Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
SVEUČILIŠTE U SPLITU<br />
POMORSKI FAKULTET U SPLITU<br />
<strong>KONSTRUKCIJA</strong> <strong>BRODA</strong><br />
Split, 2013.<br />
1
Autori:<br />
Izdavač:<br />
Za izdavača:<br />
Urednik edicije:<br />
Dr.sc. Joško Dvornik, izv. prof. i Srđan Dvornik, dipl. ing.<br />
Pomorski fakultet u Splitu<br />
Prof. dr. sc. Rosanda Mulić<br />
Prof. dr. sc. Rosanda Mulić<br />
Tiskanje odobreno na sjednici 54. sjednici Fakultetskog vijeća Pomorskog fakulteta u Splitu,<br />
a na prijedlog Povjerenstva Za izdavačku djelatnost.<br />
Tisak:<br />
Web:<br />
Naklada:<br />
Pomorski fakultet u Splitu<br />
www.pfst.hr<br />
u skriptarnici PF<br />
Sva prava pridržana. Ni jedan dio ovog izdanja ne smije se preslikavati, snimati ili na drugi<br />
način umnožavati, spremiti u obliku pogodnom za umnožavanje ili prenositi u bilo kojem<br />
obliku, elektroničkim ili mehaničkim putem, bez prethodne dozvole autora.<br />
-------------------------------------------<br />
CIP - Katalogizacija u publikaciji<br />
S V E U Č I L I Š N A K N J I Ž N I C A<br />
U S P L I T U<br />
UDK 629.5(075.8)<br />
DVORNIK, Joško<br />
Konstrukcija broda / . - Split :<br />
Pomorski fakultet Sveučilišta, 2013.<br />
Bibliografija.<br />
ISBN 978-953-6655-68-7<br />
1. Dvornik, Srđan, inženjer<br />
I. Brodovi -- Konstrukcija<br />
150112097<br />
-------------------------------------------<br />
2
SADRŽAJ<br />
UVOD 7<br />
1. POVIJESNI RAZVOJ BRODOVA 8<br />
1.1. Drveni brodovi 9<br />
1.2. Kompozitni brodovi 10<br />
1.3. Željezni brodovi 12<br />
1.4. Čelični brodovi 15<br />
2. GLAVNI PARAMETRI TRUPA <strong>BRODA</strong> 16<br />
2.1. Forma i geometrija broda 16<br />
2.2. Stvarna forma 17<br />
2.3. Teoretska forma 17<br />
2.4. Prikaz forme nacrtom linija 19<br />
2.5. Prikaz forme računalom 20<br />
2.6. Osnovni pojmovi brodske forme 20<br />
2.7. Glavne dimenzije trupa broda 22<br />
2.8. Dimenzije duljine 22<br />
2.9. Dimenzije širine 24<br />
2.10. Dimenzije visine 25<br />
2.11. Zagaznice 26<br />
2.12. Koeficijenti brodske forme 27<br />
2.13. Koeficijent vodne linije α 28<br />
2.14. Koeficijent punoće glavnog rebra β 29<br />
2.15. Koeficijent istisnine δ 29<br />
2.16. Koeficijent uzdužne finoće broda φ 30<br />
2.17. Koeficijent vertikalne finoće broda ψ 31<br />
2.18. Nadvođe 33<br />
2.19. Oznaka nadvođa 34<br />
2.20. Baždarska oznaka 35<br />
2.21. Brodske mjere 36<br />
3. MATERIJALI GRADNJE 38<br />
3.1. Klasifikacijska društva<br />
38<br />
3.2. Čelik 39<br />
3.2.1 Proizvodnja čelika 40<br />
3
3.2.2. Brodograđevni čelik 42<br />
3.2.3. Poboljšani čelici visoke čvrstoće 43<br />
3.2.4. Čelični lijev 44<br />
3.2.5. Čelični limovi i profili 45<br />
3.2.6. Svojstva materijala 47<br />
3.2.7. Ispitivanje materijala 48<br />
3.3. Bakar 55<br />
3.4. Bakrene legure 56<br />
3.5. Plastične mase 56<br />
3.6. Aluminij i aluminijske legure 58<br />
3.7. Zavarivanje i rezanje u brodogradnji 59<br />
3.7.1. Plinsko (autogeno) zavarivanje 59<br />
3.7.2. Elektrolučno zavarivanje 60<br />
3.7.3. Ručno elektrolučno zavarivanje 61<br />
3.7.4. Elektrolučno zavarivanje pod zaštitom inertnog plina (TIG) 63<br />
3.7.5. Elektrolučno zavarivanje taljenom elektrodom pod zaštitom plina 64<br />
3.7.6. Zavareni spojevi 65<br />
3.8. Opterećenje konstrukcije broda 70<br />
3.9. Određivanje opterećenja na konstrukciju broda 72<br />
3.9.1. Uzdužno opterećenje broda 72<br />
3.9.2. Poprečno opterećenje broda 76<br />
3.9.3. Lokalno opterećenje broda 77<br />
3.10. Funkcija brodske konstrukcije 78<br />
3.11. Klasifikacijska društva 80<br />
3.11.1. Razvitak pravila klasifikacijskih društava 81<br />
3.11.2. Sigurnosni ciljevi klasifikacijskih društava 83<br />
3.11.3. Osnovna pravila klasifikacijskih društava 85<br />
3.12. Čvrstoća i opterećenje brodske konstrukcije prema pravilima klasifikacijskih<br />
društava 86<br />
3.12.1. Zahtjevi za opterećenje strukturnih elemenata broda prema<br />
pravilima DNV-a 87<br />
3.12.2. Okomito savijanje brodskog trupa prema zahtjevima DNV-a 88<br />
3.12.3. Toplinska opterećenja 91<br />
3.12.4. Lokalna opterećenja brodskog trupa 91<br />
4
3.13. Zahtjevi za čvrstoću strukturnih elemenata prema pravilima DNV-a 94<br />
3.14. Normalna naprezanja od savijanja brodskog trupa u okomitoj ravnini 95<br />
3.15. Smična naprezanja od savijanja brodskog trupa u okomitoj ravnini 95<br />
3.16. Zahtjevi na izdržljivost strukturnih elemenata prema DNV-u 96<br />
3.17. Načela kombinacije opterećenja i faktora iskoristivosti 96<br />
3.18. Poprečni i okomiti nosači (bez uzdužnih naprezanja brodskog trupa) 97<br />
3.19. Uzdužni nosači (uključuju uzdužna naprezanja brodskog trupa) 98<br />
3.20. Zahtjevi za direktne analize 99<br />
3.21. Analiza tanka tereta/skladišta prema zahtjevima osnovne klase 1A1 i<br />
oznake klase NAUTICUS 101<br />
3.22. Kombinacija uzdužnih naprezanja 103<br />
3.23. Lokalna čvrstoća 105<br />
3.24. Čvrstoća na izvijanje 107<br />
3.24.1. Opločenje 107<br />
3.24.2. Ukrepljenje 108<br />
3.25. Zamorna čvrstoća 108<br />
4. SUSTAVI GRADNJE <strong>BRODA</strong> 111<br />
4.1. Poprečni sustav gradnje 111<br />
4.2. Uzdužni sustav gradnje 113<br />
4.3. Mješoviti sustav gradnje 115<br />
4.4. Struktura dna 117<br />
4.4.1. Jednostruko dno 117<br />
4.4.2. Rebrenica, poprečni nosači dna 119<br />
4.4.3. Dvodno 123<br />
4.4.4. Konstrukcija dvodna 126<br />
4.5. Rebra 138<br />
4.5.1. Opis orebrenja 138<br />
4.5.2. Sustav orebrenja 138<br />
4.6. Pregrade i pregrađivanje broda 142<br />
4.7. Grotla 156<br />
4.8. Palube 171<br />
4.9. Linice 179<br />
4.10. Pramčani pik 180<br />
5
4.11. Krmeni pik 188<br />
4.12. Struktura tankova 189<br />
4.13. Nadgrađa 196<br />
5. KONSTRUKCIJSKE KARAKTERISTIKE BRODOVA RAZLIČITIH<br />
TEHNOLOGIJA 202<br />
5.1. Brodovi za rasute terete 202<br />
5.2. Prekrcajni uređaji za rasute terete 203<br />
5.3. Brodovi samoiskrcavači 207<br />
5.4. Brodovi za prijevoz kontejnera 209<br />
5.4.1. Sredstva i tehnologije prekrcaja kontejnera 212<br />
5.5. Brodovi za prijevoz tekućih tereta 216<br />
5.5.1. Brodovi za prijevoz nafte i naftnih prerađevina 216<br />
5.5.2. Tehnologija prekrcaja nafte i naftnih prerađevina 218<br />
5.5.2.1. Brodski prekrcajni uređaji 218<br />
5.5.2.2. Terminali za prekrcaj nafte i naftnih prerađevina 219<br />
5.5.3. Brodovi za prijevoz ukapljenih plinova 222<br />
5.5.3.1. Terminali za prekrcaj ukapljenih plinova 224<br />
5.6. Ostali brodovi različitih tehnologija prekrcaja 225<br />
5.6.1. Brod s klasičnom tehnologijom prekrcaja 225<br />
5.6.2. Brodovi za prijevoz paleta 226<br />
5.6.3. Brodovi za prijevoz teških tereta 227<br />
5.7. RO-RO brodovi 228<br />
5.8. Brodovi za prijevoz teglenica 230<br />
5.9. Brodovi višestruke namjene (Lo-Lo i Lo-Ro/Balker) 231<br />
5.10. Brodovi za prijevoz hlađenih tereta 232<br />
5.11. Trajekti 233<br />
5.12. Posebne vrste brodova 234<br />
5.12.1. Tegljač 234<br />
5.12.2. Brod svjetionik 235<br />
5.12.3. Brod jaružalo 236<br />
5.12.4. Brod dizalica 237<br />
5.12.5. Brodovi za opskrbu naftnih platformi 237<br />
ZAKLJUČAK 239<br />
LITERATURA 240<br />
6
UVOD<br />
Pripremajući se za predavanja, obrađujući teme i probleme konstrukcije brodova, tehnoloških<br />
karakteristika različitih tehnologija prijevoza, pomažući studentima u pisanju i pripremanju<br />
seminarskih i diplomskih/završnih radova, kojih je do danas napravljeno preko stotinu, stvorio<br />
se pisani materijal koji je vrlo bogat temama, slikama, fotografijama upravo iz područja<br />
brodskih konstrukcija i tehnoloških obilježja brodova i sl.<br />
Materijal koji je pripremljen, a veliki doprinos dali su i studenti, u potpunosti pokriva nastavni<br />
plan kolegija Konstrukcija broda koji se izvodi na trećem semestru preddiplomskog studija<br />
brodostrojarstva. Isti program je sadržan i u kolegiju Sredstva pomorskog prometa I na studiju<br />
pomorske nautike, pomorskog menadžmenta i pomorskih tehnologija jahta i marina<br />
Pomorskog fakulteta u Splitu.<br />
Brodovi i sami predstavljaju velike i složene sustave i često su dijelovi nekih još većih i<br />
složenijih prijevoznih sustava pod neizvjesnim utjecajima okoline i zahtjeva službe. Brodovi<br />
se sastoje iz više podsustava, od kojih je svaki bitan za djelovanje cjeline.<br />
Brodske konstrukcije se mogu smatrati podsustavima koji omogućuju uključivanje ostalih<br />
podsustava i njihovo zajedničko djelovanje u službi broda. Pri tome je cilj odrediti<br />
najpovoljnija svojstva, uz zadovoljenje svih ograničenja i zahtjeva i to za cijeli vijek<br />
korištenja i službe tehničkog objekta.<br />
U ovim nastavnim materijalima, u prvom poglavlju, prikazat će se povijesni razvoj brodova.<br />
U drugom poglavlju iznijeti će se problemi parametara trupa broda. Treće poglavlje obrađuje<br />
probleme materijala gradnje Četvrto poglavlje klasificira sustave gradnje broda. Peto<br />
poglavlje obrađuje konstrukcijske karakterisitike brodova različitih tehnologija. Na kraju je<br />
dat zaključak.<br />
Materijal su pregledali, dali svoje mišljenje, sugestije i određeni doprinos u<br />
oblikovanju, recenzenti, kojima se ovim putem iskreno zahvaljujemo.<br />
7
1. POVIJESNI RAZVOJ BRODOVA<br />
Suvremeni trgovački brod je spoj vještina, znanja utemeljenih na znanosti i teoriji, te<br />
iskustva inženjera brodogradnje u cilju stvaranja najefikasnijeg sredstva za obavljanje<br />
predviđenih zadataka. U prvoj polovini prošlog stoljeća nije bilo temeljnih promjena u obliku<br />
brodskog trupa. Bitno se promijenio nadvodni oblik broda, a poboljšanja u podvodnom dijelu<br />
trupa značajno su doprinijela smanjenju otpora i držanju broda na valovima. Poboljšanja<br />
podvodnog dijela nisu toliko vidljiva kao što su to promjene iznad plovne linije, ali utječu na<br />
smanjenje potrošnje goriva i na smanjenje potrebne porivne snage, što sve skupa utječe na<br />
troškove konstrukcije broda i na veličinu strojarnice tj. veličinu prostora za smještaj<br />
pogonskih strojeva, te na ugođaj posade zbog boljeg držanja na moru.<br />
Vjerojatno najveća promjena u izgledu brodskog trupa nastaje u trenutku kada<br />
pramčana statva prestaje biti uspravna ili skoro uspravna, gredna statva. Posljedica uspravne<br />
gredne statve je loše ponašanje broda na valovima i velika mogućnost oštećenja kod sudara i<br />
ispod vodne linije. Nova statva postaje složenija, bitno položitija, zaobljena ili ravna oblika, s<br />
izbojem rebara prema gore što smanjuje posrtanje broda, a ujedno povećava radnu površinu<br />
palube. U slučaju sudara takva pramčana statva smanjuje oštećenja podvodnog dijela trupa.<br />
Kod takve pramčane statve je, u slučaju sudara, vrlo mala mogućnost oštećenja podvodnog<br />
dijela trupa. Pobliže ispitivanje trupa pokazuje da suvremeni brod ima puno glađu, ravniju<br />
vanjsku površinu i da je hidrodinamički puno čišći od svojih prethodnika. Zavarivanje je<br />
omogućilo konstrukciju skoro glatke vanjske površine trupa, oplate broda, eliminirajući<br />
otpore koje su stvarali preklopni šavovi i stični preklopi kod zakovanih konstrukcija.<br />
Pravokutne statve vijka i kormila te jednoplošna, plosnata kormila ustupaju svoje mjesto<br />
glatkim krmenim rebrima i strujnim kormilima.<br />
Stalni su zahtjevi za većim brzinama doveli do potrebe za većom snagom i za većim<br />
porivom brodskog vijka, naročito na jednovijčanim brodovima. Ti su zahtjevi zauzvrat tražili<br />
više zračnosti u otvoru da bi se smanjile vijkom izazvane vibracije, te uzbudne sile i tlakovi<br />
na opločenje krmenog dijela broda. Borba za što veću nosivost broda za zadani gaz dovela je<br />
do eliminacije kosog dna i do korištenja relativno malog radijusa za uzvoj i glavno rebro,<br />
čime su maksimalno povećani koeficijenti forme brodskog trupa.<br />
8
2.1. Drveni brodovi<br />
Korištenje drva za gradnju brodova potječe još iz pretpovijesti. Sve do početka<br />
XIX stoljeća to je bio jedini materijal kojeg je bilo jednostavno nabaviti i lako ručno obraditi<br />
i oblikovati pomoću jednostavnih alata. Iako postoji puno vrsta drva, nisu sve vrste jednako<br />
upotrebljive u brodogradnji. Čak unutar iste vrste drva mogu postojati značajne razlike koje<br />
ovise o klimatskim uvjetima gdje je drvo raslo. Rana klasifikacijska pravila daju tablice koje<br />
sadrže različite tipove drva te određuju njihovu primjenu za određene dijelove broda<br />
rangirajući ih od tvrdog drva, kao što je hrast, do mekog kao što je jela.<br />
Drvena građa se dugo i pažljivo pripremala prije nego što bi se počela obrađivati.<br />
Morala je biti složena na hrpe, izložena vremenu te posve suha prije nego bi se obrađivala.<br />
Oblikovanje, obrada i pričvršćivanje drva je bila vještina koja se strpljivošću i<br />
eksperimentiranjem usavršavala tijekom niza godina. S konstrukcijske točke gledišta, glavni<br />
problem s drvenim brodovima bio je problem pričvršćivanja. Naime, pričvršćivanjem<br />
čavlima, svornjacma, drvenim klinovima itd. nije se mogla ostvariti puna čvrstoća materijala,<br />
čak ni korištenjem inventivnih i skupih metoda za finu obradu stikova. Uslijed vremenskih<br />
prilika nastaju naprezanja koja vode do pomaka raznih djelovah i vremenom dolazi do<br />
trajnog pregiba broda čak do iznosa od 1% duljine broda.<br />
Stanje pregiba je zahtjevalo poseban tretman u suhom doku i bilo je tim gore što je brod bio<br />
dulji i što je odnos duljine prema visini bio veći. Prosječan drveni brod, naročito onaj koji je<br />
građen od mekog drva, imao je kratak životni vijek, čak i ako su bili redovito održavani i ako<br />
su poduzete sve mjere da se građevno drvo dobro pripremi prije gradnje broda. U doba<br />
drvenih brodova možemo reći da su brodovi bili relativno mali. Iako je istina da su gradili i<br />
veliki drveni brodovi, ali to je uspjevalo samo zato jer su se ugrađivale velike količine željeza<br />
u strukturu broda kao što su npr. dijagonalne trake, proveze i koljena.<br />
Bilo je jako teško dobiti drvenu građu velike duljine i odgovarajućih građevnih dimenzija<br />
tako da je oko 90 [m] bila granica duljine drvenog broda čak i ako je brod bio laganih<br />
proporcija kao što je npr. 9:1. Takve neobične proporcije visine u odnosu na duljinu su<br />
kompenzirane tako da su se ugrađivale dodatne hrptenice, a u nekim slučajevima<br />
nadogradnjom središnjeg pasma skoro do visine donje palube.<br />
9
Presjek glavnog rebra drvenog jedrenjaka na slici 1., prema [21], reprodukcija je početaka<br />
djelovanja klasifikacijskog društva American Bureau Rules i pokazuje masivnu konstrukciju<br />
pasma te prevagu količine materijala dna broda u odnosu na palubu.<br />
Slika 1. Poprečni presjek drvenog broda<br />
(Izvor: www.fsb.hr/kziha/shipconstruction/main)<br />
2.2. Kompozitni brodovi<br />
U prijelazno doba iz drva u željezo, kao materijala za konstrukciju, kompozitni brodovi<br />
su bili prirodan slijed. U ovom tipu konstrukcije je kompletno orebrenje, to jest kobilica,<br />
pasma, rebrenice, proveze, bočna rebra i sponje, napravljeno od željeza i samo su platice dna,<br />
stropa, boka i palube od drveta. Na dugim putovanjima se u oplatama dna željeznih brodova<br />
javljalo ozbiljno obraštanje, a na kompozitnim brodovima s drvenom oplatom se to moglo<br />
spriječiti oblaganjem bakrom.<br />
10
Veliki broj kompozitnih brodova izgrađen je u Velikoj Britaniji, neposredno prije<br />
otvaranja Sueskog kanala, za trgovinu s Dalekim istokom. Jedan od poznatijih je kliper Cutty<br />
Sark izgrađen 1869. godine i još uvijek je u plovnom stanju. Taj je brod slika 2., prema [21],<br />
bio opločen tikovinom po bokovima i tvrdim brijestom po dnu broda, što je bio je bio razlog<br />
izuzetno dugog životnog vijeka broda.<br />
Slika 2. Kompozitni brod The Cutty Sark<br />
(Izvor: www.fsb.hr/kziha/shipconstruction/main)<br />
Na slici 3., prema [21], vidimo glavno rebro kompozitnog parobroda izgrađenog 1918.<br />
godine u SAD pri čijoj se izgradnji naoko štedjelo na čeliku. Možemo zapaziti da je mali<br />
razmak među rebrima 460 [mm] što je vezano za drvenu opatu i vidimo da je upotrjebljena<br />
neuobičajeno velika količina čeličnih ploča za ovaj tip konstrukcije, uključujući i čeličnu<br />
palubu.<br />
11
Slika 3. Rebro kompozitnog broda<br />
(Izvor: www.fsb.hr/kziha/shipconstruction/main)<br />
2.3. Željezni brodovi<br />
Revolucionarna se promjena brodograđevnog materijala iz drva u željezo nije dogodila<br />
naglo. Trebalo je prevladati predrasude o prednostima novog materijala i o njegovim<br />
potencijalima. Promjenu je ubrzala primjena parnog pogona koja je iziskivala gradnju dužih,<br />
većih brodova da bi se nadoknadio prostor koji su zauzeli strojevi i bunkeri za skladištenje<br />
ugljena. U nekim zemljama, gdje drvena građa nije bila jednostavna za nabavu, prelazak na<br />
željezo je bilo jako dobro rješenje. Dok je u zemljama, u kojima je bilo drvene građe u<br />
izobilju, taj prelazak bio relativno nezanimljiv te dugotrajan.<br />
12
Slika 4. Željezni brod<br />
(Izvor: www.fsb.hr/kziha/shipconstruction/main)<br />
Kad su se počeli graditi željezni brodovi bilo je prirodno da graditelji prate linije s<br />
kojima su do tada bili upoznati, da se primjenjuje poprečni sistem gradnje i da dimenzije<br />
građevnih elemenata odražavaju njihov osjećaj o čvrstoći novog materijala u usporedbi s<br />
drvom. Kao što vidimo iz presjeka glavnog rebra na slici 4., prema [21], jednog ranog<br />
željeznog broda, značajna količina materijala je bila raspoređena u dno u odnosu, na<br />
zanemareni, vrh trupa broda kao nosača što je bilo uobičajeno kod gradnje drvenih brodova.<br />
Takva je gradnja rezultirala time da je došla do izražaja slabost palubnih konstrukcija<br />
čim su se parobrodi počeli graditi u većim dužinama tj. kad je ekstremniji postao omjer<br />
duljine i visine broda. Željezne ploče su se mogle izrađivati samo u malim dimenzijama, a<br />
profili su bili plosnati. Tek kasnije je počela proizvodnja L profila. Kvaliteta željeza nije bila<br />
ujednačena tako da je dolazilo do situacija da se brodogradilištima isporučuje željezo vrlo<br />
loše kvalitete što bi imalo za posljedicu to da bi dolazilo do brzog i prekomjernog<br />
korodiranja broda.<br />
13
Potpuno željezni brod Great Eastern slika 5., prema [21], koji je bio istaknuti primjer<br />
što se može postići znanstvenim pristupom pri projektiranju brodskih konstrukcija. I.K.<br />
Brunel, projektant broda i Scott Russel, graditelj bili su među prvima koji su primijenili<br />
teoriju grede u konstrukcijskom projektu broda. Iako je brod, tada nevjerojatnih dimenzija<br />
L/B/T – 207/25/18 [m], bio komercijalni neuspjeh, sve ostalo ukazuje na to da je njegova<br />
konstrukcija potpuno zadovoljavala službu. Interesantno je istaknuti da je ovaj izuzetan brod<br />
imao pet puta veću tonažu od ijednog drugog plovećeg broda tog vremena, da je tek nakon 50<br />
godina proizveden brod sličnih dimenzija, da njegov vijak, promjera 7,35 [m] i danas<br />
predstavlja izazov. Imao je dva odvojena stroja za pogon, jedan je pokretao lopatična kola<br />
parobroda, a drugi brodski vijak. Brod je imao bunkere za ugalj dovoljnog kapaciteta za<br />
opskrbu broda ugljenom na putovanju za Daleki istok i nazad. Dodatno je još imao 6000 [m 2 ]<br />
jedara. Iz slike 5., prema [21], može se vidjeti da je trup građen po čelijastom sistemu<br />
gradnje, sa blizu raspoređenim nosačima ploča 860 x 12.5 [mm] koji su uzdužno postavljeni<br />
između unutarnjeg opločenja i vanjske oplate. Gornji i donji sloj opločenja gornje palube,<br />
odnosno palube čvrstoće, bili su 12.5 [mm] debeli i poduprti uzdužnim nosačima ploča<br />
dubokim 610 [mm] i debelim 12.5 [mm] s međusobnim razmakom od 1.5 [m]. Nije bilo<br />
nadgrađa, a tri palube unutar trupa su bile samo djelomične palube koje su služile za prijevoz<br />
putnika. Uzduž središnjeg dijela broda bile su postavljene dvije uzdužne pregrade, a oplata i<br />
pregrade su bile poduprte poprečnim okvirnim rebrima, međusobno razmaknutim 4.5 [m].<br />
Posebno je zanimljivo spomenuti da su šavovi oplate bili jednoredno zakivani s razmakom<br />
zakovica od 19 [mm] promjera. U rezalištu je Great Eastern završio 31 godinu nakon<br />
porinuća gdje je njegovo rezanje s poteškoćama trajalo dvije godine.<br />
Slika 5. Brod Great Eastern<br />
(Izvor: www.fsb.hr/kziha/shipconstruction/main)<br />
14
2.4. Čelični brodovi<br />
Čelik se, kao konstrukcijski materijal u brodogradnji počeo koristiti oko 1870. godine<br />
Prelazak sa željeza na čelik nije bio toliko revolucionaran kao što je bio prelazak s drva na<br />
željezo i odvijao se postupno. Govorilo se po brodogradilištima da je čelik pomalo<br />
problematičan za obradu i da naginje krtosti. Tada je cijena čelika nadmašivala cijenu željeza.<br />
Međutim pojava novih peći i drugih inovacija u obradi čelika, dovodi do poboljšanja kvalitete<br />
i postupnog smanjenja cijene tako da oko 1890. godine čelik potpuno zamjenjuje željezo.<br />
Strogi zahtjevi klasifikacijskih društava, koje uvjetuju izvođenje vlačnih i ostalih ispitivanja u<br />
čeličanama kao osnovu za dokaz kvalitete, dovele su do toga da se osigura i održi ujednačena<br />
kvaliteta brodskog čelika. Zamjena željeza čelikom nije utjecala na izvedbu konstrukcije ili<br />
na metode konstruiranja osim što je omogućila proizvodnju puno većih valjanih profila i<br />
puno više raznolikijih oblika. Glavna ušteda koja je postignuta, odnosi se na smanjenje<br />
dimenzija građevnih elemenata od novog bitno čvršćeg i prikladnijeg materijala. U jednom<br />
ranom čeličnom brodu Lloyd's Register je dozvolio smanjenje, tabelarno definiranih,<br />
dimenzija željeznih građevnih elemenata za 25%, a kasnije je postalo uobičajeno smanjenje<br />
za 20%.<br />
15
2. GLAVNI PARAMETRI TRUPA <strong>BRODA</strong><br />
Glavni parametri koji karakteriziraju oblik trupa broda su:<br />
- glavne dimenzije i njihovi međusobni odnosi,<br />
- koeficijenti brodske forme,<br />
- istisnina broda i njezino težište,<br />
- krivulja površine rebara (areala rebara),<br />
- položaj težišta broda.<br />
2.1. Forma i geometrija broda<br />
Brod u plovidbi morem pod utjecajem je mnoštva parametara. Neki od njih dolaze iz<br />
okoline, drugi od pomoraca koji brodom upravljaju, dok su treći posljedica osobina koje je<br />
brodu odredio brodograditelj. Brodograditelj utječe na osobine broda izborom veličine, oblika<br />
trupa, konstrukcije, strojeva, opreme itd. Osobine broda su u najvećoj mjeri određene formom<br />
trupa i njenim geometrijskim značajkama. Zbog toga je geometrija broda temelj<br />
brodograđevnog znanja. Forma brodskog trupa redovito nije jednostavnog geometrijskog ili<br />
analitičkog oblika, premda u najširem smislu postoje i takva jednostavna plovila (pontoni,<br />
plovni dokovi, plutače itd.). Formu broda treba odrediti i kasnije reproducirati prilikom<br />
gradnje s velikom točnošću. Prikaz forme može biti trodimenzionalan, putem fizičkog<br />
modela, dvodimenzionalan putem nacrta u više projekcija ili numerički putem tablica<br />
koordinata točaka na formi, spremljenih na papiru ili kao računalni zapis u datoteci.<br />
Geometrijske osobine brodske forme utječu na njegovu plovnost, stabilnost, otpor,<br />
propulziju, upravljivost, pomorstvenost, dakle praktički na sva svojstva broda. Određivanje<br />
geometrijskih osobina brodske forme vezano je za način definiranja forme.<br />
Princip prikaza brodske forme dijelimo na četiri načina:<br />
1. Stvarna forma,<br />
2. Teoretska forma,<br />
3. Prikaz nacrtom linija,<br />
4. Prikaz računalom.<br />
16
2.2. Stvarna forma<br />
Stvarna forma broda obuhvaća sve oblike koji se mogu naći na vanjskom dijelu trupa.<br />
Ona uključuje sve neravnine (namjerne ili nenamjerne), spojeve, zavare, preklope, promjene<br />
u debljini oplate, zaštitne trake, anodne protektore, sve privjeske itd.. Red veličine tih detalja<br />
je redovito znatno manji od reda veličine cijelog broda. Za opisivanje forme i provođenje<br />
svih hidrostatičkih proračuna potpuno opisivanje stvarne forme broda bilo bi potpuno<br />
nepraktično. Tome je više razloga. Proračuni se moraju provesti prije potpunog definiranja<br />
svakog detalja i naravno prije gradnje broda. Prema tome veći broj sitnih detalja još nije<br />
definiran. Izglađivanje forme koja bi sadržavala sve detalje bilo bi vrlo teško izvodivo a i<br />
proračuni geometrijskih veličina vrlo komplicirani. Zbog toga se brodska forma rastavlja na<br />
