Постройка малых судов из армоцемента. Часть 2.


Главная цель этой части статьи — исследовать влияние, которое оказывают на проект армоцементного судна такие факторы, как высокий вес материала, желательность обеспечить работу обшивки как тонкой оболочковой конструкции, технологические возможности. ВЛИЯНИЕ ВЕСА МАТЕРИАЛА. Самым важным из упомянутых факторов является значительный вес материала.

 

В табл. I сравнивается плотность ряда судостроительных материалов; можно отметить, что плотность армоцемента близка к плотности легких сплавов. 

Табл. 2 показывает, какой вес корпуса (без учета веса палубы) может быть получен при использовании того или иного материала, причем сравниваются данные дли яхты длиной 12,2 м, эскиз обводов и типовая конструкция элемента корпуса которой приведены в 1-й масти статьи.

 

Армоцементный корпус весит, по крайней мере, столько же, сколько построенный из стали, хотя сталь в 3 раза более плотный материал. Корпуса из дерева и стеклопластика получаются как минимум вдвое легче армоцементного. Армоцементный корпус получается очень тяжелым не потому, что материал тяжел, е вследствие значительной толщины обшивки. Этот вывод необходимо иметь в виду во всех случаях, когда делаются попытки снизить вес проектируемого армоцементного судна.

 

Однако важно еще выдержать запроектированные толщины при постройке, что требует очень тщательного соблюдения технологии: известны, например, случаи, когда построенный корпус оказывался вдвое тяжелее, чем по проекту! Строитель должен представлять, к чему приводит излишний вес корпуса, а хороший конструктор должен заранее предусмотреть возможные вариации водоизмещения.

 

Данные табл. 2 подсказывают, что для сохранения тех же размерений LXВXТ водоизмещение армоцементного судна должно быть сделано соответственно больше, чем, скажем, деревянного; другими словами, не до компенсировать повышенный вес корпуса соответствующим увеличением объема его подводной части.

 

Если игнорировать это соображение, судно неминуемо сядет в воду глубже, чем предусмотрено теоретическим чертежом, или на яхте, снабженной балластом, придется уменьшать его вес, а вызванное этим общее повышение центра тяжести скажется на остойчивости и способности нести паруса.

 

                                                             Примечания. 1. Содержание стали в армоцементе определяется по объему.

 

                                                              2. Плотность цементного раствора составляет в средней 2162 кг/м3,

       Примечания.

 

1.Вес элементов конструкции, рассмотренных в 1-й части статьи, включает помимо веса обшивки поправку и вес киля, шпангоутов, флоров и т. п., но не учитывает вес палубы и надстройки. Все веса необходимо рассматривать как абсолютный минимум для данного материала и выбранных сечений набора. Цифры приведены дли яхты водоизмещением 13,5 т, имеющей общую площадь обшивки—64,2 м.

 

2. В колонке А приводится отношение веса элемента к весу его из стеклопластика. В колонке В приводятся аналогичные цифры, полученные американский конструктором Бингхэмоы для парусно-моторной яхты водоизмещением 18,2 т с поверхностью обшивки 102,5 мг. В колонке С приведены аналогичные данные Фьюсона.

 

3.Веса для стали рассчитаны в верхней строке—по правилам английского Регистра Ллойда для парусно-моторных яхт, в нижней—по чертежам яхты, спроектированной для постройки из стали и из армоцемеита,

 

4. Содержание стали в армоцемеитной обшивке —примерно 5,5% объема. Толщина защитного слоя раствора указана с учетом нанесения его с обеих сторон обшивки.

 

С учетом этого опыта для постройки из армоцемента предпочитают яхты тяжелого водоизмещающего типа. Правда, из этого же материала построено и несколько катамаранов и тримаранов (в Англии распространяются чертежи таких судов), но и конструктор и строитель должны приложить максимум усилий, чтобы армоцементный многокорпусник мог конкурировать с судном, построенным из легких материалов. Нам кажется, что применять армоцемент, не обладающий плавучестью, для таких легких судов, как парусные катамараны и тримараны, не имеет смысла. Дерево или стеклопластик выглядят здесь более обоснованно.

 

Поскольку для обеспечения глиссирования необходимо высокое отношение мощности двигателя (тяги парусов) к водоизмещению, скорость глиссирующего судна в значительной мере зависит от веса корпуса; естественно, армоцемент, по крайней мере — на сегодня, меньше всего пригоден для постройки подобных судов.

