Руководящий документ РД 31.72.03-85 Методика расчетов прочности аварийного судна при проведении аварийно-спасательных операций и судоподъеме.

     РД 31.72.03-85

Методика расчётов прочности аварийного судна при проведении аварийно-спасательных операций и судоподъёме

Дата введения 1986-01-01*

РАЗРАБОТАН Ростовским центральным проектно-конструкторским бюро с опытным производством

Главный инженер В.И.Борисов

Заведующий сектором стандартизации и метрологии И.Н.Шахмейстер

Ответственные исполнители С.М.Паненко, Е.В.Знаменский

СОГЛАСОВАН Центральным научно-исследовательским институтом морского флота

Заместитель директора по научной работе С.Н.Драницын

Одесским институтом инженеров морского флота

Проректор по научной работе П.С.Никеров

УТВЕРЖДЕН Bсeсоюзным объединением "Мореплавание"

Заместитель председателя Г.С.Леонтьев

ВВОДИТСЯ ВПЕРВЫЕ

Срок введения в действие установлен с 1 января 1985 г.*

Настоящий руководящий документ (РД) распространяется на расчёты общей и местной прочности судна при подготовке и проведении аварийно-спасательных и судоподъёмных операций.

РД устанавливает методику расчётов общей и местной прочности, необходимость выполнения которых должна определяться конкретными условиями и целью операции.

РД предназначен для инженерно-технических работников экспедиционных отрядов АСПТР и проектно-конструкторских подразделений ММФ, занимающихся проектированием и проведением аварийно-спасательных и судоподъёмных операций.

РД носит рекомендательный характер и не исключает применение других методов расчёта.

 1. РАСЧЁТ ОБЩЕЙ ПРОЧНОСТИ ПРИ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЯХ И СУДОПОДЪЁМЕ

1.1. Общие положения

1.1.1. При выполнении расчётов прочности следует принимать:

весовую нагрузку судна порожнем, вес грузов, запасов, снабжения, вес воды в аварийных отсеках, силу присоса судна к грунту со знаком плюс;

силы поддержания, подъёмные силы, реакцию грунта со знаком минус;

вес снятых грузов со знаком минус, вес принятых грузов со знаком плюс, перенос груза из точки "А" в точку "Б", как снятие груза в точке "А" и приём груза в точке "Б";

напряжения растяжения со знаком плюс, напряжения сжатия со знаком минус;

изгибающий момент, при котором палуба растягивается, со знаком плюс и со знаком минус, если палуба сжимается;

координаты, расположенные в нос от мидель-шпангоута, со знаком плюс, в корму - со знаком минус;

нумерацию шпангоутов от носа в корму.

1.1.2. В настоящем разделе приняты следующие условные обозначения:

	- вес судна до аварии, после аварии, после аварии с учётом проведенных мероприятий по спасению судна или ликвидации аварии, кН [тс];
	- длина судна между перпендикулярами, м;
	- теоретическая шпация судна, м;
	- ширина судна, м;
	- высота борта, м;
	- осадка судна средняя, носом, кормой до аварии, после аварии, после принятия мер по спасанию;
	- коэффициент общей полноты;
	- отстояние центра тяжести судна от миделя до аварии, после аварии и после мероприятий по спасению судна;
	- отстояние центра величины судна от миделя до аварии, после аварии и после мероприятий по спасению судна, м;
, ,	- объёмное водоизмещение судна до аварии, после аварии и после проведения мероприятий по спасению судна, м ;
	- вес принятого (снятого) груза, кН [тс];
	- отстояние центра тяжести принятого (снятого) груза от миделя, м;
	- полный объём -того отсека, м ;
	- объём -того отсека по аварийную ватерлинию, м ;
	- отстояние центра тяжести воды в отсеке от миделя, м;
	- равнодействующая реакции грунтового основания, кН [тс];
	- отстояние равнодействующей реакции грунтового основания от миделя, м;
	- равнодействующая сил отрывного сопротивления, кН [тс];
	- отстояние равнодействующей сил отрывного сопротивления от миделя, м;
	- равнодействующая подъёмной силы, приложенной к судну, кН [тс];
	- отстояние равнодействующей подъёмных сил от миделя, м;
	- подъёмный вес судна, кН [тс];
	- отстояние точки приложения подъёмного веса от миделя, м;
	- площадь погруженной части теоретического шпангоута по расчётную ватерлинию, м ;
	- объёмный коэффициент проницаемости -го отсека;
	- плотность воды, т/м [тс·с /м ];
=1,0 т/м [0,102 тс·с /м ] - пресная вода;
=1,025 т/м [0,1045 тс·с /м ] - морская вода;
	- плотность какого-либо груза или статьи нагрузки, т/м [тс·с /м ];
	- удельный вес воды, кН/м [тс/м ];
=9,81 м/с	- ускорение свободного падения;
	- изгибающий момент в каком-либо сечении, кН·м [тс·м];
	- перерезывающая сила в каком-либо сечении, кН [тс];
	- предельный изгибающий момент для данного сечения, кН·м [тс·м];
	- нормативный предел текучести материала, Н/мм [кгс/см ];
	- нормативный предел текучести по касательным напряжениям =0,57 , Н/мм [кгс/см ].

Остальные обозначения приведены непосредственно в тексте.

1.2. Классификация сил, действующих на аварийное или затонувшее судно

1.2.1. Силы, действующие на аварийное или затонувшее судно, в общем случае, следует относить к одному из видов:

силам веса судна с оборудованием и механизмами, веса грузов, запасов, снабжения, балласта, находящихся на судне в момент аварии;

силам поддержания судна в воде, которые определяются водоизмещающим объёмом судна, находящегося на плаву или на мели, водоизмещающими объёмами конструкций и незаполненными объёмами отсеков для затопленного судна;

силам, обусловленным аварийной ситуацией, к которым относятся вес воды в затопленных отсеках и силы взаимодействия судна с грунтом (реакция грунта, присос к грунту);

силам, обусловленным мероприятиями, связанными со спасением или подъёмом судна: разгрузка судна, перемещение грузов, удаление части оборудования, откачка воды, приложение к судну подъёмных усилий от кранов, понтонов, подача в отсеки судна сжатого воздуха, легких материалов и т.п.