idealiziranu glatku formu (teoretsku formu) i na razne dodatke i privjeske koje realna forma<br />
ima.<br />
Razlikuju se tri dijela forme:<br />
1. Teoretska forma,<br />
2. Detalji,<br />
3. Privjesci.<br />
2.3. Teoretska forma<br />
Teoretska forma definira idealizirani osnovni oblik broda. Ovisno o materijalu gradnje<br />
trupa, teoretska forma je definirana na različite načine. Teoretska forma čeličnih i općenito<br />
metalnih brodova definirana je kao forma na vanjskom rubu građevnih rebara. Dakle<br />
teoretska forma kod metalnih brodova ne opisuje oplatu s vanjske nego s unutrašnje strane,<br />
slika 6., prema [19]. Razlog ovom pristupu je relativno mala debljina vanjske oplate ali koja<br />
mijenja debljinu na raznim područjima trupa. Tehnološki razlozi diktiraju da se razlike u<br />
debljini oplate pojavljuju na vanjskoj plohi oplate. Razlika u istisnini nastala zbog uronjenog<br />
dijela oplate uzima se kasnije u obzir kao dio istisnine privjesaka.<br />
17
Slika 6. Teoretska forma čeličnog broda<br />
(Izvor: www.fsb.hr/geometrija.broda)<br />
Drvenim i kompozitnim brodovima teoretska forma je definirana na vanjskoj plohi<br />
oplate. Kod drvenog broda debljina oplate više nije zanemariva u odnosu na veličinu broda<br />
pa bi opis s unutrašnje strane predstavljao neprihvatljivo odstupanje od stvarnog stanja.<br />
Premda je debljina oplate drvenih brodova redovito promjenjiva u područjima uz kobilicu, u<br />
području uzvoja i završnih vojeva, slika 7., prema [19], ipak ta odstupanja nisu velika i<br />
teoretska forma se opisuje tako da prolazi vanjskom plohom većeg dijela oplate dna ili boka.<br />
Pretpostavlja se da je sva oplata jednolike debljine, a razlike se kasnije na pojedinim<br />
lokacijama mogu uzeti u obzir posebnim postupkom samo za višak debljine iznad<br />
pretpostavljenog.<br />
Slika 7. Glavno rebro drvenog broda<br />
(Izvor: www.fsb.hr/geometrija.broda)<br />
18
Kod brodova građenih od kompozita (npr. od stakloplastike) teoretska forma je na<br />
vanjskoj plohi oplate, slika 8., prema [19]. Kod ovih brodova je to vrlo jednostavno jer<br />
tehnologija najčešće diktira gradnju u ženskom kalupu (premda ima i drugih metoda) tako da<br />
se slojevi oplate nanose od vanjske plohe prema unutrašnjosti trupa. Na taj način sve razlike u<br />
debljini ne utječu na vanjsku formu.<br />
Slika 8. Teoretska forma kompozitnog broda<br />
(Izvor: www.fsb.hr/geometrija.broda)<br />
2.4. Prikaz forme nacrtom linija<br />
Teoretska forma broda redovito se prikazuje nacrtom brodskih linija. Taj nacrt<br />
predstavlja prikaz niza prosječnih krivulja s teoretskom formom broda. Redovito se nacrt<br />
linija sastoji od 4 ili 5 crteža smještenih na zajednički nacrt. Svaki od tih crteža predstavlja<br />
ortogonalnu projekciju presjeka teoretske forme i niza jednoliko razmaknutih međusobno<br />
paralelnih ravnina, slično izohipsama na zemljopisnoj karti. Redovito se prikazuju crteži<br />
rebara, vodnih linija i uzdužnica. Ovom nacrtu se često dodaje i crtež svih tih krivulja u<br />
izometrijskom prikazu, slika 9., prema [19]. Dodatni crtež može sadržavati presjeke forme<br />
ravninama koso položenim prema simetralnoj ravnini broda - crtež širnica.<br />
19
Slika 9. Nacrtne linije drvenog ribarskog broda<br />
(Izvor: www.fsb.hr/geometrija.broda)<br />
2.5. Prikaz forme računalom<br />
Prikaz forme računalom osniva se na definiranju krivulja ili ploha brodske forme<br />
analitičkim metodama, najčešće raznim oblicima spajanja. Postoji veliki broj raznih pristupa<br />
u praktičnoj realizaciji kao i veći broj komercijalno dostupnih računalnih paketa za<br />
definiranje forme brodova. U odnosu na ručno crtanje, rad računalom omogućava brži, točniji<br />
i detaljniji prikaz forme uz dodatne prednosti dobivanja crteža, ili prikaza u tri dimenzije i to<br />
u raznim fazama definiranja forme. Razvoj računala i metoda računalne grafike danas je<br />
praktički istisnuo ručno crtanje forme.<br />
2.6. Osnovni pojmovi brodske forme<br />
<br />
Vodena (vodna) linija VL je plovna ravnina do koje brod uroni u vodu.<br />
Konstruktivna vodena linija KVL je ona plovna vodena linija za koju je brod konstruiran.<br />
Na toj liniji brod plovi potpuno opremljen i natovaren.<br />
Teretna vodena linija TVL je momentalna vodena linija na kojoj brod plovi s nekim<br />
određenim teretom. Kad je brod potpuno nakrcan TVL= KVL.<br />
Laka (teretna) vodena linija LVL je ona vodena linija na kojoj plovi potpuno opremljen<br />
prazan brod, bez tereta, goriva, vode posade itd.<br />
20
Glavno rebro )O( je rebro koje ima najveću uronjenu površinu presjeka. Obično leži na<br />
polovici duljine broda, jednako udaljene od pramčanog i krmenog perpendikulara.<br />
<br />
Okomice (perpendikulari)<br />
Krmena okomica (krmeni perpendikular KP) je pravac okomit na ravninu konstrukcijske<br />
vodne linije, koji prolazi presjecištem konstrukcijske vodne linije s krmenim bridom krmene<br />
statve ili s krmenim bridom statve kormila ili s osi kormila ako prethodno navedena<br />
presjecišta ne postoje (to jest ako brod nema statve kormila ili ako vodna linija ne siječe<br />
statvu).<br />
Pramčana okomica (pramčani perpendikular PP) je pravac okomit na ravninu<br />
konstrukcijske vodne linije koji prolazi probodištem prednjeg brida pramčane statve i ravnine<br />
konstrukcijske vodne linije, odnosno odgovarajućim probodištem prednjeg brida utora<br />
pramčane statve kod drvenih brodova.<br />
Središnja okomica (središnji perpendikular SP) je (pomoćna) okomica koja se nalazi na<br />
sredini duljine broda na jednakoj udaljenosti i od pramčane i od krmene okomice.<br />
Perpendikular na drvenim brodovima su okomice u točkama gdje KVL siječe rub utora<br />
na statvama.<br />
Osnovica je horizontalna linija koja prolazi gornjim rubom kobilice na mjestu najvećeg<br />
gaza broda. Na drvenim brodovima osnovica prolazi vanjskim utorom oplate na kobilici.<br />
Kod nekih tipova brodova, kao što su remorkeri, osnovica je linija koja prolazi gornjim<br />
rubom kobilice na mjestu glavnog rebra, pa se svi proračuni vrše na to osnovnu liniju.<br />
Paralelni srednjak je dio broda s nepromijenjenom površinom glavnog rebra.<br />
Slika 10. Prikaz vodenih linija KVL i LVL, perpendikulara, osnovice,<br />
glavnog rebra i pojasa gaza<br />
(Izvor: www.fsb.hr/geometrija.broda)<br />
21
2.7. Glavne dimenzije trupa broda<br />
Glavne dimenzije broda su:<br />
- dimenzije duljine,<br />
- dimenzije širine,<br />
- dimenzije visine.<br />
2.8. Dimenzije duljine<br />
Duljina broda L (eng.: lenght), osnovna linearna dimenzija broda mjerena u uzdužnom<br />
smjeru trupa. Kod trgovačkih brodova postoje uglavnom tri duljine:<br />
Duljina preko svega ( L oa ) ( eng.: lenght overall ) je vodoravni razmak krajnjih točaka broda<br />
na pramcu i na krmi, kosnik i kormilo ne uzimaju se u obzir. Ta se duljina uzima u obzir u<br />
lukama za privez, prijevodnicama (ustavama), prolazima i dokovima s ograničenim<br />
dimenzijama itd. Na slici 11. i 12., prema [19], prikazane su duljine broda.<br />
Slika 11. Duljina broda, Lpp duljina između okomica, LKVL duljina na konstruktivnoj<br />
vodenoj liniji, Loa duljina preko svega<br />
(Izvor: www.fsb.hr/geometrija.broda)<br />
22
Slika 12. Duljina Lpp i LKVL prikaz krmenog dijela broda<br />
(Izvor: www.fsb.hr/geometrija.broda)<br />
Duljina između okomica - perpendikulara (L Pp ) je vodoravni razmak između<br />
pramčane i krmene okomice (perpendikulara) na konstrukcijskoj vodnoj liniji koje<br />
prolaze kroz vanjski rub pramčane i krmene statve. Ako brod nema krmenu statvu tada<br />
okomica prolazi kroz osovinu kormila. Ta se duljina upotrebljava za računanje<br />
istisnine i za određivanje dimenzija broda prema propisima klasifikacionih društava.<br />
Duljina konstruktivne vodne linije (LKVL) je vodoravni razmak između krajnjih<br />
točaka KVL. Ta je duljina mjerodavna pri proračunu brodske pretege, prodora vode i<br />
proračuna nepotonivosti, nadvođa, te kod proračuna otpora broda.<br />
Duljina između okomica (Lpp) može biti veća ili manja od duljine konstruktivne<br />
vodne linije (LKVL), što ovisi o tipu broda i formi krme, slika 12., prema [19]. Kod<br />
čamaca za vesla ove duljine su jednake.<br />
Osim ovih duljina broda koje pomorci upotrebljavaju u svakodnevnoj praksi postoji i<br />
druge duljine kao npr.:<br />
Baždarska duljina (L reg ) je vodoravni razmak između unutrašnje strane oplate na<br />
pramcu i krmi. Služi za određivanje zapremnine broda.<br />
Duljina paralelnog srednjaka (Ls) je duljina na kojoj brod ima jednak poprečni presjek.<br />
Svi brodovi nemaju tu duljinu, slika 13., prema [19].<br />
23
Duljina pramčanog zaoštrenja (L p ) je udaljenost od pramčanog perpendikulara do<br />
početka paralelnog srednjaka, a nema li brod paralelnog srednjaka, onda do glavnog rebra.<br />
Duljina krmenog zaoštrenja (L k ) je udaljenost od kraja paralelnog srednjaka (ili<br />
glavnog rebra ako brod nema paralelnog srednjaka) do presjecišta vodne linije s<br />
konturom krme broda.<br />
Slika 13. Prikaz duljine Lpp, Lk, Ls i Lp<br />
(Izvor: www.fsb.hr/geometrija.broda)<br />
2.9. Dimenzije širine<br />
Širina broda (B) (eng.:breath) je osnovna linearna dimenzija broda mjerena u<br />
horizontalnoj ravnini, okomito na uzdužnu os broda.<br />
Širina preko svega (B mak ) je najveća širina broda, mjeri se na najširem mjestu broda preko<br />
bokoštitnice ili drugih dijelova koji strše preko brodskih bokova. Ta je širina važna za<br />
ulazak u luke, dokove, prijevodnice (ustave) i za prolaz između stupova mosta.<br />
Širina konstruktivne vodne linije (B KVL ) je najveća širina KVL. Kod većine brodova<br />
ona je jednaka širini glavnog rebra i proračunskoj širini.<br />
Baždarska širina (B reg ) je najveća unutrašnja širina mjerena između drvene oplate na<br />
oba boka broda.<br />
24
Slika 14. Dimenzije širine<br />
(Izvor: www.fsb.hr/geometrija.broda)<br />
Širina na glavnom rebru (B )0( ) mjeri se na vanjskom rubu glavnog rebra, redovito je<br />
jednaka proračunskoj širini broda. Proračunska širina je najveća širina podvodnog<br />
dijela trupa mjerena do vanjskog ruba rebra na čeličnim brodovima, a do vanjske strane<br />
oplate na drvenim brodovima. Upotrebljava se za za proračun koeficijenta glavnog rebra.<br />
2.10. Dimenzije visine<br />
Bočna visina (H) je okomit razmak između osnovice (gornja strana kobilice) i gornjeg<br />
brida sponje najviše neprekinute palube, mjerena na boku broda. Važna je za proračun<br />
čvrstoće, nepotonivosti, stabilnosti i za dimenzioniranje elemenata trupa.<br />
Dubina prostora (P d ) se mjeri na različite načine i služi za izmjeru brodskog prostora.<br />
To je dubina unutrašnjeg prostora u sredini broda od najviše točke dvodna, odnosno<br />
pokrova dvodna do gornjeg ruba sponje krovne palube. Dubina prostora daje informaciju<br />
časniku prilikom ukrcaja glomaznih tereta. Tada se računa do donjeg ruba sponje ispod<br />
koje dolazi teret.<br />
Gaz (T) (eng.: draft) jest mjera za dubinu do koje je brod uronjen u vodu, mjeri se od<br />
vodne linije VL do najniže točke tijela broda kobilice kao na slici 15., prema [19],<br />
Tmax, odnosno njegovih izdanaka (kormila, vijaka, kuka). Gaz je vrlo važan za<br />
brodove koji plove u lukama, rijekama, jezerima kanalima ograničene dubine. Za oznaku<br />
25
gaza stavljaju se propisani znakovi, zagaznice na vidljivom mjestu broda (pramac,<br />
krma i na sredini). Razlikuju se pramčani gaz (T a ), gaz na sredini i krmeni gaz (Tk).<br />
Slika 15. Visina H, maksimalni gaz Tmax, konstrukcijski gaz T,<br />
nadvođe F, b preluk<br />
(Izvor: www.fsb.hr/geometrija.broda)<br />
Aritmetička sredina između gaza na pramcu i gaza na krmi daje srednji gaz (T s ).<br />
Od toga gaza treba razlikovati konstrukcioni gaz koji je vertikalna udaljenost od<br />
osnovke, do KVL. Primjenjuje se za proračun istisnine.<br />
Nadvođe (F b )(eng.: freeboard) je vertikalni razmak mjeren na boku broda na polovicu<br />
njegove duljine (L pp ), od KVL do gornje strane čeličnog palubnog opločenja, ako se preko<br />
čeličnog opločenja nalazi i drvena oplata, onda se nadvođe mjeri do gornje strane te<br />
palube.<br />
Zakrivljenost ili skok palube je okomit razmak ruba palube na prednjem (sp), odnosno<br />
stražnjem (sk) perpendikularu iznad najniže točke palube.<br />
Preluk palube (b) je okomit razmak od sredine sponje do ruba palube, na najširem mjestu<br />
palube. Omogućava brže otjecanje vode s brodske palube.<br />
2.11. Zagaznice<br />
Zagaznice (gaznice), oznake na obim stranama pramčane i krmene statve u blizini<br />
perpendikulara, a na nekim brodovima i na oznaci nadvođa, koje označavaju gaz broda na<br />
tim mjestima. Gaz se mjeri od donjeg ruba kobilice do vodene linije. Ako negdje ima<br />
26
dijelova koji sežu ispod kobilice (propeler, statva ili kormilo), onda se gaz označi od<br />
donjeg ruba kobilice i ujedno doda veličina za koju je povećan npr. 5,10 [m] + 0,3 [m]. Na<br />
slici 16., prema [23], prikazane su zagaznice ucrtane na oplatu broda. Arapskim brojevima<br />
označavaju decimetre, a rimskim brojevima stope.<br />
Slika 16. Zagaznice<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Zagaznice unesene u metričkom sustavu su u decimetrima, visina pojedinog broja<br />
iznosi 1 [dm], a isto toliki je i razmak između njih. Obično su označene samo parnim<br />
brojevima, a upisuju se u arapskim brojkama. Pri tom donji rub brojke označava onaj gaz<br />
koji ta brojka pokazuje. Ti se brojevi izrežu iz tankog lima i zavare na vanjsku oplatu<br />
broda. Boje se svijetlim bojama ako je oplata broda tamna i obrnuto. U zemljama koje<br />
upotrebljavaju engleski sustav mjera gaz se bilježi u stopama (1’/stopa/ = 0,3048 [m], a u<br />
praksi se uzima 1' = 0,305 [m]) s tim što se one obično upisuju u rimskim brojkama. Svaka<br />
brojka je visoka 1/2 stope (6" /incha/), koliki je i razmak između njih.<br />
2.12. Koeficijenti brodske forme<br />
Koeficijenti brodske forme su omjeri između površina brodskih presjeka ili<br />
volumena trupa prema površinama i volumenima geometrijskih likova i tijela. Koeficijenti<br />
forme su, dakle, bezdimenzionalni brojevi, koji su toliko veći koliko je forma trupa punija<br />
i obrnuto. Karakteriziraju oblik brodskog trupa, raspored istisnine po duljini i visini broda<br />
i isti su ili slični za slične brodove.<br />
27
Koeficijenti brodske forme su:<br />
1. Koeficijent vodne linije α,<br />
2. Koeficijent punoće glavnog rebra β,<br />
3. Koeficijent istisnine δ,<br />
4. Koeficijent uzdužne finoće broda φ,<br />
5. Koeficijent vertikalne finoće broda ψ.<br />
2.13. Koeficijent vodne linije α<br />
Koeficijent vodne linije α je omjer površine vodne linije i površine oko nje<br />
opisanog pravokutnika čija je stranica duljina vodne linije i širina glavnog rebra. Što je<br />
koeficijent α manji, oblik teretne vodne linije je vitkiji, odnosno finiji, a što je on<br />
veći, oblik te linije je puniji. Lako je zaključiti da brži brodovi imaju finije linije,<br />
znači manji α, a teretni brodovi, radi većeg prostora skladišta, imaju tuplju formu<br />
vodne linije, znači veći α. 0.67 0.87<br />
<br />
gdje je:<br />
FVL - površina vodne linije [m²],<br />
LVL - duljina vodne linije [m],<br />
BVL - širina glavnog rebra [m].<br />
F VL<br />
L<br />
VL<br />
B<br />
VL<br />
(1)<br />
Slika 17. Koeficijent punoće vodne linije α<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
28
2.14. Koeficijent punoće glavnog rebra β<br />
Koeficijent punoće glavnog rebra β je omjer površine uronjenog dijela glavnog<br />
rebra i površine pravokutnika čije su stranice širina glavnog rebra i gaz na glavnom rebru:<br />
0.85<br />
0.98<br />
<br />
F<br />
) O(<br />
B<br />
VL<br />
T<br />
VL<br />
(2)<br />
gdje je:<br />
F)o( - površina uronjenog dijela glavnog rebra [m²],<br />
BVL - širina glavnog rebra [m],<br />
TVL - gaz na glavnom rebru [m].<br />
Punoća glavnog rebra utječe na otpor broda, a pokazuje kakve su mogućnosti<br />
krcanja tereta u skladište. Koeficijent je uvijek manji od jedan. Kod suvremenih brodova on<br />
se kreće oko 0,95 a kod velikih supertankera kreće se do 0,98, zbog toga ti brodovi imaju<br />
više prostora za ukrcaj tereta. Kod pontona β iznosi 1.<br />
Slika 18. Koeficijent punoće glavnog rebra β<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
2.15. Koeficijent istisnine δ<br />
Koeficijent istisnine δ je omjer volumena istisnine broda i volumena paralelopipeda,<br />
čiji su bridovi duljina LVL , širina BVL i gaz broda te vodne linije TVL:<br />
0.38 0.85<br />
29
V<br />
L<br />
VL<br />
B<br />
VL<br />
T<br />
VL<br />
(3)<br />
gdje je:<br />
V - volumen istisnine broda [m³],<br />
BVL - širina glavnog rebra [m],<br />
TVL - gaz na glavnom rebru [m],<br />
LVL - duljina vodne linije [m].<br />
Što je koeficijent δ veći, to je forma trupa punija, a što je manji, to je trup vitkiji.<br />
Prema vrijednosti tog koeficijenta možemo ustanoviti brzinu broda. Ovaj koeficijent daje<br />
dobru sliku nosivosti broda. Vrijednost δ varira u velikim granicama, od 0,38 kod<br />
jedrenjaka pa do 0,85 kod teretnih brodova.<br />
Slika 19. Koeficijent istisnine δ<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
2.16. Koeficijent uzdužne finoće broda φ<br />
Koeficijent uzdužne finoće broda φ je omjer između volumena broda i cilindra,<br />
čija je osnovica glavno rebro, a duljina ista kao duljina vodne linije:<br />
<br />
V<br />
F L<br />
VL<br />
(4)<br />
30
ako je:<br />
F <br />
)(<br />
B VL<br />
<br />
<br />
T VL<br />
(5)<br />
dobiva se:<br />
<br />
V<br />
B VL<br />
T<br />
VL<br />
L<br />
VL<br />
(6)<br />
<br />
(7)<br />
<br />
Dakle, koeficijent uzdužne finoće φ jednak je omjeru koeficijenata punoće broda δ i<br />
koeficijenata punoće glavnog rebra β pa je njegova vrijednost uvijek veća od vrijednosti<br />
koeficijenata punoće broda. Ovaj nam odnos pokazuje kako je raspoređena istisnina po<br />
duljini broda.<br />
Slika 20. Koeficijent uzdužne finoće broda φ<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
2.17. Koeficijent vertikalne finoće broda ψ<br />
Koeficijent vertikalne finoće broda ψ je omjer volumena broda i cilindra, koji ima<br />
isti gaz kao i brod, a osnovicu površinu vodne linije za zadani gaz:<br />
<br />
V<br />
F<br />
VL<br />
L<br />
VL<br />
(8)<br />
31
ako je:<br />
F<br />
VL<br />
B<br />
VL<br />
T<br />
VL<br />
(9)<br />
dobivamo:<br />
V<br />
B VL<br />
L<br />
VL<br />
T<br />
VL<br />
(10)<br />
<br />
(11)<br />
<br />
Dakle, koeficijent vertikalne finoće ψ jednak je omjeru koeficijenata punoće broda δ<br />
i koeficijenta punoće vodne linije α, pa je njegova vrijednost također uvijek veća od<br />
vrijednosti koeficijenata punoće broda. Ovaj nam odnos pokazuje kako je raspoređena<br />
istisnina po visini broda. Veliki ψ znači koncentraciju istisnine bliže kobilici, a mali ψ<br />
bliže KVL.<br />
Koeficijenti brodske forme prilično točno određuju formu broda. Za iste tipove brodova<br />
oni se dosta dobro podudaraju, ali kod raznih tipova brodova pokazuju znatne razlike.<br />
Razumljivo je da će se za brze brodove odabrati oštrije i vitkije forme od onih za spore<br />
brodove. Kod toga uvijek se mora izabrati kompromisnu sredinu kako bi se zadovoljila<br />
svojstva stabilnosti, plovnosti, otpora, ekonomičnosti, zapremnine, nosivosti itd.<br />
Oblik broda ovisi o dimenzijama, odnosima dimenzija, oblicima, položajima težišta<br />
glavnih presjeka (uzdužni presjek, vodena linija i glavno rebro), koeficijentima tih<br />
presjeka, istisnini, koeficijentu istisnine, međusobnim odnosima koeficijenata i o<br />
položaju težišta istisnine.<br />
32
Tablica 1. Koeficijenti brodske forme i odnosi glavnih dimenzija<br />
Koefic<br />
ijent<br />
Teretni<br />
brodovi<br />
Putničko<br />
teretni<br />
brodovi<br />
Ribarski<br />
brodovi<br />
Remorkeri<br />
(tegljači)<br />
α 0,80 - 0,87 0,72 - 0,86 0,70 - 0,82 0.75 - 0,83<br />
β 0,93 - 0,99 0,75 - 0,98 0,72 - 0,88 0,72 - 0,88<br />
δ 0,65 - 0,82 0,55 - 0,75 0,50 - 0,60 0,45 - 0,60<br />
φ 0,60 - 0,82 0,50 - 0,80 0,60 - 0,70 0,50 - 0,70<br />
ψ 0,81 - 0,98 0,75 - 0,90 0,71- 0,82 0,72 - 0,88<br />
L/B 6,0 - 8,0 7,0 - 9,0<br />
5,3 - 6,0<br />
3,5 - 5,6<br />
B/T 2,0 - 3,2 2,2 - 2,7 1,8 - 2,2 2,2 - 3,2<br />
H/T 1,1 - 1,5 1,2 - 1,7 1,1 - 1,3 1,2 - 1,6<br />
L/H 10 - 16 10 - 14 9 - 10 6,5 - 10<br />
2.18. Nadvođe<br />
Nadvođe (eng.: freeboard) u širem smislu, visina boka broda iznad razine mora,<br />
mjerena okomito na polovici duljine broda, do gornjeg ruba one palube koja se smatra<br />
sastavnim dijelom nepropusnog brodskog trupa. Međutim nadvođe u užem smislu tj. prema<br />
važećim propisima i Međunarodnoj konvenciji o teretnim linijama je točno određena mjera<br />
kojom se utvrđuje najveći dopušteni gaz broda i to za plovidbu u određenim geografskim<br />
područjima i razdobljima godišnjih doba. Vodna crta do koje brod uroni na najvećem<br />
dopuštenom gazu zove se teretna crta.<br />
Dovoljna visina nadvođa jedna je od glavnih uvjeta za sigurnost broda i ljudskih života na<br />
moru. Što je nadvođe veće, to je veća rezervna istisnina broda. S povećanjem nadvođa<br />
povećava se opseg stabilnosti broda, jer je uz istu bočnu visinu, a veće nadvođe, veći i kut<br />
nagiba broda, pri kojem rub palube uroni u vodu. Na uzburkanome moru valovi manje<br />
prelijevaju palubu što je nadvođe veće, pa je i veća sigurnost da se ne ošteti teret na palubi ili<br />
voda prodre u potpalublje.<br />
33
2.19. Oznaka nadvođa<br />
Oznaka nadvođa sastoji se od kruga na sredini broda ispod crte palube nadvođa te<br />
prekriženog vodoravnom crtom čiji gornji rub prolazi središtem kruga. Crte nadvođa<br />
pokazuju maksimalne gazove do kojih se brod može nakrcati u raznim okolnostima:<br />
Ljetna teretna crta (eng.: summer load line) čiji gornji rub prolazi središtem kruga je<br />
označen slovom S (summer). Ova crta označuje maksimalni gaz na kojem brod može biti<br />
nakrcan u moru za vrijeme određenog ljetnog razdoblja i za određeno područje.<br />
Zimska teretna crta (eng.: winter load line), označava se slovom W smještena je ispod ljetne<br />
crte nadvođa. Ova crta određuje plovidbu morem za određeno zimsko razdoblje u određenom<br />
području.<br />
Zimska teretna crta za sjeverni Atlantski ocean WNA (eng.: winter north Atlantic load line)<br />
ucrtava se ispod linije W za 50 [mm]. Prema pravilima ova crta se ucrtava samo na<br />
brodovima duljine do 100 [m], koji u zimskom razdoblju uplovljavaju u bilo koji dio<br />
sjevernog Atlantskog oceana.<br />
Slika 21. Oznaka nadvođa<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Tropska teretna crta T (eng.: tropical load line) određuje maksimalan gaz u moru za dobre<br />
vremenske uvjete u određenim tropskim područjima. U tropima dozvoljava se smanjenje<br />
nadvođa za 1/48 ljetnog gaza.<br />
34
Ljetna teretna crta za slatku vodu označena gornjim rubom crte obilježene slovom F<br />
(eng.: fresh water), a položena je od okomite crte prema krmi. Razlika između ljetne teretne<br />
crte za slatku vodu i ljetne teretne crte jednaka je dopuštenom povećanju krcanja u slatkoj<br />
vodi i za ostale teretne crte (W i WNA).<br />
Tropska teretna crta za slatku vodu označena gornjim rubom crte, obilježena slovima TF<br />
(eng.: tropical fresh water) i položena od okomite crte prema krmi.<br />
2.20. Baždarska oznaka<br />
Baždarska oznaka primjenjuje se od 1965 godine. Prema ranijim pravilima brodovi su<br />
imali dvije vrste zaštitne palube (eng.: shelter deck). To su brodovi s otvorenom zaštitnom<br />
palubom (eng.: open shelter deck) i brodovi sa zatvorenom zaštitnom palubom (eng.: closed<br />
shelter deck).<br />
Slika 22. Baždarska oznaka<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Baždarska oznaka je vodoravna crta tzv. osnovna crta iznad koje se nalazi<br />
jednostraničan trokut koji jednim svojim vrhom dodiruje gornji rub osnovne linije na polovici<br />
dužine. Okomita udaljenost od gornjeg ruba osnovne crte do gornjeg ruba dodatne crte iznosi<br />
1/48 konstrukcijskog gaza mjerenog do gornjeg ruba osnovne crte. Baždarska oznaka stavlja<br />
se na bokove broda, u blizini nadvođa i prema krmi. Zaštitna paluba nalazi se uvijek iznad<br />
neke donje nepropusne i neprekinute palube.<br />
35
U brodova s otvorenom zaštitnom palubom takva paluba ne smije biti nepropusna i<br />
mora imati otvore koji ne smiju i ne mogu nepropusno zatvoriti. Ti se otvori nazivaju tonažni<br />
