автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Проектирование и диагностика стальных конструкций доков с учетом надежности и эксплуатационных ограничений

Перечень сокращений и пояснения некоторых терминов.

Введение.

Глава 1. Анализ опыта эксплуатации корпусов плавучих доков, методов оценки нагрузок, прочности и надежности.

1Л. Анализ аварий, повреждений и ремонтов.

1.2. Сопоставление подходов к определению нагрузок.

1.3. Исследования коррозионного износа.

1.4. Анализ методов оценки прочности конструктивных элементов.

1.5. Анализ методов оценки надежности.

1.6. Цели и задачи исследования.

Глава 2. Определение вероятностных характеристик напоров с учетом введения эксплуатационных ограничений.

2.1. Анализ статистики докований.

2.2. Определение нагрузок с учетом эксплуатационных ограничений.

2.3. Натурные исследования нагрузок.

2.4. Методика определения вероятностных характеристик напоров.

Плавучие доки - достаточно малочисленные сооружения, их количество не превышает 2 % от парка всех морских судов [90, 93]. Вместе с тем они являются основными судоподъемными сооружениями, используемыми при судоремонте в России. Не менее 80 % морских судов ранее проходили в них докования [107]. Очевидно, что уровень надежности корпусов доков определяет как конкурентоспособность судоремонтных заводов, так и нормальную эксплуатацию гражданского и военного флота страны.

По типу используемого материала плавучие доки подразделяются на стальные, железобетонные и композитные (железобетонный понтон и стальные башни). Металлические доки составляют 2/3 от всего количества плавучих доков [90]. Как правило, доки средней и большой грузоподъемностью 9000-^80000 т, обеспечивающие возможность докования практически любых судов, являются стальными.

После 1989 г. поступление новых доков на заводы России отсутствовало [90, 108] на фоне списания работающих доков. Так, в 1999 г. под надзором PC находилось 64 металлических плавучих дока [90], вместо 110 в 1980 г. [66].

Одной из основных причин списания плавучих доков явилось их неудовлетворительное техническое состояние из-за коррозионных и деформационных повреждений после продолжительной эксплуатации, требующее значительных затрат на ремонт при значительном сокращении потребности в доках из-за ухода судов на ремонт за границу. Особенно критичным было положение в середине 90-х гг.

Нормативный срок службы плавучих доков - 50 лет [80]. Однако уже к середине срока эксплуатации доки получают повреждения в виде переломов корпусов из-за недостаточной продольной прочности, остаточных деформаций листовых и балочных элементов, чрезмерного коррозионного износа [36, 90, 123]. Устранение последствий недостаточной надежности часто требует больших финансовых затрат владельцев, что усугубляется неожиданностью 6 появления проблем. Так, полный объем ремонта определяется только после проведения диагностики корпусных конструкций, которая включает в себя замеры толщин, деформаций и оценку технического состояния путем сопоставления с допускаемыми параметрами. В результате названные повреждения практически не устраняются, а доки продолжают эксплуатацию, часто без документов PC, что создает еще большую угрозу аварий.

Одним из возможных путей решения вышеназванных проблем является введение для плавдоков эксплуатационных ограничений. Это, прежде всего, ограничение таких характеристик, как масса докуемых судов, предельная глубина погружения и период между освидетельствованиями.

В настоящее время отсутствуют методики, связывающие понижение эксплуатационных характеристик с величинами нагрузок и нормами на оценку технического состояния корпусных конструкций. Использование действующих Правил РС-99 также не позволяет решать эти вопросы из-за имеющихся недостатков в назначении величин напоров на элементы корпуса. Так, нагрузки, определяющие местную прочность для бортовых отсеков в Правилах, не зависят от массы докуемых судов, что противоречит логике и опыту проектирования доков [72, 73]. Кроме того, отсутствуют исследования вероятностных характеристик напоров на конструкции доков.

Практика эксплуатации показывает заметное увеличение повреждаемости конструкций плавучих доков от мидель-шпангоута к оконечностям. Это результат роста нагрузок к оконечностям, что не имеет отражения сейчас в методиках и нормах.

Сейчас недостаточно изучены закономерности коррозионного износа доков, особенно набора. Так, назначение в Правилах РС-99 единого уровня скорости коррозионного износа для всего набора внутри балластных отсеков не согласуется с практикой. Локализация чрезмерного износа и остаточных деформаций набора, имеющая место для эксплуатирующихся доков [50, 90, 123], подтверждает это. 7

В настоящее время пересматриваются основы нормирования прочности корпусных конструкций судов. Наблюдается отход от критерия фибровой текучести и использование физически более обоснованных критериев отказа элементов корпуса [63, 64]. Основной становится предельная прочность балочных и листовых связей с учетом совместного действия изгиба, сдвига и продольных усилий в поперечных сечениях элементов (шарнирах).

Использование других критериев, например учет мембранного эффекта пластин в [62], справедливо критикуется В.В. Козляковым [90].

Переход к численному определению надежности элементов корпуса как меры вероятности отказа сейчас возможен, но имеющиеся в настоящее время знания о вероятностных характеристиках коррозионного износа элементов корпуса доков и нагрузок недостаточны для решения задачи.

Таким образом, необходимо детально и последовательно изучить опыт эксплуатации плавучих доков, вероятностные характеристики нагрузок и коррозионного износа для различных элементов корпуса с целью создания подходов к определению надежности корпусных конструкций доков при проектировании и в процессе эксплуатации.

Одним из основных вопросов при оценке надежности конструкций является определение ее приемлемого уровня. Использовать здесь опыт проектирования и эксплуатации следует осторожно, так как надежность в явном виде ранее не регламентировалась и не оценивалась. Однако, если рассматривать плавучий док как инструмент получения прибыли, появляется возможность оценивать приемлемый уровень надежности конструкций.

В практике часто приходится прибегать к эксплуатации плавучих доков, имеющих повреждения корпусных конструкций в отдельных отсеках. Принципиально это возможно, если имеются резервы грузоподъемности дока и обеспечивается снижение нагрузок на поврежденные конструкции так, чтобы избежать ухудшения технического состояния. Для этого необходима разработка соответствующего методического обеспечения. 8

Трудности, с которыми сталкиваются владельцы доков, во многом вызваны отсутствием прогнозирования затрат на поддержание технического состояния корпуса дока на должном уровне. Отсутствует возможность оперативного уточнения объемов ремонта с учетом введения эксплуатационных ограничений. Поэтому своевременной является постановка задачи о разработке алгоритма и компьютерной программы оценки технического состояния корпуса плавучего дока, предусматривающая возможность введения эксплуатационных ограничений.