1.2.2. Сила веса судна определяется массой составляющих его элементов, которые рекомендуется сводить в следующие группы:

корпус с оборудованием, куда входят голый корпус, оборудование помещений, судовые устройства (кроме специальных), судовые системы, электрооборудование, связь, управление;

энергетическая установка с валопроводом и движителями;

специальное оборудование и устройства (черпаковое устройство земснаряда, подъёмное устройство лихтеровоза, крановое строение плавкрана и т.д.);

снабжение, экипаж, провизия;

топливо, масло, вода, балласт;

перевозимый груз.

В судоподъёме под массой затонувшего судна понимается масса подготовленного к подъёму судна с учетом всех снятых и дополнительно установленных грузов (подкреплений, приспособлений для подъёма и т.д.), а также грунта, находящегося в судне.

1.2.3. Силы поддержания судна в воде, или силы плавучести, определяются погруженным в воду объёмом судна по аварийную ватерлинию, или ватерлинию, с которой судно находится на мели. Поврежденные затопленные отсеки при определении сел плавучести (в настоящей РД) учитываются как непроницаемые.

Сила плавучести затонувшего судна - сила плавучести всех водоизмещающих объёмов судна и находящихся на нем грузов до приложения любых подъёмных сил.

Водоизмещающие объёмы затонувшего судна - объёмы непосредственно самих судовых конструкций, грузов, подкреплений, грунта, и т.д., объёмы воздушных подушек, образовавшихся при затоплении судна и сохранившихся к моменту подъёма.

1.2.4. К силам, возникающим при аварийной ситуации, относятся:

вес воды в затопленных отсеках;

опорная реакция грунта;

отрывное сопротивление, т.е. сопротивление грунтового основания отрыву от него поднимаемого судна.

1.2.5. К силам, обусловленным мероприятиями, связанными со спасением или подъёмом судна, относятся: вес удаленной части грузов, конструкций и т.п., подъёмные силы понтонов, кранов, приложенные к судну, подъёмные силы от подачи в отсеки судна сжатого воздуха, пенополистирола и др. материалов.

1.2.6. При судоподъёме используется понятия:

подъёмный вес затонувшего судна - равнодействующая сил веса и сил плавучести затонувшего судна перед приложением любых подъёмных сил;

подъёмная сила - равнодействующая всех специально приложенных к судну подъёмных сил, обеспечивающих подъём судна в каждый момент подъёма.

1.3. Определение массы судна и ее распределение по длине

1.3.1. Способы и точность определения массы зависят от наличия исходных данных, в качестве которых могут быть использованы:

проектная документация по судну;

судовая эксплуатационная документация;

данные обследования аварийного или затонувшего судна.

1.3.2. При недостатке или отсутствии проектной и судовой эксплуатационной документации масса судна порожнем и отдельных ее составляющих могут быть определены по справочному приложению 1, а данные о переменных и перевозимых грузах - по результатам обследования аварийного или затонувшего судна, которое должно быть максимально подробным и достоверным.

1.3.3. Вес судна и координаты его центра тяжести определяются в табл.1, в которой, в общем случае, вес судна разбивается на разделы, группы, подгруппы и статьи. Степень дробления весов зависит от наличия исходных данных и необходимой точности расчёта. Излишнее дробление весов приводит к громоздким расчётам и увеличивает вероятность ошибки.

Таблица 1

Распределение веса судна по группам

	Наименование разделов, групп, подгрупп и статей нагрузки	Вес, Н [тс]	Координаты ц.т. от миделя, м	Момент относительно миделя, кН·м [тс·м]
	Корпус с оборудованием
1.
2.
3.
4.
	Итого: корпус с оборудованием
	Энергетическая установка
1.
2.
3.
	Итого: энергетическая установка
	Специальное оборудование
1.
2.
	Итого: специальное оборудование
	Снабжение, экипаж, провизия
1.
2.
3.
	Итого: снабжение, экипаж, провизия
	Топливо, масло, вода
1.
2.
3.
	Итого: топливо, масло, вода
	Перевозимый груз
1.
2.
	Итого: перевозимый груз
	Итого: судно целиком

1.3.4. Распределение веса судна по длине рекомендуется производить в виде ступенчатой кривой, для чего длина судна делится на 20 теоретических шпаций. Все грузы, составляющие водоизмещение судна к моменту аварии или гибели, с помощью чертежей общего расположения или схем, их заменяющих, распределяются по теоретическим шпациям так, чтобы центр тяжести груза не изменялся. Затем, веса грузов, приходящиеся на каждую теоретическую шпацию, суммируются, суммы делятся на длину шпации, что дает ординаты ступенчатой кривой веса в соответствующей шпации, т.е. равномерное распределение веса в пределах шпации.

Для облегчения контроля вычислений и большей наглядности разбивку веса судна по теоретическим шпациям следует производить в табл.2.

Таблица 2

Распределение веса судна по теоретическим шпациям

Грузы: разделы, группы, подгруппы, статьи	Вес, кН [тс]	Теоретические шпации						Суммы слева
		0-1	1-2	2-3		18-19	19-20
1	2	3	4	5		21	22	23
Корпус с оборудованием
1.
2.
3.
Итого: корпус с оборудованием
Энергетическая установка
1.
2.
Итого: энергетическая установка
Специальное оборудование
1.
2.
Итого: специальное оборудование
Снабжение, экипаж, провизия
1.
2.
Итого: снабжение, экипаж, провизия
Топливо, масло, вода
1.
2.
3.
Итого: топливо, масло, вода
Перевозимый груз
1.
2.
3.
Итого: перевозимый груз
Суммы сверху
Множители		9,5	8,5	7,5		-8,5	-9,5
Произведения

1.3.5. При распределении составляющих нагрузки судна по теоретическим шпациям необходимо придерживаться следующих правил для различных частных случаев:

Правило 1. Если нагрузка

расположена несимметрично в пределах одной шпации, то эта нагрузка заменяется двумя нагрузками:

и

, равномерно распределенными в двух смежных шпациях (рис.1).

Рис.1

Правило 2. Если центр тяжести груза

совпадает с границей двух шпаций, тo к каждой из шпаций следует отнести вес

, равномерно распределив его в шпации.