otvori. Prostor ispod zaštitne palube pri baždarenju ne ulazi u tonažu broda. Na brodovima sa<br />
zatvorenom zaštitnom palubom i ta je paluba nepropusna i nema tonažnih otvora, a<br />
međupalublje pri baždarenju ulazi u tonažu broda, pa se takvom brodu dopušta manje<br />
nadvođe tj. veći gaz i veća nosivost. Očito je da zatvorena zaštitna paluba brodu pruža bolju<br />
sigurnost ali i veću bruto i neto registarsku tonažu. Na brodovima sa otvorenom zaštitnom<br />
palubom, prostor ispod zaštitne palube nije ulazio u tonažu broda iako su brodari koristili taj<br />
prostor za ukrcaj nekih vrsta tereta. Da bi se povećala sigurnost broda, a brodovlasnicima<br />
udovoljilo da ne plačaju lučke i druge pristojbe za taj prostor, određeno je da dvopalubni i<br />
više palubni brodovi imaju dvije bruto i dvije neto tonaže.<br />
2.21. Brodske mjere<br />
U glavne brodske mjere pripadaju:<br />
Ukupna istisnina (eng.:displacement, loaded displacement) a čine je sama težina broda,<br />
masa ukrcanog tereta, goriva, zaliha, posade, vode i mrtvih težina. Dakle, ukupna istisnina je<br />
promjenjiva veličina, a ovisi o uronu broda do nekog gaza.<br />
Laka istisnina (eng.:light displacement) je stvarna težina samog broda (eng.: lightship<br />
weight, lightweight) bez tereta i drugih masa.<br />
Nosivost (eng.:deadweight – DWT) je masa tereta koju brod može ukrcati zajedno s gorivom,<br />
zalihama, posadom i nepoznatim težinama itd., do neke dozvoljene crte nadvođa, odnosno<br />
gaza broda.<br />
Ukupna nosivost (eng.:deadweight all told – DWAT) je pobliže određena nosivost ali kao<br />
definicija ne mijenja značenje prethodne. Nosivost se obično iskazuje zajedno s gazom na<br />
dozvoljenoj ljetnoj crti nadvođa, a ako se to ne uradi drži se da je nosivost na tome gazu.<br />
Dakako određuje se i za druge crte npr., nosivost na zimskoj crti (eng.: winter draft<br />
deadweight).<br />
Korisna nosivost ili nosivost tereta (eng.:deadweight cargo capacity – DWCC) je ukupna<br />
nosivost umanjena za mase goriva, vode, zaliha, nepoznatih težina, drugim riječima masa<br />
tereta koju brod može u određenom slučaju ukrcati.<br />
36
Korisna prostornost ili kapacitet (eng.:cubic capacity) je ukupan prostor broda namijenjen<br />
prijevozu tereta, a dijeli se na prostor za žitarice i prostor za bale (eng.: grain & bale<br />
capacity) i čini dio ukupne prostornosti, tj. obujma svih prostorija.<br />
Tonaža broda (eng.:tonnage) je ukupan prostor broda izračunat nakon mjerenja tj.,<br />
baždarenja, danas prema odredbama IMO konvencije o baždarenju brodova (1969) kao bruto<br />
GT i neto tonaža NT.<br />
Dakle istisnina i nosivost broda su promjenjive vrijednosti i ovise o uronu broda do<br />
dozvoljene crte nadvođa, pa se visina od crte glavne palube do crte urona također smatra<br />
promjenjivom i određena je prema Međunarodnoj konvenciji o teretnoj liniji (1966). Visina<br />
od gornjeg ruba kobilice do neke crte urona je gaz broda za taj uron. Gaz na lakoj vodnoj crti<br />
je gaz potpuno opremljenog broda ali bez tereta i teorijski je to najmanji gaz. Gaz na teretnoj<br />
vodnoj crti najveći je dopušteni gaz s obzirom na propisano nadvođe. Najveći gaz se mjeri od<br />
najniže točke na trupu do plovne crte i važan je u plovidbi plitkim vodama, stoga se naziva<br />
navigacijski gaz.<br />
Što se tiče planova i nacrta brod treba istaknuti da danas suvremeni trgovački brod ima veliki<br />
broj planova i nacrta koji se odnose na trup, strojeve i opremu ne računajući tehničku<br />
dokumentaciju proizvođača o čuvanju, rukovanju i održavanju pomoćnih dijelova. Međutim<br />
za potrebe iskorištavanja brodova najvažniji su sljedeći podaci:<br />
Opći plan (eng.:general arrangement plan – GA plan) je nacrt koji prikazuje brod u sve tri<br />
projekcije. Uzdužni presjek prikazuje sve prostorije za teret, opremu i strojarnicu, nadgrađe i<br />
tankove, bokocrt sredine broda prikazuje oblik broda od pramca prema krmi, a tlocrt<br />
prikazuje prostorije za teret, otvore i opremu i uređaje na svakoj palubi.<br />
Kapacitivni plan (eng.:capacity plan) obično zajedno s ljestvicom nosivosti uz nacrt svih<br />
prostorija, posebice onih za teret, sadrži i detalje kapaciteta u tonama i zapremninskim<br />
jedinicama skladišta i tankova, zatim i glavne podatke o brodu. Grafički prikaz je u<br />
uzdužnom presjeku i tlocrtu. Kapacitivni plan pojedinih sekcija broda s dimenzijama<br />
prostorija i otvora, ponekad uz tablice s podacima s dozvoljenim opterećenjima na pojedinim<br />
dijelovima paluba i gornjeg dna dvostrukog dna.<br />
U praksi se ponajviše koriste opći i kapacitivni planovi. S pomoću tih planova tj.,<br />
njihovih grafičkih i numeričkih podataka kao i onih dobivenih mjerenjem detalja na<br />
planovima i pretvorbom u prirodne vrijednosti, moguće je zadovoljiti brojne zahtjeve za<br />
procjenama i proračunima u funkciji iskorištavanja broda.<br />
37
3. MATERIJALI GRADNJE<br />
Pri gradnji brodova danas se upotrebljavaju raznorazni materijali, ali kad govorimo o<br />
materijalima najčešće mislimo na čelik, zatim bakar, legure bakra, aluminij, staklene i<br />
plastične mase i drvo. Mogli bi kazati da su to osnovni materijali.<br />
3.2. Klasifikacijska društva<br />
Zahtjevi brodovlasnika i vlasnika tereta koji se prevoze brodom doveli su prije<br />
dvjestotinjak godina do utemeljenja klasifikacijskih društava. Tako danas imamo<br />
klasifikacijska društva raznih zemalja:<br />
Velika Britanija – Lloyd´s Register of Shipping,<br />
Francuska - Bureau Veritas,<br />
Njemačka - Germanischer Lloyd,<br />
Norveška - Det Norske Veritas,<br />
Italija - Registro Italiano Navale,<br />
USA - American Bureau of Shipping,<br />
Rusija - Russian Register of Shipping,<br />
Japan - Nippon Kaiji Kyokai,<br />
Hrvatska - Hrvatski registar brodova.<br />
Klasifikacijska društva izdaju pravila i regulative koje se odnose na čvrstoću broda,<br />
opremljenost s adekvatnom opremom i sposobnost rada strojeva. Najstarije osiguranje je<br />
Lloyd Register of shipping, osnovano 1760. godine i rekonstruirano 1834. godine. Čelični<br />
brodovi izgrađeni u skladu s Lloyd-ovim pravilima i standardima uknjiženi su u<br />
Registracijsku knjigu. Oni će biti upisani u Registracijskoj knjizi sve dok se pridržavaju<br />
pravila i standarda toga klasifikacijskog društva.<br />
Zahtjevi za način nadzora kod proizvođača, kao i zahtjevi u vezi s tehničkom<br />
dokumentacijom materijala i proizvoda, sadržani su u Pravilniku hrvatskog registra brodova<br />
koji je zapravo kopija Lloyda. Registar ne jamči da materijali isporučeni naručitelju<br />
odgovaraju dogovorenim dimenzijama i težini i da nemaju grešaka koje mogu štetno utjecati<br />
na upotrebu za određenu svrhu.<br />
Proizvodi koji se tijekom daljnje primjene ili u daljnjem postupku pokažu<br />
neispravnima, mogu se odbaciti, usprkos prethodnim ispitivanjima, koja su udovoljila<br />
38
Pravilima ili normama. Proizvođač mora prije ispitivanja kakvoće materijala ekspertu<br />
Registra predočiti najmanje slijedeće podatke:<br />
- količinu, tip proizvoda, dimenzije, vrsti materijala, stanje isporuke i težinu,<br />
- naziv (ime) kupca, zajedno s brojem ugovora i brojem naloga rada,<br />
- broj novogradnje ili ime broda (ako je poznato),<br />
- primjenu (namjenu) ako je potrebno.<br />
Za označavanje materijala i proizvoda ekspert Registra koristi čelićne žigove, gumene pečate<br />
i plombe, u skladu s Uputama o korištenju i čuvanju pečata, štambilja i žigova. Prije<br />
označavanja oznakom Registra materijali i proizvodi moraju biti označeni tvorničkim<br />
oznakama, koje ako nije u ovom dijelu Pravila ili specifikacijama odobrenim od Registra<br />
drukčije određeno, moraju sadržati:<br />
- kategoriju, ili oznaku materijala,<br />
- brojčanu ili drugu oznaku koja omogućava identifikaciju materijala ili proizvoda (npr.<br />
broj lima, broj taline, broj skupine i sl.),<br />
- tvornički znak.<br />
Na materijalima, u pravilu oznake se utiskuju na mjestima koja su lako dostupna za<br />
pregled i nakon ugradnje u objekt. Na materijalima koji se trebaju dalje obrađivati oznake se<br />
utiskuju, po mogućnosti na mjestima koja se više neće obrađivati. Označavanje se uobičajeno<br />
obavlja utiskivanjem žiga na površinu. Ako je površina materijala osjetljiva na takav način<br />
označavanja (djelovanje zareza ili mala debljina), označavanje se obavlja slabijim<br />
utiskivanjem, bojom, gumenim pečatima-žigovima, ljepljivim naljepnicama ili električnim<br />
graviranjem.<br />
3.2. Čelik<br />
To je željezo koje sadrži 0,2-1,7 % ugljika i male količine silicija, mangana, fosfora ili<br />
sumpora. Prema količini ugljika i drugih primjesa čelik ima različita svojstva i strukturu. U<br />
brodogradnji se najviše upotrebljava meki čelik sastava: 0,17-0,23 % ugljika, 0,1-0,35 %<br />
silicija, 0,5-0,7 % mangana, najviše 0,06 fosfora, najviše 0,06 % sumpora. Taj se čelik dobiva<br />
po Siemens-Martinovu postupku.<br />
Osim toga ima i specijalnih vrsta čelika. Specijalni čelici se dobivaju ako se u čelik uvode<br />
neki kemijski elementi kao oplemenjivači. Oplemenjivači čelika gotovo su uvijek metali,<br />
kao: mangan, krom, nikal, silicij, molibden, volfram, vanadij i drugi, a od nemetala dušik.<br />
39
Zavisno od vrste i količine oplemenjivača koji se dodaje običnom čeliku, dobivaju se čelici<br />
različitih osobina.<br />
U vrste čelika ubrajamo lijevani čelik, lijevano željezo, kovani čelik i čelik koji ne rđa.<br />
Lijevani čelik služi za izradu masivnih komada, pramčanih i krmenih statvi, sidrenih ždrijela,<br />
statvenih cijevi, skrokova, dijelova kormila i drugo. Za istu svrhu služi i lijevano željezo.<br />
Kovani čelik potreban je za glavne osovine, osovinu kormila, statve i druge masivne dijelove<br />
koji se spajaju zavarivanjem. Nehrđajući čelik služi za izradu brodske opreme, oprema<br />
kuhinje i drugo. Ta je vrsta čelika vrlo skupa, zbog toga je na teretnim brodovima njihova<br />
upotreba ograničena.<br />
3.2.1 Proizvodnja čelika<br />
Čelik se može proizvoditi u kisičnom konvertoru, električnim pećima ili na druge<br />
načine. Proizvodnja Bessemerovim konverterom ne upotrebljava se za proizvodnju<br />
brodograđevnog čelika.<br />
- PROCES U OTVORENOM OGNJIŠTU (eng.: Open hearth process)<br />
- ELEKTRIČNA PEĆ (eng.: Electric furnaces)<br />
- KISIČNI KONVERTOR (eng.: Oxigen process)<br />
Ako se za čelike proizvedene u termo-mehanički valjanom stanju, u daljnjem postupku<br />
preradbe predviđa zagrijavanje radi oblikovanja u toplom stanju ili žarenje radi odstranjivanja<br />
unutarnjih naprezanja, ili se predviđa zavarivanje s velikim unosom topline, mora se uzeti u<br />
obzir mogućnost odgovarajućeg sniženja mehaničkih svojstava.<br />
40
Slika 23. Shematski dijagrami termo-mehaničkih i konvencionalnih postupaka valjanja<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
Primijenjeni postupci valjanja prikazani su u shematskim dijagramima na slici 23., prema [8],<br />
a definirani kako slijedi:<br />
Valjano stanje, AR<br />
Ovaj postupak uključuje valjanje čelika na visokoj temperaturi, nakon čega slijedi hlađenje<br />
na zraku. Temperature valjanja i temperatura završnog valjanja su u tipičnoj zoni<br />
rekristalizacije austenita i iznad temperature normalizacije. Svojstva čvrstoće i žilavosti<br />
čelika proizvedenih ovim postupkom su općenito niža nego kod čelika toplinski obrađenih<br />
nakon valjanja ili čelika proizvedenih modernijim postupcima.<br />
Normalizirano stanje, N<br />
Normalizacija uključuje zagrijavanje valjanost čelika iznad kritične temperature, AcC i na<br />
nižem kraju zone rekristalizacije austenita s posljedičnim hlađenjem na zraku. Postupak<br />
poboljšava mehanička svojstva u odnosu na valjano stanje zbog sitnijeg zrna.<br />
Termo-mehaničko valjanje, TM<br />
To je postupak, koji uključuje striktnu kontrolu obaju parametara i to temperaturu valjanja<br />
čelika i redukciju pri valjanju. Generalno, visoki udio redukcije pri valjanju obavlja se blizu<br />
ArC temperature i može uključiti valjanje u dvofaznom području.<br />
41
Za razliku od kontroliranog valjanja (normalizirano valjanje), svojstva prenosiva kod TM<br />
(TMCP - Termo mehanički kontrolirani postupak) ne mogu se reproducirati sa posljedičnom<br />
normalizacijom ili drugim oblicima toplinske obradbe. Primjena ubrzanog hlađenja za<br />
kompletiranje TM-valjanja može se također prihvatiti nakon posebnog odobrenja Registra.<br />
Isto se može primijeniti za primjenu toplinske obradbe popuštanja, nakon završetka TMvaljanja.<br />
Kontrolirano valjano stanje, CR<br />
To je postupak valjanja, u kojemu se završna deformacija obavlja na razini temperature<br />
normalizacije, što rezultira svojstvima materijala, koji su uglavnom ekvivalentna onima, koja<br />
se postižu postupkom normalizacije. Normalizirano valjano stanje - NR<br />
Ubrzano hlađenje, AcC<br />
Ubrzano hlađenje je postupak, kojim se nastoje poboljšati mehanička svojstva postupka s<br />
kontroliranim valjanjem u većoj mjeri nego hlađenjem na zraku neposredno nakon završne<br />
operacije TM termo mehaničkog valjanja. Direktno gašenje je isključeno iz postupka<br />
ubrzanog hlađenja. Svojstva materijala postignuta s TM i AcC postupkom ne mogu se<br />
reproducirati posljedičnom normalizacijom ili drugim postupcima toplinske obradbe.<br />
3.2.2. Brodograđevni čelik<br />
To je zavarljivi brodograđevni čelik normalne i povišene čvrstoće pri izradbi toplo<br />
valjanih limova, širokih traka, profila i šipki namijenjenih za konstrukciju brodskog trupa.<br />
Za čelike povišene čvrstoće odredbe su napravljene za tri razine granice razvlačenja 315, 355<br />
i 390 [N/mm 2 ], a svaka je opet porazdijeljena na četiri kategorije temeljene na temperaturi<br />
ispitivanja žilavosti. Čelici koji odstupaju po svom kemijskom sastavu, postupku<br />
dezoksidacije, stanju isporuke i mehaničkim svojstvima moraju biti posebno označeni.<br />
Razmatraju se brodograđevni čelici:<br />
- normalne čvrstoće i povišene čvrstoće debljine do 50 [mm],<br />
- normalne čvrstoće i povišene čvrstoće debljine od 50 [mm] do 100 [mm],<br />
- povišene čvrstoće s najnižom granicom razvlačenja od 390 [N/mm 2 ],<br />
- za primjenu na niskim temperaturama,<br />
- nelegirani konstrukcijski čelici za zavarene konstrukcije,<br />
- poboljšani čelici visoke čvrstoće za zavarene konstrukcije,<br />
- čelici otporni na visoke temperature,<br />
- čelici žilavi na niskim temperaturama,<br />
42
- nehrđajući čelici,<br />
- platirani limovi,<br />
- čelici s posebnim zahtjevima u smjeru debljine.<br />
Osim toga, razmatraju se:<br />
- čelične cijevi,<br />
- čelični otkovci,<br />
- čelični odljevci,<br />
- željezni lijevovi,<br />
- armature,<br />
- prešani dijelovi,<br />
- elementi za spajanje.<br />
3.2.3. Poboljšani čelici visoke čvrstoće<br />
Čelici koji spadaju u opseg ovog poglavlja su razvrstani na 6 skupina, označenih prema<br />
nazivnoj granici razvlačenja 420, 460, 500, 550, 620 i 690 [N/mm 2 ]. Svaka skupina se<br />
dodatno, dijeli na kategorije D, E i F, na temelju temperature na kojoj se obavlja ispitivanje<br />
žilavosti. Čelici se proizvode u čeličanama postupkom kisičnog konvertora, u elektrolučnoj<br />
peći, ili nekim drugim postupkom. Čelici moraju biti umireni i obrađeni na sitno zrno. U<br />
tablici 2. prema [8], prikazana su mehanička i tehnološka svojstva za proizvode debljine do<br />
70 [mm], a u tablici 3., prema [8], kemijski sastav.<br />
43
Tablica 2. Mehanička i tehnološka svojstva za proizvode debljine do 70 [mm]<br />
Tablica 3. Kemijski sastav<br />
3.2.4. Čelični lijev<br />
Čelični lijev može se proizvoditi u električnim pećima, u kisičnom konvertoru, u<br />
indukcijskoj peći ili na neki drugi način. Svi odljevci moraju biti podvrgnuti toplinskoj<br />
obradbi u skladu s kategorijom čeličnog lijeva od kojeg su izrađeni. Toplinska obradba treba<br />
biti izvedena u odgovarajućim pećima, koje se moraju propisno održavati. Peći moraju biti<br />
opremljene uređajima za pokazivanje i kontrolu temperature.<br />
44
Dimenzije peći moraju biti tolike da omogućuju potpunu toplinsku obradbu i jednoliku<br />
temperaturu u svim dijelovima peći, što treba provjeravati umjeravanjem u određenim<br />
vremenskim razmacima. Ako nakon završne toplinske obradbe odljevak biva zagrijavan<br />
lokalno ili biva podvrgnut toplom ili hladnom ravnanju ili podešavanju, treba ga podvrgnuti<br />
žarenju, radi otklanjanja zaostalih naprezanja.<br />
Plinsko rezanje, zasijecanje, ili žlijebljenje radi otklanjanja viška materijala ili pojila, treba<br />
izvršiti prije završne toplinske obradbe. Predgrijavanje se primjenjuje ako to zahtijeva<br />
kemijski sastav i/ili debljina stjenke odljevka. Ako se zahtijeva, zona utjecaja topline na<br />
odljevku treba biti strojno obrađena ili izbrušena.<br />
Svi odljevci moraju imati čistu površinu, u skladu s uvjetima proizvodnje. Sitne greške na<br />
odlijevku, kao što su mali uključci pijeska i troske, mali hladni zavari i male kraste, mogu se<br />
odstraniti unutar minus tolerancije za debljinu stjenke. Lijevani čelik mora, također sadržati<br />
dovoljnu količinu dezoksidanata, da bi čelik bio umiren. Proizvođač mora poduzeti<br />
odgovarajuće mjere za osiguranje da rezidualni elementi ostanu unutar dopuštenih granica.<br />
Slika 24. Profili čeličnog lijeva<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
3.2.5. Čelični limovi i profili<br />
Za gradnju čeličnih brodova uglavnom služe čelični limovi i profili. Limovi su ravne<br />
ploče pravokutna oblika, debljine 0,5-60 [mm]. Za debljinu 9,5-25,4 [mm], standardna se<br />
dužina ploče kreće između 6,4 i 11 [m], a širina od 1,2 i 2,4 [m], slika 25., prema [8].<br />
45
Slika 25. Čelične sekcije u brodogradnji<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
Osim ravnih ima i rebrastih limova, koji služe za opločenje paluba manjih brodova, podova<br />
strojarnice, stubišta li za slične svrhe. Profili imaju, različit oblik, a mogu biti jednostavni,<br />
sastavljeni i razni kao što je prikazano na slici 26.<br />
Slika 26. Razni profili u brodogradnji u katalogu i na skladištu<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
46
3.2.6. Svojstva materijala<br />
Materijali kojima se grade brodovi izvrgnuti su naprezanjima pod utjecajem vanjskih<br />
sila, valova i slično. Tim silama oni se odupiru čvrstoćom svoje strukture. Ta struktura ima<br />
određena svojstva, koja se mogu podijeliu na mehanička, fizička i kemijska. Mehanička<br />
svojstva jesu čvrstoća, elastičnost, žilavost, tvrdoća, kovnost, livljivostl i obradivost.<br />
Čvrstoća<br />
S obzirom na mjesto na kojem se pojavljuju, sile se mogu podijeliti na vanjske i<br />
unutarnje. Vanjske djeluju izvan materijala od kojeg je tijelo sastavljeno (valovi, vjetar).<br />
Unutarnje sile, naprotiv, djeluju između pojedinih čestica tijela (kohezija). Pod utjecajem<br />
vanjskih sila tijelo biva opterećeno. Tom se opterećenju odupire silom svoje kohezije koja se<br />
zove čvrstoća tijela.<br />
Prema smjeru iz kojega je tijelo opterećeno, opterećenja se dijele na:<br />
istezanje, tlačenje, savijanje, odrez i torziju.<br />
Takvim su naprezanjima izloženi i brodski dijelovi, Na primjer, ako se sredina broda nađe na<br />
brijegu vala, palube su opterećene na istezanje, a kad su pramac i krma na bregovima dvaju<br />
susjednih valova, one su opterećene na tlačenje. Jednako tako na istezanje se opterećuju<br />
konopi ii lanci, a na tlačenje upore, posebno kad se težak teret krca na palubu. Sohe su<br />
opterećene na savijanje, a osovine kormila na torziju. Time su dani glavni smjerovi<br />
naprezanja, međutim, elementi brodske strukture najčešće su opterećeni u više smjerova, tzv.<br />
kombiniranim naprezanjima.<br />
Elastičnost<br />
To je osobina tijela da se vraća u svoj prvobitni oblik čim prestane na njega djelovati<br />
sila koja je uzrokovala promjenu tog oblika. Ako je sila prejaka, izobličenje tijela može<br />
prijeći određenu granicu s koje se ono ne može više vratiti u prvobitan oblik. Ta se granica<br />
zove granica elastičnosti. U području do granice elastičnosti izduženje je proporcionalno sili<br />
tj. ako je sila dva puta veća i izduženje će biti dva puta veće. Područje elastičnosti smanjuje<br />
se što je opterećenje veće i materijal stariji.<br />
Žilavost<br />
Je svojstvo materijala da može podnijeti trajne i nagle promjene oblika, a da se ne<br />
izobliči, deformira. Takvi se materijali moraju upotrijebiti za gradnju brodova koji su pri<br />
plovidbi na valovima izvrgnuti trajnim i naglim deformacijama zbog sila istezanja i tlačenja.<br />
Materijali koji nisu žilavi krhki su.<br />
47
Tvrdoća<br />
Je osobina materijala da se odupire prodiranju drugog tijela u nj. Mjeri se prema<br />
veličini udubine koju napravi kuglica ili šiljak pri utiskivanju. Kovnost je svojstvo materijala<br />
da se dade kovati u hladnom ili užarenom stanju. Kuju se žilavi ili rastezljivi materijali, kao<br />
kovni čelik, bakar, bronca, olovo itd. Ne daju se kovati krhki materijali, kao lijevano željezo,<br />
staklo, porculan i drugi.<br />
Sposobnost dvaju materijala da se pri odgovarajućim temperaturama mogu spojiti u jednu<br />
cjelinu zove se zavarljivost.<br />
Livljivost je svojstvo materijala kad je u tekućem stanju, da dobro ispunjava kalupe i da<br />
nakon ohlađenja zadrži oblik tih kalupa.<br />
Obradivost je osobina materijala da se daje lako obrađivati, zavarivati, rezati i slično.<br />
Fizička svojstva materijala obuhvaćaju strukturu materijala, toplinsku vodljivost, istezljivost,<br />
specifičnu težinu i toplinu, magnetske i električne osobine, talište itd. Za tehničke svrhe<br />
najvažnija je struktura materijala. Ona može biti kristalična ili amofna (nekristalična).<br />
Kristaličnu strukturu ima čelik i ostale kovine. Što je veličina kristalića manja, to su kovine<br />
većinom čvršće, jer je sila koja te kristaliće drži zajedno veća od njihove čvrstoće.<br />
Struktura se ispituje mikroskopom i rendgenskim zrakama. Amorfnu strukturu ima guma,<br />
staklo, smola itd.<br />
Kemijska svojstva materijala uglavnom zavise od kemijskog sastava, npr. otpornost<br />
materijala protiv utjecaja kiselina, lužina (baza) i slično. Općenito rečeno, materijali koji se<br />
upotrebljavaju za gradnju brodova i strojeva treba da imaju odgovarajuća svojstva s obzirom<br />
na svoju ulogu. Pojedine osobine materijala mogu se tehničkom obradom poboljšati. npr.<br />
tvrdoća kaljenjem itd.<br />
3.2.7. Ispitivanje materijala<br />
Sva ispitivanja moraju obavljati posebno školovane osobe, primjenjujući umjerene<br />
strojeve i uređaje za ispitivanje. Strojevi za ispitivanje moraju se održavati u dobroj radnoj<br />
kondiciji.<br />
Potrebna su slijedeća ispitivanja:<br />
- ispitivanje rastezanjem,<br />
- ispitivanje udarne žilavosti,<br />
- tehnološka ispitivanja cijevi,<br />
- ispitivanje savijanjem,<br />
48
- ispitivanje tvrdoće,<br />
- ispitivanje padnim tegom.<br />
Kao što je rečeno, tijelo se sastoji od velikog broja materijalnih čestica koje su u<br />
relativnom gibanju i među kojima vladaju unutarnje molekularne sile. Te sile održavaju<br />
unutarnji raspored čestica i njihovo gibanje. Kad vanjske sile djeluju tako da taj raspored i<br />
gibanje promijene u tijelu se stvaraju molekularne ili kohezijske sile koje se nastoje<br />
suprotstaviti tom djelovanju. Zbog učinka vanjskih i suprotstavljanja unutarnjih sila, pojedine<br />
se čestice međusobno pomiču tako da tijelo mijenja svoj oblik. Tijelo mijenja oblik, odnosno<br />
deformira se dotle dok se uspostavi ravnoteža između vanjskih i unutarnjih sila. Pri tome<br />
vanjske sile obavljaju radnju koja se pretvara u potencijalnu energiju tijela. Kad se sile koje<br />
su proizvele promjenu oblika, odnosno deformaciju, tijela smanje, tijelo može djelomično ili<br />
potpuno vratiti svoj prvobitni oblik.<br />
Sposobnost tijela da poprimi svoj prvobitni oblik, tj. sposobnost da vrati primljenu<br />
potencijalnu energiju, zove se elastičnost. Ako ono vrati svu primljenu potencijalnu energiju,<br />
ono potpuno vraća svoj prvobitni oblik. Takvo se tijelo zove potpuno elastično. Međutim, ako<br />
tijelo ne vrati svu primljenu potencijalnu energiju, nastaje trajna deformacija, tj. ono postaje<br />
trajno izobličeno. Pri konstrukciji broda ugrađuje se različit materijal. Taj materijal treba da<br />
bude prethodno tako izračunato da naprezanja ne prijeđu dopuštenu granicu. Drugim<br />
