устранять, поскольку ЖБУ в сжатой зоне обеспечивает достаточно высокую устойчивость связей днища.

Основным материалом ЖБУ является тяжелый судостроительный бетон класса В 25 (марки М 300), удовлетворяющий требованиям ПРРР по прочности и содержанию цемента. Арматура ЖБУ выполняется в виде сеток из стержней периодического профиля класса A-II или A-IH диаметром 10 мм, установленных с шагом 100 мм. Допускается применение гладкой арматуры класса A-I диаметром 10 мм, однако арматура периодического профиля предпочтительна, поскольку обеспечивает повышенное сцепление с бетоном, прочность и трещиностойкость ЖБУ. Сетки могут собираться в специально изготовленном кондукторе или собираться «россыпью» на месте из отдельных стержней. По контуру рамного набора и переборок стержни сеток соединяются сваркой с монтажной арматурой (диаметром 10 мм или более), приваренной заранее к стенкам связей прерывистым швом.

В стенках рамного набора (флоров и кильсонов) до бетонирования днища для свободного перетекания попавшей в корпус жидкости и последующего ее удаления должны быть выполнены голубницы, расположение которых устанавливается с учетом толщины плиты ЖБУ.

Укладка бетона выполняется после очистки ремонтируемых поверхностей от остатков отслаивающейся краски и продуктов коррозии и последующего армирования днища. Бетон рекомендуется получать готовым с бетонного узла или завода, приготовленного в соответствии с разработанной дозировкой. Выполнение каждого этапа по устройству ЖБУ днища фиксируется приемо-сдаточным актом.

В расчетах прочности использовались проектные материалы ЦПКБ № Р85-03-06 и № Р85-03-85. Выполненные расчеты общей прочности корпусов судов проекта Р85 показывают, что для судна без ЖБУ определяющее влияние на прочность оказывает изношенное днище, имеющее поперечную систему набора. Наиболее опасным с точки зрения прочности является перегиб корпуса без ЖБУ, когда днище находится в сжатой зоне. В то же время комингс грузового бункера, наиболее удаленный от нейтральной оси, лимитирует общую прочность при прогибе.

Оценка общей прочности выполнена для судна с ЖБУ днища и без ЖБУ в соответствии с действующими ПРРР расчетным методом и в соответствии с ПТНЭ по коэффициенту запаса прочности (Кпр = Мпр/Мр) и сравнению его с нормативным. При этом предельный изгибающий момент Мпр определяется с учетом износов и остаточных деформаций связей. Под предельным понимается значение изгибающего момента в поперечном сечении корпуса, при котором в одной из кромок эквивалентного бруса возникают напряжения, равные пределу текучести материала (Rец = 235 МПа).

Расчетные изгибающие моменты Мр для прогиба и перегиба корпуса определены алгебраическим суммированием наибольших изгибающих моментов на тихой воде Мт в и дополнительных волновых моментов Мд „. Выполнение расчетов с учетом дополнительных волновых моментов, определенных по действующим ПРРР, приводит к абсурдным выводам о невозможности эксплуатации даже нового судна (без износов) при учете 5 % неравномерности распределения груза в бункере в состоянии «в грузу» (при прогибе корпуса) или требует сокращения сроков его эксплуатации до 12 лет (в состоянии «порожнем» при перегибе корпуса). Однако эксплуатация в настоящее время большого количества судов проекта Р85, имеющих возраст по 20-26 лет, подтверждает достаточную прочность и надежность корпусов, и неправомерность подхода к оценке их прочности с позиций действующих ПРРР. Поэтому по согласованию с ВВИРРР дополнительные волновые моменты определены по методике ВГАВТ, принятой Российским Речным Регистром в 2002 году.

Описание формы корпуса выполнено с теоретического чертежа. Весовая нагрузка для состояния судна «порожнем» и «в грузу», а также при выполнении грузовых операций поэтапно по направлению от кормы к носу (25 %, 50 % и 75 % грузоподъемности), принята из проектной документации. Дополнительное утяжеление корпуса от устройства ЖБУ днища принято Р = 123 т и распределено в весовой нагрузке равномерно по длине судна между пиковыми переборками. На величину утяжеления корпуса уменьшена полная грузоподъемность баржи, и для судна с ЖБУ днища она составляет 0 = 2377 т.