 

На моторных водоизмещающих судах более тяжелая конструкция корпуса в принципе дает то преимущество, что обеспечивает больший радиус инерции и, следовательно, более плавную качку. Дополнительное же водоизмещение легко получить, несколько увеличив ширину корпуса и радиус сопряжения обшивки днища с килем, сделав шире сам киль. Вызванная этим потеря скорости (при той же мощности двигателя) будет меньше, если сравниваются суда с низким числом Фруда,

 

Для стояночных судов типа дебаркадеров армоцемент явно предпочтительнее других материалов благодаря высоким эксплуатационным качествам. На рисунке приведены поперечные сечения двух имеющих одинаковый внутренний объем корпусов 12,6-метрового траулера, построенных из стеклопластика и армоцемента; показан типичный случай изменения обводов для компенсации дополнительного веса армоцементного корпуса.

 

Учет веса при проектировании яхты. Как мы уже знаем, водоизмещение армоцементной яхты должно быть достаточно велико, чтобы компенсировать относительно более высокий вес конструкции корпуса, неся все обычное оборудование и балласт, необходимый для обеспечения остойчивости.

 

Штрихпунктиром показаны обводы исходного варианта судна из стеклопластика (D=9,6 т), сплошной линией — варианта из армоцемента (D=16,6 т) прн тех же габаритных размерениях. 1—увеличение объема подводной части корпуса без изменения осадки и габаритной ширины; 2—увеличение радиуса сочетания днища и киля; 3 — высота палубы, при которой обеспечивается равный подпалубный объем, но увеличение веса при изготовлении палубы из армоцемента не сказывается на остойчивости.

Особенности обводов и конструкции армоцементной яхты длиной 14 м и водоизмещением 20,7 т, улучшающие условия работы обшивки.

 

1 — завал верхней части бортор; 2—круглые выпуклые сечения по шпангоутам, особенно в носовой части; 3—флоры, поднятые выше гарборда—уровня перегиба шпангоутов; 4—округлые обводы кормы; 5—увеличенная погибь бимсов,

 

Для оценки возможностей проектируемой армоцементной яхты можно использовать эмпирическую формулу А. Бейзера:

 

                                    D = 0,0005 (2.62L + 4)3,

 

где D — водоизмещение, т; L — длина по КВЛ, м.

 

В своей книге «Правильно сконструированная яхта» Бейзер пишет: «Если водоизмещение крейсерской яхты выше, чем определенное по этой формуле, на 10—25%, судно получается слишком тяжелым для своей длины, но еще может быть неплохим парусником; если же эта разница более 25% — яхта определенно будет неудачной.

 

С другой стороны, яхта с водоизмещением, равным 65—95% формульного, должна быть спроектирована особенно тщательно — с расчетом на то, чтобы преимущества такой облегченной конструкции компенсировали ее недостатки. Эта задача практически невыполнима, если водоизмещение проектируемой яхты оказывается ниже 65% формульного».

 

Это правило имеет особенное значение для армоцементных крейсерских яхт, поскольку, как уже подчеркивалось, на вес их корпуса приходится значительно большая часть водоизмещения, чем на сравнимых судах из других материалов. Если водоизмещение проектируемой яхты существенно ниже значения D, вычисленного по формуле Бейзера, то применять армоцемент можно только в том случае, если есть возможность использования какой-то специальной технологии, позволяющей уменьшить вес конструкции без ущерба для эксплуатационных качеств.

 

Пример удачного проектирования и постройки армоцементной яхты. Осадка спущенной на воду яхты соответствует расчету.

 

Показан кэч длиной 12,2 м, который используется в качестве основы для сравнения весов в данной работе. После установки мачты, загрузки якорцепью и заполнения цистерн имеющийся дифферент на корму должен выправиться.

 

Ряд армоцементных крейсерских яхт был построен из армоцемента, но по проектам, в которых предусматривалась более легкая деревянная конструкция. Все эти яхты без исключения после спуска на воду имели гораздо большую осадку, чем деревянные прототипы, и в лучшем случае — лишь удовлетворительные ходовые качества (при условии, что в конструкции палуб, надстроек и т. п. не было заложено чрезмерное количество армоцемента).

 

Полный вес корпуса крейсерских яхт обычно составляет примерно постоянную долю водоизмещения D. Для деревянного или пластмассового корпуса нормальной конструкции он получается равным 18—25% D (чаще — ближе к верхнему пределу). Для армоцементных же яхт, как показывает практика, вес корпуса, включая вес палубы и надстройки, составляет 35—45% D, хотя при больших размерениях судна эта доля может быть и несколько меньше.