riječima, materijal treba da posjeduje predviđenu količinu potencijalne energije koju po<br />
prestanku vanjskih sila (npr.valova) može vratiti. Pri određivanju dimenzija materijala<br />
redovno se uzima i stupanj sigurnosti kako bi se osiguralo da čvrstoća materijala bude uvijek<br />
veća od naprezanja koja su uzrokovana vanjskim silama.<br />
Unatoč svemu tome, u izvanrednim slučajevima vanjske sile bi mogle prevladati<br />
predviđenu količinu potencijalne energije materijala. Znači, uvijek treba imati na umu<br />
izdržljivost materijala.<br />
Određivanje rezultata ispitivanja žilavosti<br />
Pri ispitivanju žilavosti udarnim klatnom ukupno trenje kod punog njihaja klatna ne<br />
smije prelaziti 0,5 % potencijalne energije. Na zahtjev eksperta, ovu vrijednost treba pokazati<br />
prije početka ispitivanja. Klatno za ispitivanje žilavosti mora se umjeravati svake godine.<br />
Tvrdomjeri se moraju umjeravati svake godine. Treba utvrditi da su prihvatljive tolerancije za<br />
parametre uređaja u skladu s priznanim normama.<br />
Utvrđuje se utrošena energija udara (prijeloma), uobičajeno u džulima [J], zaokružena na prvi<br />
cijeli broj.<br />
49
KV - za epruvetu s V-izrezom<br />
KU - za epruvetu s U-izrezom<br />
Svi proizvodi namijenjeni za rad na temperaturama nižim od normalnih temperatura okoline<br />
20 [Cº] moraju se ispitati epruvetama sa V-zarezom. Za ispitivanje treba primjenjivati uređaj<br />
sa udarnim klatnom, što je prikazano na slici 27., prema [7].<br />
Slika 27. Uređaj sa udarnim klatnom<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Analysis Techniques, Hamburg, 2001.)<br />
Određivanje rezultata ispitivanja rastezanjem<br />
Strojevi za ispitivanje rastezanjem podliježu vremenskim rokovima umjeravanja i<br />
dopuštenim greškama pokazivanja. Za brodograđevne čelike se koriste podaci iz vlačnih<br />
pokusa o naprezanjima R u funkciji o relativnim deformacijama ε, slika 28., prema [7].<br />
50
Slika 28. Čvrstoća stvarnih i idealiziranih elastičnih potpuno-plastičnih materijala<br />
(σ-ε dijagram)<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Analysis Techniques, Hamburg, 2001.)<br />
Gdje je:<br />
- vlačna ili rastezna čvrstoća R m ,<br />
- konačno naprezanje R k ,<br />
- dvije granice razvlačenja R e ,<br />
- donja granica razvlačenja R e1 ,<br />
- gornja granica razvlačenja R eh odgovara naprezanju pri kojem nastaje prvi prijevoj<br />
krivulje naprezanja-jedinično produljenje.<br />
Tehnička granica razvlačenja: Određuje se granica 0.2 %, odnosno naprezanje kod kojeg<br />
trajno produljenje iznosi 0.2 % početne mjerne duljine.<br />
51
Produljenje i suženje presjeka<br />
Slika 29. Odnos vlačna sila/naprezanje kod brodograđevnih materijala<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
Za specificiranje ispitnih epruveta primjenjuju se slijedeće oznake:<br />
do - promjer okrugle epruvete [mm],<br />
a - debljina plosnate epruvete [mm],<br />
b - širina plosnate epruvete [mm],<br />
Lo - početna mjerna duljina [mm],<br />
Lc - ispitna duljina [mm],<br />
So - početna površina presjeka unutar ispitne duljine [mm 2 ],<br />
Su - najmanja površina presjeka [mm 2 ],<br />
r - polumjer zaobljenja na kraju epruvete [mm],<br />
D - vanjski promjer cijevi [mm],<br />
t - debljina proizvoda [mm].<br />
Prvenstveno treba primjenjivati kratke epruvete proporcionalne, s početnom mjernom<br />
duljinom od Lo = 5,65 So , jer se zahtjevi za veličinom produljenja u slijedećim poglavljima<br />
ovih Pravila većinom odnose na tu mjernu duljinu. Za otkovke i odljevke, osim odljevaka od<br />
sivog lijeva kao i za toplo valjane šipke i proizvode sličnog, treba primjenjivati okrugle<br />
epruvete, prikazane na slici 30., prema [8].<br />
52
Slika 30. Okrugla epruveta<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
Za limove, trake i profile treba prvenstveno primjenjivati plosnate epruvete, kao na slici 31.,<br />
prema [8].<br />
Slika 31. Plosnata epruveta<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
53
Za sivi lijev primijenjuju se epruvete prema ISO 185 prikazane na slici 32., prema [8]. One se<br />
izrađuju iz odvojeno lijevanih okruglih uzoraka. Epruvete oblika A 1 predviđene su za<br />
uobičajena ispitivanja, a epruvete oblika B 1 , kada je osim rastezne čvrstoće potrebno fino<br />
mjerenje produljenja.<br />
Slika 32. Epruvete tipa ISO 185<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
Tehnološko ispitivanje cijevi<br />
Provode se slijedeća ispitivanja:<br />
- ispitivanje splošnjavanjem,<br />
- ispitivanje stožastim utiskivačem,<br />
- ispitivanje proširivanjem prstena,<br />
- ispitivanje rastezanjem prstena.<br />
54
Ispitivanje tvrdoće<br />
Tvrdoća se određuje po:<br />
- Brinellu,<br />
- Vickersu,<br />
- Rockwellu.<br />
Na slici 33., prema [1], su prikazana vertikalna i horizontalna opterećenja broda koji se nalazi<br />
na mirnom moru, odnosno bez utjecaja vanjskih sila.<br />
Slika 33. Vertikalno smicanje i horizontalno savijanje na mirnom moru<br />
(Izvor: Det Norske Veritas: Strength Analysis of Hull Structures,HØvik, Norway, 2004.)<br />
3.3. Bakar<br />
To je vrlo gipka i rastezljiva kovina crvenkaste boje. Može se kovati u hladnom i<br />
zagrijanom stanju, valjati u tanke limove i izvlačiti u žice. Čvrstoća mu je relativno mala.<br />
Otporan je prema kemijskim utjecajima, a k tome je dobar vodič električne struje. Stoga se<br />
mnogo upotrebljava za električne vodove, različite električne uređaje i općenito na svim<br />
mjestima gdje je potrebna dobra električna i toplinska vodljivost. Otporan je i prema koroziji.<br />
Zbog te njegove osobine često se podvodni dijelovi drvenih brodova spajaju bakrenim<br />
čavlima, a prije su se oni s vanjske strane oblagati bakrenim limovima da bi se zaštitili od<br />
brodotočca i obrastanja broda. Bakar se najviše upotrebljava za pravljenje legura. Legure ili<br />
slitine su smjese dviju ili više međusobno topljivih kovina. U njima kovine gube svoja<br />
svojstva, a dobivaju nova, koja odgovaraju svrsi za koju se legure prave.<br />
55
3.4. Bakrene legure<br />
One se dijele na mjed (mesing) i broncu. Mjed je legura kojoj su bakar i cink glavna<br />
primjesa. Bakra ima najviše do 80 %, cinka do 35 %. Ostatak smjese su male količine olova,<br />
aluminija, mangana, kositra, nikla, željeza i drugih kovina. Dodatak kositra i aluminija čini<br />
mjed otpornijom prema morskoj vodi. Dodatkom mangana, aluminija i kositra dobiva se<br />
mjed koja se može obrađivati i u toplom stanju, a male količine željeza povećavaju joj<br />
čvrstoću. Mjedi se dijele na mjed za lijevanje, mjed za gnječenje i specijalne mjedi. Sve vrste<br />
mjedi služe u brodogradnji za razne svrhe, npr. za kondenzatorske cijevi, brodske vijke itd.<br />
Bronca je legura bakra s kositrom i drugim kovinama. Bronce se dijele na one za<br />
lijevanje i one za gnječenje. Bronce za lijevanje dalje se dijele na kositrene, kositreno-olovne<br />
i olovne bronce, aluminijske bronce i tzv. crveni lijev. Te se bronce mnogostruko<br />
upotrebljavaju u strojarstvu, npr. za klizne ležajeve, kotlovsku armaturu, zupčanike, dijelove<br />
sisaljki, turbina itd. Bronce za gnječenje dalje se dijele na kositrene, aluminijske i silicijske.<br />
Kositrene bronce (85-91 % bakra, 9-15 % kositra i male količine olova i nikla) služe za<br />
izradu sisaljki za morsku vodu, kućišta kondenzatora i slično, tj. dijelova koji moraju biti<br />
čvrsti i otporni protiv štetnog djelovanja morske vode.<br />
Aluminijske bronce (85-91 % bakra, 9-12 % aluminija i male količine olova, nikla i<br />
cinka) upotrebljavaju se za izradu lijevanih komada, npr. dijelova motora, brodskih vijaka,<br />
ležajeva itd. Te su bronce otporne protiv korozije. Silicijske bronce (98,2 % bakra, 1,5 %<br />
silicija, 0,3 % mangana) služe za različite sitne odljeve i za dijelove koji moraju biti otporni<br />
protiv štetnog djelovanja kiselina. Bijela kovina (80 % kositra, 12 % antimona, 6 % bakra i<br />
2 % olova) upotrebljava se za lijevanje košuljica ležaja motora, turbina i pogonskih uređaja.<br />
Ima svojstvo da joj je koeficijent trenja vrlo malen pa dobro raspoređuje ulje, izdržljiva je na<br />
tlak i mnogo se ne troši.<br />
3.5. Plastične mase<br />
Staklom ojačane plastične mase dobivaju se ako se staklena vlakna spoje s plastičnim<br />
materijalima (smolama). Kao što je poznato, staklo je tvrd i lomljiv materijal, ali ako se od<br />
njega naprave staklena vlakna debljine 5-15 mikrona (1 mikron = 1/1000 [mm]), ona u<br />
usporedbi sa staklenom masom imaju mnogo veću čvrstoću. Čvrstoća na kidanje staklenih<br />
vlakana kreće se između (10 do 40)10 10 [N/m 2 ], dok je čvrstoća staklene mase svega<br />
(4 do 12)10 7 [N/m 2 ].<br />
56
Pod plastičnim materijalima ili plastikom razumije se mekana elastična masa koja se<br />
može lako oblikovati i oblik zadržati. Ta se masa dobiva od različitih smola. Ako se staklena<br />
vlakna urone u smolu, dobiva se smjesa koja u sebi sjedinjuje čvrstoću staklenih vlakana i<br />
elastičnost plastične mase.<br />
Tako staklom ojačane plastične mase imaju ove osobine:<br />
- otporne su protiv korozije i utjecaja kemikalija,<br />
- ne rastežu se na vlazi i ne stežu ako je zrak suh, tj. otporne su protiv atmosferskih<br />
promjena,<br />
- otporne su protiv zapaljivosti do 120 [ 0 C] i do te temperature same se gase,<br />
- nisu magnetične, zbog toga su prikladne pri gradnji nadgrađa čeličnih brodova jer ne<br />
utječu na magnetski kompas,<br />
- ako se smoli dodaju odgovarajući pigmenti, dobiva se boja mase u svim nijansama,<br />
što joj daje vrlo lijep izgled i smanjuje potrebu za čestim bojenjem,<br />
- težina čamaca od tih masa, u usporedbi s drvenim, manja je 20-30 %, a čvrstoća im je<br />
veća,<br />
- kompaktnost čamaca od ojačane plastične mase potpuna je, ne rasušuju se, što ima<br />
veliku prednost, osobito kod čamaca za spašavanje,<br />
- vanjska je površina čamaca vrlo glatka, manje obraste školjkama i algama, a čišćenje<br />
je obraslina lakše, čime se, uz jednaku pogonsku snagu, postiže veća brzina,<br />
- brodotočac ne napada plastične mase,<br />
- održavanje čamaca od plastične mase je 3-5 puta jeftinije nego od drveta ili čelika iste<br />
veličine i starosti.<br />
Ali plastične mase imaju i nedostataka:<br />
- visoka cijena smole i staklenih vlakana,<br />
- slabo iskustvo u vezi sa starenjem materijala,<br />
- tehnološki je postupak vrlo osjetljiv, zato treba da bude stručno izveden,<br />
- vrlo su lagani, pa ih vjetar i morske struje lako zanose,<br />
- plastična masa specifično je teža od mora, pa čamci moraju biti opremljeni sredstvima<br />
da se održe na površini ako se napune vodom.<br />
Ipak su dobre strane ojačanih plastičnih masa osjetno veće, zato se one naveliko<br />
upotrebljavaju u brodogradnji te su postale jaka konkurencija tradicionalnim materijalima,<br />
drvetu, čeliku i aluminijskim legurama.<br />
Danas se od ojačanih plastičnih masa sve više izrađuju čamci i predmeti brodske opreme.<br />
Masovno se proizvode manji čamci za sport, razonodu, ribarenje i spašavanje.<br />
57
3.6. Aluminij i aluminijske legure<br />
Aluminij se dobiva od rude boksita (ime je dobio po francuskom gradu La Baux).<br />
Boksita ima vrlo mnogo u zemaljskoj kori 7,51 % (treća je ruda po količini). Kovina je<br />
srebrnaste boje. Vrlo je laka, specifična joj je težina svega 2,7, a čvrstoća 14.107 [N/m 2 ].<br />
Može se gnječiti i valjati. Gnječenjem izrađuju se ključevi, ručice i slično, a valjanjem<br />
limovi, šipke i drugo. Valjani proizvodi služe za gradnju dijelova brodova za koje nije<br />
potrebna velika čvrstoća. Ta se kovina najviše upotrebljava za pravljenje aluminijskih legura.<br />
Aluminijske legure<br />
Ima ih različitih sastava. Otporne su prema morskoj vodi. To su legure s 93 %<br />
aluminija, 3-5 % magnezija, a ostalo su primjese srilicija, mangana, kroma, titana, cinka,<br />
željeza i bakra. Glavna je prednost tih legura u tome što imaju malu težinu (40-45 % u<br />
usporedbi s čelikom). Osim toga lako se obrađuju, lijepa su izgleda i nisu magnetične.<br />
Zbog tih osobina upotrebljavaju se za izradu nadgrađa broda, stubišta, okvira i poklopaca<br />
brodskih prozora, dijelova oko magnetskog kompasa, poklopaca na grotlima skladišta,<br />
tankova za tekućine, vodova za ventilaciju, namještaja u kabinama, gradnju čamaca, splavi za<br />
spašavanje, manjih brodova, jahti i motornih čamaca. Osim spomenutih prednosti ove legure,<br />
kad se upotrijebe za gradnju nadgrađa i unutrašnjeg namještaja, veoma su sigurne protiv<br />
požara, što je posebno važno naročito za putničke i tankerske brodove, gdje je opasnost od<br />
požara prilično velika. Na slici 34., prema [8], je prikazana tipična sekcija aluminijske legure.<br />
58
Slika 34. Tipična sekcija aluminijske legure<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
3.7. Zavarivanje i rezanje u brodogradnji<br />
3.7.1. Plinsko (autogeno) zavarivanje<br />
Plinsko zavarivanje, slika 35., prema [8], je spajanje metala gdje se toplina potrebna za<br />
taljenje metala dobiva izgaranjem plinova. Najčešće se koristi acetilen (C 2 H 2 ) , a uporabljuju<br />
se još vodik, gradski plin, propan, butan itd. Najveće temperature plamena postižu se<br />
izgaranjem acetilena s kisikom do 3200 [°C]. Kisik je neophodan za izgaranje. a dobiva se iz<br />
atmosfere ili elektrolizom vode. Iz atmosfere se kisik dobiva tako da se zrak komprimira sve<br />
dok ne postane tekućina, a to se odigrava na – 149 [°C], zatim se zrak pusti da ekspandira i na<br />
– 183 [°C], rastavlja se na kisik i dušik. Kisik se sprema u boce ciji je volumen 40 L u koje<br />
stane 8-9 kilograma kisika. Čistoća ovakovog kisika je 99.2 - 99.8 %. Tlak u boci je oko<br />
150 [bar]. Acetilen izgara s kisikom u omjeru (C 2 H 2 ) : 02 = 1: 1.1 do 1: 1.2.<br />
Ako je kisika manje od 1.1 dobiva se tzv. reducirajući plamen, odnosno višak acetilena. Ako<br />
je pak više kisika od 1.2 onda je to oksidirajući plamen.<br />
59
Na slici 35., prema [8] prikazan je izgled plinskog plamena. Acetilen se dobiva iz<br />
kalcijeva karbonata (CaC0 3 ) na koji se dijeluje vodom u generatorima za proizvodnju<br />
acetilena Generatori mogu biti s dodavanjem karbida u vodu ill lijevanje vode na karbid. Iz<br />
dvije boce, obojane u plavu i bijelu boju dovodi se plin i kisik, kisik se nalazi u plavoj boci, a<br />
acetilen u bijeloj boci s crvenim poklopcem. Plin se dovodi u plamenik u kojem se miješa<br />
kisik i acetilen i koji još služi za regulaciju plamena. Dodatni materijal za plinsko zavarivanje<br />
bira se prema osobinama osnovnog materijala. Plamenik se pomiče pod određenim kutom u<br />
odnosu na površinu materijala.. Kut ovisi o debljini predmeta koji se zavaruje. Imamo lijevi i<br />
desni način zavarivanja.. Kod lijevog zavarivanja žica ide ispred plamenika u smjeru<br />
zavarivanja, a kod desnog zavarivanja plamenik ispred žice u smjeru zavarivanja.<br />
Slika 35. Plinsko zavarivanje<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
3.7.2. Elektrolučno zavarivanje<br />
Ovo zavarivanje upotrebljava se za razne materijale i dimenzije. Toplina koja je<br />
potrebna za taljenje metala dobiva se od električnog luka. Električni luk je plinoviti vodič<br />
između dvije elektrode, on je izvor topline i zračenja. Na električni luk utječe strujanje zraka i<br />
magnetsko polje. Uspostavljanje električnog luka izvodi se između pozitivne elektrode<br />
60
(anoda) i negativne elektrode (katoda). Tijek struje odnosno negativnog naboja elektrona je s<br />
katode na anodu. Elektroni su uglavnom nosioci energije koji s užarene ili rastaljene katode<br />
izlaze prema anodi. Uspostavljanje električnog luka izvodi se pomoću kratkog spoja i<br />
pomoću visokofrekventne struje.<br />
Uspostavljanje luka pomoću kratkog spoja vrši se neposrednim dodirom elektrode i radnog<br />
komada. Napon između elektrode i zavarivanog komada je premali da bi se uspostavio<br />
električni luk bez kratkog spoja. Uspostavljanje luka pomoću visokofrekventne struje vrši se<br />
kod nekih postupaka zavarivanja da nebi doslo do oštećenja elektrode ili do grešaka na<br />
poćetku zavara. Luk se upotrebljava tako da se u strujni krug između elektrode i zavarivanog<br />
predmeta postavi visokofrekventni oscilator čiji se strujni krug zatvara preko električnog<br />
luka.<br />
3.7.3. Ručno elektrolučno zavarivanje<br />
Ovo je najčešći postupak zbog svoje jednostavnosti, jeftinoj i trajnoj opremi, te dobrim<br />
svojstvima u zoni taline. Glavni nedostatak je što kvalitet zavara najviše ovisi o vještini i<br />
savjesnosti zavarivaća. Zavarivati se mogu vrlo jednostavni objekti kao npr. brodske ograde,<br />
do puno složenijih objekata. U svojoj primjeni ovaj postupak je univerzalan. Najbolje se vare<br />
materijali debljine preko 2 [mm], a postaje ne ekonomičan ako su materijali deblji od<br />
2,5 [mm]. Struja za zavarivanje može biti istosmjerna i izmjenična. Jakost struje treba biti<br />
30 do 40 [A] za jedan milimetar promjera elektrode. Napon struje je mali. Izvor struje vodi se<br />
kabelima do predmeta koji se zavaruje i do zavarivačkih kliješta u koje se postavlja elektroda.<br />
Izvori struje su transformator, ispravljač i motor generatori. Kratkim spojem uspostavlja se<br />
električni luk i zavarivanje poćimlje. Na slici 36., prema [8], prikazano je ručno elektrolučno<br />
zavarivanje, a na slici 37., prema [8], prikazano je automatsko elektrolučno zavarivanje.<br />
61
Slika 36. Ručno elektrolučno zavarivanje<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
Slika 37. Automatsko elektrolučno zavarivanje<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
62
Postoji više klasifikacija elektrolučnog zavarivanja, a na slici 38., prema [8], je shematski<br />
prikazana podjela elektrolučnog zavarivanja.<br />
Slika 38. Metode elektrolučnog zavarivanja<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
3.7.4. Elektrolučno zavarivanje pod zaštitom inertnog plina (TIG)<br />
TIG - intemacionalna oznaka (eng.: Tungsten Inert Gas). To je postupak zavarivanja<br />
netaljivom elektrodom koja je od volframa i radi pod zaštitom inertnog plina. Najčešće<br />
upotrbljva inertni plin argon i to pretežno u Europi dok se u Americi obićno upotrebljava<br />
helij. Taljenje volframove elektrode je 3370 [°C] te se između te elektrode i zavarivanog<br />
predmeta uspostavlja električni luk koji tali materijal koji se zavaruje i dodatni materijal koji<br />
se u električnom luku dodaje sa strane ručno ili automatski. Argon koji prolazi kroz sapnicu<br />
elektrode zaštićuje električni luk odnosno elektrodu od dodira sa zrakom.<br />
Obično se upotrebljava istosmjerna struja s minus polom na elektrodi. Za zavarivanje<br />
aluminija, Mg i njegovih slitina upotrebljava se izmjenična struja zbog mogućnosti<br />
elektromehaničkog čišćenja teško taljivih oksida. Ovaj (TIG) postupak, prikazan na slici 39.,<br />
prema [8], koristi se za zavarivanje svih metala i slitina osim onih koje sadrže lako hlapljive<br />
metale. Zbog visoke homogenosti i čistoće u zoni taljenja omogućuju se najkvalitetniji zavari.<br />
Primjenjuje se u nuklearnoj, svemirskoj i strojnoj tehnici.<br />
63
Argon se isporućuje u čelićnim bocama pod tlakom od 150 - 200 x 10 5 [Pa]. Čistoća argona<br />
je 99.95 %. Ako se uporabljava izmjenićna struja onda je potrebno imati visokofrekventni<br />
stabilizator (generator) radi stabilizacije luka. Napon visokofrekventne struje iznosi nekoliko<br />
tisuća [V], a frekvencija nekoliko tisuća [Hz]. Ova struja nije opasna za čovjeka zbog skin<br />
efekta. Argon je inertni neotrovni plin bez boje i mirisa, teži od zraka. Može izazvati smrt<br />
gušenjem u koliko nestane zraka u prostoriji u kojoj se radi.<br />
Slika 39. Tig i Mig zavarivanje<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
3.7.5. Elektrolučno zavarivanje taljenom elektrodom pod zaštitom plina (MIG/MAG)<br />
(eng.: Metal Inert Gas/ Metal Active Gas)<br />
Elektrolučni postupak taljenom elektrodom pod zaštitom inertnog ili aktivnog plina<br />
koristi se za zavarivanje legiranih čelika, bakrenih i aluminijskih legura. MIG proces<br />
shematski je prikazan na slici 39. Optimalne debljine koje se ovim postupkom zavarivaju su<br />
od 0.5 do15 [mm]. Ovim zavarivanjem troska se skoro i ne pojavljuje. Potrebna struja za<br />
zavarivanje dobiva se preko akumulatora ili motor-generatorom istosmjerne struje. Isključivo<br />
se upotrebljava istosmjerna struja čiji je plus pol na elektrodi. Napon luka je između 18 i 36<br />
[V]. Žica za dodavanje ide preko koluta, koja se pomoću električnog motora gura kroz kabel<br />
jednom stalnom brzinom do mjesta zavara. Zaštitni plin dovodi se iz boce preko redukcijskog<br />
64
ventila u upravljačku kutiju i dalje kroz kabel do pištolja za zavarivanje. Kod ovog postupka<br />
dovodi se i rashladna voda za hlađenje pištolja, ako je struja za zavarivanje preko 300 [A].<br />
Kod ovog postupka pištolji mogu imati i posebne kanale za tjeranje dima s mjesta zavarivanja<br />
Inertni plin argon upotrebljava se za zavarivanje Al, Cu i Ni i njihovih slitina. Za visoko<br />
legirane čelike argonu se dodaje 1-2% kisika, a za ugljične čelike i niskolegirane dodaje se do<br />
5 % kisika ili 20 % CO 2 . Ovaj postupak pokazao se vrlo dobar za zavarivanje cijevi, tankih<br />
limova, a također se mogu variti i pojedinačni limovi. Upotrebljavaju se u automobilskoj<br />
industriji za zavarivanje karoserija i drugih dijelova.<br />
3.7.6. Zavareni spojevi<br />
Treba voditi računa o obliku zavarenog spoja i redoslijedu zavarivanja, da se izbjegnu<br />
značajna zaostala naprezanja koja mogu izazvati naknadne deformacije. Izbjegavaju se<br />
zavareni spojevi nosača i profila u područjima značajnog naprezanja uslijed savijanja.<br />
Također, treba izbjegavati zavare pojasnih traka na mjestima njihova zgiba. Ako je razlika<br />
debljina limova na spoju koji je okomit na smjer glavnog naprezanja, veća od 3 [mm],<br />
potrebno je brid debljeg lima skositi, i to s omjerom najmanje 1:3, prema slici 40., prema [8].<br />
Spoj limova kojima je razlika u debljini do 3 [mm] može se izvesti bez skošavanja.<br />
Slika 40. Spoj limova različite debljine<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
Kod spajanja limova ili drugih tankih elemenata za odljevke ili otkivke izvodi se postupni<br />
prijelaz ili prirub za zavarivanje kao na slici 41., prema [8].<br />
65
Slika 41. Spoj tankih limova<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
Potrebno je izbjegavati nagomilavanje zavara, kao i male udaljenosti između zavara. Razmak<br />
između sučeljenih zavara treba biti najmanje jednak 50 [mm] + 4 debljine lima.<br />
Kutni zavari moraju biti udaljeni jedan od drugog, kao i od sučeljenog zavara, najmanje<br />
30 [mm] + 2 debljine lima. Širina umetka treba biti najmanje 300 [mm], ili deset debljina<br />
lima (što je veće).<br />
Izrezi za prolaz zavara, koji se naknadno zavaruju, bilo sučeljenog ili kutnog, trebaju biti<br />
zaobljeni i to uz polumjer od najmanje 25 [mm], ili dvije debljine lima koje je veće, prema<br />
slici 42., prema [8]. Izrezi se moraju oblikovati tako da se osigura blagi prijelaz na dodirnu<br />
površinu.<br />
Slika 42. Izrezi za prolaz zavara<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
Uzduž bridova podvostručenja treba biti kutni zavar visine grla zavara a od 0,3 debljine<br />
podvostručenja. Na krajevima podvostručenja visinu grla zavara treba povećati na 0,5<br />
debljine podvostručenja, ali da ne bude veća od debljine osnovnog lima, slika 43., prema [8].<br />
66
Slika 43. Bridovi podvostručenja zavara<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
U tankovima za prijevoz zapaljivih tekućina podvostručenja nisu dopuštena. Prijelaznu zonu,<br />
nakon navarivanja potrebno je istokariti uz odgovarajući polumjer, prema slici 44., prema [8],<br />
da se izbjegnu oštri geometrijski i metalurški zarezi.<br />
Slika 44. Prijelazna zona s zarezom<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
Ako to nije moguće, kao kod zavara pristupačnih samo s jedne strane, s korijenske strane se<br />
postavlja podložna pločica ili ako je prikladno izvede se žlijeb u debljem limu prema slici<br />
45., prema [8].<br />
Slika 45. Prijelazna zona s podloškom i sa žlijebom<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
67
Vršni T i dvostrani T spojevi se izvode kao jednostrano i dvostrano složeni spojevi sa što<br />