В соответствии с Инструкцией выполнения грузовых операций и техническим заданием на проектирование погрузка-выгрузка навалочных грузов выполняется кранами и средствами гидромеханизации в один слой. Рассмотрены случаи загрузки судна одной установкой по направлению от кормы к носовой оконечности и двумя установками одновременно: первой установкой в направлении от миделя к носовой оконечности; второй - от кормы к миделю. Загрузка судна с носа в корму не рассматривается, поскольку корпус баржи имеет симметричные обводы в носу и корме и изменение весовой нагрузки, а соответственно и изгибающих моментов на тихой воде, находятся в пределах точности выполняемых расчетов. В соответствии с инструкцией по эксплуатации судна грузовые операции выполняются на тихой воде, и дополнительный волновой момент при этом не учитывается.

Распределение груза в бункере после окончания погрузки в соответствии с Инструкцией должно быть равномерным с неровностями местного характера. Неравномерность распределения груза в грузовом бункере также не учитывалась в проектной документации, что может быть оправдано при погрузке баржи средствами гидромеханизации. В то же время опыт эксплуатации сухогрузных судов показывает, что технологическая дисциплина при выполнении грузовых операций находится на низком уровне и большинство переломов корпусов судов происходит при нарушении инструкции погрузки - выгрузки. Поэтому в соответствии с ПРРР в расчетах кроме равномерной загрузки грузового бункера учтена 5% неравномерность наиболее неблагоприятного распределения навалочного груза (из оконечностей в середину) при выполнении грузовых операций кранами.

В результате выполненных расчетов за расчетные состояния для судна без ЖБУ приняты: при перегибе - судно с 25 % груза (М р = 27,56 МН м); при прогибе - судно в грузу с учетом 5 % неравномерности его распределения (М р = - 43,06 МН м). В проектных материалах Р85 неравномерность распределения груза не учитывается, т. е. считается, что он распределен равномерно. В этом случае расчетный момент при прогибе без учета неравномерности распределения груза в бункере составит М р = - 38,21 МН м, что соответствует случаю 75 % загрузки судна.

Вестник В ГА ВТ

Время эксплуатации Т, лет ■%-судно с ЖБУ —судно без ЖБУ

Рис. 1. Изменение /М„р / при прогибе корпуса

/ - значение изгибающего момента при к„* Мр = - 47,37 МН м, 2-то же при ки* Мр = - 42,03 МН м;

3 - то же при ки х Мр - - 46,45 МН м;

4 - то же при ки х Мр -- - 41,04 МН м

Время эксплуатации Т, лет -#-судно с ЖБУ —♦— судно без ЖБУ

Рис. 2. Изменение Мпр при перег ибе корпуса

1 - значение изгибающего момента при к„* Мр = 30,24 МН м; 2- то же при к„ * Мр = 34,45 МН м;

За расчетные состояния для судна с ЖБУ приняты: при перегибе - судно «порожнем» (М р = 27,49 МН м); при прогибе - судно в грузу с учетом 5 % неравномерности его распределения (М р = - 42,23 МНм). Аналогично расчетный момент при прогибе без учета неравномерности распределения груза в бункере составит М р = - 37,31 МНм, что соответствует случаю 75 % загрузки судна.

Расчеты общей прочности выполнены для средней части корпуса судна, имеющей максимальные износы связей и изгибающие моменты, по программе "PREDM", согласованной Речным Регистром. Результаты выполненных расчетов приведены и на рис. 1 и 2.

Для определения продолжительности срока эксплуатации судна на графиках изменения предельных изгибающих моментов (Мпр, МН-м) в зависимости от времени эксплуатации судна (Т, лет), начиная с 26 лет, нанесены значения расчетных изгибающих моментов, увеличенных на величину коэффициента запаса прочности кк в конце срока эксплуатации баржи. На рисунках 1 и 2 они обозначены сплошными линиями для судна с ЖБУ и пунктирными линиями для судна без ЖБУ.

В соответствии с ПРРР коэффициент к „ в конце срока эксплуатации баржи принят в зависимости от напряжений в связях днища в предельном состоянии при перегибе к и = 1,1; при прогибе - к „ = 1,1; при перегибе для судна без ЖБУ к и = 1,25. Следовательно, предполагаемый срок эксплуатации судна без ЖБУ и без ограничений эксплуатации определен в 32 года (см. рис. 1), исходя из достижения предельным моментом значения к и • М р = - 47,37 МН м при прогибе корпуса (состояние в грузу с учетом 5 % неравномерности распределения груза). Без учета неравномерности судно может эксплуатироваться до 38 лет (см. рис. 2), исходя из достижения предельным моментом значения к и ■ М р = 34,45 МН-м при перегибе корпуса (состояние при 25 % загрузке судна и грузоподъемности Q = 625 т).

