طراحی سازه کشتی جلد اول: اصول مبانی و تئوری

عموماً طراحی کشتی به چهار بخش تفکیک می شود: طراحی فرم بدنه کشتی، طراحی جانمایی کشتی، طراحی سازه کشتی و طراحی تجهیزات. طراحی کشتی های تجاری عموما با تعیین خواسته ها یا نیازمندی های مالک، شامل بر نوع و حجم بار ها، مسیر دریانوردی و زمان دریانوردی آغاز می گردد. مهمترین وظیفه در مرحله طراحی سازه کشتی، تامین سازه ای مقاوم برای بنده ی کشتی جهت مقابله با انواع بار های داخلی و خارجی موثر بر آن می باشد.

معرفی مباحث کتاب طراحی سازه کشتی

جانمایی سازه‌ی کشتی

جانمایی سازه‌ای تعیین می‌کند که اجزای اصلی بدنه، تقویت‌کننده‌ها و فضاهای عملیاتی چگونه در طول و عرض کشتی چیده شوند.

هدف از این چیدمان، ایجاد تعادل میان مقاومت سازه‌ای، عملکرد عملیاتی، توزیع وزن و سهولت ساخت است. در این بخش، قاب‌ها، تیرهای طولی و عرضی و مسیر انتقال نیروها به‌گونه‌ای قرار می‌گیرند که کشتی در برابر بارهای دریایی بهترین عملکرد را داشته باشد.

۲. استحکام طولی کشتی

استحکام طولی توانایی بدنه در مقاومت در برابر خمش ناشی از امواج و بارهای وزنی است؛

کشتی در مقیاس کلان مانند تیر طویلی رفتار می‌کند که ممکن است «سگی شکل» (Hogging) یا «گربه‌ای شکل» (Sagging) شود.

تقویت‌های طولی، دیواره‌های طولی و کیلب در این حوزه نقش اساسی دارند.

۳. استحکام عرضی کشتی

این نوع استحکام به مقابله با فشار جانبی آب و بارهای ناشی از موج‌های کناری مربوط است.

قاب‌های عرضی، کف و سقف طبقات، و تیرهای عرشه در ایجاد این مقاومت دخیل‌اند و مانع تغییر شکل متقاطع بدنه می‌شوند.

این بخش برای پایداری شکل بدنه و جلوگیری از کمانش جانبی اهمیت دارد.

۴. استحکام پیچشی کشتی

پیچش زمانی رخ می‌دهد که نیروهای ناهم‌متقارن از طرف موج‌ها، بارگذاری نامتوازن یا نیروی باد به کشتی اعمال شود.

سیستم سازه‌ای باید به‌طور سه‌بعدی توان مقاومت در برابر این پیچش‌ها را داشته باشد.

وجود دیواره‌های سخت‌کننده، عرشه‌های پیوسته و اجزاء طولی کلید مقابله با این نوع بارگذاری است.

۵. ساختمان پوسته (Shell Structure)

پوسته خارجی بدنه اولین سد در برابر آب و امواج است.

ورق‌های بدنه همراه با ستون‌ها و سخت‌کننده‌های طولی و عرضی یک سازه مقاوم تشکیل می‌دهند.

ساختار پوسته باید هم آب‌بندی مناسب داشته باشد و هم توان انتقال بارها به چارچوب داخلی را تضمین کند.

۶. دیواره‌ها (Bulkheads)

دیواره‌های اصلی نقش تقسیم‌بندی داخلی و افزایش استحکام را بر عهده دارند.

این دیواره‌ها از انتشار آب در هنگام آسیب جلوگیری کرده و مانند صفحات مقاوم نیروهای عمودی و افقی را جذب می‌کنند.

دیواره‌های ضدآب و دیواره‌های عرضی از مهم‌ترین اجزای سازه‌های داخلی هستند.

۷. سازه‌ی عرشه

عرشه‌ها مانند کف‌های سازه‌ای عمل می‌کنند و نیروهای وارده را به عناصر طولی و عرضی منتقل می‌سازند.

این قسمت باید توان تحمل وزن بار، وزن خدمه، تجهیزات و نیروهای ناشی از موج را داشته باشد.

عرشه پیوسته همچنین در استحکام طولی نقش تعیین‌کننده ایفا می‌کند.

۸. سازه‌های دوجداره بدنه‌ی کشتی

بدنه دوجداره برای حفاظت بیشتر، افزایش ایمنی و ایجاد فضای اضافی در بین دو دیواره طراحی می‌شود.

این ناحیه می‌تواند برای محافظت در برابر برخوردها، ذخیره سوخت یا افزایش پایداری استفاده شود.

وجود دو لایه سبب افزایش مقاومت موضعی و کلی سازه می‌شود.

۹. ساختمان سینه (Fore Structure)

قسمت جلویی کشتی شامل ساختارهایی است که باید در برابر موج‌کوبی، برخورد با یخ یا اشیای دریایی و فشار هیدروستاتیکی مقاومت کنند.

سینه‌ی کشتی معمولاً با تقویت‌کننده‌های ویژه و ورق‌های ضخیم‌تر ساخته می‌شود تا نیروهای شدید واردشده را پخش کند.

۱۰. ساختمان موتورخانه

موتورخانه یکی از حساس‌ترین بخش‌های کشتی است که هم نیاز به فضای سازه‌ای قوی و هم ایمنی بالا دارد.

تجهیزات سنگین مانند موتور اصلی، ژنراتورها و سیستم‌های مکانیکی بارهای قابل‌توجهی ایجاد می‌کنند که باید توسط قاب‌ها، تیرهای عمیق و دیواره‌های محکم پشتیبانی شوند.

این فضا باید هم مقاوم و هم لرزش‌کاه باشد.

۱۱. ساختمان پاشنه و قاب پاشنه‌ی کشتی

پاشنه (Stern) محل استقرار محور رانش، پروانه و تجهیزات هدایتی مانند سکان است.

به‌دلیل وجود نیروهای رانش و ارتعاشات پروانه، این بخش نیازمند تقویت‌های ویژه، قاب‌های محکم و ورق‌های ضخیم است.

قاب پاشنه نقش انتقال نیرو به سازه اصلی و تثبیت محور رانش را بر عهده دارد.

۱۲. مقابله با ارتعاشات

کشتی به‌دلیل امواج، موتور، پروانه و تجهیزات جانبی ممکن است دچار ارتعاش شود.

ارتعاشات می‌توانند خستگی سازه، صدای آزاردهنده و آسیب‌های مکانیکی ایجاد کنند.

با استفاده از دمپرها، طراحی بهینه قاب‌ها و افزایش صلبیت سازه می‌توان این ارتعاشات را کنترل کرد.

۱۳. سوپرا استراکچر (Superstructure)

سوپرا استراکچر بخش بالایی بدنه است که شامل پل فرماندهی، محل اقامت خدمه و تجهیزات ناوبری می‌شود.

این ساختار باید سبک ولی مقاوم باشد و در برابر باد، آب، ضربه و ارتعاش عملکرد مناسبی داشته باشد.

سوپرا استراکچر همچنین در پایداری کلی کشتی اثرگذار است و طراحی آن بر مرکز ثقل تأثیر دارد.