Введение к работе
Актуальность темы исследования. В настоящее время на учете Российского Речного Регистра (РРР) находится около 25 тыс. судов, из них около 37 % составляют суда транспортного флота и около 63 % - приходится на долю нетранспортного флота. При этом значительная часть судов со сроком эксплуатации 40-50 лет имеют негодную или ограниченно годную оценку технического состояния или выведены на «холодный отстой» и консервацию из-за значительных износов основных корпусных связей, разукомплектованности и нарушения сроков предъявления судов к осмотру и освидетельствованию Регистром.
Большинство судоходных компаний сохраняют свой флот за счет поддерживающего ремонта, переоборудования и модернизации, поскольку строительство нового флота связано с крупными капитальными вложениями, которых пока у сравнительно молодых компаний недостаточно.
Наиболее распространенным и традиционным способом ремонта корпусов судов является замена изношенных металлоконструкций новыми. При этом требуются значительные затраты металла и трудоемкости, а при ремонте подводной части корпуса обязательным условием является использование судоподъемных средств (слип, док, кессон).
Интенсивно стареющий флот требует поиска эффективных методов по снижению затрат на восстановление и поддержание корпусов судов в годном состоянии для их дальнейшей эксплуатации. Поэтому выполнение поддерживающего ремонта изношенных корпусов судов для продления срока их эксплуатации при минимальных затратах материалов, трудоемкости и стоимости работ является актуальной задачей для судовладельцев.
Одним из направлений утилизации изношенных корпусов транспортных судов является их перевод в стоечный флот для создания на базе корпусов этих судов плавучих отелей и гостиниц, торговых и выставочных павильонов, плавучих гаражей, ресторанов, дач, мастерских, причалов, хранилищ и прочее.
Опыт восстановления железобетоном прочности и водонепроницаемости в ЗО-е-50-е годы более 100 речных и морских судов, имеющих клепаную конструкцию корпуса, и их последующая эксплуатация в течение 10-15 лет и более показали надежность совместной работы элементов создаваемой композитной сталежелезобетонной обшивки.
Конструкция корпуса сварного судна по сравнению с клепаным имеет отличия, которые должны учитываться при разработке конструктивных решений при выполнении железобетонного усиления (ЖБУ). При разработке конструкции усиления судов железобетоном и при выполнении расчетов прочности должно учитываться современное состояние исследований в области судостроительных бетонов, а также современные теории
расчетов железобетонных и стальных конструкций с использованием программных комплексов (ПК) ЭВМ.
Поэтому совершенствование конструктивных решений и методов оценки общей и местной прочности при восстановлении прочности и водонепроницаемости изношенных корпусов стальных судов сварной конструкции с использованием железобетона для продления их эксплуатации при минимальных затратах на восстановительный ремонт является актуальной задачей.
Цель и задачи работы. Цель диссертационной работы заключается в совершенствовании конструктивных решений и методов расчета общей и местной прочности при восстановлении водонепроницаемости и прочности изношенных корпусов стальных судов с использованием железобетона.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
на основании анализа предшествующего опыта усиления железобетоном клепаных корпусов судов разработать конструктивные решения с использованием железобетона по восстановлению прочности и водонепроницаемости изношенных стальных корпусов, имеющих сварную конструкцию;
выявить эффективность работоспособности элементов композитных сталежелезобетонных конструкций при проведении натурных и модельных испытаний;
обосновать методические особенности расчета общей и местной прочности композитных сталежелезобетонных конструкций изношенных корпусов стальных судов;
исследовать возможность использования современных программных комплексов (ПК), основанных на методе конечных элементов, для повышения точности расчетов сталежелезобетонных конструкций (на примере ПК «ЛИРА»);
определить основные технико-экономические показатели при усилении железобетоном изношенных корпусов судов.
Объект исследования. Объектом исследования является изношенный корпус стального судна внутреннего плавания.
Предмет исследования. Предметом исследования является конструкция сталежелезобетонного усиления изношенного корпуса стального судна сварной конструкции и методы оценки прочности композитной конструкции.
Методы исследования. Для проведения исследований использовались методы экономического анализа и выбора вариантов конструктивных решений, теоретические методы и гипотезы строительной механики
корабля и теории упругости; экспериментальные методы с использованием тензометрирования и обработки результатов проведения эксперимента; численные методы расчетов с использованием современных программных комплексов, реализующих метод конечного элемента на примере ПК «ЛИРА».
Научная новизна исследования заключается в следующем:
разработаны конструктивные решения при восстановлении прочности и водонепроницаемости изношенных корпусов стальных судов сварной конструкции с использованием железобетона;
разработаны рекомендации по оценке общей и местной прочности стальных корпусов судов, усиленных железобетоном;
выполнены экспериментальное и теоретическое исследования работы сталежелезобетонного судна с усиленной железобетоном палубой при общем изгибе корпуса;
выполнены экспериментальное и теоретическое исследования с использованием ПК «ЛИРА» работы моделей сталежелезобетонных плит обшивки с наружным и внутренним усилением.
Практическая значимость работы. Результаты исследований использованы автором при разработке технической документации по восстановлению железобетоном прочности и водонепроницаемости корпусов 17 судов 11 проектов.
Положения, выносимые на защиту. По результатам исследований на защиту выносятся:
новые конструктивные решения при восстановлении прочности и водонепроницаемости изношенных корпусов стальных судов с использованием железобетона;
методические рекомендации по оценке общей и местной прочности стальных корпусов судов, усиленных железобетоном, основанные на результатах исследований, полученных при выполнении натурного, модельного и численного экспериментов.
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований докладывались на XI Дальневосточной научно-технической конференции «Повреждения и эксплуатационная надежность судовых конструкций» (Владивосток, 1990 г.), на научно-технических конференциях ВГАВТ (1989, 2005 гг.), на научно-технической конференции «Конструкция и прочность судов и сооружений» (Н.Новгород, 2000 г.), на научно-технической конференции «Эксплуатационная и конструктивная прочность судовых конструкций» (десятые «Бубновские чтения», Н.Новгород, 1994 г.), на научно-технической конференции «Транспорт -XXI век» (Н.Новгород, 2003 г.), на международной конференции в рамках научно промышленного форума «Великие реки» (Н.Новгород, 2009, 2010, 2013 гг.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 13 печатных работах, две из которых опубликованы в изданиях, рекомендуемых ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Основное содержание работы изложено на 195 стр. машинописного текста, в том числе содержит 74 рисунка и 25 таблиц. Список библиографических источников включает 102 наименования. В приложении приводятся примеры чертежей по конструкции наружного и внутреннего ЖБУ изношенных корпусов судов сварной конструкции, приведены примеры расчета общей и местной прочности, выполненные при разработке технической документации восстановительного ремонта корпусов железобетоном. Приводятся также копии актов внедрения, осмотра судов с ЖБУ корпуса и отзывы судовладельцев. В приложении приведено 23 рисунка и 13 таблиц.