manjim licem korijena (zavari s potpunim provarivanjem korijena) i odgovarajućom<br />
zračnosti, prema slici 46., prema [8], sa žljebljenjem korijena i prekrivanjem. Nosivom<br />
širinom zavara smatra se debljina pridruženog lima t.<br />
Slika 46. T spoevij sa žlijebom<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
Vršni T i dvostrani T spojevi bez potpunog provara izvode se prema slici 47., prema [8], sa<br />
stražnjim pokrivnim zavarom, bez žlijebljenja.<br />
Slika 47. T spoevij bez potpunog provara<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
Vršni T i dvostrani T spojevi koji su dostupni samo s jedne strane, izvode se prema slici 48.,<br />
prema [8].<br />
68
Slika 48. T spojevi dostupni samo s jedne strane<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
Ako se vršni spoj izvodi ravan, on mora biti u skladu sa slikom 49., prema [8].<br />
Slika 49. Vršni spoj<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction -<br />
Materials and Welding, Hamburg, 2000.)<br />
69
3.8. Opterećenje konstrukcije broda<br />
Čvrstoća broda je svojstvo brodskog trupa da u cijelosti i mjestimično preuzme i<br />
izdrži globalna i lokalna statička opterećenja na mirnoj vodi od vlastite težine, tereta, zaliha i<br />
posade, te dinamička opterećenja uslijed okolišnih uvjeta neizvjesnih u naravi u cijelom<br />
predviđenom vijeku korištenja, na valovima, po vjetru, ledu i strujanjima u lukama i na moru,<br />
kao i moguća dodatna opterećenja pri dokovanju, sudarima ili nasukavanju.<br />
Čvrstoću broda u najvećoj mjeri određuju materijal trupa, dimenzije, geometrija,<br />
razmještaj i spojevi građevnih elemenata, kao rezultat tehničkih proračuna u teoriji čvrstoće<br />
broda, pokusa u laboratorijima i naravi, te pravila i propisa međunarodnih organizacija i<br />
klasifikacijskih društava. Čvrstoća broda se procjenjuje usporedbom odziva trupa u obliku<br />
radnih naprezanja i deformacija u službi, sa izdržljivosti trupa koju određuju dopuštena<br />
naprezanja i deformacije kao svojstva materijala i same konstrukcije za pojedine načine<br />
oštećenja.<br />
Čvrstoća trupa se provjerava na osnovi kriterija čvrstoće koji se ustanovljavaju<br />
teoretski, potvrđuju praktično i uvrštavaju u pravila za gradnju brodova, gdje se podobnost<br />
trupa i građevnih dijelova izražavaju glavnim determinističkim mjerama sigurnosti. Teoretski<br />
se pristup može proširiti na primjenu teorije vjerojatnosti za određivanje vjerojatnosti<br />
oštećenja u neizvjesnim okolišnim uvjetima. Najčešći načini oštećenja trupa su popuštanje<br />
uslijed premašivanja granice razvlačenja materijala, izvijanje pri visokim tlačnim<br />
naprezanjima, zamor konstrukcije pri vremenski promjenljivim naprezanjima velikog raspona<br />
promjena i krti lom pri niskim temperaturama.<br />
Oštećenja raznog stupnja ozbiljnosti prema posljedicama, mogu zahvatiti trup u<br />
cijelosti ili neke veće podstrukture, ali češće će se pojaviti u dijelovima opločenja,<br />
ukrepljenih panela, pojedinih ukrepa, nosača ili spojeva. Tradicionalno se čvrstoća broda<br />
promatra kao globalna i lokalna. U globalnom se pristupu brodski trup promatra statički i<br />
dinamički kao greda izložena savijanju i uvijanju. Lokalna čvrstoća se dodatno promatra kao<br />
čvrstoća opločenja, ukrepljenih panela, uzdužnih i poprečnih nosača, poprečnih i drugih<br />
okvira i roštilja, te kao dinamička čvrstoća na zamor konstrukcije.<br />
70
Slika 50. Slom i potonuće tankera Prestige pred španjolskom obalom<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
71
3.9. Određivanje opterećenja na konstrukciju broda<br />
Brodski trup je na moru izložen mnogim vrstama opterećenja koja djeluju<br />
istovremeno, kao što su valovima izazvano okomito i vodoravno savijanje i smik, torzija,<br />
udarna opterećenja valova na palubu, dno i bokove, statička opterećenja od tereta,<br />
zapljuskivanje itd. Brod može biti nakrcan na razne načine ovisno o trenutnoj službi, a<br />
dinamička opterećenja broda ovise o stanju mora. Neka od opterećenja mogu povremeno biti<br />
jako velika, naprežući strukturu do granica njene izdržljivosti. Razne komponente opterećenja<br />
općenito dosežu svoje maksimalne vrijednosti u različito vrijeme i na različitim mjestima na<br />
brodskoj strukturi.<br />
3.9.1. Uzdužno opterećenje broda<br />
Opterećenje na brodsku konstrukciju možemo podijeliti na statičko i dinamičko.<br />
Statičko opterećenje nastaje kad brod pluta u mirnoj vodi, a dinamičko kad plovi na<br />
valovima. Kod plutanja broda u mirnoj vodi na njega djeluju sile uzgona od hidrostatskog<br />
tlaka i sile težine trupa i svih predmeta koji se na njemu nalaze. Premda je ukupna težina<br />
broda jednaka cjelokupnom uzgonu broda, raspodjela tih sila po duljini broda nije jednaka,<br />
tako da u pojedinim presjecima brodskog trupa nastupa ili pretičak težine ili pretičak uzgona.<br />
Da odredimo raspodjelu uzgona i težine po duljini broda moramo odrediti njihove vrijednosti<br />
po jedinici duljine. Na jednom diferencijalnom dijelu duljine broda dx veličina uzgona je<br />
jednaka:<br />
dU A g dx q u dx (12)<br />
gdje je:<br />
- A - uronjena površina rebra na mjestu određenom apscisom x m 2 ,<br />
- - gustoća vode u kojoj brod plovi kg/m 3 ,<br />
- g - ubrzanje sile teže m/s 2 .<br />
Na slici 51., prema [1], prikazana je raspodijela uzgona po duljini broda.<br />
72
q u = A <br />
Slika 51. Raspodjela uzgona po duljini broda<br />
(Izvor: Det Norske Veritas: Strength Analysis of Hull Structures,HØvik, Norway, 2004.)<br />
X<br />
Raspodjela uzgona po duljini broda ovisi samo o podvodnoj formi brodskog trupa.<br />
Raspodjela težina po duljini broda ovisi uglavnom o tome kako su smještene pojedine težine<br />
na brodu, a manje o podvodnoj formi trupa. Uslijed nejednolike raspodjele sila uzgona i<br />
težine po duljini broda nastaju, dakle, u pojedinim presjecima brodskog trupa poprečne sile i<br />
momenti savijanja. Brodski trup se prema tome može smatrati gredom promjenljivog<br />
presjeka, koja je opterećena na savijanje. Nejednolika raspodjela uzgona još se više povećava<br />
kad brod plovi na valovima. Kad se valni brijeg nalazi na sredini broda, onda je i većina<br />
uzgona skoncentrirana na sredini broda pa na tom mjestu nastaje pretičak uzgona nad<br />
težinom, brod dobiva pregib, tj. njegove gornje veze opterećene su na vlak, a njegove donje<br />
veze na tlak.<br />
Obrnut je slučaj kad je valni dol na sredini broda. Većina uzgona je onda skoncentrirana na<br />
krajevima broda, pa na tim mjestima nastaje pretičak uzgona nad težinom. Posljedica takve<br />
raspodjele opterećenja je progib broda, tj. u uzdužnim vezama palube javlja se tlak, a<br />
uzdužnim vezama dna vlak. Na slici 52., prema [1], prikazana je analogija brodskog trupa<br />
opterećena na savijanje.<br />
73
Razina<br />
mora<br />
progib<br />
pregib<br />
Razin<br />
a<br />
Slika 52. Analogija brodskog trupa opterećena na savijanja<br />
(Izvor: Det Norske Veritas: Strength Analysis of Hull Structures,HØvik, Norway, 2004.)<br />
Ako u prvom približenju zamislimo da je brod postavljen u statičkom položaju na val,<br />
onda se krivulja težine ne mijenja. Mijenja se samo krivulja uzgona. Ako konstruiramo<br />
odgovarajuću krivulju uzgona onda možemo dobiti dodatno statičko opterećenje uslijed<br />
prolaza vala, kao razliku ordinata krivulja uzgona za val i za mirnu vodu. Prva i druga<br />
integracija te krivulje opterećenja po duljini broda daju dodatne statičke poprečne sile i<br />
momente savijanja, pa se ukupne poprečne sile i momenti savijanja dobivaju kao suma od<br />
dva dijela:<br />
1. Poprečne sile i momenti savijanja za brod na mirnoj vodi,<br />
2. Dodatne poprečne sile i momenti savijanja uslijed valova.<br />
U stvarnosti, brod se ne nalazi u statičkom položaju na brijegu ili dolu vala, već se<br />
giba po valovima. Zbog toga nastaju dinamičke sile. Uslijed sila inercije mijenja se krivulja<br />
težina, a uslijed hidrodinamičke raspodjele tlaka u valu, mijenja se i krivulja istisnine.<br />
Određivanje tih dinamičkih sila, naročito kada još dolazi i do udaranja broda, vrlo je<br />
74
komplicirano i nepouzdano. Srećom, te dinamičke sile su znatno manje od statičkih, pa se i<br />
čvrstoća broda može prosuditi promatrajući samo statičko opterećenje.<br />
Osim savijanja u okomitoj ravnini, brodski trup je izvrgnut u manjoj mjeri i savijanju<br />
u uzdužnoj ravnini i torziji. Do toga dolazi kad brod plovi koso na valove, slika 53., prema<br />
[1]. Zbog različitog nagiba vodne linije u raznim presjecima broda dolazi do pretičaka<br />
uzdužnih i okomitih komponenti tlaka na brodsku oplatu. Uzdužne sile prouzrokuju savijanje<br />
trupa u uzdužnoj ravnini, dok okomite sile, budući da njihovo hvatište ne leži u uzdužnoj<br />
simetralnoj ravnini broda, prouzrokuju torzijske momente.<br />
Slika 53. Nastanak torzijskih momenata i uzdužnih sila kod vožnje koso na valove<br />
(Izvor: Det Norske Veritas: Strength Analysis of Hull Structures,HØvik, Norway, 2004.)<br />
Ipak, u većini slučajeva su naprezanja prouzrokovana tim opterećenjem mala spram<br />
naprezanja prouzrokovanih savijanjem u okomitoj ravnini, pa se ne uzimaju u obzir.<br />
Međutim, kod brodova koji imaju velike otvore za grotla u palubi, mogu torzijski momenti<br />
proizvesti veća naprezanja zbog smanjenja torzijske krutosti brodskog trupa.<br />
75
3.9.2. Poprečno opterećenje broda<br />
Osim u uzdužnom smjeru brod je opterećen i u poprečnom smjeru. Opterećenje koje<br />
djeluje na jedan poprečni presjek brodskog trupa, prouzrokuje deformacije, a prema tome i<br />
naprezanja poprečnih veza brodskog trupa. Do tog opterećenja dolazi neovisno od savijanja<br />
broda u uzdužnom smjeru, ono bi nastupilo i kad uzdužnog savijanja ne bi bilo, pa<br />
predstavlja posebno područje proučavanja.<br />
Ovdje možemo razlikovati statičko i dinamičko opterećenje. Kod statičkog<br />
opterećenja djeluje na dno i na bokove broda hidrostatički tlak, gornje palube izložene su<br />
opterećenju od vodenog stupca uslijed prelijevanja valova preko palube i od tereta, ako se<br />
teret vozi ili vješa na gornjoj palubi. Donja paluba i dno opterećeni su težinom tereta i<br />
brodskih uređaja. Manji dio opterećenja čini i vlastita težina konstrukcije. Na slici 54., prema<br />
[1], prikazano je opterećenje i deformacije jednog poprečnog presjeka brodskog trupa.<br />
Slika 54. Opterećenje i deformacije jednog poprečnog presjeka brodskog trupa<br />
(Izvor: Det Norske Veritas: Strength Analysis of Hull Structures,HØvik, Norway, 2004.)<br />
76
Do dinamičkog opterećenja dolazi uslijed valova i gibanja broda. Tada se javljaju sile<br />
inercije i hidrodinamički tlakovi. Taj dio opterećenja se redovno zanemaruje, jer je obično<br />
malen spram statičkog opterećenja.<br />
3.9.3. Lokalno opterećenje broda<br />
Pojedini konstruktivni elementi brodskog trupa izvrgnuti su i znatnim lokalnim<br />
opterećenjima. Tako je npr. opločenje dna i bokova broda izvrgnuto lokalnom savijanju<br />
između ukrepa od pritiska vode, a opločenje palube lokalno je opterećeno od težine pojedinih<br />
tereta na palubi. Znatna lokalna opterećenja nastupaju ispod jarbola koji nose teške samarice<br />
za ukrcaj tereta, kod sidrenih vitala, ispod temelja topova itd. Često se javljaju i veća lokalna<br />
opterećenja kod porinuća i dokovanja broda. I ovdje se mogu razlikovati statička i dinamička<br />
opterećenja. Znatnija dinamička opterećenja pramčane konstrukcije broda nastupaju prilikom<br />
udaranja pramca o valove. Na slici 55., prema [1], prikazano je lokalno savijanje oplate dna<br />
od tlaka vode.<br />
unutarnje dno<br />
rebrenice<br />
Slika 55. Lokalno savijanje oplate dna od tlaka vode<br />
(Izvor: Det Norske Veritas: Strength Analysis of Hull Structures,HØvik, Norway, 2004.)<br />
77
3.10. Funkcija brodske konstrukcije<br />
Opterećenje od momenata savijanja u uzdužnoj vertikalnoj ravnini preuzimaju<br />
konstruktivni elementi koji se prostiru po većem dijelu duljine broda. U tu kategoriju spadaju<br />
svi limovi opločenja palube (izvan linije grotala), vanjske oplate, oplate dna i opločenja<br />
dvodna, slika 56., prema [1].<br />
Slika 56. Konstruktivni elementi koji preuzimaju opterećenje od uzdužnog savijanja trupa<br />
(Izvor: Det Norske Veritas: Strength Analysis of Hull Structures,HØvik, Norway, 2004.)<br />
Ti konstruktivni elementi čine jedan škrinjasti nosač kojeg dimenzije su velike spram<br />
njihove debljine. Zbog toga on ne bi bio u stanju preuzeti tlačne sile kad ne bi bio ukrepljen<br />
protiv izvijanja. U tu svrhu postavljaju se poprečni okviri u razmacima od 600 do 900 [mm]<br />
po duljini broda. Ti okviri sastoje se od elemenata koji su prikazani na slici 57., prema [1].<br />
Na dnu broda između opločenja dvodna i vanjske oplate dna postavljaju se visoki nosači koji<br />
se zovu rebrenice. Bokovi broda ukrepljeni su rebrima, koja su učvršćena na vanjsku oplatu,<br />
a opločenje palube poduprto je sponjama. Sponje, rebra i rebrenice povezani su međusobno<br />
koljenima u poprečne okvire. Osim spomenutog zadatka, da podupiru uzdužne veze protiv<br />
izvijanja, ti poprečni okviri zajedno s poprečnim pregradama osiguravaju i poprečnu<br />
čvrstoću.<br />
78
Slika 57. Konstruktivni elementi poprečne čvrstoće broda<br />
(Izvor: Det Norske Veritas: Strength Analysis of Hull Structures,HØvik, Norway, 2004.)<br />
Najveće opterećenje potiče kod tlaka vode na dno broda, pa zbog toga i rebrenice koje<br />
učvršćuju oplatu dna imaju najjači presjek. Gore opisana konstrukcija građena je po tzv.<br />
poprečnom sustavu. Danas je kod većih brodova uobičajeni uzdužni sistem gradnje. Taj se<br />
sustav prvo počeo koristiti kod gradnje tankera,slika 58., prema [1].<br />
Opterećenje palube, bokova i dna broda preuzimaju uzdužnjaci. Oni se podupiru<br />
teškim okvirima na razmacima od 1,8 do 3,6 [m]. Prednost tog sustava je znatno kruća<br />
konstrukcija protiv izvijanja. Osim toga, kako se uzdužnjaci izvode kontinuirano na prolazu<br />
kroz poprečne pregrade, oni sudjeluju i u uzdužnoj čvrstoći broda, pa se potrebna čvrstoća<br />
može postići lakšom konstrukcijom. Kod brodova za generalni teret teški bočni nosači<br />
smanjuju raspoloživi prostor za krcanje tereta. Zbog toga se kod njih primjenjuju kombinirani<br />
ii mješoviti sistemi gradnje. Paluba i dno broda, gdje su i naprezanja od uzdužne čvrstoće<br />
najveća, građeni su po uzdužnom sistemu, a bokovi broda po poprečnom. Kod poprečnog<br />
sustava gradnje, sponje se podupiru uporama. Da se smanji broj potrebnih upora, koje<br />
zakrčuju skladišta, na najmanju moguću mjeru, postavljaju se ispod sponja podveze, koje<br />
prenašaju opterećenje sponja na široko razmaknute upore.<br />
79
Slika. 58. Uzdužni sistem gradnje kod tankera<br />
(Izvor: Det Norske Veritas: Strength Analysis of Hull Structures,HØvik, Norway, 2004.)<br />
Udužni i poprečni elementi brodske konstrukcije mogu biti izvrgnuti znatnim<br />
lokalnim opterećenjima. Tako se npr. moraju pojačati konstruktivni elementi palube ispod<br />
sidrenih vitala i ispod jarbola koji nose teške samarice. Također treba pojačati konstrukciju<br />
pramca, da izdrži žestoko udaranje prednjeg dijela broda o valove, i konstrukciju dna ispod<br />
temelja strojeva. Limovi vanjske oplate pak, osim što sudjeluju u uzdužnoj i poprečnoj<br />
čvrstoći broda, izvrgnuti su i lokalnom opterećenju od tlaka vode. Prema tome, pojedini<br />
elementi brodske konstrukcije podvrgnuti su istovremeno raznovrsnim opterećenjima.<br />
Metoda dimenzioniranja takvih konstruktivnih elemenata sastoji se u tome, da se prvo odrede<br />
naprezanja od svakog opterećenja posebno, a zatim se na osnovu tzv. teorije čvrstoće<br />
određuje poredbeno ili reducirano naprezanje koje mora biti manje od dozvoljenog.<br />
3.11. Klasifikacijska društva<br />
Osnovna svrha i smisao klasifikacije brodova je da osiguravatelju tereta za pomorski<br />
prijevoz neovisna organizacija posvjedoči o stupnju sigurnosti broda koji bi ga trebao<br />
prevoziti. Brod je na moru izložen brojnim opasnostima koje za posljedicu mogu imati<br />
80
oštećenje, gubitak broda ili tereta koji prevozi ili zagađenje okoliša. Iako sposobni<br />
zapovjednici i posada često mogu spriječiti da se to dogodi, osnovni uvjet sigurnosti broda je<br />
njegova konstrukcija koja treba odgovarati službi za koju je namijenjen. Klasifikacija<br />
brodova, tj. utvrđivanje klase prema njihovim tehničkim svojstvima i očuvanosti, nastala je iz<br />
potrebe da učesnici u brodarskom poslovanju (brodari, brodograditelji, osiguravatelji,<br />
financijske institucije i drugi) mogu dobiti pouzdane stručne podatke o vrsnoći pojedinog<br />
broda i o njegovoj prikladnosti za datu namjenu. Kako osiguratelji brodskih tereta i brodova<br />
nemaju tehničkih mogućnosti prosudbe konstruktivne vrsnoće broda koji treba osigurati,<br />
osnovane su posebne institucije za klasifikaciju brodova koje se nazivaju registri ili<br />
klasifikacijska društva (zavodi), a međunarodno su priznate i uživaju javno povjerenje u<br />
poslovnom svijetu. Klasifikacijska društva su organizacije koje ustanovljavaju i primjenjuju<br />
tehničke standarde za projektiranje, gradnju i nadzor brodova i drugih pomorskih<br />
konstrukcija. Te standarde klasifikacijska društva objavljuju u obliku tehničkih pravila.<br />
Brodovi koji su projektirani i izgrađeni prema pravilima društva mogu dobiti svjedodžbu<br />
klase. Pravila klasifikacijskih društava razvijena su da doprinesu čvrstoći konstrukcije i<br />
integritetu bitnih dijelova brodskog trupa, pouzdanosti pogonskog i drugih sustava, itd. Ona<br />
nisu projektne procedure i ne mogu se na taj način ni koristiti.<br />
3.11.1. Razvitak pravila klasifikacijskih društava<br />
Sve do 1950-tih godina, pravila klasifikacijskih društava definirala su zahtjeve na<br />
konstrukciju jednostavnim izrazima i podacima temeljenim na iskustvu, ovisno o tipu,<br />
veličini i namjeni broda. Zadovoljavajuća pravila i procedure postupno su se razvijale kroz<br />
tzv. evolutivni pristup, tj. proces pokušaja, iskustva i modifikacije. Koristeći more kao<br />
laboratorij, i brod kao uzorak u naravnoj veličini, skup servisnih podataka se sakupljao da bi<br />
mogao biti interpretiran u obliku koda za primjenu na buduće slične brodove. Evolutivni<br />
pristup koristi malo teorije, pa dok god se klasifikacijska društva susreću samo s manjim<br />
promjenama u odnosu na prethodnu praksu, može osigurati podobnost konstrukcije, ali ne<br />
nužno i ekonomsku efikasnost (jer ne može razlučiti između podobnosti i<br />
predimenzioniranosti). Kako su se saznanja akumulirala više na neuspjesima u konstrukciji,<br />
nego na nauci o čvrstoći broda i poznavanju materijala, klasifikacijska društava su morala<br />
pokazivati oprez u primjeni novih i neprovjerenih rješenja. U 1950-tim godinama, prije<br />
uporabe računala, pravila su se počela pisati u analitičkom i znanstveno zasnovanom obliku.<br />
81
Jednostavni analitički izrazi korišteni su da bi se odredili zahtjevi za opločenje, ukrepe i<br />
sisteme nosača. Bili su zasnovani na definiranom lateralnom opterećenju na različite<br />
elemente konstrukcije i definiranim razinama prihvatljivosti naprezanja (izraženim kao dio<br />
granice razvlačenja i pojednostavljenim kriterijima izvijanja) za razne komponente<br />
naprezanja. Obično se vrši distinkcija između sljedećih komponenti:<br />
- Naprezanja od savijanja brodskog trupa kao nosača (primarna naprezanja),<br />
- Naprezanja od savijanja okvira i sistema nosača (sekundarna naprezanja),<br />
- Naprezanja od savijanja ukrepa i neukrepljenog opločenja (tercijarna naprezanja).<br />
Kada je uporaba računala dobila zamah tijekom kasnih 60-tih i ranih 70-tih,<br />
pojednostavljeni zahtjevi za nosače i okvire postupno su povučeni iz pravila i zamijenjeni 2D<br />
i 3D grednim analizama, te proračunima metodom konačnih elemenata. Nagli razvoj računala<br />
i numeričkih metoda 70-tih godina omogućio je hrabrije upuštanje u gradnju većih i posebnih<br />
tipova brodova za zadovoljenje proširenog tržišta u pogledu vrste i količine tereta. Takve<br />
nestandardne strukturne konfiguracije je bilo moguće projektirati s razumnom pouzdanošću<br />
uz pomoć teorijskih razmatranja, komparativnih proračuna i podataka o stanjima mora i<br />
odziva broda. Na osnovi matematičkih modela ili modelskih ispitivanja, definiraju se<br />
opterećenja na brod, karakteristike izdržljivosti materijala i brzina napredovanja korozije na<br />
jednoj strani, te detaljni odziv konstrukcije na svako stanje opterećenja na drugoj, te tako<br />
odredi njeno vjerojatno ponašanja tijekom životnog vijeka. Propisuju se analitičke metode za<br />
osiguranje pouzdanosti i uporabljivosti, čvrstoće, krutosti, vibracijskih karakteristika itd.<br />
Neke pomorske nesreće kao što je ona tankera Exxon Valdez iz 1989. godine koja je<br />
prouzročila veliku ekološku katastrofu, izazvale su veliki pritisak javnosti zabrinute za<br />
očuvanje okoliša i ukazale na potrebu preispitivanje sigurnosnih standarda. Pojavljuju se<br />
ekološki usmjereni brodovi, tankeri s dvostrukom oplatom, rezervnom propulzijom, a sve se<br />
više analizira čvrstoća prilikom sudara i nasukanja.<br />
82
Slika. 59. Potonuće tankera Erika<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
U novije vrijeme, potonuće tankera Erika posebno je potaknulo preispitivanje<br />
pomorskih standarda, osobito na području konstrukcije. Standardi se prevrednuju i<br />
primjenjuju uz sistematsku primjenu tehnike ocjene rizika, čime se djeluje na smanjenje<br />
učestalosti pojavljivanja i težine posljedica pomorskih nesreća. Shvativši da je sigurnost<br />
brodova više od samo tehničkog i funkcionalnog aspekta na koji su pravila bila<br />
koncentrirana, u 1990-tim u pravila se uvode zahtjevi IMO-a (Load Line, SOLAS,<br />
MARPOL), a potom i zahtjevi operativne sigurnosti, čime se dolazi do integralnog pristupa<br />
problemu sigurnosti.<br />
3.11.2. Sigurnosni ciljevi klasifikacijskih društava<br />
Ciljevi pravila su umanjiti rizike i posljedice lomova konstrukcije u odnosu na<br />
sigurnost života, okoliša i imovine i osigurati trajnost konstrukcije u predviđenenom vijeku.<br />
Na slici 60., prema [7], prikazuje sigurnost i trajnost brodske konstrukcije.<br />
83
Overall safety /reliability<br />
Ukupna sigurnost / pouzdanost<br />
Trajnost<br />
Ugrađena debljina<br />
Postojeća pravila<br />
Minimalna prihvatljiva razina sigurnosti<br />
Vrijeme<br />
Slika. 60. Sigurnost i trajnost brodske konstrukcije<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction-Analysis<br />
Techniques, Hamburg, 2001.)<br />
Sveukupna sigurnost brodske konstrukcije mora biti jednaka ili veća od minimalo<br />
zahtijevane. To znači da:<br />
<br />
<br />
Čvrstoća konstrukcije i vodonepropusno moraju odgovarati predviđenom vijeku trajanja<br />
broda,<br />
Određeno je minimalno stanje konstrukcije, koje odgovara minimalnoj razini sigurnosti<br />
kod koje se zahtjeva zamjena čelika da bi se nastavila služba broda.<br />
Konstruktivni aspekti povezani sa zadovoljavajućom trajnošću broda uvjetuju da:<br />
<br />
<br />
Brod mora biti osposobljen za prijevoz tereta sa zahtijevanom fleksibilnošću da bi ispunio<br />
svoju projektiranu namjenu,<br />
Konstrukcija mora imati zadovoljavajuću trajnost u vidu dodatka na koroziju i čvrstoće na<br />
zamor, kroz cijeli svoj vijek u službi.<br />
84
3.11.3. Osnovna pravila klasifikacijskih društava<br />
Brodska konstrukcija treba podnijeti realistični skup projektnih opterećenja zasnovan na:<br />
<br />
<br />
<br />
Normalnoj službi na moru i u luci,<br />
Normalnoj službi tijekom održavanja i popravaka,<br />
Službi u slučaju nesreće.<br />
Konstrukcija treba imati svojstvenu redundanciju. Brodska konstrukcija radi na način<br />
hijerarhije i stoga lom konstruktivnih elemenata koji su niže u hijerarhiji ne bi trebao smjesta<br />
rezultirati posljedičnim lomom elemenata koji su više u hijerarhiji. To se može u razvijenoj<br />
formi prikazati na način:<br />
<br />
<br />
<br />
Lom opločenja ne bi trebao voditi odmah do posljedičnog loma ukrepljenog panela,<br />
Lom ukrepljenog panela ne bi trebao voditi odmah do posljedičnog loma glavnog nosivog<br />
elementa,<br />
Lom glavnih nosivih elemenata mora biti postupan.<br />
Konstrukcija je osnovana tako da su trajne deformacije minimalizirane. Trajne deformacije<br />