Все вышесказанное говорит об актуальности исследований вероятностных характеристик нагрузок, коррозионного износа, автоматизации диагностики, надежности корпусов плавучих доков с экономической проработкой приемлемого уровня безотказной работы элементов корпуса и введением эксплуатационных ограничений.

В исследовании под термином "надежность" понимается вероятность безотказной работы. Отказом считается достижение действующими давлениями значений предельных нагрузок для элементов корпуса.

Цель работы - разработка методики оценки надежности, рекомендаций по проектированию стальных корпусных конструкций доков, алгоритмов и программ для диагностики и безаварийной эксплуатации ПД с учетом эксплуатационных ограничений.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Выполнен анализ аварий, повреждений, ремонтов и методов, используемых для оценки нагрузок, прочности и надежности.

2. Собрана и проанализирована статистика докований судов в плавучих доках.

3. Выполнены натурные исследования величин напоров в процессе доковых операций. 9

4. Получены зависимости для вероятностных характеристик нагрузок на конструкции корпуса ПД с учетом их месторасположения и возможности введения эксплуатационных ограничений.

5. Определены и уточнены вероятностные характеристики коррозионного износа конструкций доков.

6. Исследована местная прочность и устойчивость элементов корпуса плавдоков.

7. Выполнена оценка оптимальной вероятности безотказной работы конструкций ПД.

Методы исследований. При выполнении работы использованы классические методы строительной механики корабля, метод конечных элементов, методы теории предельного равновесия, методы математической статистики и теории вероятностей, натурные эксперименты.

На защиту выносятся следующие основные результаты работы.

1. Методика определения вероятностных характеристик напоров на конструкции плавучих доков с учетом эксплуатационных ограничений;

2. Формулы для оценки законов распределения предельной прочности конструктивных элементов с учетом коррозионного износа;

3. Предложения по проектированию и оценке уровня надежности конструкций корпуса плавучих доков.

Автор благодарит проф. С.В. Антоненко, проф. В.В. Козлякова, сотрудников кафедр конструкции и проектирования судов ДВГТУ за ценные замечания, учтенные при написании данной работы.

10

1. АНАЛИЗ ОПЫТА ЭКСПЛУАТАЦИИ КОРПУСОВ ПЛАВУЧИХ ДОКОВ, МЕТОДОВ ОЦЕНКИ НАГРУЗОК, ПРОЧНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ

Проблемами плавучих доков занимались большинство кораблестроительных школ России. Так, Ленинградская школа создала нормативную базу проектирования корпуса плавучих доков. Одним из основных направлений Одесской школы было исследование перегонов доков, технической эксплуатации, но без серьезных исследований коррозионного износа. Калининградская школа специализировалась на вопросах коррозионного износа, в основном листовых конструкций, исследованиях поперечного изгиба понтонов во всплытом состоянии. Исследованиям в области рационального проектирования доковых опорных устройств, общей прочности системы док-судно занималась Дальневосточная школа проф. Е.П. Аникина. Вопросам нормативного обеспечения диагностики доков посвящены работы учеников школы проф. Н.В. Барабанова. Кроме названных имен следует также отметить С.В. Антоненко, Э.Н. Гарина, В.И. Заковряшина, В.В. Козлякова, Б.Я. Розендента, Б.И. Пименова, В.Н. Тряскина, Г.Н. Финкеля, Е.А. Шишенина и других, выполнявших свои исследования в области проектирования, эксплуатации и диагностики плавучих доков. Нельзя не упомянуть также А.С. Брикера, А.И. Максимаджи, Г.В. Маркозова, чьи работы были посвящены решению вопросов технической эксплуатации морских судов. Общая методология этих решений применяется в настоящее время и для корпусов плавучих доков.

До середины 80-х гг. одной из основных проблем судоремонта являлся недостаток судоподъемных сооружений. Поэтому с начала 60-х гг. достигло большого размаха строительство плавучих доков внутри страны [60]. Кроме того, в Югославии, Швеции, Японии было закуплено большое количество стальных плавучих доков грузоподъемностью 25000^-80000 т [66, 72, 73, 108].

11

Это практически обеспечило нужды судоремонтной промышленности, хотя оставался некоторый дефицит.

Отсутствие серьезного пополнения парка плавучих доков в 90-е гг. и ограниченность средств на ремонт привело к обострению проблем с поддержанием должного технического состояния эксплуатирующихся доков. Вместе с тем проявились нерешенные ранее проблемы надежности их корпусов.

В исследовании часто используются сопоставление с требованиями Правил Регистра. Поэтому уместен экскурс в историю раздела "Плавучие доки" в Правилах.

Требования к корпусам плавучих доков в Правилах Регистра появились только в 1970 г. [66]. Они были существенно переработаны в 1974-1975 гг. группой сотрудников ЛКИ под руководством В.В. Козлякова [66, 78]. В Правилах Регистра 1990 г. [79] раздел по плавучим докам был изменен по результатам исследований сотрудников ЛКИ под руководством Э.Н. Гарина [66, 67]. Следует отметить, что эти требования остались неизменными и в Правилах Регистра 1999 г. [80].

В главе 1 подытожен широкий круг исследований по повреждениям, определению величин напоров, прочности и надежности корпусных конструкций плавучих доков, выделяются не решенные до настоящего времени проблемы.

1.1. Анализ аварий, повреждений и ремонтов

Плавучие доки существенно отличаются условиями эксплуатации и конструкцией корпуса от обычных морских судов.

Основную часть срока службы плавучие доки, как правило, эксплуатируются в закрытых акваториях возле судоремонтных заводов. Способ

12 работы - подъем судов откачкой воды из балластных отсеков, составляющих большую часть корпуса.

Типичными примерами конструкции корпуса являются конструктивные мидель-шпангоуты стальных плавучих многопонтонных доков грузоподъемностью 25000, 27000 и 4500 т, построенных соответственно в Японии, Швеции и России, рис. П.2.1-3.

