Płaszczyzny konstrukcyjne kadłuba

Statek morski stanowi bryłę o kształtach zewnętrznych – zazwyczaj nieregularnych, których jedyną charakterystyką(w znaczeniu geometrycznym) jest fakt, iż płaszczyzna symetrii biegnąca wzdłuż kadłuba dzieli go na dwie połowy(lewą i prawą) o identycznych kształtach.
Statek morski zbudowany jest z następujących części :
· kadłuba;
· nadbudówki;
· masztu;
· wyposażenia.
Konstrukcja kadłuba opiera się na szkielecie, do którego jest przymocowane poszycie.
Podstawą szkieletu jest belka zwana stępką. Ograniczona z przodu dziobnicą, a tylnicą z tyłu. Stępka zapewnia sztywność wzdłużną kadłuba. Prostopadle do niej mocuje się belki stanowiące żebra szkieletu nazywane wręgami. Nadają one kadłubowi sztywność poprzeczną, Do żeber w osi stępki mocuje się wzdłużniki, które łączą wręgi. Wzdłużniki wraz ze stępką nadają sztywność podłużną kadłuba.

Do szkieletu na zewnątrz kadłuba mocuje się poszycie, którego nazwa zależy od miejsca jego zamocowania: poszycie zamocowane do wręg nazywamy burtami, do stępki – dnem, do dziobnicy – dziobem a do tylnicy – rufą. Wewnątrz szkieletu kadłuba do wybranych wręg instalowane są ściany (grodzie), które dzielą kadłub na części zwane przedziałami wodoszczelnymi. Od góry szkielet przykryty jest pokładem, którego wzmocnienie stanowią połączone z wręgami pokładniki.
Kadłub statku jako konstrukcja złożona składa się z szeregu wiązań, które można podzielić na dwie zasadnicze grupy : wiązania wzdłużne i wiązania poprzeczne.

Na statkach mniejszych wiązania wzdłużne stanowią : stępka belkowa, nadstępka, poszycie kadłuba, pokład oraz wzdłużniki obłowe, burtowe i pokładowe.

Na statkach większych wiązania te stanowią : stępka płaska, stanowiąca część poszycia dennego, poszycie denne i burtowe, dno wewnętrzne z wzdłużnikami oraz pokłady i między pokłady z wzdłużnikami, a także wręgi wzdłużne w dnie i pokładniki pokładu górnego.

W obu wypadkach wiązania poprzeczne stanowią wręgi poprzeczne, wręgi ramowe i grodzie oraz pokładniki i denniki stanowiące część ram wręgowych.

Poza wymienionymi głównymi wiązaniami występują na statku jeszcze inne elementy konstrukcyjne o charakterze bądź miejscowym, bądź też ogólniejszym, jak : tylnica, dziobnica, podpory, przegrody wzdłużne, zrębnice luków itp.

Głównym wiązaniem wzdłużnym kadłuba statku jest poszycie zewnętrzne, łączenie z pokładem górnym. Elementy te wzmocnione są układem wewnętrznych wiązań wzdłużnych i poprzecznych, zapewniających kadłubowi potrzebną sztywność.

Układy tych wiązań w ciągu ponad stu lat od momentu wprowadzenia na szerszą skale stali jako materiału do budowy kadłuba ulegały stopniowym przeobrażeniom w miarę rozwoju nauk technicznych oraz doskonalenia się budownictwa okrętowego. W związku z tym konstrukcja kadłuba stalowego, mające swoje prawzory w budownictwie statków drewnianych, jeszcze dziś wykazuje wiele wspólnych z nimi cech. Na przykład wręgi były i nadal są głównym wiązaniem poprzecznym, zapewniającym zewnętrzne kształty kadłuba. Utrzymuje się je we właściwym położeniu przede wszystkim przez poszycie kadłuba, a następnie przez inne wiązania wzdłużne, jak wzdłużniki burtowe oraz międzypokłady. Na statkach stalowych bardzo ważnym elementem dla wytrzymałości poprzecznej są również grodzie wodoszczelne.

Ze względu jednak na odmienne cechy obu wspomnianych tworzyw wzorowanie się przy budowie statków stalowych ściśle na konstrukcjach drewnianych nie było możliwe. Te względy miały zasadniczy wpływ na stopniowe ukształtowanie się wiązań kadłuba stalowego, które obecnie projektuje się w trzech zasadniczych układach:
- poprzecznym,
- wzdłużnym,
- mieszanym.
Wszystkie te układy maja uczynić kadłub odpornym na działanie sił zewnętrznych i powodowanych przez nie naprężeń wewnętrznych.

Traktując kadłub statku jako belkę zginana raz na grzbiecie fali, drugi raz w dolinie fali, otrzymamy w skrajnych jego warstwach, a więc w poszyciu dennym i w górnym pokładzie wytrzymałościowym, największe naprężenia rozciągające lub ściskające, w zależności od stanu podparcia. Pomija się przy tym naprężenia skrętne.