lokalnih panela ili pojedinačnih elemenata ukrepljenog lima mogu se prihvatiti ako to ne<br />
utječe na:<br />
<br />
<br />
Integritet konstrukcije ili integritet nepropusnosti,<br />
Svojstva konstrukcije ili ostalih sustava.<br />
Konstrukcija je osnovana tako da je očuvana uporabljivost, tj. da su pukotine minimizirane,<br />
osobito u područjima gdje utječu na:<br />
<br />
<br />
<br />
Integritet konstrukcije ili integritet nepropusnosti,<br />
Svojstva konstrukcije ili ostalih sustava,<br />
Mogućnost otkrivanja, pregleda i popravka pukotine.<br />
Brod treba imati odgovarajuću redundanciju da preživi oštećenje u slučaju nesreće<br />
kao što je udar, nasukanje, sudar, teško nevrijeme i sl.<br />
85
3.12. Čvrstoća i opterećenje brodske konstrukcije prema pravilima klasifikacijskih<br />
društava<br />
Klasifikacijska društva obavljaju značajnu ulogu u sustavu sigurnosti plovidbe<br />
svjetskim morima. Pravila klasifikacijskih društava ustanovljavaju jedini danas međunarodno<br />
priznati tehnički standard za projektiranje i gradnju brodskih konstrukcija. Ova uloga priznata<br />
je Međunarodnom konvencijom o zaštiti života na moru. Samo klasifikacijska društva imaju<br />
dovoljno znanja i iskustva da udovolje standardima sigurnosti koje javnost očekuje. Iskustvo<br />
stečeno u radu s pravilima vodećih klasifikacijskih društava pokazuje da, iako se ona<br />
razlikuju kako u metodologiji kojom pristupaju problemu dimenzioniranja brodskih<br />
konstrukcija i brojnim detaljima proračunskih metoda za određivanje opterećenja i odziva,<br />
tako i u rezultirajučim dimenzijama konstrukcijskih elemenata, opća razina sigurnosti je<br />
praktički na istoj razini, što je rezultat dugogodišnjeg iskustva ovih institucija koje je u ta<br />
pravila ugrađeno. Današnja pravila za čvrstoću brodskih konstrukcija općenito pružaju<br />
zadovoljavajuću razinu postignute sigurnosti koji treba održati.<br />
Iako se tradicionalni pristup pravilima preko propisa temeljenih na empirijskom<br />
iskustvu i dobroj inženjerskoj praksi može općenito ocijeniti kao uspješan, ipak se s vremena<br />
na vrijeme događaju pomorske nesreće koje kao posljedicu imaju velike materijalne štete i<br />
gubitak ljudskih života, a ponekad ostavljaju teške posljedice na prirodni okoliš i živi svijet u<br />
njemu. U takvim uvjetima sigurnost na svjetskim morima privlači pažnju svjetske javnosti,<br />
koja zahtijeva odgovarajuće djelovanje nadležnih institucija. Stoga se neki elementi<br />
postojećeg sustava pravila, kao karike u lancu sigurnosti, povremeno ocjenjuju nedovoljnim<br />
da udovolje budućim zahtjevima industrije i naraslim kritikama javnosti.<br />
Kako se tehnološki zahtjevi stalno pomiču ka većim, bržim i složenijim brodovima,<br />
klasifikacijska društva moraju razviti racionalnu metodologiju ocjene rizika koji iz toga<br />
proizlazi. Za razliku od 1960-tih kada su strukturna rješenja ekstrapolirana da bi ispunila<br />
zahtjeve brodovlasnika za sve većim brodovima, danas postoje metode koje omogućavaju da<br />
se predvidi ponašanje konstrukcije. Štoviše, ta metodologija mora omogućiti da se precizno<br />
prosudi čvrstoća broda kroz čitav njegov vijek u službi i da se jasno ustanovi koji kritični<br />
elementi u konstrukciji će vjerojatno popustiti i kada. U daljnjoj obradi teme za primjer sam<br />
uzeo pravila za čvrstoću i opterećenje klasifikacijskog društva Det Norske Veritas (DNV).<br />
86
3.12.1. Zahtjevi za opterećenje strukturnih elemenata broda prema pravilima DNV-a<br />
Opterećenja na mirnoj vodi posljedica su razlike raspodjele težine i uzgona po duljini<br />
broda. Nisko-frekventna valna opterećenja sastoje se od okomitih, uzdužnih i torzijskih<br />
opterećenja, dok su visokofrekventna opterećenja uslijed udaranja i opruženja. Termalna<br />
opterećenja posljedica su promjene temperature. Tradicionalno se ukupni moment savijanja<br />
koji djeluje na brodski trup određuje kao zbroj momenata na mirnoj vodi i valovima:<br />
M t = M sw + M w (13)<br />
gdje je:<br />
- M sw najveća vrijednost momenta na mirnoj vodi u progibu ili pregibu proizašla iz stanja<br />
krcanja broda.<br />
Valni moment savijanja M w propisan je pravilima klasifikacijskih društava za osnovnu<br />
klasu. Za brodove s posebnim zahtjevima može se odrediti iz dugoročne analize opterećenja<br />
prema nekoj od prihvaćenih teorija. Vrpčana teorija drugog reda može se koristiti u tu svrhu<br />
da bi se mogla dobiti razlika između valnih momenata u progibu i pregibu. Za brodove u<br />
oštećenom stanju može se koristiti kratkoročna analiza uz primjenu linearne vrpčane teorije,<br />
kada brod susreće nevrijeme određenog trajanja i određene manje vjerojatnosti susretanja.<br />
Da bi se uzela u obzir statistička kombinacija između momenata na mirnoj vodi i<br />
valnih momenata, može se koristiti izraz:<br />
M t = k sw M sw + k w M w (14)<br />
gdje su:<br />
- k sw i k w faktori kombinacije opterećenja.<br />
Za stanja nakon sudara i nasukanja brod ne može ploviti velikom brzinom i mora<br />
izbjegavati teško more. To rezultira smanjenom valnom visinom, pa se i valni moment može<br />
uzeti manji od ekstremnih projektnih stanja. S druge strane, momenti na mirnoj vodi mogu se<br />
u nekim slučajevima povećati. Ovi utjecaji definiraju se preko faktora kombinacije<br />
opterećenja.<br />
Da bi se uzeo u obzir utjecaj dinamičkog opterećenja, ukupni moment savijanja daje<br />
se u obliku:<br />
87
M t = k sw M sw + k w (M w + k d M d ) (15)<br />
gdje je:<br />
- k d faktor kombinacije opterećenja u odnosu na dinamički moment savijanja M d koji se javlja<br />
uslijed udaranja ili opruženja.<br />
M d se uzima kao srednja vrijednost ekstremnog dinamičkog valnog momenta pri<br />
istom stanju mora pri kojem se računa i valni moment savijanja. Za opruženje pri visokim<br />
stanjima mora M d se obično zanemaruje. Za udaranje je približno za tankere M d = 0.115 M w u<br />
progibu, a M d = 0 u pregibu, a definira se individualnim zahtjevima svakog klasifikacijskog<br />
društva.<br />
3.12.2. Okomito savijanje brodskog trupa prema zahtjevima DNV-a<br />
Osnovni zahtjevi čvrstoće<br />
Zahtjevi klasifikacijskih društava na okomito savijanje brodskog trupa unutar<br />
središnjeg dijela broda u duljini od 0.4 L izraženi su usuglašenim zahtjevom IACS-a S11 uz<br />
sljedeća ograničenja u primjeni:<br />
L < 500 m,<br />
L / B > 5,<br />
B / D < 2.5,<br />
C B (koeficijent punoće) 0.6.<br />
U slučajevima kada je brod izvan standarda, odnosno jedan ili više navedenih uvjeta<br />
nije zadovoljen, opterećenja se dobivaju posebnim razmatranjem, najčešće direktnom<br />
analizom.<br />
Na primjeru tankera s odnosom L/B = 4.33 građenog u brodogradilištu Brodosplit u<br />
klasi DNV-a analiza je rezultirala povećanjem maksimalnih vrijednosti valnih momenata<br />
savijanja za 20% iznad zahtjeva IACS. Raspodjela valnih momenata po duljini također je<br />
određena direktnom analizom, uz uvjet da vrijednost valnih momenata ne smije nigdje biti<br />
manja od one koju bi se dobilo raspodjelom koju propisuje IACS. Zahtjeve na čvrstoću<br />
brodskog trupa kao grede izvan središnjeg dijela broda od 0.4 L pravila klasifikacijskih<br />
88
društava određuju individualno. Dodatno propisi uključuju specijalna razmatranja povećanja<br />
okomitog momenta savijanja i smične sile u prednjem području brodova s visokom brzinom<br />
i/ili naglašeno otvorenom formom u pramčanom dijelu.<br />
Osnovni zahtjev uzdužne čvrstoće brodskog trupa definiran je usuglašenim zahtjevom<br />
IACS-a UR S11 i prihvaćen od svih klasifikacijskih društava. Na slici 61., prema [7],<br />
prikazana je konvencija predznaka momenata M i poprečnih sila Q, a na slici 62., prema [7],<br />
faktor uzdužne razdiobe valnog momenta M.<br />
Slika. 61. Konvencija predznaka momenata M i poprečnih sila Q<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction-Analysis<br />
Techniques, Hamburg, 2001.)<br />
Valni momenti savijanja u okomitoj ravnini:<br />
M w = + 190 M C W L 2 B C B x 10 -3 pregib (16)<br />
M w = - 110 M C W L 2 B (C B + 0.7) x 10 -3 progib (17)<br />
Slika. 62. Faktor uzdužne razdiobe valnog momenta M<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction-Analysis<br />
Techniques, Hamburg, 2001.)<br />
89
Valne smične sile u okomitoj ravnini:<br />
F w (+) = + 30 F 1 C W L B (C B + 0,7) x 10 -2 pozitivna sila (18)<br />
F w (–) = – 30 F 2 C W L B (C B + 0,7) x 10 -2 negativna sila (19)<br />
gdje su F 1 i F 2 faktori koji određuju uzdužnu raspodjelu po duljini broda, slika 63., prema [7].<br />
Slika. 63. Faktor uzdužne razdiobe valnih smičnih sila F 1 i F 2<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction-Analysis<br />
Techniques, Hamburg, 2001.)<br />
Projektni moment savijanja na mirnoj vodi općenito se ne bi trebao uzeti manji od:<br />
M SWmin,H = 15 C W L 2 B (8-C B ) 10 -3 za pregib (20)<br />
M SWmin,S = - 60 C W L 2 B (C B +0.7) 10 -3 za progib (21)<br />
Propisana raspodjela momenta savijanja na mirnoj vodi predmet je zahtjeva pojedinog<br />
klasifikacijskog društva.<br />
Valni momenti savijanja u uzdužnoj ravnini nisu predmet standarda, jer je njihova<br />
vrijednost znatno manja od vrijednosti momenata u okomitoj ravnini (tipično 20% ili manje,<br />
samo izuzetno do 50%). Pravila klasifikacijskih društava uzimaju ih obično u razmatranje u<br />
kombinaciji s vertikalnim i torzijskim momentima kod valjanja u nagnutim stanjima i<br />
plovidbi koso na valove.<br />
90
3.12.3. Toplinska opterećenja<br />
Toplinska opterećenja uslijed promjena temperature normalno se ne uzimaju u<br />
razmatranje ukoliko se teret ne grije iznad pravilima propisane temperature (obično 65C).<br />
Kod viših temperatura ova je opterećenja vrlo teško odrediti zbog tendencije strukturnih<br />
elemenata ka trodimenzionalnom rastezanju i stezanju, a rezultat je obično znatno smanjenje<br />
dopuštenog momenta savijanja na mirnoj vodi, za teret temperature 65C oko 20%.<br />
3.12.4. Lokalna opterećenja brodskog trupa<br />
Vanjski tlakovi od mora<br />
Opterećenje u točci ispod teretne vodne linije:<br />
p 1 = 10 h 0 + p dp (22)<br />
Opterećenje u točci iznad teretne vodne linije:<br />
p 2 = a p dp – (4 + 0.2 k s ) h 0 (23)<br />
Dinamički tlak p dp se uzima kao:<br />
p<br />
dp<br />
<br />
p<br />
l<br />
135 y<br />
1.2(<br />
T )<br />
B 75<br />
z<br />
p= k s C W + k f<br />
V<br />
= ( k<br />
sCW<br />
k<br />
f<br />
)(0.8 0.15 ) ako je V<br />
1. 5<br />
(24)<br />
L<br />
L<br />
k<br />
s<br />
2.5<br />
3C<br />
B<br />
u AP<br />
C<br />
B<br />
= 2 između 0.2L i 0.7L od AP<br />
=<br />
4<br />
3C<br />
B<br />
<br />
C<br />
B<br />
gdje je k f manja vrijednost između gaza i udaljenosti vodne linije od vrha boka na<br />
promatranom presjeku (ne više od 0.8 C W ), a k s faktor smične sile. Na slici 64., prema [7],<br />
prikazan je raspored tlakova na poprečnom presjeku i po duljini broda.<br />
91
Slika. 64. Raspored tlakova na poprečnom presjeku i po duljini broda<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction-Analysis<br />
Techniques, Hamburg, 2001.)<br />
Unutarnji tlakovi od tekućine u tankovima<br />
Tlakovi od tekućine u tankovima računaju se prema najnepovoljnijem od navedenih<br />
kriterija.<br />
Tablica 4. Projektni tlakovi prema različitim kriterijima<br />
Projektni tlak<br />
p 1 = (g 0 + 0.5 a v ) h s<br />
p 2 = g 0 0.67 (h s + b) – 0.12 (Hb t )<br />
p 3 = g 0 0.67 (h s + l) – 0.12 (Hl t )<br />
p 4 = 0.67 ( g 0 h p + p dyn )<br />
p 5 = g 0 h s + p 0<br />
Kriterij<br />
Ubrzanje<br />
Valjanje<br />
Posrtanje<br />
Odušnik<br />
Ispitivanje tankova<br />
U proračunu čvrstoće nosača, tlak p 4 uvećava se. Na slici 65. prema [7], prikazan tipični<br />
raspored tlakova po visini na pregradi prema različitim zahtjevima.<br />
92
Slika 65. Tipični raspored tlakova po visini na pregradi prema različitim zahtjevima<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction-Analysis<br />
Techniques, Hamburg, 2001.)<br />
Tlakovi od zapljuskivanja tekućine u djelomično nakrcanim tankovima s duljinom<br />
l b
Tablica 6. Udarni tlakovi od zapljuskivanja tekućine na gornji i donji dio tanka<br />
Tlak na poprečne stijenke<br />
Tlak na uzdužne stijenke<br />
l s<br />
L<br />
l s<br />
L<br />
350 L<br />
220l<br />
s<br />
2<br />
pi<br />
g<br />
0kr<br />
( 7.5) sin <br />
3550<br />
L<br />
350 L<br />
L ls<br />
2<br />
pi<br />
g<br />
0k<br />
f<br />
(25 )(0.5 ) sin <br />
3550<br />
13 L<br />
240<br />
pi<br />
<br />
B<br />
g<br />
0k<br />
f bs<br />
1.5 2<br />
( 0.3) GM<br />
B<br />
sin<br />
<br />
gdje je:<br />
k f<br />
h<br />
H<br />
2<br />
1<br />
4(0.6 ) ; max = 1<br />
3.13. Zahtjevi za čvrstoću strukturnih elemenata prema pravilima DNV-a<br />
Provjera uzdužne čvrstoće brodskog trupa podrazumjeva:<br />
<br />
<br />
<br />
Usporedbu postignutog momenta otpora za palubu i dno s minimalno zahtijevanim,<br />
Provjeru naprezanja izazvana opterećenjem brodskog trupa kao grede,<br />
Proračun granične čvrstoće brodskog trupa.<br />
Zahtjevi na moment otpora glavnog rebra u načelu se izražavaju kao:<br />
M<br />
SW<br />
M<br />
8<br />
W10<br />
R<br />
(25)<br />
gdje je: M SW - moment savijanja na mirnoj vodi,<br />
M W10<br />
-8<br />
- valni momenti savijanja na osnovi vjerojatnosti pojavljivanja 10 -8 ,<br />
R - karakteristična otpornost strukture, odnosno plastičnost,<br />
- faktor skaliranja opterećenja,<br />
- faktor iskoristivosti.<br />
Faktor umanjenja valnog momenta savijanja je = 1.0 za neograničenu plovidbu, a za<br />
ograničeno područje plovidbe ili za uvjete u luci određen je pravilima pojedinog<br />
klasifikacijskih društava.<br />
94
Minimalni zahtijevani moment otpora za palubu i dno<br />
Minimalni zahtjev uzdužne čvrstoće definiran je usuglašenim zahtjevom koji definira<br />
najmanji zahtijevani moment otpora za palubu i dno na sredini broda:<br />
Z min = C W L 2 B (C B + 0.7) k (26)<br />
Minimalni zahtijevani moment tromosti<br />
Minimalni zahtijevani moment tromosti definira zahtjev:<br />
I min = 3C W L 3 B (C B + 0.7) (27)<br />
3.14. Normalna naprezanja od savijanja brodskog trupa u okomitoj ravnini<br />
Osnovni zahtjev uzdužne čvrstoće brodskog trupa definiran usuglašenim zahtjevom za<br />
moment otpora u području 0.4L u sredini broda:<br />
M <br />
<br />
S<br />
M W<br />
<br />
3<br />
Z (28)<br />
10<br />
Faktor iskoristivosti i dopušteno normalno naprezanje:<br />
= 0.745<br />
= 175 / k<br />
Izvan područja od 0.4L zahtjevi su propisani pravilima klasifikacijskih društava.<br />
Treba napomenuti da se zahtjev S11 odnosi na ugrađene dimenzije strukturnih<br />
elemenata, tj. ne oduzima se dodatak na koroziju. Stoga naprezanja koja se koriste za<br />
proračun uzdužne čvrstoće nisu istovjetna onima koja se dobiju primjenom standarnih<br />
momenata savijanja na model s čistim debljinama u FEM analizi.<br />
3.15. Smična naprezanja od savijanja brodskog trupa u okomitoj ravnini<br />
Smična čvrstoća definira se preko zahtjeva za debljinu opločenja boka pod<br />
djelovanjem smičnih sila na mirnoj vodi i valovima:<br />
95
(<br />
F<br />
t <br />
S<br />
F<br />
<br />
W<br />
) F<br />
<br />
S 3<br />
10<br />
I<br />
(29)<br />
gdje je: - faktor razdiobe smične sile između boka i uzdužne pregrade, za brod bez<br />
uzdužnih pregrada = 0.5, definiran pravilima klasifikacijskih društava<br />
F - faktor popravka smične sile uslijed nosivosti uzdužne strukture dna i<br />
neravnomjerne poprečne raspodjele opterećenja, definiran pravilima<br />
klasifikacijskih društava<br />
Faktor iskoristivosti i dopušteno smično naprezanje:<br />
= 0.468<br />
= 110 / k<br />
3.16. Zahtjevi na izdržljivost strukturnih elemenata prema DNV-u<br />
Zahtjevi na izdržljivost strukturnih elemenata određeni su osnovnom klasom 1A1 i<br />
dodatnim zahtjevima posebnih oznaka klase.<br />
Osnovna klasa 1A1 propisuje minimalne zahtjeve uzdužne čvrstoće, zahtjeve za<br />
lokalne strukture (debljina opločenja, moment otpora ukrepa te površina struka i moment<br />
otpora nosača) te zahtjeve na zamor orebrenja boka.<br />
Oznaka klase Nauticus(eng.: Newbuilding) propisuje minimalni standard direktnih<br />
proračuna za brodove za koje je obavezujuća ili prihvaćena kao zahtjev.<br />
Oznaka klase CSA (eng.: Computational Ship Analysis) propisuje prošireni opseg<br />
analiza koji zamjenjuje zahtjeve za direktne proračune propisane osnovnom klasom.<br />
3.17. Načela kombinacije opterećenja i faktora iskoristivosti<br />
Pravila DNV-a osnivaju se na radnom naprezanju i uzimaju umanjena dinamička<br />
opterećenja u lučkim uvjetima kako je to opisano niže.<br />
Uzdužna čvrstoća brodskog trupa<br />
Faktor skaliranja valnog momenta savijanja prema izrazu:<br />
= 1.0<br />
= 0.5<br />
u plovidbi<br />
u luci<br />
96
Valna opterećenja u lučkim uvjetima odgovaraju razini vjerojatnosti 10 -4 u stanjima<br />
na otvorenom moru, što povećava dopušteni moment savijanja na mirnoj vodi.<br />
Stanja u plovidbi i lučki uvjeti dopuštaju jednaki faktor iskoristivosti:<br />
= 0.745 L = 175 f 1<br />
Izvan 0.4L DNV predviđa linearno smanjenje dopuštenog naprezanje od savijanja na<br />
vrijednost za 0.1L od okomica:<br />
= 0.532 L = 125 f 1<br />
3.18. Poprečni i okomiti nosači (bez uzdužnih naprezanja brodskog trupa)<br />
Poprečni i okomiti nosači primarno su određeni lokalnim lateralnim tlakom.<br />
Dinamička opterećenja zasnovana su na ubrzanjima broda pri vjerojatnosti od 10 -8<br />
reduciranim na razinu vjerojatnosti od približno 10 -4 posredstvom faktora skaliranja<br />
opterećenja:<br />
= 0.5<br />
Za stanja u plovidbi i stanja u luci primjenjuju se različiti faktori iskoristivosti:<br />
= 0.76 u luci<br />
= 0.68 u plovidbi<br />
Projektni tlakovi za stanja u plovidbi:<br />
P sea = P s + P dyn 10<br />
-8<br />
(30)<br />
P int = P s<br />
Projektni tlakovi za stanja u luci:<br />
P sea = P s<br />
P int = P s<br />
gdje je: P sea - projektni tlak mora [bar],<br />
P int - projektni unutarnji tlak [bar],<br />
97
P s - statički tlak, unutarnji tlakovi uključuju nadtlak [bar],<br />
P dyn 10<br />
-8<br />
- dinamički tlak zasnovan na ubrzanjima broda s vjerojatnošću<br />
pojavljivanja 10 -8 [bar].<br />
Kako se vidi, opterećenja u plovnim stanjima zasnovana na vjerojatnosti pojavljivanja<br />
od 10 -4 nisu konzistentna s momentima savijanja i smičnim silama koji se koriste za čvrstoću<br />
brodskog trupa kao grede. Prihvatljiva razina sigurnosti osigurava se preko različitih kriterija<br />
prihvatljivosti. Međutim, nije moguće održati konzistentni princip opterećenja<br />
kombiniranjem opterećenja od tlakova zasnovanim na razini vjerojatnosti od 10 -4 i globalnim<br />
momentima zasnovanim na razini vjerojatnosti od 10 -8 u istom modelu konačnih elemenata.<br />
3.19. Uzdužni nosači (uključuju uzdužna naprezanja brodskog trupa)<br />
Projektna opterećenja za lokalni odziv uzdužnih nosača koji su opterećeni i<br />
naprezanjima od savijanja brodskog trupa i lokalnim naprezanjima osnovana su na istim<br />
principima kao i za poprečne nosače.<br />
Dodatno se razmatraju globalna opterećenja koja djeluju istovremeno. Projektna<br />
uzdužna naprezanja određuju se u skladu sa:<br />
U plovidbi: long = ( static local + static global) + (0.5 dyn local20 + 0.59 dyn global20 )<br />
U luci:<br />
long = ( static local + static global) + 0.59 dyn global20<br />
Preko faktora 0.59 uzima se u obzir faza između lokalnih i globalnih opterećenja.<br />
Prihvatljivost = 0.81 u plovidbi i u luci.<br />
Iz ovoga se vidi da opterećenja za stanja u plovidbi nisu konzistentna jer su globalna<br />
opterećenja zasnovana na vjerojatnosti pojavljivanja od 10 -8 , dok su lokalni tlakovi zasnovani<br />
na vjerojatnosti pojavljivanja od 10 -4 . Nadalje, u lučkim uvjetima nisu uzeta u razmatranje<br />
lokalna dinamička opterećenja.<br />
Kod direktne analize metodom konačnih elemenata pojavljuje se dodatna<br />
nekonzistencija koja proizlazi iz činjenice da se u svim računima za dimenzioniranje<br />
98
strukture primjenjuje princip čiste debljine, dok je globalno uzdužno naprezanje definirano za<br />
karakteristike presjeka brodskog trupa s ugrađenim debljinama.<br />
3.20. Zahtjevi za direktne analize<br />
Osnovna klasa 1A1 zahtjeva određeni opseg direktnih analiza kao dodatak<br />
eksplicitnim zahtjevima formula u pravilima, a dopuštena je metoda konačnih elemenata ili<br />
gredna analiza.<br />
Oznaka klase Nauticus (eng.: Newbuilding) propisuje FEM analizu, a obvezujuća je za:<br />
<br />
<br />
<br />
Tankere duljine veće od 190 [m],<br />
Bulk carriere oznake BC-B ili BC-C duljine veće od 190 [m], odn. BC-B* ili BC-A duljine<br />
veće od 170 [m],<br />
Kontejnerske brodove duljine veće od 190 [m].<br />
Kod nove generacije brodova s dvostrukom oplatom, analiza metodom konačnih<br />
elemenata daje određene prednosti u odnosu na grednu analizu zbog brojnih kutijastih<br />
struktura.<br />
Oznaka klase CSA (eng.: Computational Ship Analysis) propisuje prošireni opseg koji<br />
zamjenjuje zahtjeve za direktne proračune propisane osnovnom klasom:<br />
<br />
<br />
CSA-1, uz određene modifikacije u opsegu FEM proračuna i kontrole zamora, uvodi<br />
zahtjev na graničnu čvrstoću trupa kao grede. Koriste se slučajevi opterećenja propisani<br />
pravilima,<br />
CSA-2 uvodi direktni proračun valnih opterećenja, FEM analizu cijelog trupa i nešto<br />
sofisticiraniju provjeru izvijanja.<br />
Međutim, ni u kom slučaju dimenzije strukturnih elemenata ne smiju biti manje od<br />
minimalnih zahtjeva klase 1A1.<br />
99
Tablica 7. Pregled zahtjeva za analizu prema oznaci klase<br />
1A1 CSA-1 CSA-2<br />
Valna opterećenja Pravila DNV Pravila DNV Direktna analiza<br />
Analiza naprezanja<br />
3D gredna analiza<br />
FEM model 2<br />
FEM model cijelog<br />
FEM<br />
ili FEM<br />
skladišta + detalji<br />
broda + detalji<br />
Dopuštena naprezanja<br />
(plastičnost)<br />
Pravila DNV Pravila DNV Pravila DNV za CSA<br />
Izvijanje Pravila DNV Pravila DNV DNV CN30.1 23<br />
Zamor<br />
Uzdužni elementi<br />
Uzdužni elementi na<br />
Uzdužni elementi i<br />
na boku<br />
srednjem dijelu<br />
odabrani poprečni<br />
broda<br />
elementi<br />
100
3.21. Analiza tanka tereta/skladišta prema zahtjevima osnovne klase 1A1 i oznake klase<br />
NAUTICUS<br />
U proračunu se koriste čiste debljine, što znači da se ugrađene debljine umanjuju za<br />
dodatak na koroziju t k .<br />
Analiza se koristi za određivanje odziva deformacija i naprezanja primarne strukture u<br />
području paralelnog srednjaka. Protezanje strukturnog modela definira se u ovisnosti o<br />
strukturnom rasporedu broda i slučajevima opterećenja. Finoća mreže određuje se u ovisnosti<br />
o načinu primjene opterećenja i tipu elemenata koji se koriste u modelu.<br />
Model standardno obuhvaća promatrani tank/skladište i dodatno jednu polovinu<br />
tanka/skladišta izvan oba kraja promatranog tanka/skladišta u srednjem dijelu teretnog<br />
prostora. Ako postoji simetrija strukture i opterećenja, može se koristiti model koji pokriva<br />
pola širine broda, pri čemu treba paziti na pravilno određivanje graničnih uvjeta. Također,<br />
ako postoji ravnina simetrije na sredini promatranog tanka, model se može protezati na pola<br />
tanka/skladišta na svaku stranu od poprečne pregrade. Na slici 66., prema [7], pokazan je<br />
izgled tipičnog modela tankera za ulje nosivosti 108000 dwt.<br />
Z<br />
X<br />
Y<br />
Slika 66. Model konačnih elemenata tankera nosivosti 108000 dwt<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction-Analysis<br />
Techniques, Hamburg, 2001.)<br />
Model treba uključiti sve ukrepe na stvarnim konstruktivnim pozicijama, modelirane<br />
grednim elementima. Između uzdužnih ukrepa modelira se najmanje po jedan element tanke<br />
ljuske, dok se duljina između poprečnih okvira tipično dijeli na 4 elementa, te najmanje tri<br />
elementa po visini rebrenice i po širini okvira u dvoboku ako se koriste konačni elementi<br />
101
ljuski s tri ili četiri čvora. Broj elemenata može se smanjiti korištenjem elemenata sa 6 ili 8<br />
čvorova, tj. s čvorovima u sredini stranice.<br />
Na krajevima modela primjenjuju se uvjeti simetrije. Ako model pokriva jednu<br />
polovinu širine broda, simetrija se zadaje i u centralnoj ravnini. Model se podupire u<br />
vertikalnom smjeru na presjecima poprečnih pregrada s dvobokom i uzdužnom pregradom<br />
distribuiranim oprugama koje predstavljaju njihovu krutost. Konstante krutosti računaju se za<br />