Для понтонов плавдока ГП 27000 т применена поперечная система, а для башен - продольная, рис. П.2.1. Особенностью является использование раскосов, служащими промежуточными опорами для балок основного набора, что подробно изображено на рис. 3.2.1. Систему набора этого дока можно отнести к ферменной.

Система набора дока ГП 25000 т - продольная по понтонам и башням с применением мощных рамных связей, образующих замкнутое кольцо, что напоминает систему набора наливных судов, рис. П.2.2.

Система набора плавдока ГП 4500 т - ферменная поперечная, рис. П.2.3.

Во всех случаях для соединения двух непрерывных башен с несколькими понтонами применено фланцевое соединение.

Так как плавучие доки эксплуатируются на судоремонтных заводах, а строятся на удаленных крупных судостроительных заводах, необходим процесс перегона. Для эксплуатирующихся в России доков одним из наиболее длинных был перегон по маршруту Трогир (бывшая Югославия) - Славянка [53], наиболее коротким - Иокогама (Япония) - Находка [73].

В ходе перегонов наблюдались повреждения в виде усталостных трещин во временных подкреплениях, хрупкие разрушения рельсов на топ-палубе, появлялись трещины в кольцевых монтажных стыках корпуса [42]. В материалах, подготовленных при участии проф. Е.П. Аникина [53], приведены сведения о повреждениях двух однотипных доков ГП 30000 т (трещины по днищу и борту понтонов, гофры днища - в районе усилений для перегона).

13

Основными причинами повреждений явились неправильное конструктивное оформление узлов корпуса в районе соединения понтонов между собой и со стенками башен, неправильное или некачественное выполнение временных подкреплений, ошибки проектанта при расчетах общей прочности (учет степени участия конструкций ниже фланцевого соединения в обеспечении продольной прочности), а также условия перегона.

Корпус дока в районах соединения понтонов между собой и со стенками башен имеет высокую концентрацию напряжений. Исследования на базе крупных моделей доков и расчеты по МКЭ [43] показали, что величина коэффициента концентрации при вертикальном изгибе составляет 1.6-И .9.

Специалистами судоремонтных заводов отмечалось, что после перегонов многопонтонных доков необходимо выполнение большого объема работ по восстановлению поврежденных фланцевых соединений понтонов с башнями.

Считается, что одним из достоинств многопонтонных доков является их большая ремонтопригодность. Фланцевое соединение понтонов с башнями позволяет отделять понтоны и выполнять их ремонт, подняв понтон в этом же доке.

Однако практика эксплуатации показала, что описанный способ выполнения ремонта крайне редок, так как сопряжен с большими трудностями демонтажа и монтажа понтонов после продолжительной эксплуатации. Это показал, в частности, ремонт концевого понтона плавучего дока ГП 4500 т (Первомайский СРЗ, порт Владивосток). Практика эксплуатации плавучих доков ГП 25000, 27000 т и других показала, что практически любой ремонт корпуса выполним на плаву.

Очевидно, что многопонтонные доки дороже монолитных из-за увеличения массы корпуса и усложнения конструкции в районе соединения понтонов с башнями, применения фланцевого соединения. Увеличение массы обусловлено также применением большего числа торцевых непроницаемых переборок (две на каждый понтон вместо двух на весь док).

14

Учитывая также, что сведения об аналогичных повреждениях стальных монолитных доков при перегонах от места постройки к району эксплуатации отсутствуют, они при прочих равных условиях более предпочтительны многопонтонных.

Как известно, корпус плавучего дока должен надежно обеспечивать сопротивление продольному (относительно ДП) изгибу башен (всего корпуса для монолитных доков) и поперечному изгибу понтона.

Нормирование поперечной прочности является особенностью плавучих доков и связано с относительно небольшой высотой понтона. Проектные расчеты поперечного изгиба понтонов достаточно подробно описаны в [54, 80]. Два типовых расчетных случая показаны на рис. 1.1.1. Сведения о случаях нарушения поперечной прочности понтонов при эксплуатации плавучих доков отсутствуют, поэтому далее этот вопрос не рассматривается.

Рис. 1.1.1. Типовые случаи расчета поперечной прочности понтона

Опыт эксплуатации показал, что проблема обеспечения продольной прочности дока во время обычной эксплуатации не решена окончательно. Известно о четырех случаях переломов доков в нашей стране в период 1971-Т-1998 гг. и один случай, произошедший в 1972 г. в порту Сингапур.

Переломы корпусов трех многопонтонных доков во многом схожи и произошли в межпонтонных районах башен непосредственно в миделевом сечении или вблизи него. Ниже дано их описание.

Силы поддержания

15

Случай 1. Авария дока ГП 10800 т в возрасте 20 лет, порт Сингапур, 25 октября 1992 г. [90]. В результате аварии док затонул вместе с поднимаемым т/х "Белоруссия" (доковая масса 10 800 т).

Во время окончательной стадии подъема, когда ватерлиния дока проходила по верхней кромке кильблоков, по левой башне дока образовался "пластический шарнир". Протяженность повреждения по ширине - одна рамная шпация.

Одной из основных причин аварии полагается существенное перераспределение изгибающего момента при значительном крене, определенное расчетами. Крен 7° на ЛБ видимо возник из-за "заедания" в шарнирах скольжения палов, удерживающих док вместо якорей. Крен получен при сочетании быстрого подъема и ветра с ПБ. В [90] также предполагается отсутствие или неисправная работа прогибомера.

Случай 2. Остаточные деформации башен протяженностью одна-две шпации 8-понтонного плавучего дока грузоподъемностью 60000 т [90] в результате аварийной ситуации в январе 1983 г. при возрасте дока 44 года. В результате аварии док погрузился на дно котлована с затоплением палубы безопасности и образованием вертикальных гофр по стенкам башен от стапель-палубы до 2/3 высоты башен в районе соединения 3 и 4 понтонов.

Нарушение продольной прочности произошло из-за чрезмерного изгибающего момента, возникшего, в основном, по причине касания о грунт в районе стыка 3-го и 4-го понтонов при выведенном в ремонт втором понтоне.

В [90] отмечается, что после образования пластического шарнира и полного сброса предельного момента док получил остаточный прогиб 2500 мм, ограниченный только посадкой на дно котлована.