Правило 3. Грузы весом до 0,01

(или несколько грузов, сумма весов которых не превосходит 0,01

) могут быть равномерно разнесены по длине всей шпации независимо от действительного положения их центра тяжести.

Правило 4. Если груз

равномерно распределен на части длины судна, равной

, то такой груз может быть разбит на составляющие

,

и

(рис.2)

Рис.2

;

;

.                                  (1)

Грузы

следует распределить на средние шпации, а грузы

и

согласно правилу 1 или 3.

Правило 5. Если центр тяжести груза

находится за пределами крайнего шпангоута (0 или 20-го), то груз

заменяется двумя грузами

и

.                              (2)

Груз

прибавляется к нагрузке шпации 0-1 или 19-20, груз

вычитается из нагрузки шпации 1-2 или 18-19 (рис.3).

Рис.3

1.3.8. Для упрощения и сокращения построений и расчётов, а также при отсутствии подробной таблицы весовой нагрузки, распределение по длине судна веса корпуса с оборудованием рекомендуется производить по способу проф. А.А.Курдюмова, табл.3. При этом вес корпуса с оборудованием

и положение центра тяжести корпуса с оборудованием

определяются по данным табл.1.

Таблица 3

Построение ступенчатой кривой веса корпуса с оборудованием по методу проф. А.А.Курдюмова

Для судов с полными обводами	Для судов с острыми обводами
; ;	; ;
;	;
;	;

1.4. Определение сил плавучести и распределение их по длине судна

1.4.1. Силы плавучести судна, находящегося на плаву или на мели, следует определять по масштабу Бонжана (кривым площадей шпангоутов) по аварийную ватерлинию (если она известна).

Аварийная ватерлиния наносится на масштаб Бонжана по осадкам

,

,

, она может быть и криволинейной при изгибе корпуса, особенно при посадке на грунт. Схема расчёта приведена в табл.4.

Таблица 4

Расчёт сил поддержания по теоретическим шпациям

Номер шпангоута	Площадь шпангоута, м	Сумма графы 2 попарно	Силы поддержания на шпацию , кН [тс]	Факторы плеч	(4)·(5)
1	2	3	4	5	6
20				-9,5
19				-8,5
18				-7,5
17				-6,5
16				-5,5
15				-4,5
14				-3,5
13				-2,5
12				-1,5
11				-0,5
10				0,5
9				1,5
8				2,5
7				3,5
6				4,5
5				5,5
4				6,5
3				7,5
2				8,5
1				9,5
0

Если положение аварийной ватерлинии для судна на плаву неизвестно, она находится последовательными приближениями. Положение аварийной ватерлинии считается найденным, если будут обеспечены равенства:

.

При этом суммарные объёмы воды в аварийных отсеках по предыдущую и последующую ватерлинии не будут отличаться более чем на 5%.

Удифферентовка судна, т.е. определение положения аварийной ватерлинии может также производиться по программе "Волна-82", составленной для ЭВМ ЕС. Описание программы приведено в справочном приложении 2.

Программа "Волна-82" позволяет определить также изгибающие моменты, перерезывающие силы и прогибы судна на тихой воде и волнении.

1.4.2. Сила плавучести затонувшего судна определяется объёмами конструктивных элементов корпуса, механизмов, оборудования, снабжения, грузов, грунта в отсеках судна, а также объёмами, заполненными воздухом.

Силу плавучести

какого-либо элемента нагрузки судна следует определять по формуле

, кН [тс].             (3)

Сумма их по всем составляющим нагрузки определит силу плавучести затонувшего судна.

Сила плавучести объёма, заполненного воздухом, должна определяться по формуле

,         (4)

где

- объём воздуха в

-м отсеке, м

.

1.5. Подъёмный вес судна и его распределение по длине

1.5.1. Согласно принятым определениям подъёмный вес судна есть равнодействующая сил веса подготовленного к подъёму судна и сил плавучести его водоизмещающих объёмов

,           (5)

где

- вес элементов нагрузки судна до аварии, кН (тс);

       

- вес добавленных грузов, кН (тс);

       

- вес снимаемых грузов, кН (тс);

       

- сила плавучести объёмов элементов нагрузки судна, кН (тс);

- сила плавучести объёмов добавленных грузов, кН (тс);

- сила плавучести объёмов снимаемых грузов, кН (тс);

       

- сила плавучести объёмов, заполненных воздухом, кН (тс);

,

,

- плотность соответственно элементов нагрузки, добавленных и снятых грузов, т/м

(тс·с

/м

).

После соответствующих подстановок и преобразований формула для определения подъёмного веса судна принимает, вид

,  (6)

где

;

;

- коэффициенты веса в воде грузов

,

,

.

Таким образом, при определении подъёмного веса судна все составляющие веса должны быть объединены в группы с одинаковой плотностью и затем вес каждой группы должен быть умножен на коэффициент веса в воде.

Однако, разбивка составляющих веса судна на группы с одинаковой плотностью - операция трудоёмкая и для ее выполнения необходимы подробные исходные данные о весовой нагрузке судна. Поэтому для практических расчётов с достаточной степенью точности можно рекомендовать коэффициенты веса в воде по различным разделам весовой нагрузки, приведённые в табл.5.

Таблица 5

Разделы весовой нагрузки	Коэффициент веса в воде
Корпус с оборудованием	0,80-0,85
Энергетическая установка	0,85
Спецоборудование	0,85
Снабжение, провизия	0,50
Топливо, масло, вода	0,00-(-0,10)
Перевозимый груз	в зависимости от характера груза
Металлоконструкции стальные без закрытых объёмов	0,87
Грунт	0,50

1.5.2. Расчёт подъёмного веса и распределение его по длине судна рекомендуется производить по форме табл.6. Веса отдельных разделов нагрузки судна и распределение их по длине следует принимать по данным табл.2. Веса и распределение по шпациям отдельных добавленных и снятых грузов, а также силы плавучести воздушных подушек принимаются по данным проекта подъёма и водолазного обследования в соответствии с правилами п.1.3.5.