svaku uzdužnu pregradu i bok broda na osnovi krutosti na savijanje i smik i za duljinu<br />
modela promatranog tanka/skladišta. Čvrstoća elemenata primarne nosive strukture pod<br />
djelovanjem tlaka od zapljuskivanja tekućine u djelomično nakrcanim tankovima ne mora se<br />
promatrati u okviru ove analize. Svaki se element promatra zasebno, jer pravila ne predviđaju<br />
djelovanje tlaka na cijelu izloženu površinu. Kako se na model primjenjuju opterećenja<br />
prema pravilima, a rezultati ocjenjuju standardnim kriterijima naprezanja odvojenim po<br />
komponentama, potrebno je izdvojiti primarna naprezanja brodskog trupa od sekundarnih<br />
naprezanja nosive strukture. Stoga se opterećenja koja proizlaze iz uzdužne čvrstoće<br />
brodskog trupa tipično ne uključuju u proračun, već se analitički dodaju lokalnim<br />
naprezanjima u svrhu provjere ukupnog naprezanja i izvijanja. Za potrebe provjere kriterija<br />
naprezanja koristi se razina vjerojatnosti 10 -4 , što odgovara 59% vrijednosti maksimalnog<br />
valnog momenta savijanja. Za provjeru kriterija izvijanja koristi se razina vjerojatnosti 10 -8 ,<br />
koja odgovara maksimalnom valnom momentu predviđenom pravilima. Analize zamora rade<br />
se prema razini vjerojatnosti 10 -4 , jer ona odgovara opterećenjima koja se dnevno pojavljuju i<br />
najviše doprinose oštećenju od zamora, slika 67., prema [7].<br />
96<br />
90<br />
Z<br />
X<br />
Y<br />
176.<br />
165.<br />
154.<br />
143.<br />
132.<br />
121.<br />
110.<br />
99.<br />
88.<br />
77.<br />
66.<br />
55.<br />
44.<br />
33.<br />
22.<br />
11.<br />
0.<br />
84<br />
78<br />
72<br />
66<br />
60<br />
54<br />
48<br />
42<br />
36<br />
30<br />
24<br />
18<br />
12<br />
6<br />
0<br />
Slika 67. Naprezanja u poprečnom okviru i u provezama poprečne pregrade<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction-Analysis<br />
Techniques, Hamburg, 2001.)<br />
102
Analiza okvira i nosača koristi se za analizu naprezanja i deformacija osnovnog<br />
sustava nosača kao što su poprečni okviri, proveze na poprečnoj pregradi i slično. Tipični<br />
rezultati ovakve analize su membranska naprezanja uslijed savijanja, smika i torzije. Model<br />
može biti uključen unutar modela za analizu tanka/skladišta, ili kao posebni model s<br />
predefiniranim rubnim deformacijama/silama. Mreža elemenata mora biti dovoljno fina da<br />
može opisati porast naprezanja u kritičnim područjima (kao što je koljeno s kontinuiranom<br />
pojasnom trakom). Normalno je prihvatljiva veličina elemenata jednaka razmaku ukrepa, dok<br />
se finija mreža zahtjeva u području završetaka koljena. Analiza lokalne strukture koristi se za<br />
analizu naprezanja u lateralno opterećenim lokalnim ukrepama podvrgnutim velikim<br />
relativnim pomacima između nosača (npr. uzdužnjaci dna, pokrova dvodna i palube, okomite<br />
ukrepe na poprečnoj pregradi itd.). Za brodove otvorenog tipa s velikim palubnim otvorima<br />
(koji prelaze 65% širine broda ili 75% duljine skladišta) sa znatnim naprezanjima od<br />
vitoperenja, može se zahtijevati proračun torzije preko FEM modela s grubom mrežom<br />
kompletnog trupa.<br />
= 120 f 1 (31)<br />
3.22. Kombinacija uzdužnih naprezanja<br />
Kombinacija uzdužnih naprezanja razmatra se prema slici 68., prema [7] i<br />
sljedećem izrazu:<br />
LR = DBL + S + WR<br />
DBL = uzdužno naprezanje nosača dvodna,<br />
ako nije poznato uzima se:<br />
= 20 f 1 laki rasuti teret<br />
= 50 f 1 balast<br />
85b<br />
f1<br />
tekući teret<br />
B<br />
Slika 68. Kombinacija uzdužnih naprezanja<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction-Analysis<br />
Techniques, Hamburg, 2001.)<br />
103
Za provjeru smičnih naprezanja koristi se srednje smično naprezanje, definirano kao<br />
smična sila podijeljena s efektivnom smičnom površinom, za polje opločenja s n elemenata:<br />
i n<br />
(<br />
i<br />
Ai<br />
)<br />
i<br />
mean<br />
1 Aw<br />
(32)<br />
gdje je: A i - efektivna smična površina elementa i,<br />
i - smično naprezanje u elementu i,<br />
A w - efektivna smična površina.<br />
Smična naprezanja u području otvora koji nisu opisani u modelu uzimaju se za smičnu<br />
površinu dobivenu preko sljedećeg izraza za srednju debljinu, slika 69., prema [7].<br />
Slika 69. Srednja debljina struka nosača<br />
(Izvor: Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction-Analysis<br />
Techniques, Hamburg, 2001.)<br />
t<br />
2<br />
h hco<br />
l<br />
mean<br />
t<br />
;<br />
co<br />
w<br />
rco<br />
1 <br />
2<br />
h rco<br />
2 .6 ( h h<br />
co<br />
)<br />
(33)<br />
104
3.23. Lokalna čvrstoća<br />
Lokalna čvrstoća opločenja<br />
Izraz za debljinu opločenja opterećenog lateralnim tlakom p:<br />
p<br />
t Ck<br />
as<br />
(34)<br />
<br />
f 1<br />
gdje je C faktor ovisan o oslonjenosti krajeva polja opločenja i koji iznosi 15.8 za upete<br />
krajeve.<br />
Dopuštena naprezanja za elemente opločenja unutar 0.4L koji sudjeluju u uzdužnoj<br />
čvrstoći dana je u tablici 8.<br />
Tablica 8. Dopuštena naprezanja za opločenje unutar 0.4L<br />
Uzdužno orebrenje<br />
Poprečno orebrenje<br />
Dno i uzvoj 120 f 1 175 f 1 – 120 f 2b ; max. 120 f 1<br />
Pokrov dvodna 140 f 1 200 f 1 – 110 f 2b ; max. 140 f 1<br />
Bok (u N.L.) 140 f 1 120 f 1<br />
Uzdužne pregrade u N.L. 160 f 1 140 f 1<br />
Paluba čvrstoće 120 f 1 175 f 1 – 120 f 2d ; max. 120 f 1<br />
Uzdužni nosači u dvodnu 130 f 1 190 f 1 – 120 f 2d ; max. 130 f 1<br />
Dopuštena naprezanja za bok i uzdužne pregrade iznad i ispod N.L. linearnom<br />
interpolacijom smanjuju se do vrijednosti za palubu i dno.<br />
Za uzdužne pregrade može se uzeti 160 f 1 kad je opterećenje dinamičko uslijed<br />
valjanja ili zapljuskivanja tekućine u tankovima.<br />
Za sve navedene elemente bez obzira na smjer ukrepljenja dopušteno naprezanje<br />
unutar 0.1L od okomica je 160 f 1 , a između se određuje linearnom interpolacijom.<br />
Dopuštena naprezanja za ostale elemente (neovisno o smjeru orebrenja):<br />
Palube iznad i ispod palube čvrstoće = 160 f 1 ,<br />
105
Poprečne pregrade = 160 f 1 ,<br />
Vodonepropusne pregrade kod naplavljenja = 220 f 1 .<br />
Lokalna čvrstoća opločenja kod udarnih opterećenja (udaranje pramca, udarni tlakovi<br />
u djelomično nakrcanim tankovima itd.) računa se po izrazu:<br />
pd<br />
t 0.9k<br />
ak<br />
rs<br />
(35)<br />
f<br />
1<br />
iz čega izlazi da je faktor iskoristivosti:<br />
= 1.31 = 308 f 1<br />
Lokalna čvrstoća ukrepljenja<br />
Izraz za lokalnu čvrstoću ukrepljenja zadan je kroz zahtjev za moment otpora u<br />
sljedećem obliku:<br />
Z<br />
2<br />
1000l<br />
spwk<br />
(36)<br />
m<br />
Tablica 9. Dopuštena naprezanja za uzdužno ukrepljenje unutar 0.4L<br />
Dopušteno naprezanje<br />
Uzdužnjaci dna – jednostruko dno 225 f 1 – 130 f 2b ; max. 160 f 1<br />
Uzdužnjaci dna – dvostruko dno 225 f 1 – 130 f 2b – 0.7 db ; max. 160 f 1<br />
Uzdužnjaci pokrov dvodna 225 f 1 – 100 f 2b – 0.7 db ; max. 160 f 1<br />
Bok 225 f 1 – 130 f 2 (z n -z a )/z n ; max. 130 f 1<br />
Paluba čvrstoće i duga nadgrađa 225 f 1 – 130 f 2d ; max. 160 f 1<br />
Kontinuirane palube ispod pal. čvrstoće 225 f 1 – 130 f 2 (z n -z a )/z n ; max. 160 f 1<br />
Uzdužne pregrade u N.L. 225 f 1 – 130 f 2 (z n -z a )/z n ; max. 160 f 1<br />
Dopušteno naprezanje unutar 0.1L od okomica je 160 f 1 , a između se određuje<br />
linearnom interpolacijom.<br />
Lokalna čvrstoća nosača<br />
106
Za nosače panela na vanjskoj oplati, pregradama itd. koji sudjeluju u uzdužnoj<br />
čvrstoći vrijede sljedeća dopuštena naprezanja na savijanje:<br />
190 f 1 – 130 f 2 (z n -z a )/z n ; max. 160 f 1 (37)<br />
Za sve ostale nosače dopušteno je naprezanje 160 f 1 .<br />
3.24. Čvrstoća na izvijanje<br />
3.24.1. Opločenje<br />
Lokalni paneli opločenja između ukrepa mogu biti podvrgnuti jednoosnim ili<br />
dvoosnim normalnim naprezanjima, a u nekim slučajevima kombiniranim i sa smičnim<br />
naprezanjima. Zahtijevani faktori iskoristivosti za izvijanje zadani su prema pravilima u<br />
ovisnosti o vrsti strukture i tipu opterećenja.<br />
<br />
Izvijanje opločenja pod jednoosnim tlačnim naprezanjem:<br />
- paluba, jednostruko dno, uzdužno ukrepljeni bok = 1.00<br />
- dno, pokrov dvodna, poprečno ukrepljeni bok = 0.90<br />
- lokalni paneli, normalno opterećenje = 0.80<br />
- lokalni paneli, ekstremno opterećenje (npr. udar) = 1.00<br />
Kod panela izloženih uzdužnom naprezanju, al = S + W .<br />
<br />
Izvijanje pod smičnim naprezanjem:<br />
- bok i uzdužne pregrade izloženi globalnom smiku = 0.90<br />
- struk nosača s izračunatim nazivnim naprezanjem (=Q/A) = 0.85<br />
- struk nosača kada su smična naprezanja izračunata FEM-om = 0.90<br />
<br />
Izvijanje opločenja pod dvoosnim (uzdužnim i poprečnim) aksijalnim naprezanjem:<br />
- paneli s uključenim globalnim naprezanjem = 1.00<br />
- paneli sa samo lokalnim naprezanjem = 0.85<br />
- kritično naprezanje uzdužnjaka i drugih ukrepa pod tlačnim naprezanjem = 0.85<br />
107
3.24.2. Ukrepljenje<br />
Kriteriji za izvijanje ukrepljenja:<br />
<br />
<br />
Lateralno izvijanje pod tlačnim opterećenjem =0.85, za uzdužnjake se uzima<br />
naprezanje al = S + W ,<br />
Torzijsko izvijanje = 0.90 u općem slučaju, odnosno =0.85 ukoliko je za susjedno<br />
opločenje dopušteno izvijanje u elastičnom području.<br />
3.25. Zamorna čvrstoća<br />
Zamor se u pravilima prvi put pojavljuje 1992. godine, kada se uvodi direktna<br />
provjera zamora uzdužnjaka boka. Do tada je zamor bio uključen samo indirektno preko<br />
faktora materijala f 1 koji u određenom omjeru umanjuje nazivnu granicu razvlačenja u<br />
odnosu na čelik normalne čvrstoće.<br />
Područje boka broda između balastne i teretne vodne linije podvrgnuto je najvećim<br />
cikličkim opterećenjima u životnom vijeku broda uslijed prolaska valova uzduž boka broda.<br />
Na slici 70., prema [7], prikazana su zahtjevi pravila DNV za uzdužnjake boka.<br />
Slika 70. Zahtjev pravila DNV za uzdužnjake boka<br />
(Izvor: Det Norske Veritas: Strength Analysis of Hull Structures,HØvik, Norway, 2004.)<br />
108
Pri tom se kao opterećenje uzima jednostruka amplituda dinamičkog tlaka, a<br />
dopuštena jednostruka amplituda promjenjivog dinamičkog naprezanja jednaka je:<br />
130c<br />
<br />
d<br />
<br />
(38)<br />
K<br />
gdje je K faktor koncentracije naprezanja ovisan o tipu prolaza uzdužnjaka kroz poprečnu<br />
strukturu. U području poprečnih pregrada gdje postoji relativni pomak između pregrade i<br />
poprečnog okvira (popuštanje oslonca), dinamičko naprezanje se uvećava za jednostruku<br />
amplitudu dinamičkog naprezanja uzrokovanog relativnim pomakom.<br />
Kod osnovne klase 1A1 proračun zamora uglavnom razmatra prolaze uzdužnjaka kroz<br />
poprečnu strukturu, ukrepu poprečnih okvira i koljena na ukrepi ukoliko ih ima. Oznaka klase<br />
Nauticus(Newbuilding) dodatno predviđa analizu kritičnih detalja kao što je spoj pokrova<br />
dvodna sa kosinom opločenja uzvojnog tanka.<br />
Pojednostavljena analiza zamora osnovana je na temeljnim načelima. Uključena su<br />
naprezanja podijeljena u dva nivoa:<br />
<br />
<br />
Globalna naprezanja i<br />
Lokalna naprezanja.<br />
Globalna naprezanja sastoje se od doprinosa momenata savijanja u vertikalnoj i<br />
horizontalnoj ravnini.<br />
Lokalna naprezanja sastoje se od doprinosa:<br />
<br />
<br />
<br />
Lokalnog savijanja ukrepe uslijed vanjskog/unutarnjeg tlaka,<br />
Utjecaja lokalnog relativnog pomaka ukrepe uslijed različitog poprečnog progiba<br />
poprečne pregrade i susjednog okvira uslijed vanjskog/unutarnjeg tlaka,<br />
Savijanja dvodna/dvoboka uslijed vanjskog/unutarnjeg tlaka.<br />
Pravila DNV predviđaju mogućnost projektiranja strukture na životni vijek veći od 20<br />
godina, i to počevši od 25 godina pa naviše po pet godina.<br />
Ocjena čvrstoće na zamor osniva se na najčešće korištenim stanjima krcanja. Omjer<br />
vremena provedenog u određenom stanju naspram ukupnog vijeka broda treba odražavati<br />
aktualni način službe broda.<br />
109
Dio životnog vijeka provedenog neaktivno (u luci, dokiranje, popravci) ne uzima se<br />
veći od 0.15. Dio proveden u stanju pune nakrcanosti i balastu normalno se može<br />
pretpostaviti kako slijedi:<br />
Tablica 10. Vrijeme provedeno u stanju krcanja za pojedine tipove brodova<br />
Tankeri Brodovi za ras. teret Kont. brodovi<br />
Nakrcana stanja 0.45 0.50 0.65<br />
Balastna stanja 0.40 0.35 0.20<br />
Utjecaj korozivnog okoliša uzima se kroz pretpostavku da je struktura izložena<br />
korozivnom mediju kroz 30% životnog vijeka.<br />
Za oznaku klase CSA-1 dinamička naprezanja osnivaju se na opterećenjima zadanim<br />
pravilima. Za oznaku klase CSA-2 dinamička naprezanja osnivaju se globalnoj FEM analizi i<br />
direktnom proračunu opterećenja.<br />
Ocjena naprezanja na zamor osniva se na izračunatom nazivnom naprezanju i<br />
odgovarajućim faktorima koncentracije naprezanja. Ako faktori koncentracije naprezanja za<br />
detalj nisu poznati, provodi se FEM analiza finom mrežom. Faktori koncentracije naprezanja<br />
u zavaru (uslijed geometrije zavara) osnivaju se na standardnim vrijednostima.<br />
Osim toga uvedene su nove oznake klase PLUS-1 i PLUS-2, koje predviđaju životni<br />
vijek broda 30, odnosno 40 godina za sve svjetske rute. Za službu u Sjevernom Atlantiku<br />
životni vijek je upola manji.<br />
Oznake klase PLUS predviđaju FEM analizu finom mrežom, dodatno se analiziraju<br />
ostale komponente prolaza uzdužnjaka, tj. zavar uzdužnjaka na poprečni okvir i zavar spojne<br />
pločice. Analiziraju se i drugi kritični detalji, kao što je spoj uzvojnog tanka na dvodno itd.<br />
110
4. SUSTAVI GRADNJE <strong>BRODA</strong><br />
4.1. Poprečni sustav gradnje<br />
Poprečni sustav gradnje upotrebljava se za gradnju brodova manjih duljina, na kojima<br />
problem uzdužne čvrstoće nije naročito izražen. Razvijen je na određeni način prijenosom<br />
iskustava i konstrukcije drvene gradnje. Kod drvenih brodova prvenstveni problem<br />
predstavlja osiguranje nepropusnosti drvene oplate te se taj problem kroz povijest rješavao na<br />
način da se postavi što je više moguće poprečnih rebara, čime bi se ukrutile trenice oplate<br />
(marive), čime bi se dobila nepropusnost spojeva (ljubnica). Kroz povijest su razvijena dva<br />
sustava poprečne gradnje, engleski i francuski.<br />
Značajka poprečnog sustava gradnje je poprečno orebrenje trupa broda, tj. osnovu kostura<br />
broda čine poprečni okviri (rebrenice, rebra i sponje).<br />
Elementi uzdužne čvrstoće kod poprečnog sustava gradnje su oplata dna, oplata dvodna,<br />
oplata boka, palube, kobilica, palubna proveza, završni voj, uzdužni nosači dvodna, bočne<br />
proveze i palubne podveze.<br />
Elementi poprečne čvrstoće kod poprečnog sustava gradnje su jake i nepropusne rebrenice<br />
(ako brod nema dvodna, onda okvirne rebrenice), okvirna rebra, okvirne sponje i poprečne<br />
pregrade.<br />
Elementi lokalne čvrstoće (sekundarni elementi strukture) su lake rebrenice, obična rebra,<br />
obične sponje, upore, ukrepe nosača i koljena. U elemente lokalne čvrstoće možemo svrstati i<br />
pražnice grotala.<br />
Okvirni elementi strukture – smještaju se obično kao svako četvrto rebro što znači da su npr.<br />
okvirna rebra, okvirne sponje, jake rebrenice smještene tako da su obično međusobno<br />
udaljene četiri razmaka rebara. Konfiguracija brodskih prostora zahtijeva odstupanje kod<br />
ovog načela, razmaci se mogu adekvatno povećati i smanjiti, što naravno izaziva promjene<br />
dimenzija elemenata strukture.<br />
111
Slika 71. Brod za prijevoz općeg tereta izgrađen prema poprečnom sustavu gradnje<br />
(Izvor: Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.)<br />
gdje je:<br />
1. poprečna pražnica teretnog grotla – eng. transverse hatchway coaming,<br />
2. uzdužna pražnica teretnog grotla – eng.longitudinal hatchway coaming,<br />
3. sponja – eng.beam,<br />
4. palubna proveza – eng.stringer plate (deck stringer plate),<br />
5. završni voj – eng.shearstrake,<br />
6. rebro – eng.frame,<br />
7. koljeno – eng.bracket,<br />
8. upora – eng.pillar,<br />
9. hrptenica – eng.centre girder ( bottom centreline girder),<br />
10. plosna kobilica – eng.keel plate,<br />
11. bočni nosač dna – eng.side girder (bottom side girder),<br />
12. olakšana rebrenica (solidna) – eng.plate floor,<br />
13. okvirno rebro – eng.web frame,<br />
112
14. okvirna sponja grotla – eng.strong hatch end beam,<br />
15. uzvoj – eng.bilge,<br />
16. unutarnje opločenje dvodna – eng.inner bottom plating,<br />
17. vanjsko opločenje dvodna – eng.outer bottom plating,<br />
18. završna ploča dvodna, rubni lim – eng.margin plate.<br />
4.2. Uzdužni sustav gradnje<br />
Pri gradnji brodova većih duljina uobičajen je uzdužni sustav gradnje, koji se najprije<br />
počeo primjenjivati pri gradnji tankera. Značajka mu je uzdužno orebrenje trupa broda, tj.<br />
osnovni elementi strukture trupa su uzdužnjaci dna, boka i paluba. Spomenuti osnovni<br />
elementi strukture zajedno s oplatom dna, boka i paluba, hrptenicom, neprekinutim uzdužnim<br />
nosačima dna, bočnim provezama i uzdužnim pregradama, osiguravaju brodu veliku uzdužnu<br />
čvrstoću. Poprečnu čvrstoću i ukrepljenje uzdužnih veza osiguravaju jaki poprečni okviri. Na<br />
taj se način sa ovakvim sustavom gradnje postiže znatno kruća konstrukcija protiv izvijanja.<br />
Osim rečenog, pri ovom sustavu s lakšom konstrukcijom postiže se potrebna čvrstoća broda,<br />
što znači da je takav brod ekonomičniji zbog uštede na težini.<br />
Elementi uzdužne čvrstoće kod uzdužnog sustava gradnje su oplate dna, dvodna, boka,<br />
palube, dvoboka, kobilica, završni voj, palubna proveza, uzdužni nosači dvodna i dvoboka,<br />
palubne podveze te uzdužnjaci svih oplata koji se spajaju na odgovarajući način.<br />
Elementi poprečne čvrstoće kod uzdužnog sustava gradnje su poprečne pregrade, poprečni<br />
nosači dvodna i dvoboka i okvirne sponje koje se ponekad kod tankova izvode iznad palube.<br />
Elementi lokalne čvrstoće kod uzdužnog sustava gradnje su uzdužnjaci svih oplata.<br />
Elementi lokalne čvrstoće su i sve ukrepe protiv izvijanja dvodna i nosača.<br />
113
Slika 72. Kontejnerski brod izgrađen prema uzdužnom sustavu gradnje<br />
(Izvor: Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.)<br />
gdje je:<br />
1. grotlo (grotleni otvor) – eng.hatch,<br />
2. grotleni poklopac – eng.hatch cover,<br />
3. nosač grotlenih poklopaca – eng.hatch cover girder,<br />
4. pražnica teretnog grotla – eng.hatchway coaming,<br />
5. palubna proveza – eng.stringer plate (deck stringer plate),<br />
6. završni voj – eng.sheerstrake,<br />
7. uzdužnjak palube (uzdužna sponja) – eng.deck longitudinal,<br />
8. uzdužnjak boka (uzdužno rebro) – eng.side longitudinal,<br />
9. uzdužna ukrepa uzdužne pregrade – eng.longitudinal stiffener on longitudinal bulkhead,<br />
10. uzdužnjak dna – eng.bottom longitudinal,<br />
11. uzdužnjak pokrova dna – eng.inner bottom longitudinal,<br />
12. hrptenica – eng.centre girder (bottom centreline girder),<br />
13. plosna kobilica – eng.keel plate,<br />
14. bočni nosač dna – eng.side girder (bottom side girder),<br />
114
15. olakšana rebrenica (solidna) – eng.plate floor,<br />
16. poprečni okvir – eng.plate transverse.<br />
4.3. Mješoviti sustav gradnje<br />
Na brodovima za opći teret jake bočne proveze i okvirna rebra smanjuju raspoloživi<br />
prostor za krcanje tereta. Zbog toga se i razvio mješoviti ili kombinirani sustav gradnje.<br />
Značajka mješovitog sustava gradnje je uzdužno orebrenje dna i gornje palube (dakle, na<br />
mjestima gdje su naprezanja uslijed uzdužnih savijanja broda najveća) te poprečno orebrenje<br />
bokova i donjih paluba. Takvi brodovi uz zadovoljavajuću poprečnu i uzdužnu čvrstoću<br />
imaju i dobru ekonomičnost u slaganju tereta u skladištima.<br />
Elementi uzdužne čvrstoće kod mješovitog sustava gradnje su oplata dna, dvodna, boka,<br />
palube, oplata uzvojnog i wing tanka (potpalubni bočni tank), kobilica, završni voj, palubna<br />
proveza, uzdužni nosači dvodna i uzdužnjaci svih oplata ako su na nepropusnim pregradama<br />
spojeni na odgovarajući način. Elementi poprečne čvrstoće kod mješovitog sustava gradnje su<br />
poprečni nosači dvodna, okviri wing i bilge tankova, okvirne sponje i okvirna rebra, ako ih<br />
ima, i poprečne pregrade. Poprečni okviri (poprečni nosač dvodna), okviri tankova, okvirne<br />
sponje i rebra obično se postavljaju tako da su međusobno udaljeni četiri razmaka rebra.<br />
U slučaju prijevoza teških tereta, razmaci između poprečnih elemenata čvrstoće mogu se<br />
smanjiti. Elementi lokalne čvrstoće kod mješovitog sustava gradnje su rebra i uzdužnjaci<br />
oplata svih opločenja koji sudjeluju u uzdužnoj čvrstoći.<br />
115
Slika 73. Bulk carrier izgrađen prema mješovitom sustavu gradnje<br />
(Izvor: Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.)<br />
gdje je:<br />
1. poprečna pražnica teretnog grotla – eng.transverse hatchway coaming ,<br />
2. uzdužna pražnica teretnog grotla – eng.longitudinal hatchway coaming,<br />
3. uzdužnjak palube (uzdužna sponja) – eng.deck longitudinal,<br />
4. uzdužnjak potpalubnog bočnog tanka – eng.longitudinal of upper wing tank,<br />
5. palubna proveza – eng.stringer plate (deck stringer plate),<br />
6. završni voj – eng.sheerstrake,<br />
7. rebro (poprečno rebro) – eng.frame,<br />
8. koljeno – eng.bracket,<br />
9. uzdužnjak uzvojnog tanka – eng.longitudinal of bilge tank,<br />
10. uzdužnjak dna – eng.bottom longitudinal,<br />
11. uzdužnjak pokrova dna – eng.inner bottom longitudinal,<br />
12. hrptenica – eng.centre girder (bottom centreline girder),<br />
13. plosna kobilica – eng.keel plate,<br />
14. bočni nosač dna – eng.side girder (bottom side girder),<br />
116
15. olakšana rebrenica (solidna) – eng.plate floor,<br />
16. ukrepa – eng.stiffener.<br />
4.4. Struktura dna (eng.: bottom structures)<br />
4.4.1. Jednostruko dno (eng.: single bottom)<br />
Jednostruko dno podupire opločenje dna, sudjeluje u uzdužnoj i poprečnoj čvrstoći.<br />
Primjenjuju se samo u konstrukciji manjih brodova. Na brodovima manjim od 500 [brt] i na<br />
ribarskim brodovima nije potrebno dvodno. Jednostruko dno se ranije primjenjivalo i kod<br />
tankera međutim danas se tankeri grade sa dvodnom zbog oštrih zahtjeva za zaštitu okoliša.<br />
Slika 74. Stara izvedba konstrukcije tankera (jednostruko dno)<br />
(Izvor: Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.)<br />
gdje je:<br />
1. oplata,<br />
2. uzdužno rebro,<br />
3. rebrenica,<br />
4. koljeno,<br />
5. korugirana uzdužna pregrada,<br />
6. paluba.<br />
117
Preko opločenja dna prenose se hidrostatički i hidrodinamički lateralni tlakovi na strukturu<br />
dna. Poprečni nosači dna tvore zajedno sa sunosivim dijelom oplate dna dio poprečnog okvira<br />
brodskog trupa te su izloženi poprečnim opterećenjima uslijed hidrostatskog i<br />
hidrodinamičkog tlaka mora. Poprečni i uzdužni nosači zajedno sa sunosivim dijelovima<br />
oplate dna tvore i roštiljnu strukturu lokalno opterećenu lateralnim tlakovima.<br />
Osobito su opterećeni prednji dijelovi dna zbog djelovanja valova i krmeni dijelovi dna zbog<br />
djelovanja kormila i kormilarskog uređaja, rada strojeva te vijka. Lokalno na strukturu dna<br />
mogu djelovati koncentrirana i/ili distribuirana opterećenja tereta i uređaja, kao i opterećenja<br />
pri porinuću i dokovanju te opterećenja pri nasukavanju. Oplata dna i uzdužni nosači dna<br />
tvore donji pojas brodskog trupa kao grede te su izloženi uzdužnim opterećenjima uslijed<br />
savijanja brodskog trupa na mirnoj vodi i na valovima.<br />
Slika 75. Jednostruko dno u poprečnom sistemu gradnje<br />
(Izvor: Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.)<br />
118
Slika 76. Jednostruko dno u uzdužnom sistemu gradnje<br />
(Izvor: Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.)<br />
gdje je:<br />
1. hrptenica,<br />
2. opločenje dna,<br />
3. rebrenica,<br />
4. uzdužnjak,<br />
5. poprečna pregrada,<br />
6. uzdužna pregrada.<br />
4.4.2. Rebrenica, poprečni nosači dna (eng.: floor, floor plates)<br />
Dno se redovito gradi u poprečnom sustavu. Rebrenice su glavni poprečni nosači dna i<br />
postavljaju se na svakom rebru. Visoke rebrenice, posebno u krmenom piku, moraju se<br />
učvrstiti ukrepama. Rebrenice moraju imati otvore za otjecanje da se omogući dotok tekućine<br />
do usisa sisaljki. Rebrenice većih brodova imaju i otvore za olakšanje. Ako je ugrađena<br />