Случай 3. Остаточные деформации башен протяженностью одна-две рамные шпации 6-понтонного плавучего дока грузоподъемностью 25000 т, полученные на заключительной стадии подъема комплекта из трех буксиров

16 доковой массой 1000 т, порт Находка, 01 апреля 1998 г., рис. П.2.4. В результате аварии док получил значительный перегиб (около 1 м).

Особенностью аварии было то, что владелец оперативно привлек для консультаций специалистов ДВГТУ и процесс подъема был завершен, а после ремонта буксиров поврежденный док произвел погружение-всплытие для спуска судов и только после этого начался ремонт его корпуса. В данном случае две части дока работали практически в виде шарнирно-сочлененной системы. Балластировкой дока достигалось минимально возможное перемещение частей дока относительно друг друга в процессе погружения-всплытия и во время выполнения ремонта.

Автор принимал участие в обследовании поврежденного дока, результаты представлены в документе [111]. Причинами аварии явились.

1) Неработающая система замеров уровней балласта. Из-за этого не была обнаружена серьезная поломка - отказ клинкетной задвижки балластной системы в бортовом отсеке в районе мидель-шпангоута.

2) Недостаточно частый контроль прогибов дока. Практика показывает, что даже при исправно работающем оптическом прогибомере показания с него снимаются относительно редко. В результате, при быстром нарастании изгибающего момента, можно пропустить момент выхода за допускаемые значения прогибов.

Жидкостные прогибомеры менее надежны, хотя и дают непрерывную информацию об упругой линии дока. По данным проф. С.В. Антоненко, сбой в работе жидкостного прогибомера едва не явился причиной серьезной аварии плавучего дока ГП 80000 т.

Общим для всех трех случаев переломов корпусов явилась потеря устойчивости крайних сжатых элементов эквивалентного бруса. Перелом плавдока ГП 60000 т произошел в результате внештатной ситуации, два остальных случая произошли на заключительной стадии подъема судов.

17

Известно также об авариях двух однотипных монолитных доков ГП 12000 т [19]. Ниже дано их описание.

Случай 1. Во время испытаний в 1971 г. на акватории Адмиралтейского завода в порту Ленинград при осадке дока 3.7 м (отстояние стапель-палубы у башни от ДП равно 3.85 м) возникли аварийные деформации конструкций башен и понтонов в виде гофров по всему поперечному сечению в районе 8 и 12 теоретических шпангоутов.

Случай 2. Перелом корпуса однотипного дока при возрасте 29 лет в виде гофра по всему поперечному сечению в районе 12 шп. Док построен в 1969 г., эксплуатировался в порту Мурманск. Во время доковой операции в районе 12 теоретического шпангоута внезапно образовался поперечный гофр по понтону и башням.

Предполагаемая [19] причина обоих аварий - перегрузка стоек ферменного набора силами сжатия, произошедшая при общем перегибе корпуса, что вызвало потерю их устойчивости с последующим деформированием остальных конструкций.

Анализ фотографий повреждений дока ГП 12000 т в 1971 г., предоставленных В.Н. Тряскиным, рис. П.2.5, а также документа [19] показывает, что ферменная конструкция с вертикальными стойками в виде спаренных уголков 75x75x8 и пролетом около 4 м является, по меньшей мере, нерационально спроектированной. Так, критические напряжения стоек равны 125 МПа, что почти в два раза меньше напряжений текучести.

Четыре из пяти рассмотренных выше случая нарушения продольной прочности произошли с доками в возрасте от 20 до 44 лет, что объяснимо с позиции уменьшения геометрических характеристик элементов корпуса из-за коррозионного износа. Далее в исследовании проблема продольной прочности раскрыта в части изучения коррозионного износа корпусов плавучих доков.

Частота переломов металлических корпусов доков из-за нарушения продольной прочности не так уж велика и составила порядка 5% от их общего

18 числа. Гораздо чаще владельцы доков сталкиваются с проблемой поддержания местной прочности и устойчивости корпусных конструкций на должном уровне, что тесно связано с вопросом неравномерного распределения коррозионного износа [15]. В работе [90] достаточно подробно освещены случаи массового отказа корпусных конструкций из-за коррозионного износа и недостатка местной прочности, устойчивости элементов корпуса. Ниже приведены краткие сведения.

1. Повреждение перекрытий стенок башен между стапель-палубой и палубой безопасности в носовой части 5-го понтона шестипонтонного дока ГП 30000 т (порт Новороссийск), возникшие во время приемных испытаний -подъема танкера с доковой весом 30000 т. Осадка дока составляла около 13 м. Причина повреждения - ошибка завода-изготовителя. В результате прочность и жесткость распорок во всех башенных отсеках оказались меньше проектной в несколько раз. Как следствие, они вышли из строя, потеряв несущую способность в результате сложного изгиба при внецентренном растяжении.

2. Повреждения шпангоутных рам в виде "заваливания" верхней части рамных шпангоутов однотипного с описанным выше дока ГП 30000 т в возрасте 24 года. В [90] отмечаются причины этих повреждений: интенсивный коррозионный износ стыковых швов по стенке и полке рамных шпангоутов вплоть до полного разъедания сварных швов; несимметричный профиль рамного шпангоута в виде высокого сварного угольника; отсутствие книц, соединяющих продольные балки с рамными шпангоутами.

3. Повреждения бортовых конструкций дока ГП 27000 т, построенного в. 1964 г. при возрасте 28 лет. Повреждения в виде потери устойчивости распорок шпангоутных рам во всех бортовых балластных отсеках привели к образованию вмятин в бортовых перекрытиях между стапель-палубой и палубой безопасности. Причиной повреждений явилась недостаточная общая и местная устойчивость распорок. В [90] отмечается малый размер продольных

19 ребер и раскосов, отсутствие подкреплений стенок рамных шпангоутов ребрами жесткости.

Наиболее слабой конструкцией доков югославской постройки грузоподъемностью 30000 т является стапель-палуба с построечной толщиной 11.5-5-12 мм (шпация 735 мм) [90]. За время ее эксплуатации средний износ составил около 50%. В результате поясья настила имеют погибь до 50^-60 мм. Причиной являются как напоры, так и использование тяжелой колесной техники типа "Айчи".