 

Другая часть весовой нагрузки — обстройка корпуса, оборудование, судовые устройства, оснастка, механическая установка, снабжение и экипаж — не зависит от материала корпуса. Таким образом, компенсировать увеличение веса собственно армоцементного корпуса можно только за счет уменьшения веса балласта.

 

Если на деревянных и пластмассовых яхтах вес балласта обычно составляет около 40 % D (а иногда и более), то на армоцементных яхтах он редко превышает 25% D и может достигать 30% только при особо тщательных проектировании и постройке судна.

 

При проектировании армоцементных яхт необходимо учитывать неизбежное уменьшение веса балласта и добиваться соответствующего повышения остойчивости формы, а также максимального понижения центра тяжести (например, продуманным размещением наиболее тяжелого оборудования — двигателя, цистерн). Необходимость тщательного контроля за положением центра тяжести по высоте — характерная особенность проектирования армоцементных судов вообще.

 

Это обстоятельтво является важнейшим при решении вопроса о возможности использования армоцемента для изготовления таких высоко расположенных конструкций, как палуба, рубка, поперечные переборки. Армоцементная палуба при достаточной прочности оказывается проще в изготовлении и свободна от течи во время эксплуатации, но практически на многих армоцементных судах палубу и рубку приходится делать из более легких материалов только из-за того, чтобы не ухудшать остойчивость повышением ЦТ.

 

При предварительной оценке веса армоцементного корпуса необходимо учитывать, что вес набора (флоры, шпангоуты), фундаментов двигателя и т. п., как правило, составляет до 40% веса наружной обшивки. Ограничения размерений. Армоцемент нельзя использовать для постройки как очень малых, так и очень больших судов.

 

Чем меньше судно, тем более важным ограничивающим фактором становится вес корпуса, поэтому такие тяжелые материалы, как сталь и армоцемент, обычно при постройке малых судов не применяют. Обшивка из армоцемента может быть сделана очень тонкой, однако при этом не удается обеспечить ее прочность на скалывание и удар, а также трещиностойкость. В настоящее время отсутствуют удачные армоцементные конструкции судов длиной менее 5 м.

 

Для судов больших размерений армоцемент не применяют, так как он становится менее выгодным, чем железобетон: чтобы предотвратить образование трещин, необходим очень большой объем стальной арматуры и сетки; пропитать толстый пакет арматуры раствором — представляет весьма сложную задачу.

 

Ориентировочным верхним пределом длины армоцементного судна можно считать 36 м; при большей длине рекомендуется использовать предварительно напряженный железобетон. ОСОБЕННОСТИ ОБВОДОВ. Желательно, чтобы армоцементная обшивка работала как тонкая оболочка.

 

Подобный эффект трудно получить на всей площади поверхности корпуса, но, по крайней мере, на большей ее части этого можно добиться, применяя наиболее выгодные с точки зрения обеспечения жесткости криволинейные выпуклые формы (на рисунке показаны некоторые конструктивные решения, применяемые при проектировании обводов и конструкции корпуса армоцементных яхт).

 

Для армоцементного корпуса идеальна такая форма, при которой обшивка работала бы только на сжатие. Любой элемент конструкции под действием сжатия имеет тенденцию к изгибу, которую можно уменьшить, сделав конструкцию более жесткой. В частности, для этого могут быть применены увеличение толщины обшивки или подкрепление ее набором; кроме того следует избегать вогнутости формы (смотря с наружной стороны обшивки).

 

Важно, чтобы во всех случаях нагрузка не приводила к циклическим деформациям, так как армоцемент плохо работает на усталость. По этой причине необходимо, чтобы на корпусе не было ни плоских неподкрепленных пластин, ни неподкрепленных вогнутых участков. В частности, флоры должны подкреплять район гарборда, т. е. их верхняя кромка должна быть расположена выше точек перегиба шпангоутов в месте перехода днища в борт (а сам этот перегиб должен быть по возможности плавным).

 

Шпангоуты, если рассматривать действие обшивки как оболочки, не являются необходимостью, по крайней мере — на судах среднего размера, однако совершенно необходимо обеспечить достаточно солидное подкрепление днища килем и флорами (в этом отношении армоцементные суда идентичны построенным из других материалов).

 

Выбор сечений набора. Для коммерческих судов, строящихся из армоцемента, имеются специальные таблицы сечений набора, разработанные классификационным обществом «Норвежский Веритас». Для прогулочных судов таких таблиц нет, но, если допустимо некоторое увеличение веса корпуса, можно воспользоваться упомянутыми нормами.

 

Обычно конструкторы малых судов подбирают элементы конструкции по принципу обеспечения равной прочности армоцементного корпуса корпусам из других материалов, для которых определенные нормы существуют.