Таблица 6

Расчёт подъёмного веса

Наименование составляющих подъёмного веса	Вес в воде, кН [тс]	Распределение веса по шпациям						Суммы слева
		20-19	19-18	18-17		2-1	1-0
1	2	3	4	5		21	22	23
1. Корпус с оборудованием
2. Энергетическая установка
3. Специальное оборудование и устройства
4. Снабжение, провизия, запасы
5. Топливо , масло, вода
6. Перевозимый груз:
трюм 1
трюм 2
трюм
7. Добавленные грузы:
конструкция
грунт
8. Снятые грузы
9. Плавучесть воздушных подушек
Суммы сверху
Множители		-9,5	-8,5	-7,5		8,5	9,5
Произведения

1.6. Опорная реакция грунта и ее распределение по длине судна

1.6.1. Равнодействующая опорной реакции грунта (кН [тс]) при посадке судна на мель и наличии затопленных отсеков до принятия каких-либо мер по спасанию должна определяться по формуле

.                                 (7)

Точка приложения равнодействующей опорной реакции грунта по длине определяется по формуле

.                  (8)

1.6.2. Если в процессе спасательной операции по снятию с мели производится снятие (приём) грузов, использование дополнительных сил поддержания, то равнодействующую опорной реакции грунта и ее координату по длине судна следует определять по формулам:

,           (9)

.       (10)

Если при проведении этих мероприятий посадка судна не изменилась, то

и

.

В случае, если новая посадка судна неизвестна, то ее следует определять в соответствии с рекомендациями РД 31.72.04-85 "Методики расчётов по статике и динамике корабля при проведении аварийно-спасательных операций и судоподъёме".

1.6.3. Характер распределения опорной реакции грунта по длине судна зависит от ряда факторов: площади контакта судна с грунтом, глубины погружения судна в грунт, характеристик грунта, гибкости корпуса, наличия твердых (жестких) включений в грунте.

Приближенно опорная реакция грунта распределяется по длине судна следующим образом:

при контакте судна с грунтом на длине 0,2

и менее опорная реакция грунта заменяется равномерно распределенной нагрузкой в одной или двух теоретических шпациях согласно общему правилу замены сосредоточенной силы распределенной нагрузкой, изложенному в п.1.3.5;

при контакте судна с грунтом на длине более 0,2

опорная реакция грунта заменяется равномерно распредёленной нагрузкой, как указано на рис.4.

Рис. 4

Интенсивность нагрузки

- слева от силы

и

справа от силы

определяется для случая "а" по формулам:

,                                            (11)

,                                           (12)

для случая "б" по формулам:

,                                      (13)

.                                     (14)

Тогда реакция на шпации равна:

,

,

- справа от

,

,

- слева от

1.7. Определение веса воды в затопленных отсеках

1.7.1. Вес воды в затопленном отсеке, кН [тс] определяется по формуле

.                   (15)

Объём воды в отсеке определяется по кривым вместимости отсеков, по теоретическому чертежу или по кривым площадей шпангоутов.

При определении количества воды, влившейся в отсек, следует учитывать, что в них находятся грузы, механизмы, набор, изоляция и т.п. Часть объёма отсека, которая не может быть заполнена водой, учитывается коэффициентом проницаемости

, представляющим собой отношение свободного объёма отсека, который может быть заполнен водой, к теоретическому объёму отсека.

Коэффициенты проницаемости

устанавливаются исходя из фактического наличия грузов и их вида в отсеке (трюме) и могут быть определены специальным расчётом, однако, если соответствующих данных нет, то в качестве средних значений могут приниматься следующие:

0,85 - для помещений, занятых механизмами, электростанциями, технологическим оборудованием на промысловых судах и судах специального назначения;

0,60 - для грузовых помещений с генгрузом;

0,95 - для жилых помещений, помещений, занятых порожней колесной техникой;

0,98 - для пустых цистерн и цистерн балласта;

0,80 - для грузовых помещений накатных судов и помещений, занятых рудой на неспециализированных судах;

0,93 - для пустых рефрижераторных трюмов;

0,35 - для помещений, занятых лесным грузом.

1.7.2. Вес воды в отсеке распределяется равномерно по длине отсеке в соответствии с правилом 4 п.1.3.5.

1.8. Отрывное сопротивление и его распределение по длине судна

1.8.1. Природа отрывного сопротивления (присоса) грунта различна при подъёме с фильтрующих (песчаных) и со связных (глинистых, илистых) грунтов.

1.8.2. При подъёме с фильтрующих грунтов отрывное сопротивление складывается из фильтрационного сопротивления, сопротивления трения судна о грунт и сопротивления зарывшихся в грунт выступающих частей судна. Фильтрационное сопротивление является наиболее значительной составляющей отрывного сопротивления. Величина фильтрационного сопротивления зависит от свойств грунта, заглубления в него судна, размеров и формы вошедшей в грунт или прилегающей к грунту части судна, а также от скорости движения судна в грунте, т.е. от интенсивности наращивания подъёмных усилий и их превышения подъёмного веса судна.

Методика расчёта отрывного сопротивления при подъёме судна с песчаного грунта приведена в [5] справочного приложения 7.

1.8.3. При подъёме со связных грунтов отрывное сопротивление имеет различную природу при малом и при большом насыщении грунта водой. В жидком грунте отрывное сопротивление носит характер сопротивления трения вязкой жидкости и может быть уменьшено за счёт снижения скорости подъёма. В пластичных грунтах отрыв судов происходит за счёт разрушения грунта, которое начиняется только при некотором избытке подъёмных сил. Величина необходимых подъёмных усилий возрастает с уменьшением влажности грунта и с увеличением интенсивности наращивания подъёмных усилий.

1.8.4. Существующие методы расчёта отрывного сопротивления, основанные на теоретических и экспериментальных исследованиях, сложны и требуют полных данных о свойствах грунта. Кроме того, эти методы не учитывают ряд факторов, существенно влияющих на величину отрывного сопротивления, например, неоднородность грунта в пределах залегания судна. Поэтому результаты этих расчётов всегда могут быть подвергнуты сомнению, а сами методы расчёта широкого практического применения не получили.