Типичными примерами массовых повреждений конструкций корпуса являются плавучие доки ГП 4500, 25000, 27000 т. В исследованиях повреждений этих доков принимал участие автор, описание дано ниже.

1. Чрезмерный коррозионный износ ферменного набора башен плавучего дока ГП 4500 т (Диомидовский СРЗ, порт Владивосток) требовал его замены из-за недостаточной местной прочности и устойчивости на действие гидростатической нагрузки. Специалисты- завода разработали и внедрили альтернативное решение - подкрепление стенок башен наружным набором, показанное на рис. 1.1.2.

2. Наиболее повреждаемыми и ремонтируемыми конструкциями плавучего дока ГП 25000 т (АО "Находкинский СРЗ"), построенного в 1965 г., при возрасте 20-^-30 лет явились [76, 123]:

- набор и обшивка стапель-палубы;

- набор и обшивка стенок башен между стапель-палубой и палубой безопасности.

Характерными повреждениями основного набора дока являются следующие, рис. 1.1.3.

1) Разрыв профиля продольной балки набора стапель-палубы возле опорной кницы начинается от голубницы для перетока воздуха. Столь существенное повреждение не повлияло на несущую способность соседних элементов и всего перекрытия в целом.

20

Нарушение целостности профиля продольного набора стапель-палубы у кничной опоры

Сквозная коррозия продольного набора башен у обшивки Рис. 1.1.3. Повреждения основного набора плавучего дока ГП 25000 т

21

2) Усиленный износ набора стенок башен, вплоть до полного "проржавления", часто в районе соединения стенки с обшивкой.

3. Основными повреждаемыми конструкциями дока ГП 27000 т (АО "Приморский Завод", порт Находка) при возрасте 20^-30 лет явились следующие [14, 50, 57, 76, 77, 112, 123]:

- ферменный набор стапель-палубы, рис. 1.1.4;

- шельфы концевых переборок понтонов, рис. 1.1.4;

- продольные переборки понтона под стапель-палубой, рис. 1.1.4;

- ферменный и рамный набор стенок башен.

Эксплуатация этого дока показала необходимость в зимних условиях Дальневосточного региона эпизодического использования горячего пара для борьбы со льдом внутри дока. Это приводит к ускоренному отказу антикоррозионных покрытий.

Основными причинами повреждений рамных связей этого проекта плавучего дока явился неучет проектировщиками уровня касательных напряжений, в результате проектный запас по предельной прочности равен 1.8 относительно уровня номинальных напоров против более чем 5-кратного для обшивки и основного набора [123].

Отсоединение раскосов, потеря ими устойчивости приводили к отказу всего перекрытия [13] и значительному удорожанию ремонтных работ. Из-за отказа раскосов стапеля приходилось заменять набор, обшивку стапель-палубы, продольную переборку в верхней части.

Распределение замен конструкций доков в возрасте до 30 лет (рис. 1.1.5) говорит о существенном росте повреждаемости в направлении от миделя к оконечностям. Характерна также большая частота ремонтов конструкций в центральных отсеках (ЦО) по сравнению с бортовыми отсеками (БО) - от 2 до 17 раз. В среднем, частота замен находится на уровне порядка 5 %. Однако уже к 35 годам этот показатель превышает 10 %.

Рис. 1.1.4. Повреждения конструкций дока ГП 27000 т

23 is е- ю я ei К п о

-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 x/L

Корма —♦—Плавдок ГП 27000 т i

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 - Плавдок ГП 25000 т Нос

Рис. 1.1.5. Распределение замен корпуса плавучих доков к возрасту 30 лет

100% - весь корпус)

В результате проведенного анализа был сделан вывод, что одной из причин повреждений доков являются неравномерно распределенные по длине и ширине напоры. Ранее это не учитывалось в должной мере при проектировании. Другая причина - коррозионный износ, скорость которого лежит в диапазоне Оч-О.З мм/год. Усиленный коррозионный износ в некоторых случаях приводит к повреждению практически всех элементов корпуса в отдельных районах (набор стапель-палубы и стенок башен) уже в середине срока эксплуатации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные в работе исследования позволили получить следующие основные научные результаты.

1. Выявлены закономерности и причины повреждений стальных конструкций плавучих доков. В частности, это увеличение повреждаемости с удалением от миделя к оконечностям из-за роста фактических напоров, а также относительно большая повреждаемость центральных отсеков доков.

2. Показаны недостатки при назначении величин напоров по рекомендациям действующих Правил PC для бортовых отсеков, а также в части учета докового веса судов и долговечности антикоррозионных покрытий.

3. Получена формула для номинальных напоров на конструкции доков, учитывающая возможность введения эксплуатационных ограничений.

4. Проведены натурные измерения величин напоров в процессе выполнения доковых операций, определены вероятностные характеристики давлений и получены формулы, учитывающие их изменения по длине и ширине плавучих доков.

5. Определены вероятностные характеристики коррозионного износа для набора корпусов плавучих доков. Выполнено их уточнение для обшивки и настилов.

6. Показаны значительные недостатки ферменных конструкций, ранее широко используемых для корпусов плавучих доков. Их отказы ведут к катастрофическому падению прочности перекрытий, а также опорных конструкций.

7. Выявлена недостаточная сдвиговая прочность стенок рамного набора эксплуатирующихся плавучих доков. Показана необходимость учета потери устойчивости изношенных стенок рамного набора, не подкрепленного ребрами жесткости.

137

8. Получены прикладные зависимости для параметров распределения прочности конструктивных элементов плавучих доков с учетом изменчивости механических характеристик и коррозионного износа.

9. Предложена простая экономическая модель, использованная для оценки оптимальной вероятности отказов и приемлемого уровня надежности конструкций корпусов плавучих доков.

138

1. Антоненко С.В. Проектирование, конструирование и расчет системы судно -опорное устройство док. Диссертация. докт. техн. наук. - Владивосток: ДВГТУ, 1994.

2. Антоненко С.В. Судоподъемные сооружения и проектирование опорных устройств: Учебное пособие: Часть И. Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 1993. - 76 с.

3. Беленький JT.M. Расчет судовых конструкций в пластической стадии. JL: Судостроение, 1983. - 448 с.

4. Беленький J1.M. Большие деформации судовых конструкций. JL: Судостроение, 1973. - 208 с.