Poprzeczny układ wiązań
Poprzeczny układ wiązań polega na wykonaniu wręgów z dennikami i pokładnikami w kształcie ram w płaszczyznach poprzecznych do płaszczyzny symetrii statku. Sztywność ram wręgowych i ich umiejscowienie są zapewnione za pośrednictwem wiązań wzdłużnych, które normalnie występują na każdym statku. Są to poszycie, pokład i wzdłużniki pokładowe oraz nadstępka z wzdłużnikiem dennym.

Układ ten jest najbardziej odpowiedni dla statków mniejszych, nie mających cylindrycznej wstawki na śródokręciu. Na statkach tych nie ma problemu wytrzymałości wzdłużnej, ponieważ zastosowane na nich grubości poszycia i pokładu ze względu na dodatek na korozję są aż nadto wystarczające dla zapewnienia utrzymania naprężeń na stosunkowo niskim poziomie.

Do niedawna jeszcze przepisy instytucji klasyfikacyjnych bazowały na poprzecznym układzie wiązań dla statków do przewozu ładunków suchych, wymagając układu wzdłużnego jedynie dla zbiornikowców.
Poprzeczny układ wręgów ma szereg niewątpliwych zalet, do których należą :
- odporność na obciążenia działające w płaszczyźnie poprzecznej kadłuba,
- łatwość wykonania i połączenia z innymi elementami kadłuba,
- korzyści eksploatacyjne spowodowane brakiem wysokich wiązań w ładowniach statku.
Cechą ujemną układu poprzecznego wiązań jest natomiast zmniejszona odporność płyt poszycia dennego i pokładu wytrzymałościowego na działanie obciążeń ściskających, występujących przy zginaniu kadłuba na fali.

Wzdłużny układ wiązań
Układ taki, stosowany na dużych statkach, charakteryzuje się tym, że wręgi burtowe i denne oraz pokładniki w rejonie ładowni statku, rozciągają się normalnie od siłowni na rufie do skrajnika dziobowego, są ułożone wzdłużnie.

Wręgi wzdłużne i pokładniki rozmieszcza się w odstępach mniej więcej równych odstępowi wręgów w układzie poprzecznym dla tej wielkości statku. Tworzą one ramy wzdłużne, co w porównaniu z układem poprzecznym daje znacznie większy wskaźnik wytrzymałości poprzecznego przekroju wiązań kadłuba, pozwalając przy zachowaniu takiego samego wskaźnika na zmniejszenie ciężaru kadłuba. Uzyskuje się przez to lepsze wykorzystanie materiału.

Przez wciągnięcie wręgów i pokładników w układ wiązań wzdłużnych możliwie jest zmniejszenie grubości płyt pokładu i poszycia dennego. Dla usztywnienia wiązań wzdłużnych i zapewnienia wytrzymałości poprzecznej wykonuje się mocne ramy poprzeczne w odstępach zależnych od długości statku – od 3,6m dla LŁ183m do 4,8 dla Lł244m. Ponadto co 4 lub 5 odstępów ram wykonuje się grodzie szczelne.

Wzdłużny układ wiązań szczególnie nadaje się do budowy zbiornikowców, których konstrukcja kadłuba jest stosunkowo prosta i pozwala na użycie, przy jej wykonywaniu, automatów spawalniczych w najszerszym zakresie.

Części końcowe statku wykonuje się zawsze w układzie poprzecznym ze względu na kształty tych części kadłuba.

Mieszany układ wiązań
Układ mieszany, mający zastosowanie na statkach średniej wielkości i dużych, narażonych na znaczne obciążenia wiązań kadłuba zwłaszcza przy przewozie ładunków ciężkich, polega na wykonaniu wręgów dennych i przeciwwręgów w dnie podwójnym oraz pokładników pokładu wytrzymałościowego w układzie wzdłużnym, natomiast wręgów burtowych i pokładników pokładów dolnych w układzie poprzecznym.

Układ mieszany, zapewniających kadłubowi dobrą wytrzymałość wzdłużną, jest również odporny na działanie sił poprzecznych i jest wygodny w wykonaniu. Dlatego stosowany jest zarówno na dużych masowcach, jak też i na znacznie mniejszych od nich dużych drobnicowcach. Przepisy Lloyd’s Register zalecają stosowanie wręgów wzdłużnych w dnie dla statków o długości L>120 m.

Konstrukcję końców statku wykonuje się zawsze w układzie poprzecznym, podobnie jak na statkach z wzdłużnym układem wiązań. Zwraca się przy tym szczególną uwagę na zachowanie ciągłości konstrukcyjnej wiązań, które nie mogą kończyć się w sposób nagły, lecz muszą być ze sobą dobrze powiązane. Odbywa się to przez przedłużenie wiązań wzdłużnych na odległość kilku odstępów wręgowych w obszar wiązań poprzecznych.


Bibliografia :

1. Witold Wakuła „Konstrukcja kadłuba okrętu” WYDAWNICTWO MORSKIE GDAŃSK 1975
2. Maciej Drogosiewicz, Janusz Nowakowski, Jerzy Pyrchla „Wiedza okrętowa” GDYNIA 1997