1.8.5. Для практических целей используется приближённый способ оценки величины отрывного сопротивления в зависимости от подъёмного веса по формуле:

,                                              (16)

где

- коэффициент силы присоса, установленный на основе опыта ряда подъёмов, приведен в табл.7.

Таблица 7

Характер грунта
Скала с галькой и песком	0,00-0,05
Крупный песок	0,05-0,10
Галька с песком	0,10-0,15
Мелкий песок	0,15-0,20
Слой ила и под ним мягкая глина	0,15-0,20
Ил с плотной и вязкой глиной	0,20-0,25
Вязкая плотная глина с песком и ракушкой	0,25-0,45

Как правило, следует ориентироваться на низшие значения

, особенно в тех случаях, когда плотность прилегания судна к грунту нарушена промывкой туннелей и длительным приложением подъёмных сил.

следует брать ближе к верхнему пределу в тех случаях, когда в грунт заглублено много выступающих частей, например, если судно лежит с креном.

1.8.6. Если судно лежит на грунтах разного состава и известна площадь контакта судна с каждым видом грунта, то отрывное сопротивление определяется по формуле:

,                                                 (17)

где

- средний общий коэффициент силы присоса грунтов,

,                                                  (18)

где

- площадь контакта судна с грунтом одного состава, м

;

       

- табличный коэффициент силы присоса данного грунта.

1.8.7. При распределении силы отрывного сопротивления по длине судна рекомендуется руководствоваться следующими указаниями:

если площадь контакта судна с грунтом неизвестна,

должно распределяться пропорционально распределению подъёмного веса на длине контакта;

если площадь контакта судна с грунтом известна или может быть определена, то

должно распределяться пропорционально площади контакта на длине контакта, с учётом коэффициента присоса каждого вида грунта (если судно лежит на неоднородном грунте).

1.8.8. Распределение отрывного сопротивления в зависимости от площади контакта судна с грунтом производится следующим образом:

в избранном масштабе строится площадь поверхности контакта судна с грунтом, на которой наносятся границы различных грунтов;

вычисляются площади поверхностей контакта судна с каждым видом грунта в каждой теоретической шпации;

в каждой теоретической шпации определяется величина

произведение площади поверхности контакта с каждым видом грунта на коэффициент присоса этого грунта;

определяется величина

- удельное отрывное сопротивление;

определяется величина отрывного сопротивления в каждой теоретической шпации

;

определяются моменты отрывного сопротивления в каждой теоретической шпации и положение равнодействующей отрывного сопротивления относительно миделя.

Построение площади контакта судна с грунтом и табличный метод расчёта распределения отрывного сопротивления по длине судна приведены на рис.5 и в табл.8.

Построение поверхности контакта судна с грунтом

Зона 1 - грунт, с коэффициентом присоса

;

Зона 2 - грунт с коэффициентом присоса

;

Зона 3 - грунт с коэффициентом присоса

;

- ширина поверхности контакта, измеренная от точки

до точки

по наружной обшивке

Рис.5

Таблица 8

Распределение отрывного сопротивления по площади контакта судна с грунтом

Шпация	Площадь контакта с грунтом , м			Плечо площади относительно миделя , м
1	2	3	4	5	6
20-19	-	-	-	-	-
19-18	-	-	-	-	-
18-17
17-16
16-15
15-14
14-13
13-12
12-11
11-10
10-9
9-8
8-7
7-6
6-5
5-4
4-3
3-2
2-1	-	-	-	-	-
1-0	-	-	-	-	-
		-		-

1.9. Подъёмные силы

1.9.1. Подъёмные силы могут быть созданы различными техническими средствами:

плавучими кранами;

судоподъёмными мягкими и жесткими понтонами;

воздухом, вспененным полистиролом и другими плавучими материалами, помещенными в отсеки поднимаемого судна.

1.9.2. Подъёмная сила плавкрана определяется при расчёте подъёмных сил, во всех случаях она не должна превышать максимальной грузоподъёмности плавкрана с учётом коэффициента запаса, определяемого для каждого конкретного случая особо.

1.9.3. Подъёмная сила понтонов должна определяться по документации понтонов, в зависимости от степени их продувки и положения.

1.9.4. Усилие от каждого стропа крана или понтона распределяется равномерно в пределах одной или двух шпаций в соответствии с правилом 1 п.1.3.5.

1.9.5. Подъёмная сила, возникающая вследствие продувки отсеков воздухом

(кН [тс]), равна весу вытесненной им воды и должна определяться по формуле

,                                                (19)

где

- объём вытесненной воздухом воды, м

.

1.9.6. Пенополистирол, применяемый при судоподъёмных и аварийно-спасательных работах, характеризуется:

- насыпной плотностью, кг/м

                       [кгc с

/м

]

       

- плотностью гранул, кг/м

                                [кгc с

/м

]

- удельной подъёмной силой (подъёмная сила одного метра кубического объёма, заполненного полистиролом под водой), Н/м

[кгс/м

].

Под давлением воды шарики пенополистирола сжимаются. Величина сжатия зависит от плотности гранул (чем меньше плотность, тем сильнее сжатие), глубины погружения, длительности нахождения в воде.

Потеря подъёмной силы

в процентах в зависимости от

и глубины закачки пенополистирола представлена в табл.9.

Таблица 9

Глубина погружения, м	Насыпная плотность ,  кг/м
	20	40	70	100
10	7	3	2	1
40	60	16	3	1
70	81	50	14	4
100	89	66	32	10

Удельную подъёмную силу пенополистирола в Н/м

[кгс/м

] следует определять по формуле

                                    (20)

1.9.7. Подъёмную силу пенополистирола

[кН (тс)], поданного в отсек затонувшего или аварийного судна, следует определять по формулам:

,                                            (21)

для отсека, полностью заполненного водой,

                                    (22)

для отсека, частично заполненного водой,

где

- масса пенополистирола, поданного в отсек, кг;

- масса пенополистирола в частично заполнённом водой отсеке, при превышении которой возникает подъёмная сила

                               (23)

Максимальную массу пенополистирола, которая может быть подана в отсек, следует определять по формуле

,                                             (24)

где

- коэффициент проницаемости отсека по полистиролу, определяемый в каждом конкретном случае в зависимости от типа отсека, вида и объёма грузов и оборудования в нем.