5. Бойцов Г.В., Палий О.М. Комплексный подход к проблемам обеспечения прочности судов. Д.: Судостроение, 1975.

6. Бойцов Г.В. О критериях нормирования местной прочности //Судостроение №1, 1979.-С. 5-9.

7. Болотин В.В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. М.: Стройиздат, 1982. -351 с.

8. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1984. - 312 с.

9. Брикер А.С. Учет коррозионного износа в правилах постройки судов//Труды ЦНИИМФ "Прочность корпуса и защита судов от коррозии" вып.210. JL: 1976.-С.21-28.

10. Ю.Бронников А.В. Проектирование судов: Учебник Д.: Судостроение, 1991. -320 с.

11. Вахарловский Г.А., Кучерявенко П.Ф., Бузик В.Ф. Современные доковые сооружения для крупных и средних судов. Д.: Судостроение, 1968. 256 с.

12. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. Изд. 3-е. М.: Наука, 1964.

13. Воронцов И.А., Кулеш В.А. Исследования коррозионного износа корпусов плавучих доков // Проблемы прочности и эксплуатационной надежности139судов. Материалы международной конференции. Владивосток: ДВГТУ, 1999.-С. 365-370.

14. Воронцов И.А., Кулеш В.А. Об учете коррозии при проектировании судовых балок // Исследования по вопросам повышения эффективности судостроения и судоремонта. Владивосток: ДВГТУ, 1996. - С. 25-29.

15. Воронцов И.А., Кулеш В.А., Суров О.Э. Проблемы проектирования, эксплуатации и ремонта корпусов плавучих доков // Проблемы транспорта Дальнего Востока. Материала второй международной конференции. -Владивосток: ДВО Академии транспорта РФ, 1997. С. 83.

16. Гарин Э.Н. Экспертное заключение о причине аварии ПД №5. С.-Пб., 1998. -4 с.

17. Горбачев К.П., Барабанов Н.В., Турмов Г.П. Основы расчетного проектирования конструкций корпуса судна: Учеб. пособие. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 1997. - 296 с.

18. Гутник А.А., Пичугин О.Г., Шемендюк Г.П. Моделирование надежности корпуса судна в экономико-математических моделях // Исследования по вопросам повышения эффективности судостроения и судоремонта. -Владивосток: ДВГТУ, 1999. С. 26-41.

19. Дарков А.В., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов. М.: Высшая школа, 1965.-763 с.

20. Дефектация стальных доков без вывода из эксплуатации. РД 52.52.1 -Калининград: 1987. 26 с.

21. Дикович И.Л. Статика упруго-пластических балок судовых конструкций. -Л.: Судостроение, 1967. 264 с.

22. Друмев И.В. Вопросы расчета и проектирования судовых конструкций по методу предельных нагрузок конструкций доков: Автореф. дис. канд. техн. наук. Одесса: ОИИМФ, 1975.

23. Инструкция по определению технического состояния, обновлению и ремонту корпусов морских судов. Проект.- С-Пб.: РМРС, 1998. 71 с.

24. Инструкция по дефектации и оценке технического состояния стапель-палубы, бортов, концевых переборок и днищевой обшивки понтонов плавдока № 223 / Разраб. В.А. Кулеш, Ю.Ф. Литвинов. Владивосток: Дальинцентр, 1992. - 18 с.

25. Инструкция по определению технического состояния и ремонту корпусов стальных плавучих доков. Проект. Вторая редакция. Российский морской Регистр Судоходства, 2000. - 85 с.

26. Каленчук С.В. Заливаемость носовой оконечности и принципы проектирования палубных конструкций. Диссертация. канд. техн. наук. -Владивосток: ДВГТУ, 1999. 173 с.

27. Козляков В.В. Вопросы оценки предельной пластической прочности судовых корпусов // Проблемы прочности и эксплуатационной надежности судов. Труды международной конференции. Владивосток: ДВГТУ, 1999. С. 12-19.

28. Козляков В.В. О расчете днищевых перекрытий в упругой и упругопластической стадии // Труды ЦНИИМФ. Вып. 9. 1957.

29. Козляков В.В. Об использовании метода предельных нагрузок при проектировании корпусов газовозов // Труды Николаевского кораблестроительного института. Вып. 175. Строительная механика корабля. Николаев: НКИ, 1981. - С. 38-49.

30. Козляков В.В. Об учете деформаций сдвига при расчете судовых конструкций // Труды ЛКИ. Вып. 29. 1959.

31. Козляков В.В. Расчет судовых балок и перекрытий с учетом сдвига и упрочнения // Труды НТО Судостроительной промышленности. Вып. 42. -1962.141

32. Козляков В.В., Жибиров В.А. Оценка местной прочности судовых пластин судовых пластин, балок и перекрытий: Методические указания по выполнению курсового и дипломного проектов. Одесса: ОИИМФ, 1987.79 с.

33. Козляков В.В., Павлов М.Г. Анализ повреждений корпуса плавучего дока // Сб. "Теоретические и практические вопросы прочности и конструкции морских судов". Л.: Транспорт, 1970.

34. Комплексная система технического обслуживания и ремонта судов. Методика дефектации корпусов морских транспортных судов. РД. 31.283088. М.: Мортехинформреклама, 1988. - 57с.

35. Костю ков В. Д. Вероятностные методы расчета запасов прочности и долговечности портовых гидротехнических сооружений. М.: Транспорт, 1979.- 112 с.

36. Крыжевич Г.Б. Основы расчетов надежности судовых конструкций: Учеб. пособие. СПб.: Изд. центр СПбГМТУ, 1995.- 160 с.

37. Кулеш В. А., Литвинов Ю.Ф. Проблемы и пути решения вопросов оценки технического состояния плавучих доков // Исследования по вопросам повышения эффективности судостроения и судоремонта. Владивосток: ДВГТУ, 1993. С. 71-79.

38. Кулеш В.А. Методика оценки технического состояния и ремонта плавдока с учетом ограничений на условия эксплуатации // Исследования по вопросам повышения эффективности судостроения и судоремонта. Владивосток: ДВГТУ, 1995. С. 6-13.