После ремонта днища железобетоном прочность корпуса лимитируется только при прогибе (перегиб не лимитирует прочность при любом состоянии нагрузки). Предполагаемый срок эксплуатации судна с ЖБУ дниша и без ограничений эксплуатации определен до 38 лет (см. рис. 1), исходя из достижения предельным моментом значения к „ М р = — 46,45 МН м (состояние в грузу с учетом 5 % неравномерности распределения груза). Без учета неравномерности судно может эксплуатироваться до 48 лет, исходя из достижения предельным моментом значения к „ ■ Мр = - 41,04 МН м (состояние при 75 % загрузке судна Q = 1783 т). Выполненные расчеты общей и местной прочности показывают достаточные запасы прочности композитного сталежелезобетонного днища.

В результате ЖБУ днища корпус судна получит утяжеление 123 т (4,9 % от грузоподъемности), что приводит к увеличению осадки судна в состоянии «порожнем» на 0,12 м и уменьшению полной грузоподъемности на величину утяжеления (Q = 2377 т) при сохранении проектной осадки Т = 2,68 м в состоянии «в грузу». При этом минимальная высота надводного борта 0,82 м сохраняется как в проекте Р85. Остойчивость судна с ЖБУ улучшается вследствие некоторого понижения центра тяжести корпуса.

Рассчитанные технико-экономические показатели предполагаемого метода ремонта показывают, что при выполнении ЖБУ днища по сравнению с традиционной заменой изношенных металлоконструкций новыми расход металла уменьшается примерно в 3 раза, трудоемкость и стоимость работ уменьшаются в 2,3 и 2,1 раза соответственно. Ожидаемая стоимость ремонта днища железобетоном составляет около 880 тыс. руб.

В целом работы по устройству ЖБУ днища просты, могут выполняться низкоквалифицированными рабочими, но при строгом выполнении технологии на всех этапах работ под надзором проектанта и Инспекции РРР. При этом может значительно расшириться судоремонтная база по продлению сроков эксплуатации изношенного флота на 15-20 лет за счет выполнения ремонта корпусов судов на плаву на предприятиях, не имеющих судоподъемных средств.

Вестник ВГАВТ

THE BOTTOM REPAIR OF BUNKER BARGE "P 85" PROJECT BY A ARMOURED CONCRETE

A. M. Borisov

The method of reinforcement of barge "P 85 " project's (with double bottom and double sides) outworn bottom by armoured concrete are propose. This method allow to repair a barge afloat with a minimum metall expenditure and labour-intensiveness. In result, exploitation period of barge can be elongation from 26 to 48 years with reduce of cargo-carrying on 5 per cent.

УДК 629.12.001.2

Д. А. Данилин, аспирант, ВГАВТ. 603600. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.

УСЛОВИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАДБАВОК К МИНИМАЛЬНОЙ ВЫСОТЕ НАДВОДНОГО БОРТА

Приведены рекомендации по выбору определяющего условия при определении надбавок

к минимальному надводному борту в случае отсутствия стандартной седловатости

(бака и юта) и по назначению формы проекции бортовой линии на диаметра.1ьную

плоскость судна.

Величина минимального надводного борта, регламентируемая Правилами Российского Речного Регистра (ПРРР), назначается с учетом наличия на судне седловатости, или бака и юта стандартных размеров. Если размеры седловатости или бака и юта отличаются от стандартных или вообще отсутствуют, высота минимального надводного борта должна быть увеличена исходя из выполнения двух условий, регламентируемых ПРРР:

1)запас плавучести от увеличения минимальной высоты надводного борта должен быть не менее запаса плавучести от седловатости или бака и юта стандартных размеров;

2) статический момент объема от увеличения минимальной высоты надводного борта относительно мидельшпангоута должен быть не менее статического момента объема относительно мидельшпангоута от седловатости или бака и юта стандартных размеров

С целью уменьшения трудоемкости задачи определения надбавки к минимальному надводному борту, при проектировании судна в указанных случаях и не выполнять проверку всех условий, регламентируемых ПРРР, целесообразно выяснить определяющее условие из перечисленных выше и исходя из этого обстоятельства назначать надбавку.

Покажем, что в действительности достаточно обеспечить выполнение второго условия Правил, а именно равенство статического момента объема от увеличения высоты надводного борта статическому моменту объема седловатости или бака и юта относительно плоскости мидельшнангоуга. При этом другое условие, будет выполнено автоматически. Необходимо отметить, что при выборе условия и в дальнейшем будет рассматриваться несимметричное затопление (величина надбавки будет определяться исходя из носовой или кормовой половины). Для наглядности обоснование проведем применительно к судну с упрощенными обводами - прямоугольному понтону. Тогда можно представить оба условия в следующем виде:

1 условие, отражающее равенство объемов

115