1.10. Расчёт нагрузки аварийного или затонувшего судна

1.10.1. Расчёт нагрузки для последующего определения изгибающих моментов и перерезывающих сил может быть необходим в следующих случаях:

судно находится на плаву, некоторые отсеки затоплены;

судно находится на мели, производится разгрузка судна, перемещения грузов и запасов, к судну приложены подъёмные силы (некоторые отсеки продуты сжатым воздухом, принят пенополистирол, установлены понтоны и т.п.);

судно стянуто с мели после разгрузки, перемещения грузов и приложения подъёмных сил;

производится подъём затонувшего судна, определяется нагрузка в момент отрыва его от грунта;

затонувшее судно поднято на поверхность в состоянии сразу после подъёма;

поднятое судно подготовлено к буксировке, произведена разгрузка, удалена вода из отсеков, снята часть подъёмных сил.

1.10.2. Для аварийного судна, находящегося на плаву с затопленными отсеками, нагрузка включает:

вес судна с грузами и запасами перед аварией;

вес воды в затопленных отсеках;

силы поддержания по аварийную ватерлинию.

Суммарная нагрузка должна определяться из условия равенства сил веса и сил поддержания их моментов

                               (25)

                    (26)

Предполагается, что известны:

весовое водоизмещение и посадка судна до аварии;

затопленные отсеки;

положение аварийной ватерлинии.

Расчёт

и

производится в соответствии с требованиями подраздела 1.4, вес воды в затопленных отсеках определяется в соответствии с указаниями подраздела 1.7.

Расчёт нагрузки производится в табл.10.

Таблица 10

Расчёт нагрузки аварийного судна на плаву или на мели

Статьи нагрузки	Нагрузка, кН [тс]	Нагрузка на теоретическую шпацию						Суммы слева
		20-19	19-18	18-17		2-1	1-0
1	2	3	4			21	22	23
1. Весовая нагрузка судна до аварии, в т.ч.:
судно порожнем,
судовые запасы,
груз
2. Вода в затопленных отсеках
3. Силы плавучести
4. Снимаемые (принимаемые) грузы
5. Перемещаемые грузы
6. Дополнительные силы поддержания:
сжатый воздух,
пенополистирол, пена,
понтоны,
плавкраны,
др. средства
7. Реакция грунта
Суммарная нагрузка на шпацию
Множители		-9,5	-8,5	-7,5		8,5	9,5
Произведения

Примечания: 1. Нагрузка по статьям 1, 2 принимается со знаком "+", по статьям 3, 6, 7 - со знаком "-", принимаемые грузы со знаком "+", снимаемые - со знаком "-".

2.

*

При выполнении расчёта необходимо, чтобы разница между левой и правой частью уравнения 25 не превышала 0,005

, а уравнения 26 - 0,001

.

1.10.3. Для судна, находящегося на мели, в общем случае, нагрузка включает:

вес судна с грузами и запасами до посадки на мель;

вес воды в затопленных отсеках, если они имеются;

вес снимаемых (принимаемых) грузов при проведении мероприятий по спасанию;

силы поддержания по действующую ватерлинию;

дополнительные силы поддержания (понтонов, сжатого воздуха, пенополистирола, плавсредств и т.д.) при проведении мероприятий по спасанию;

опорную реакцию грунта.

Суммарная нагрузка судна на мели определяется из условия равенства сил веса и сил поддержания и их моментов

           (27)

           (28)

В этих уравнениях

и

 определяются по формулам 7 и 8, с учётом действующей ватерлинии сидящего на мели судна.

При этом предполагается, что известны:

весовое водоизмещение и посадка судна до аварии;

затопленные отсеки;

положение ватерлинии судна, сидящего на мели как до, так и после проведения мероприятий по спасанию.

Если не производилось снятия (приёма) груза и не использовались дополнительные силы поддержания, то

,

и

.

Если после снятия (приёма) грузов и приложения дополнительных сил поддержания посадка сидящего на мели судна не изменится, то

, а если посадка судна изменится, то

.

При всплытии судна

=0.

При изменении посадки судна или при всплытии судна может измениться объём воды в затопленных отсеках

, что должно учитываться при расчёте нагрузки сидящего на мели судна.

Если положение ватерлинии после снятия (приёма) грузов или приложения дополнительных сил поддержания неизвестно, то оно определяется по формулам и графикам РД 31.72.04-85 "Методики расчётов по статике и динамике корабля при проведении аварийно-спасательных операций и судоподъёме".

Определение

,

,  

производится по кривым площадей шпангоутов.

Расчёт нагрузки производится в табл.10, при этом необходимо соблюдать условия п.1.10.2.

1.10.4. В различные моменты судоподъёма на затонувшее судно действуют следующие силы:

подъёмный вес;

опорная реакция грунта;

подъёмные силы;

силы отрывного сопротивления грунта;

силы сопротивления воды движению всплывающего судна.

Различают следующие основные положения судна, характеризующиеся действием определенных нагрузок:

судно на грунте, подготовленное к подъёму, до приложения подъёмных сил;

судно в момент отрыва от грунта (одной оконечностью или одновременно всей площадью контакта с грунтом);

судно при всплытии, находящееся в толще воды;

судно на поверхности воды до снятия подъёмных усилий.

В табл.11 отмечены силы, действующие на поднимаемое судно, при различных его положениях.

Таблица 11

Силы, действующие на судно на различных этапах подъёма

1.10.5. Во многих случаях с момента затопления судна до начала его подъёма проходит большой период времени, в течение которого возможны значительные изменения сил веса и сил плавучести. К таким изменениям состояния судна можно отнести откачку или утечку топлива, разгрузку грузов, снятие различных судовых конструкций и оборудования, образование наносов грунта в помещениях и на палубах, утечку воздуха из воздушных подушек отсеков, заделку пробоин, установку дополнительных конструкций, обеспечивающих приложение подъёмных усилий.

Изменение веса и плавучести приводит к изменению реакции грунта и силы отрывного сопротивления, что должно учитываться при определении необходимой величины подъёмных усилий.