39. Кулеш В.А. Расчетное проектирование и экспертиза технического состояния судовых конструкций в районах экстремальных местных нагрузок. Диссертация. докт. техн.наук. Владивосток: ДВГТУ, 1998.

40. Кулеш В.А., Ельчанинов Ю.И., Аносов А.П., Воронцов И.А. Проект модернизации понтонов плавучего дока после 30 лет эксплуатации // Сб. "Исследования по вопросам повышения эффективности судостроения и судоремонта". Владивосток: ДВГТУ, 1998. - С. 60-65.

41. Луценко В.Т. Повреждения и ремонт подводной части БМРТ в Дальневосточном бассейне // Судостроение 1999, №6.

42. Максимаджи А.И. Прочность морских транспортных судов. -Л.: Судостроение, 1976. 312 с.142

43. Материалы комиссии по расследованию причин возникновения повреждений корпуса дока №169. Предложения для ремонта. п. Славянка: Славянский СРЗ, 1986. - 35 с.

44. Металлические плавучие доки / М.А. Ловягин, В.М. Корсаков, Я.Б. Каганер, В.Н. Гарин, Г.И. Выдревич, А.Л. Бедерман, А.И. Брайнин, И.В. Губкин Л.: Судостроение, 1964. - 336 с.

45. Методика модернизации, подкреплений и принципиальная технология ремонта понтонов плавдока №220 / Научн. руководитель В.А. Кулеш. -Владивосток: Центр НТБ, 1998. 33 с.

46. Методика нормирования допускаемых дефектов понтонов плавдока / Разраб. В.А. Кулеш, Ю.Ф. Литвинов. Владивосток: ДВГТУ-ДВНПИЦ, 1992.

47. Методическое обеспечение нестандартной постановки танкера "Колечицкий" в док. Отчет по выполненной хоздоговорной теме №2-99 / Научн. руководитель В.А. Кулеш. Владивосток: Центр НТБ, 1999. - 59 с.

48. Мурадян А.А., Финкель Г.Н. Использование плавучих доков на современном этапе и перспективы их развития // Сб. НТО им акад.А.Н.Крылова, вып.405. Л.: Судостроение, 1985. - С. 4-10.

49. Нагрузки и прочность люковых закрытий навалочных судов. Сводный отчет. Выпуск МИБ.845 Одесса: Морское Инженерное Бюро, 1999. - 215 с.

50. Нормативное ограничение параметров эксплуатационных дефектов стальных доков. РД 15-90. Калининград: 1990. - 17 с.

51. Нормы прочности корпусов морских судов на стадиях проектирования и эксплуатации. Вторая редакция / Руковод. Г.В. Бойцов. С.-Пб.: РМРС, 1999.- 165 с.

52. Нормы прочности корпусов морских судов на стадиях проектирования и эксплуатации. Проект новой редакции / Руковод. Г.В. Бойцов. СПб.: РМРС, 1998.

53. Нормы прочности морских судов. Л.: Регистр СССР, 1991. - 92 с.

54. Обоснование требований Правил Регистра СССР по корпусу металлических плавучих доков. Отчет. Л.: ЛКИ, 1984. - 112 с.

55. Обоснование требований Правил Регистра СССР по корпусу металлических плавучих доков (вторая редакция). Отчет. Л.: ЛКИ, 1988. - 133 с.143

56. Остаточные деформации и разрушения конструкций корпуса плавдока №220 / Отчет Центра "НТБ". Руководитель В.А. Кулеш Владивосток, 1997. - 20 с.

57. Оценка общей прочности корпусов транспортных судов. Методические указания по выполнению курсового и дипломного проектов /В.В. Козляков, В.А. Жибиров Одесса: ОИИМФ, 1987. - 55 с.

58. Оценка технического состояния корпусов морских судов. / А.И. Максимаджи, JI.M. Беленький, А.С. Брикер, А.Ю. Неугодов. Л.: Судостроение, 1982. - 156 с.

59. Павлов Ю.Д. Расчет надежности железобетонных конструкций в неустойчивых областях распределений прочности и усилий // Вопросы надежности железобетонных конструкций. Куйбышев: 1973. С.48-52.

60. ПД№220. Проектная документация. Landskrona, 1969.

61. ПД №83м. Проектная документация. Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., 1965.

62. Петраков JI.A. Выбор главных размерений плавучего дока открытого типа / Судостроение, №4, 1989. С. 5-8.

63. Пояснительная записка к методике дефектации корпусных конструкций плавучего дока №83м / Научн. руководитель. В.А. Кулеш. Владивосток: Центр НТБ, 1997. - 47 с.

64. Пояснительная записка к методике модернизации, подкреплений и принципиальная технология ремонта понтонов плавдока №220 / Научн. руководитель В.А. Кулеш. Владивосток: Центр НТБ, 1998. - 126 с.

65. Правила классификации и постройки морских судов 1977 г. Том 1. Регистр СССР. Л.: Транспорт, 1977.

66. Правила классификации и постройки морских судов 1990. Том 1. Регистр СССР. Л.: Транспорт, 1989.

67. Правила классификации и постройки морских судов. Том 1. СПб.: Российский Морской Регистр Судоходства, 1999.

68. Правила классификации и постройки судов внутреннего плавания. Том 1, часть II, "Корпус". М.: Российский Речной Регистр, 1995.

69. Правила классификационных освидетельствований судов. СПб.: Российский Морской Регистр Судоходства, 1998.

70. Правила классификационных освидетельствований судов. Бюллетень изменений и дополнений №1. Санкт-Петербург: Российский Морской Регистр Судоходства, 2000. - 104 с.144

71. Правила технического надзора за судами в эксплуатации (ПТНЭ). Том 3. -М.: Российский Речной Регистр, 1995.

72. Программа расчета и проектирования стержневых систем FESTA. Описание программы. ПС.005.90.001 / Разраб. А.В. Кульцеп. СПб.: СПГМТУ, 1992.

73. Прочность судов внутреннего плавания. Справочник. Изд. 3-е, перераб. и доп. / В.В. Давыдов, Н.В. Маттес, И.Н. Сиверцев, И.И. Трянин. М.: Транспорт, 1978. - 520 с.

74. Рабочий альбом типовых подкреплений. 81873-01 / Разраб. А.А. Бутузов, В.Т. Луценко, А. Г.Чесноков. Владивосток: ДВПИ, 1989. - 56 с.