 

 

Несмотря на традиционный внешний вид это довольно необычная яхта. При длине по КВЛ только 427 м (наибольшая длина 5,79 м) водоизмещение ее составляет 3,6 т.

 

Чтобы получить такое водоизмещение, конструктор Б. Донован сделал корпус необычно широким (с соотношением £/В=2,08), с плавными очертаниями шпангоутов на скуле и с широким килем, имеющим внизу плоский участок. Осадка яхты 1,02 м. В каюте можно ходить, выпрямившись в полный рост. Яхта способна нести полное снаряжение для длительного плавания двух человек.

                          Армоцементная яхта длиной 17,7 м, построенная по обводам известного кэча «Тиога» американского конструктора Л. Херрешоффа.

 

Чтобы выдержать проектное водоизмещение, толщина обшивки была максимально уменьшена, арматура выполнена из высокопрочной проволоки, палуба и рубка изготовлены из фанеры. Несмотря на все это, вес балласта пришлось уменьшить с 37% D (по первоначальному проекту для деревянной яхты) до 30%.

 

УЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСО¬БЕННОСТЕЙ.

 

Пакет арматуры по всей площади как с внутренней, так и с наружной стороны должен быть легко доступен для нанесения раствора. Следовательно, конструктор должен избегать узких и глубоких килей, дейдвудов и подобных трудно доступных узлов; в противном случае нельзя гарантировать высокое качество омоноличивания без образования в толще детали пустот.

 

Более широкий киль на яхте, например, будет удобнее для укладки арматуры и омоноличивания; кроме того важно, что получается больший объем, который можно использовать для закладки балласта из дешевого чугуна вместо дорогого свинца.

 

Могут встретиться трудности при омоноличивании небольших узких узлов — таких, как рулевой плавник или выходящая кромка киля. В таких случаях рекомендуется применять вибратор и более текучий раствор.

 

СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ И МАТЕРИАЛЫ.

 

В последние годы разработан ряд новых материалов на основе армоцемента и новых технологических приемов, позволяющих преодолеть ограничения, существующие при использовании «традиционного» армоцемента и обычной технологии, и открывающих новые возможности, однако в печати пока очень мало информации по этому поводу. Как правило, новые технологические процессы вовлекают в производство более дорогие материалы, высококвалифицированный труд, большие капитальные вложения.

 

                                                                            Плита из волокнистого армоцемента испытывается на изгиб.

 

Б этой состоянии еще не произошло разрушения материала, не нарушилась и его водонепроницаемость. Фото Т. Бойда

 

Легкий раствор. Существует несколько разработок цементных растворов меньшей плотности для использования с традиционной армирующей схемой; это улучшает соотношение прочности и веса материала.

 

Сенофлекс один из таких растворов, разработанный судострои¬тельной компанией в США. Благодаря введению в раствор сеносфер— микросферических полых силиконовых частиц (побочный продукт сжигания угля), плотность раствора уменьшается на 15%, однако на сегодня микросферы чрезвычайно дороги.

 

Фералит — материал на основе термообработанной системы полиэфирной смолы. Синтетический раствор получают смешиванием в специальном агрегате (поставляемом фирмой-изготовителем вместе со смолой), причем в качестве одного из компонентов в раствор входит асбест; применяется также и специальная составляющая для уменьшения веса. Готовый раствор может быть использован как с обычными, так и со специальными армирующими материалами, производимыми компанией.

 

Хотя прочность на сжатие фералите вдвое меньше, чем обычного цементного раствора, прочность на растяжение много выше, а предел прочности при изгибе выше в 5 раз.

 

Фибермент— заменитель цементного раствора, разработанный в Бра¬зилии и, судя по рекламе, имеющий на 27% меньшую плотность. Материал содержит волокнистые добавки — асбест и перлит в качестве частичного заменителя песка.

 

Подчеркнем, что эти и другие известные заменители цементного раствора легче его, позволяют создать армоцемент высокой прочности, но гораздо дороже. 

 

Повышенное содержание стали. Обычное армирование, рассмотренное в 1-й части статьи, не позволяет получить высокое содержание стали без интенсивного применения стержней большого диаметра, которые уже не являются эффективной арматурой. С другой стороны, если использовать больше сетки, ее становится трудно пропитывать раствором.

 

Есть два новых метода повысить содержание стали, не опасаясь отмеченных выше недостатков.