1.10.6. Анализ сил, действующих на судно в различные моменты подъёма (см. табл.11), показывает, что наибольшие нагрузки поднимаемое судно испытывает при отрыве от грунта, когда к подъёмному весу добавляется отрывное сопротивление грунта и, следовательно, возрастают подъёмные силы. Поэтому, определение нагрузки поднимаемого судна рекомендуется производить для случая, соответствующего моменту отрыва судна от грунта, когда судно подвержено действию наибольших нагрузок.

1.10.7. В зависимости от наличия и расположения подъёмных сил, отрыв судна от грунта может быть произведен либо одновременно всей площадью контакта судна с грунтом, либо сначала одной оконечностью, что определяется проектом подъёма.

1.10.8. В момент отрыва судна от грунта одновременно всей площадью контакта на судно действуют подъёмные силы, подъёмный вес и силы отрывного сопротивления. Величина подъёмных сил и расположение их по длине судна определяются следующими равенствами:

                                               (29)

                            (30)

1.10.9. В момент отрыва судна от грунта одной оконечностью на судно действуют подъёмные силы, подъёмный вес, силы отрывного сопротивления и реакция опоры оконечности о грунт. Величина подъёмных сил и расположение их по длине судна в этом случае определяются следующими равенствами:

                                          (31)

                       (32)

При этом подъёмные силы должны быть расположены так, чтобы выполнялось равенство

                (33)

Beличины

,

и

определяются проектом подъёма с учетом имеемых* подъёмных технических средств, возможных мест их приложения по длине судна, величины и формы поверхности контакта судна с грунтом, характера грунта и формы корпуса судна. Опорная реакция распределяется в одной-двух теоретических шпациях согласно правилу 1 п.1.3.5.

На рис.6 и 7 условно показаны силы, действующие на судно при подъёме: на рис.6 при отрыве от грунта одновременно всей площадью контакта, на рис.7 - при отрыве от грунта одной оконечностью.

Рис.6

Pис.7

1.10.10. После определения величины всех действующих на судно сил расчёт суммарной нагрузки производится в табл.12 (верхняя часть).

Таблица 12  

Расчёт нагрузки при судоподъёме

Статьи нагрузки	Нагрузка, кН (тс)	Нагрузка на теоретическую шпацию						Суммы слева
		20-19	19-18	18-17		2-1	1-0
1	2	3	4	5		21	22	23
1. Подъёмный вес
2. Отрывное сопротивление
3. Подъёмные силы:
сжатый воздух
пенополистирол
понтоны
плавкраны
4. Опорная реакция грунта
Суммарная нагрузка на шпацию
Множители		-9,5	-8,5	-7,5		8,5	9,5
Произведения
1. Подъёмный вес
5. Изменение подъёмного веса
6. Дополнительная нагрузка
7. Снятая нагрузка
8. Подъёмные силы
Суммарная нагрузка на шпацию
Множители		-9,5	-8,5	-7,5		8,5	9,5
Произведения

Примечание: 1. Нагрузка по статьям 1, 2, 6 принимаются со знаком "+", по статьям 3, 4, 5, 7, 8 со знаком "-".

2.

или

1.10.11. По мере подъёма судна силы, действующие на него, изменяются и соответственно меняется суммарная нагрузка:

после отрыва от грунта исчезают силы присоса и опорная реакция и изменяются подъёмные силы;

при выходе судна из воды появляются дополнительные силы от веса вышедших из воды водоизмещающих объёмов конструкций, грузов, грунта, от веса воды в отсеках, расположенных выше ватерлинии, соответственно изменяются подъёмные силы;

при постановке судна на плав или при подготовке к буксировке могут появиться силы поддержания за счет откачки воды из отсеков, расположенных ниже ватерлинии, с судна могут быть сняты некоторые грузы и конструкции, соответственно изменятся или совсем исчезнут подъёмные силы.

Все это необходимо учитывать, если возникнет необходимость определить нагрузку поднимаемого судна в каком-то заданном положении. Расчёт рекомендуется выполнять по форме табл.12 (нижняя часть), принимая за исходную величину подъёмный вес судна.

1.11. Расчёт изгибающих моментов и перерезывающих сил

1.11.1. Вычисление изгибающих моментов и перерезывающих сил производить путем интегрирования нагрузки судна, определяемой по табл.11, 12.

Расчёт следует производить по форме табл.13.

   Таблица 13

Вычисление перерезывающих сил и изгибающих моментов

Пределы теорети- ческих шпаций	Нагрузка на шпацию, кН [тс]	Сумма (2) сверху	Интег- ральная сумма графы (3)		Перерезы- вающая сила(3)+(5), кН [тс]			Изгибаю- щий момент (7)+(8), кН·м [тс·м]	Номер теорети- ческого шпан-гоута
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
20-19									20
19-18									19
18-17									18
17-16									17
16-15									16
15-14									15
14-13									14
13-12									13
12-11									12
11-10									11
10-9									10
9-8									9
8-7									8
7-6									7
6-5									6
5-4									5
4-3									4
3-2									3
2-1									2
1-0									1
									0

1.11.2. Приближенный расчёт изгибающих моментов и перерезывающих сил может быть произведен по методу интегральных коэффициентов, сущность которого изложена в последующих пунктах.

Расчёт по методу интегральных коэффициентов не требует подробной технической документации по аварийному судну и может быть использован при решении следующих задач:

расчёт изгибающих моментов и перерезывающих сил аварийного судна, находящегося на плаву с затопленными и поврежденными отсеками;

расчёт изгибающих моментов и перерезывающих сил судна на мели;

расчёт изгибающих моментов и перерезывающих сил при подъёме затонувшего судна.

Этот метод расчёта позволяет непосредственно учитывать сосредоточенные усилия, передающиеся на корпус от судоподъёмных понтонов и подъёмных кранов, а также дополнительные нагрузки от сил присоса, подъёмных сил сжатого воздуха или пенополистирола.

1.11.3. Согласно этому методу, перерезывающая сила и изгибающий момент в произвольном сечении судна

, отсчитываемом от кормового перпендикуляра, определяется по формулам:

                                     (34)

,                                    (35)

где

,

- перерезывающая сила и изгибающий момент от сосредоточенных сил, кН [тс], кН·м (тс·м);

,

- перерезывающая сила и изгибающий момент от веса корпуса, кН (тс), кН·м (тс·м);

,

- перерезывающая сила и изгибающий момент от сил поддержания, кН (тс), кН·м (тс·м).