75. Развитие экспертных функций системы DEFHULL в части прогноза технического состояния, ремонта и реновации корпусов морских транспортных судов/Заключительный отчет по теме РС-5/98 Владивосток: Центр НТБ, 1999. - 29 с.

76. Разработка методов расчета и оценки остаточной прочности, надежности и живучести стареющих и поврежденных конструкций корпусов транспортных судов // Отчет о научно-исследовательской работе. Научн. руковод. В.В. Козляков. Одесса: ОИИМФ, 1993. - 208 с.

77. Разработка предложений для нормативно-методических указаний PC по оценке технического состояния стальных плавучих доков. Договор №180-2. Сводный отчет по этапам 1 и 2 / Научн. руководитель В.В. Козляков. -Одесса: МИБ, 1999. 154 с.

78. Разработка предложений для нормативно-методических указаний PC по оценке технического состояния стальных плавучих доков. Заключительный отчет / Ответ, исполнитель В.В. Козляков. Одесса.: МИБ, 1999. - 168 с.

79. Ревин В.В. Статистический анализ изменения толщин стальных листов // Труды ЦНИИМФ "Прочность корпуса и защита судов от коррозии". Вып. 210.-Л.: 1976.-С.21-28.

80. Регистровая книга судов 1999. С.-Пб.: Российский морской Регистр Судоходства, 1999.- 973 с.

81. Рекомендации по районам ремонта корпусных конструкций плавдока №220 при ограничении грузоподъемности с 27000 до 6000 т. / Научн. руководитель В.А. Кулеш Владивосток: Центр НТБ, 1997. - 20с.

82. Ржаницын А.Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность. -М.: Стройиздат, 1978. -239 с.

83. Руководство по техническому надзору за судами в эксплуатации. Л.: Транспорт, 1986. 416 с.

84. Система стандартов безопасности труда. Требования безопасности при ремонте судов. ОСТ 15.329-85-ОСТ 15.332-85 ОСТ 15.345-85. Л.: Транспорт, 1986.145

85. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. М.: Наука, 1965. -512с.

86. Справочник по вероятностным расчетам / Г.Г. Абензгауз, А.П. Тронь, Ю.Н. Копенкин, И.А. Коровина М.: Воениздат, 1970. - 536 с.

87. Справочник по современным судостроительным материалам/В. Р. Абрамович, Д.В. Алешин, И.М. Альшиц и др. JL: Судостроение, 1979. - 584 с.

88. Справочник по строительной механике корабля / Бойцов Г.В., Палий О.М., Постнов В.А., Чувиковский B.C. В трех томах. Том 1. JL: Судостроение, 1982.- 376 с.

89. Справочник по строительной механике корабля / Бойцов Г.В., Палий О.М., Постнов В.А., Чувиковский B.C. В трех томах. Том 2. Д.: Судостроение, 1982.- 464 с.

90. Справочник по теории корабля: В трех томах. Том 2. Статика судов. Качка судов / Под ред. Я.И. Войткунского. Д.: Судостроение, 1985. - 440 с.

91. Стрелецкий Н.С. Основы статистического учета коэффициента запаса прочности сооружений. М.: Стройиздат, 1947.

92. Теплова Т.В. Финансовые решения: Стратегия и тактика. М.: Магистр, 1998.-264 с.

93. Унифицированная компьютерная система сбора, хранения, обработки и анализа данных дефектаций корпусов судов DEFHULL. Руководство пользователя / Разраб. В.А. Кулеш, О.Г. Пичугин. Владивосток: Центр НТБ, 1996.

94. Финкель Г.Н. Развитие плавучих доков на современном этапе // Сб. НТО. им. акад. А.Н. Крылова. Вып. 421. 1986. - С. 4-8.

95. Холоша В.И., Крстинич И. Судостроение в Югославии. Владивосток: ДВГУ, 1992.-240 с.

96. Хьюз О.Ф. Проектирование судовых корпусных конструкций. Пер. с англ. Д.: Судостроение, 1988. - 360 с.

97. Экономика. Учебник по курсу "Экономическая теория" / А.С. Булатов. -М.: БЕК, 1999.-786 с.

98. Экспертиза и заключение по техническому состоянию корпуса плавдока №83М / Научн. руководитель В.А. Кулеш. Владивосток: Центр НТБ, 1998. - 141 с.

99. Экспертиза технического состояния и надежности корпуса плавдока №220 с учетом эксплуатационных ограничений / Отчет Центра НТБ. Руководитель В.А. Кулеш. Владивосток: - 1997. - 82 с.

100. Короткин Я.И., Ростовцев Д.М., Сивере Н.Л. Прочность корабля Л: Судостроение, 1974. - 432 с.146

101. Droumev I.V. Application of ultimate load method in ship structures. -Otaniemi Helsinki: Tarkistamaton, 1976. - 37 p.

102. Lessons learned from failure and damage of offshore structures. Joint session, 11 ISSC. Gdansk, 1982.

103. Life cycle cost. DET NORSKE VERITAS. 1996.

104. M. Mano, Y. Okumoto, Y. Takeda. Practical design of hull structures. -Senpaku Gijutsu Kyoukai, 2000. 535 p.

105. Okumoto, Y. Takeda, M. Mano. Hull Structure Design. Fundamentals. -TEAM. 131 p.

106. Paik J.K., Young E. P. Corrosion damage of bulk carrier structures // Proceedings of the KSSC Winter Meeting. Pusan, 1998. - pp. 79 - 109.

107. Thorsten Andersson, Tadeusz Buczkowsi, Jerzy W. Doerffer. Some aspects of the Design and Building of Large Floating Docks. The Society of Naval Architects and Marine Engineers, 1976. - pp. 1-18.

108. Kulesh V.A., Vorontsov I.A., Surov О. E. Design, Operation And RepairtVi

109. Problems Of Floating Dock Hulls // Proceedings of the 11 Asian Technical Exchange And Advisory Meeting On Marine Structures. Singapore, 1997. - pp. 277 - 284.

110. Yasuhisa Okumoto. Structural Design of Floating Docks // Proceedings of 14th Asian Technical Exchange and Advisory Meeting on Marine Structures. -Vladivostok: Far-Eastern State Technical University, 2000. pp. 77 - 86.148