 

Процесс «Фиберстил» — патентованная технология выклеивания армоцементного корпуса слоями, при котором слои сетки внедряются в жидкий раствор, предварительно нанесенный на поверхность матрицы. Стержни используются только в районах, подвергающихся значительным местным нагрузкам, таким образом обшивка армируется лишь сеткой.

 

Поскольку сетка послойно продавливается сквозь раствор, проблемы пропитки пакета арматуры не существует. Необходимо изготовление матрицы; процесс пригоден лишь для постройки большой серии идентичных корпусов.

 

Волокнистый армоцемент — термин, используемый новозеландской фирмой в качестве названия разработанного ею процесса армирования. Армирующий пакет набран из нескольких слоев крупной, сделанной из толстой стальной проволоки сетки, чем обеспечивается высокое содержание стали. Чтобы получить нужную трещиностойкость, в раствор вводятся беспорядочно распределенные небольшие отрезки стальной проволоки, выполняющие роль тонкой и частой сетки в обычном армоцементе.

 

В отличие от метода «Фиберстил», «волокнистый армоцемент» можно использовать без матрицы и для единичной постройки судов (метод запатентован американской компанией). Затраты на постройку корпуса оказываются несколько меньше и за счет того, что рубленая проволока дешевле тканой сетки, а меньшее количество слоев сетки дает некоторую экономию трудоемкости.

 

Сэндвичевая (трехслойная) конструкция — с применением легкого заполнителя между слоями обычного армоцемента также нередко используется для улучшения показателей удельной прочности армоцементных корпусов.

 

В Новой Зеландии имеется успешный опыт использования в качестве заполнителя деревянных досок. Хотя дерево, по некоторым данным, внутри цемента гниет, в корпусах судов, построенных этим методом, не было обнаружено видимых разрушений после нескольких лет экслуатации.

 

При постройке армоцементных судов в Бангладеш канадская компания применила заполнитель из бамбуковых стволов, однако данные о результатах этого эксперимента пока не опубликованы.

 

В Австралии испытан метод постройки армоцементных корпусов с заполнителем из жесткого поливинилхлорида (пенопласта того же типа, что применяется при изготовлении корпусов из

 

стеклопластика). Пенопластовый заполнитель был использован также в сочетании с методом «фиберстил».

Предварительное сжатие («препрессинг») раствора — применяется для повышения способности монолита воспринимать растягивающие напряжения. Метод состоит в том, что благодаря введению в раствор специальных добавок, которые расширяются и химически реагируют с цементом, в монолите при затвердевании возникают напряжения сжатия. Монолит становится более стойким к образованию трещин.

 

Предварительное сжатие проволоки — еще один метод повышения прочности армоцемента. В конструкции при омоноличивании оставляют каналы, в которые вводится проволока, предварительно напряженная растяжением. Звтем каналы заполняют цементом, а когда цемент затвердеет, концы проволоки освобождают; благодаря упругой ее деформации конструкция оказывается предварительно сжатой.

 

Этот метод широко применяется в Австралии при постройке яхт, включая знаменитую «Хелсал» — победительницу гонки Сидней — Хобарт, В Новой Зеландии этим методом построено несколько армоцементных барж.

 

Существует и ряд других методов постройки армоцементных корпусов, которые разработаны с учетом специфики материала. Например, строят корпуса с уменьшенной шпацией: частое расположение шпангоутов дает уменьшение изгибающего момента в обшивке между ними и позволяет выполнить ее более тонкой. Такое решение используется, в частности, для уменьшения веса малых сравнительно быстроходных судов, строящихся в США и КНДР.

 

Однако следует помнить, что с уменьшением толщины обшивки ухудшается ее ударная стойкость; чтобы избежать этого отрицательного эффекта, на упомянутых быстроходных судах применялась сетка из высокопрочной стали, а внутренние объемы в шпации были заполнены пенопластом. Часто армоцемент применяется в качестве защитного покрытия.

 

Например, армоцементной оболочкой покрывают старые деревянные корпуса при ремонте (или даже новые деревянные суда), чтобы снизить расходы по их дальнейшему содержанию и гарантировать водонепроницаемость. Подобным же образом ремонтируются старые стальные корпуса.

 

И. Ц. Баух, Г. Л. Боуэн

Источник:«Катера и яхты» №6 (70) ноябрь-декабрь 1977г

 

 

Оставить комментарий

Комментарии: 3
  • #1

    rytuał miłosny (Вторник, 11 Апрель 2017 00:43)

    rytuał miłosny

  • #2

    sex cartoon (Четверг, 13 Апрель 2017 11:55)

    bes porn

  • #3

    Kamagra 100mg (Пятница, 14 Июль 2017 10:47)

    viagra buy online