1.11.4. При расчёте по методу интегральных коэффициентов к сосредоточенным силам относят:

вес палубных надстроек и рубок с оборудованием и изоляцией;

вес якорного и рулевого устройства и всех специальных устройств, расположенных выше палубы;

вес гребного вала и движителей;

вес машинной установки;

вес грузов, запасов, находящихся в трюмах, твиндеках и отсеках судна;

реакцию грунта, силу присоса, вес воды в затопленных отсеках, подъёмные силы от воздуха, пенополистирола, приходящиеся на одну теоретическую шпацию;

силы поддержания или усилия от кранов, понтонов, киллекторов, передаваемые на судно тросами.

1.11.5. Перерезывающая сила и изгибающий момент

сосредоточенных сил в сечении с координатой

определяются по формулам:

,            (36)

,     (37)

где

- вес "сосредоточенного груза", кН (тс);

       

- отстояние центра тяжести

-го "груза" от кормового перпендикуляра, м;

       

- число грузов, расположенных слева от сечения

.

При определении веса грузов, находящихся в воде, следует учитывать "потерю" их веса в воде.

1.11.6. Перерезывающую силу

и изгибающий момент

в произвольном сечении корпуса судна, вызванные действием распределенного веса корпуса, можно определить по формулам:

,       (38)

 

,      (39)

где

- вeс корпуса судна порожнем за вычетом веса сосредоточенных грузов, кН [тс];

- интегральный коэффициент распределенного веса корпуса, значения которого для сухогрузных судов, для танкеров и рудовозов приведены в справочном приложении 3;

       

  - интегральный коэффициент момента распределенного веса корпуса, значения которого приведены в справочном приложении 3.

При определении

и

 по таблицам для промежуточных значений

и

можно воспользоваться линейной интерполяцией.

1.11.7. Перерезывающую силу

и изгибающий момент

в произвольном сечении корпуса судна от сил поддержания можно определить по формулам:

          (40)

,         (41)

где

 

      (42)

     (43)

,

- интегральные коэффициенты сил поддержания и моментов сил поддержания при стандартном положении центра величины  

(приведены в справочном приложении 4);

,

- поправки к интегральным коэффициентам

и

на нестандартное положение центра величины (приведены в справочном приложении 4)

,        (44)

- стандартное положение центра величины, м, "+" в нос от миделя, "-" в корму от миделя.

Интегральные коэффициенты

и

 и поправочные коэффициенты

и

 вычислены для значений

=0,6-0,8 и относительных осадок

,

где

- осадка судна по летнюю грузовую ватерлинию, м.

1.11.8. Для выполнения расчётов по методу интегральных коэффициентов разработана программа расчёта общей прочности судна на ЭВМ - "ACCISHlP". Инструкция по подготовке исходной информации для этой программы приведена в рекомендуемом приложении 5.

1.11.9. В некоторых случаях, при оценке общей прочности аварийного судна, находящегося на плаву, необходимо учитывать изгибающие моменты, возникающие на волнении.

Величина волнового изгибающего момента может быть определена по формуле

,                                (45)

где

  - 0,026 - для вершины волны;

       

- для подошвы волны;

       

- высота волны, учитывающая район, сезон и принятые условия плавания, м;

,                              (46)

- коэффициент полноты ватерлинии;

,              (47)

       

 - скорость судна (скорость буксировки), м/с;

       

 - коэффициент волнового момента по длине судна (табл.14);

       

- изгибающий момент на тихой воде в рассматриваемом сечении, определяемый по табл.1З.

1.11.10. Величина вертикальной перерезывающей силы, действующей на судно на волнении, по длине судна определяется по формуле

,                                                (48)

где

- волновой изгибающий момент на миделе, кН·м [тс·м];

       

 - коэффициент, определяемый по табл.14.

Таблица 14

Номера шпангоутов	20	19	18	17	16	15	14
	0,0	0,05	0,10	0,22	0,35	0,52	0,68
	0,0	0,75	1,50	2,25	3,00	3,00	3,00
Номера шпангоутов	13	12	11	10	9	8	7
	0,82	0,96	1,00	1,00	0,99	0,94	0,84
	2,60	2,20	1,80	1,80	1,80	2,15	2,50
Номера шпангоутов	6	5	4	3	2	1	0
	0,74	0,58	0,43	0,28	0,13	0,06	0,0
	2,85	3,20	3,20	3,20	2,14	1,07	0,0

1.12. Определение предельного изгибающего момента для корпуса судна

1.12.1. Особенностью аварийно-спасательных и судоподъёмных работ является то обстоятельство, что они являются непредусмотренными при проектировании. Действующие на корпус судна при проведении этих операций нагрузки могут превышать эксплуатационные. Однако, эти нагрузки являются разовыми, статическими, и действие их не может вызвать в корпусе судна усталостных разрушений. Поэтому в большинстве случаев при производстве аварийно-спасательных и судоподъёмных работ нет необходимости знать напряжения, действующие в отдельных элементах эквивалентного бруса.

Более удобным в этом случае является использование понятия предельного изгибающего момента.

1.12.2. Предельным для корпуса судна называется изгибающий момент, при действии которого в наиболее удаленной от нейтральной оси связи появляются напряжения, равные нормативному пределу текучести материала.

При проведении аварийно-спасательных и судоподъёмных работ практически невозможно обеспечить посадку судна без крена и дифферента. Влияние дифферента учитывается при распределении сил поддержания по длине судна. При плавании судна с креном силы поддержания и веса уже не лежат в плоскостях, параллельных ДП судна, отчего возникает косой изгиб. Наличие повреждений обшивки и продольных связей приводит к несимметрии поперечного сечения судна относительно ДП и увеличивает влияние косого изгиба на величину нормальных напряжений.

Из вышесказанного следует, что величину предельного момента корпуса аварийного судна следует определять из рассмотрения косого изгиба.

Предельный изгибающий момент в кН·м [тс·м] в данном сечении судна при косом изгибе определяется по формуле

                                         (49)

,

,

где   

                     (50)