gredna kobilica, rebrenice trebaju biti neprekinute od boka do boka. Ako je ugrađena plosna<br />
kobilica rebrenice mogu biti neprekinute ili prekinute na sredini broda.<br />
Rebrenice u teretnim prostorima (eng.: floor plates in cargo hold area)<br />
Na brodovima bez dvodna ili van područja dvodna, dimenzije rebrenica koje se nalaze<br />
između pregrade krmenog pika i sudarne pregrade određuju se po izrazu:<br />
119
W = k · d · s · l 2 [cm 3 ] (39)<br />
gdje je:<br />
l - nepoduprti raspon mjeren na gornjem rubu rebrenice od boka do boka m,<br />
l min = 0.7B; B – širina broda m,<br />
k = 7.5 za prostore koji mogu biti prazni pri punom gazu, npr. strojarnica, spreme,<br />
k = 4.5 na ostalim mjestima.<br />
Visina rebrenice ne smije biti manja od iznosa dobivenog prema izrazu:<br />
h = 55B – 45 [mm], ali nikako manje od h min = 180 [mm]<br />
Na brodovima s kosim rebrenicama, visina rebrenice na udaljenosti 0.1L od kraja (boka) ne<br />
smije biti manja od visine rebra.<br />
Debljina struka rebrenice ne smije biti manja od iznosa dobivenog po izrazu:<br />
h<br />
t 3 [mm] (40)<br />
100<br />
Površina presjeka struka rebrenice određuje se analogno kao za rebrenice u dvodnu. Pojasna<br />
traka rebrenice se izvodi neprekinuto preko cijelog raspona L. Ako se prekida, na spoju s<br />
pojasnom trakom hrptenice, izvodi se zavar s potpunim provarom.<br />
Rebrenice u pikovima (eng.: floor plates in peaks)<br />
Duljina struka rebrenice u pikovima ne smije biti manja od iznosa dobivenog prema izrazu:<br />
t = 0.035l + 5.0 [mm] (41)<br />
Debljina ne treba biti veća od debljine dobivene za rebrenice u dvodnu.<br />
Visina rebrenica u pramčanom piku:<br />
120
h = 0.06H + 0.7 [mm] (42)<br />
Visina rebrenica u krmenom piku mora se protezati iznad statvene cijevi.<br />
<br />
Uzdužni nosači (eng.: longitudinal girders)<br />
Svi brodovi s jednostrukim dnom moraju imati središnji uzdužni nosač (hrptenicu). Ako je<br />
širina mjerena vrhom rebrenice veća od 9 m, ugrađuju se po dva uzdužna bočna nosača.<br />
Bočni nosači se ne zahtijevaju ako je širina manja od 6 m. Razmaci između uzdužnih<br />
nosača u području pojačanog dna pramca posebno se određuju. Središnji i bočni uzdužni<br />
nosači trebaju se protezati što dulje prema pramcu i krmi, a spajanje se vrši postupnim<br />
smanjivanjem preko duljine dvaju rebara.<br />
<br />
Hrptenica (eng.: centre girder, centre keelson, vertical keel)<br />
Hrptenica je središnji uzdužni nosač dna, a naziva se još i središnje pasmo ili vertikalna<br />
kobilica. Svi brodovi s jednostrukim dnom moraju imati središnji uzdužni nosač. Središnje<br />
pasmo može biti neprekinuto ili sastavljeno od više ploča umetnutih između rebrenica.<br />
Debljina struka hrptenice unutar područja 0.7L na sredini broda ne smije biti manja od iznosa<br />
dobivenog prema izrazu:<br />
t = 0.07L + 5.5 [mm] (43)<br />
Površina presjeka pojasne trake hrptenice u području 0.7L na sredini broda ne smije biti<br />
manja od:<br />
A f = 0.7L + 12 [cm 2 ] (44)<br />
Površina presjeka pojasne trake, kao i debljina struka hrptenice, mogu se prema krajevima<br />
broda smanjiti za 10%.<br />
121
Bočni uzdužni nosači dna, hrptenjaci (eng.: side girder, side keelson)<br />
Bočno pasmo je bočni uzdužni nosač dna. Ako širina mjerena vrhom rebrenice nije<br />
veća od 9 m, ugrađuje se po jedan bočni uzdužni nosač. Ako ta širina prelazi 9 m,<br />
ugrađuju se po dva bočna uzdužna nosača. Bočni nosači se ne zahtijevaju ako je širina manja<br />
od 6 m. Bočno pasmo je obično umetnuto među rebrenicama. Središnji i bočni nosači<br />
trebaju se protezati što dulje prema pramcu i krmi.<br />
Debljina struka bočnih nosača unutar područja 0.7L na sredini broda ne smije biti manja od<br />
iznosa dobivenog prema izrazu:<br />
t = 0.04L + 5.0 [mm] (45)<br />
Površina presjeka pojasne trake bočnih nosača u području 0.7L na sredini broda ne smije biti<br />
manja od iznosa dobivenog prema izrazu:<br />
A f = 0.2L + 6 [cm 2 ] (46)<br />
Površina presjeka pojasne trake, kao i debljina struka bočnih nosača, može se prema<br />
krajevima broda smanjiti za 10%.<br />
<br />
Kobilica jednostrukog dna (eng.: keel)<br />
Kobilica je najdonji dio trupa i dio je dna. Proteže se od pramca do krme.<br />
Dva su osnovna tipa kobilice kod jednostrukog dna:<br />
Gredna kobilica (eng.: bar keel) se ugrađuje samo u manje brodove, vrlo je važan element<br />
uzdužne čvrstoće brodskog trupa, štiti dno pri nasukavanju,<br />
Plosna kobilica (eng.: flat keel) je zapravo središnji voj oplate dna, sa središnjim pasmom<br />
čini važan element uzdužne čvrstoće brodskog trupa.<br />
122
Opločenje jednostrukog dna (eng.: bottom plating)<br />
Vodonepropusnost dna osigurava opločenje dna. Središnji voj opločenja dna, kad nije<br />
primijenjena gredna kobilica, je plosna kobilica. Kad se primjenjuje gredna kobilica, središnji<br />
voj do gredne kobilice (garboard strake) treba biti dimenzija kao plosna kobilica.<br />
Širina plosne kobilice ne smije biti manja od 800 + 5L, niti treba biti veća od 1800 [mm].<br />
Debljina plosne kobilice je za 2 [mm] veća od debljine susjednog opločenja dna. Uzvojni voj<br />
(eng.: bilge strake) opločenja dna je završetak dna na boku. Širina uzvojnog voja ne smije<br />
biti manja od 800 + 5L, niti treba biti veća od 1800 [mm].<br />
4.4.3. Dvodno (eng.: double bottom)<br />
Dvodno se na teretnim brodovima gradi u poprečnom i u uzdužnom sustavu. Proteže se<br />
od sudarne pregrade do pregrade krmenog pika, koliko god je to moguće, sukladno s<br />
namjenom broda. Na brodovima manjim od 500 [brt] i na ribarskim brodovima nije potrebno<br />
dvodno. Pokrov dvodna se proteže do bokova broda tako da štiti uzvojni voj.<br />
Mali kaljužni zdenci (eng.: small wells) izvedeni u sklopu konstrukcije dvodna ne smiju biti<br />
dublji nego što je potrebno. Na mjestima gdje su izvedeni nepropusni prostori namijenjeni<br />
isključivo za prijevoz tekućina, nije potrebno postavljati dvodno, ako su ti prostori tako<br />
izvedeni da jamče sigurnost broda u slučaju oštećenja dna u tom području.<br />
U dvodnu se smještaju tankovi za gorivo, slatku vodu (osim pitke vode) te tankovi za balast,<br />
tako da je prostor koji nije pogodan za druge korisne svrhe ipak iskorišten. Gdje god je<br />
moguće, tankove otpadnog ulja kao i tankove za cirkulaciju ulja treba maknuti od oplate.<br />
Tankovi goriva moraju biti pregratkom (eng.:cofferdam) odijeljeni od tankova ulja za<br />
podmazivanje, ulja hidraulike, biljnih ulja, napojne vode, kondenzata i pitke vode.<br />
Dvodno je i nepropusna struktura za slučaj prodora vode kod npr. nasukavanja broda.<br />
123
Slika 77. Sekcija dvodna u radionici i na navozu<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
Slika 78. Sekcija dvodna broda<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
124
Slika 79. Sekcija dvodna<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
Slika 80. Prolaz uzdužnjaka kroz rebrenicu<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
125
Struktura dvodna preko opločenja dna preuzima lokalna statička i dinamička<br />
opterećenja uslijed vanjskih tlakova mora, okomito na svoju ravninu te od ukrcanih tereta na<br />
pokrovu dvodna (tekućih, rasutih ili komadnih tereta). Lokalno na strukturu dvodna mogu<br />
djelovati koncentrirana i/ili distribuirana opterećenja tereta i uređaja, kao i opterećenja pri<br />
porinuću i dokovanju te opterećenja pri nasukavanju. Dvodno je pogodno, osim za<br />
preuzimanje tlaka mora, i za preuzimanje uzdužnih globalnih savojnih opterećenja brodskog<br />
trupa kao grede, osobito tlačnih naprezanja koja nastaju u pregibu broda, a izlažu elemente<br />
dna izvijanju. Oplata dna, pokrov dvodna i poprečni nosači tvore i dio poprečnog okvira<br />
brodskog trupa te su izloženi poprečnim opterećenjima uslijed hidrostatskog i<br />
hidrodinamičkog tlaka mora, tereta i vlastite težine.<br />
4.4.4. Konstrukcija dvodna<br />
Osnovna karakteristika strukture dvodna je čelijasta struktura, koja se može promatrati i<br />
kao roštilj, a koju tvore opločenje sa gornje i donje strane zajedno sa uzdužnim i poprečnim<br />
nosačima. Pokrov dvodna (eng.: inner bottom) prostire se od uzvoja do uzvoja i može završiti<br />
nagibom prema bokovima. Središnji voj pokrova dvodna je obično deblji jer predstavlja<br />
gornji pojas hrptenice. Završni voj prema boku (margin plate) je podebljan zbog većeg<br />
dodatka za koroziju.<br />
Slika 81. Dvodno u uzdužnom sustavu gradnje<br />
(Izvor: Hughes, O.F.: Ship structural design, SNAME, New Jersey, 1998.)<br />
<br />
Opločenje dna (eng.: bottom plating)<br />
Središnji voj opločenja dna je plosna kobilica (eng.: flat keel) – širina plosne kobilice<br />
ne smije biti manja od 800 + 5L niti treba biti veća od 1800 [mm]. Debljina plosne kobilice je<br />
za 2 [mm] veća od debljine susjednog opločenja dna.<br />
126
Uzvojni voj opločenja dna (eng.: bilge strake) je završetak dna na boku. Širina<br />
uzvojnog voja ne smije biti manja od 800 + 5L niti treba biti veća od 1800 [mm]. U dvodnu<br />
se ugrađuju i jaki nosači.<br />
<br />
Hrptenica u dvodnu (eng.: centre girder)<br />
Na slici 82., prema [9], prikazana je hrptenica u dvodnu.<br />
Slika 82. Hrptenica sa izmjerama<br />
(Izvor: Hughes, O.F.: Ship structural design, SNAME, New Jersey, 1998.)<br />
gdje je:<br />
t – debljina hrptenice,<br />
d DB – visina hrptenice.<br />
Središnji uzdužni nosač dvodna je hrptenica. Naziva se još i središnje pasmo, vertikalna<br />
kobilica. Hrptenicu treba protegnuti što dalje prema pramcu i krmi, gdje se spaja s krmenom<br />
statvom. U području 0.75L na sredini broda ona mora biti neprekinute izvedbe. Provlake<br />
(eng.: lightening holes) na hrptenici u području 0.75L treba izbjegavati. Ako se ipak izvode,<br />
one moraju biti na odgovarajući način kompenzirane. Visina hrptenice, što je obično i visina<br />
dvodna, određuje se po izrazu:<br />
h DB = 350 + 45B [mm] (47)<br />
h DBmin = 600<br />
[mm]<br />
127
U području 0.7L na sredini, za h < 1200 [mm]:<br />
za h > 1200 [mm]:<br />
<br />
t <br />
<br />
<br />
h<br />
DB<br />
100<br />
<br />
1<br />
<br />
<br />
k<br />
[mm] (48)<br />
<br />
t <br />
<br />
<br />
h<br />
DB<br />
120<br />
<br />
3<br />
<br />
<br />
k<br />
[mm] (49)<br />
Debljina t se može umanjiti za 10% u području 0.15L na pramcu i na krmi.<br />
<br />
Bočni uzdužni nosači u dvodnu, hrptenjaci (eng.: side girder)<br />
Po najmanje jedan bočni nosač mora se postaviti u strojarnici i u području 0.25L od<br />
pramčane okomice. U ostalim područjima po jedan bočni nosač mora se postaviti ako je<br />
udaljenost od boka do hrptenice veća od 4.5 [m]. Ako je ta udaljenost veća od 8 [m],<br />
postavljaju se po dva uzdužna nosača. Po tri bočna nosača se postavljaju ako je ta udaljenost<br />
veća od 10.5 [m]. Udaljenost između bočnih nosača, kao i između bočnih nosača i hrptenice,<br />
ili bočnih nosača i bokova broda, ne smije biti veća od:<br />
- 1.8 [m] u strojarnici, unutar temelja motora,<br />
- 4.5 [m] izvan područja strojarnice, ako je postavljen jedan bočni nosač,<br />
- 4 [m] ako su postavljena po dva bočna nosača,<br />
- 3.5 [m] ako su postavljena po tri bočna nosača.<br />
Debljina bočnih nosača ne smije biti manja od iznosa dobivenog po izrazu:<br />
h<br />
t DB k [mm] (50)<br />
120<br />
<br />
Poprečni sustav ukrepljenja dvodna (eng.: transvers framing)<br />
Poprečni nosači dna su rebrenice. Rebrenice su sa sunosivim širinama pokrova dvodna i<br />
oplate dna donji dio poprečnog okvira brodskog trupa. Razlikujemo više vrsta rebrenica:<br />
128
- pune (solidne) rebrenice (eng.: solid floors, plate floors),<br />
- nepropusne rebrenice (eng.: watertight floors),<br />
- okvirne rebrenice (eng.: bracket floors).<br />
U poprečnom sustavu ukrepljenja postavljaju se središnji (hrptenica) i po potrebi bočni<br />
uzdužni nosači. Hrptenica mora biti kontinuirana. Uzdužni bočni nosači mogu biti umetnuti<br />
ili interkostalni.<br />
<br />
Pune (solidne) rebrenice (eng.: solid floors, plate floors)<br />
Na slici 83., prema [9], prikazana je puna (solidna) rebrenica.<br />
Slika 83. Puna rebrenica<br />
(Izvor: Hughes, O.F.: Ship structural design, SNAME, New Jersey, 1998.)<br />
Pune rebrenice su vertikalni limovi neposredno zavareni za opločenja, a prostiru se od<br />
opločenja dna do pokrova dvodna. Solidne rebrenice, ukoliko nisu nepropusne, obično imaju<br />
velike otvore (provlake) koji su potrebni za prolaz i protok tekućina u tankovima dvodna, a<br />
ujedno su i olakšanja. Na svakom rebru kod poprečnog sustava orebrenja preporučuje se<br />
postaviti pune rebrenice.<br />
Pune rebrenice se moraju postaviti na svakom rebru:<br />
- u području pojačanja pramčanog dijela dna,<br />
- u strojarnici,<br />
- ispod nosača kotlova,<br />
- ispod pregrade,<br />
- ispod naboranih pregrada.<br />
129
U ostalim dijelovima dvodna razmak između punih rebrenica ne smije prelaziti 3 [m].<br />
<br />
Nepropusne rebrenice (eng.: watertight floors)<br />
Na slici 84., prema [9], prikazana je nepropusna rebrenica.<br />
Slika 84. Nepropusna rebrenica<br />
(Izvor: Hughes, O.F.: Ship structural design, SNAME, New Jersey, 1998.)<br />
Nepropusne rebrenice se postavljaju na krajevima tankova. Debljina nepropusnih<br />
rebrenica ne smije biti manja od veličine koja se zahtijeva za stijenke tankova. Ni u kom<br />
slučaju debljina nepropusnih rebrenica ne smije biti manja od debljine pune rebrenice.<br />
Dimenzije ukrepa na nepropusnim rebrenicama određuju se po propisima za strukturne<br />
tankove.<br />
<br />
Okvirne (otvorene) rebrenice (eng.: bracket floors)<br />
Na slici 85., prema [9], prikazana je okvirna (otvorena) rebrenica.<br />
130
Slika 85. Okvirna rebrenica<br />
(Izvor: Hughes, O.F.: Ship structural design, SNAME, New Jersey, 1998.)<br />
Otvorene rebrenice se postavljaju na mjestima gdje se ne zahtijeva puna rebrenica.<br />
Otvorene rebrenice se izvode od rebara dna i proturebara spojenih za pokrov dvodna, a koja<br />
su koljenima spojena za hrptenicu, bočne nosače i bok broda (uzvoj). Koljena trebaju biti iste<br />
debljine kao i pune rebrenice, a širine 0.75 visine hrptenice. Slobodni rubovi koljena se<br />
izvode s prirubom ili ukrepom ako visina rebrenice prelazi 750 [mm] ili ako je raspon između<br />
rebara dna i proturebara veći od 1 [m].<br />
<br />
Uzdužni sustav ukrepljenja dvodna (eng.: longitudinal framing)<br />
Pokrov dvodna i opločenje dna ukrepljuju se gusto postavljenim uzdužnjacima.<br />
Hrptenica i bočni uzdužni nosači su kontinuirani, a rebrenice su umetnute, interkostalne.<br />
Uzdužno ukrepljenje je sigurnije u pogledu izvijanja do kojeg dolazi kod tlačnog naprezanja<br />
brodskog trupa kao nosača u pregibu. Na mjestima prijelaza iz poprečnog sustava u uzdužni<br />
sustav orebrenja potrebno je osigurati neprekinutost strukture.<br />
<br />
Uzdužnjaci dna i pokrova dvodna<br />
Moment otpora uzdužnjaka dna i pokrova dvodna se određuje prema zahtjevima za<br />
orebrenja. Za razupore na polovini raspona L, momenti otpora mogu se umanjiti za 60% u<br />
odnosu na vrijednosti dobivenih prema zahtjevima za orebrenje.<br />
131
Slika 86. Uzdužnjaci dna i pokrova dvodna, prolaz uzdužnjaka kroz<br />
nepropusnu rebrenicu<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
Slika 87. Spoj uzdužnjaka i nepropusne rebrenice<br />
(Izvor: Hughes, O.F.: Ship structural design, SNAME, New Jersey, 1998.)<br />
<br />
Pune rebrenice<br />
Razmak između rebrenice ne smije biti veći od pet razmaka između rebara. Rebrenice<br />
se postavljaju ispod pregrada i naboranih pregrada. U strojarnici se rebrenice postavljaju na<br />
svakom rebru ispod glavnog motora, a na svakom drugom rebru u ostalom dijelu strojarnice.<br />
Rebrenice se ukrepljuju na svakoj poziciji uzdužnjaka vertikalnim ukrepama, koje imaju istu<br />
visinu kao uzdužnjak pokrova dvodna, ali visinu ne treba uzimati veću od 150 [mm].<br />
132
Koljena<br />
Na slici 88., prema [9], prikazano je koljeno.<br />
Slika 88. Uzvojno koljeno<br />
(Izvor: Hughes, O.F.: Ship structural design, SNAME, New Jersey, 1998.)<br />
Na brodovima kod kojih su bokovi poprečno ukrijepljeni na svakom razmaku rebara<br />
postavlja se prirubljeno koljeno koje spaja rebro s krajnjim uzdužnjacima dna i pokrova<br />
dvodna.<br />
<br />
Bočni nosači dna<br />
Kod primjene bočnih nosača dna, umjesto uzdužnjaka dna i pokrova dvodna, razmak<br />
između rebrenica može biti veći od 5 razmaka rebara, ako je osigurana potrebna čvrstoća.<br />
Debljina bočnih nosača dna ne smije biti manja od iznosa dobivenog izrazom:<br />
<br />
min<br />
t 50.03 L k, t 6 k [mm] (51)<br />
Na slici 89., prema [9], prikazan je bočni nosač.<br />
133
Slika 89. Bočni nosač<br />
(Izvor: Hughes, O.F.: Ship structural design, SNAME, New Jersey, 1998.)<br />
<br />
Tunelska kobilica (eng.: duct keel)<br />
Tunelska kobilica je središnji prolaz u dvodnu. Kroz tunelsku kobilicu mogu prolaziti<br />
razni cjevovodi. Bočne stijenke trebaju biti iste debljine kao nepropusne rebrenice, a plosna<br />
kobilica treba biti podebljana u području tunela.<br />
<br />
Pojačanje pramčanog dijela dna<br />
Pramčani dio dna je najranjiviji dio broda u lošim vremenskim uvjetima, osobito za<br />
brze brodove fine forme. Kod poprečnog sustava ukrepljenja pune rebrenice se postavljaju na<br />
svakom rebru, a razmak između uzdužnih nosača ne smije biti veći od 1.4 [m]. Kod uzdužnog<br />
sustava ukrepljenja, pune rebrenice se postavljaju na razmaku triju rebara, a bočni nosači se<br />
postavljaju na razmaku dvaju uzdužnjaka. Uzdužnjaci se moraju protezati što je najdalje<br />
moguće prema pramcu. U nekim slučajevima se ugrađuju među-uzdužnjaci.<br />
<br />
Struktura dvodna u području porivnog motora<br />
Visina rebrenica u području temelja glavnog motora treba biti što je moguće veća.<br />
Visina rebrenica koje se spajaju za okvirna rebra treba biti jednaka visini uzdužnjaka nosača<br />
temelja motora. U području zamašnjaka, visina rebrenica ne smije biti manja od 0.5 visine<br />
rebrenice. Debljina rebrenica ne smije biti manja od iznosa dobivenog po izrazu:<br />
134
h<br />
h 4 [mm] (52)<br />
100<br />
gdje je:<br />
h – visina rebrenice [m].<br />
U području uzdužnih nosača temelja motora, nije potrebno postavljati hrptenicu već se<br />
postavljaju ukrepljenja za dokiranje. Površina presjeka tih ukrepljenja ne smije biti manja od<br />
iznosa dobivenog po izrazu:<br />
A w = 10 + 0.2L [cm 2 ] (53)<br />
Provlake na nosačima temelja motora moraju biti što manje, imajući u vidu<br />
pristupačnost prostorima temelja motora. Gdje se pokaže potrebnim, ti otvori se<br />
kompenziraju prstenastom trakom ili ukrepama u neposrednoj blizini. Pune rebrenice se<br />
postavljaju na svakom rebru. Pune rebrenice se u strojarnici podebljavaju ovisno o snazi<br />
ugrađenog stroja. Visine bočnih nosača ne smiju biti manje od visine rebrenica. Bočni nosači<br />
ispod uzdužnih nosača motora moraju se produljiti izvan područja strojarnice za ne manje od<br />
dva razmaka rebara. Debljina pokrova dvodna između uzdužnih nosača temelja mora se<br />
uvećati za 2 [mm]. Tako podebljani lim mora se protezati ispred i iza temelja motora do tri<br />
razmaka rebara, slika 90., prema [9].<br />
135
Slika 90. Postolje glavnog pogonskog stroja<br />
(Izvor: Hughes, O.F.: Ship structural design, SNAME, New Jersey, 1998.)<br />
Slika 91. Prikaz strojarnice na novogradnji<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
136
Struktura dna kod tankera<br />
U konstrukciji tankera primjenjuju se zahtjevi u skladu s MARPOL 73/78., Anex I,<br />
Regulation 13 C. Bočni tankovi i tankovi dvodna se ne smiju koristiti za prijevoz nafte.<br />
Cjevovodi balasta, kao ni cijevi za sondiranje i ventiliranje tankova balasta, ne smiju prolaziti<br />
kroz tankove tereta, a isto tako cjevovod tereta ne smije prolaziti kroz tankove balasta. Bočni<br />
tankovi ili prazni prostori moraju se protezati cijelom duljinom tanka i cijelom visinom boka<br />
broda ili od pokrova dvodna do najgornje palube. Cijela duljina tanka mora biti zaštićena<br />
dvodnom.<br />
<br />
Pojačanja dvodna za teške terete, brodove za rasute terete i brodove za rudaču<br />
Za brodove koji povremeno ili stalno prevoze teške terete kao što su npr. željezna<br />
rudača, fosfati itd., potrebno je pojačati dvodno. Uzdužna čvrstoća ovih brodova mora biti u<br />
skladu sa zahtjevima bez obzira na duljinu broda. Ako se primjenjuje uzdužno ukrepljenje<br />
dvodna, razmak rebrenica ne smije biti veći od visine dvodna. Dimenzije uzdužnjaka pokrova<br />
dvodna se određuju za opterećenja uslijed tereta.<br />
Ako se primjenjuje poprečno ukrepljenje dvodna, pune rebrenice se postavljaju na<br />
svakom razmaku rebara u području skladišta. Brodovi za prijevoz rudače su općenito<br />
jednopalubni brodovi sa strojarnicom na krmi i dvije neprekinute uzdužne pregrade koje čine<br />
bočne granice skladišnog prostora. Kod brodova za rudaču, u cilju postizanje dobrih uvjeta<br />
stabilnosti u nakrcanom stanju, dvodno se izvodi što više. Pokrov dvodna mora biti pojačan.<br />
Slika 92. Opterećenja dvodna broda za rasute terete zbog teškog tereta<br />
(Izvor: Det Norske Veritas: Strength Analysis of Hull Structures,HØvik, Norway, 2004.)<br />
137
4.5. Rebra<br />
4.5.1. Opis orebrenja<br />
Orebrenjem se ukrepljuje i podupire vanjska oplata boka. Orebrenje tvore ukrepe i/ili<br />
nosači usmjereni u poprečnom i uzdužnom smjeru. Rebra i nosači zajedno sa vanjskom<br />
oplatom boka predstavljaju međusobno povezane ukrijepljene panele. Paneli boka mogu biti<br />
ukrijepljeni poprečno i uzdužno. Rebra i nosači su zajedno sa sunosivom širinom bočne<br />
oplate, bočni dio poprečnog brodskog okvira. Ukrižani uzdužni i poprečni nosači tvore<br />
roštilje boka. Paneli boka se oslanjaju na dno, na palube i na poprečne pregrade.<br />
4.5.2. Sustav orebrenja (eng.: framing system)<br />
Sustav orebrenja ovisi o namjeni broda, veličini broda, vrsti i načinu krcanja. Za izbor<br />
sustava orebrenja broda važan je omjer stranica panela koji se ukrepljuje između krutih<br />
oslonaca (pregrade, dno, palube). Omjer stranica ukrepljenih panela ovisi o tipu broda.<br />
Na brodovima za prijevoz duge komadne robe, velika je udaljenost između poprečnih<br />
pregrada. Na tankerima je udaljenost poprečnih pregrada manja. Na brodovima za opći teret<br />
koriste se međupalube. Kod dijelova opločenja čija je duljina veća od širine i to ako je omjer<br />
duljine prema širini veći od 2, povoljniji je poprečni sustav orebrenja. Takav je slučaj kod<br />
bokova svih brodova za suhi teret, (osim brodova za rudaču) koji imaju veći razmak<br />
poprečnih pregrada i veći broj međupaluba, tako da je razmak po visini među palubama<br />
manji. Ako je omjer stranica dijelova opločenja koji se ukrepljuje manji od 2, moguće je<br />
potrebna ugradnja okvirnih rebara i proveza. U takvim slučajevima uzdužni sustav orebrenja<br />
može biti povoljniji. Uzdužni sustav orebrenja je povoljniji sa stajališta uzdužne čvrstoće.<br />
Visoka poprečna okvirna rebra, koja se moraju ugrađivati kod uzdužnog sustava orebrenja,<br />
kod tankera i kod brodova za rasuti teret ne smetaju krcanju tereta, a kod brodova za suhi<br />
teret su nepoželjna. Na malim brodovima gdje uzdužna čvrstoća nije od presudnog značaja,<br />
poprečni sustav orebrenja ima prednost obzirom na bolje korištenje prostora.<br />
138
Slika 93. Orebrenja broda za prijevoz spremnika i za rasute terete<br />
(Izvor: Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.)<br />
Kod trgovačkih brodova, grotla trebaju biti što je moguće veća, ili se postavljaju<br />
uporedna grotla u dva ili više redova. Brodovi za opći teret imaju otvore na 40% - 50% širine<br />
broda. Brodovi za rasuti teret imaju otvore i preko 50% širine broda. Kontejnerski brodovi<br />
mogu imati dva do tri reda otvora po skladištu, između 75% - 80% širine broda, koji put i do<br />
90% širine.<br />
<br />
Razmaci rebara (eng.: frame spacing)<br />
Položaj poprečnih rebara se obično označuje brojevima od krme prema pramcu. Rebro<br />
0 se obično nalazi na poziciji krmene okomice. Od njega prema pramcu slijede sukcesivne<br />
oznake rebara, a prema krmi s negativnim predznakom.<br />
Smjernice za razmake rebara:<br />
Područje 1: Najviše 600 [mm],<br />
Područje 2: Najviše 700 [mm],<br />
Područje 3: Ispod teretne vodne linije najviše 600 mm iznad teretne vodne linije najviše<br />
700 [mm],<br />
Područje 4: Najviše 850 [mm].<br />
Na srednjem dijelu broda: 0.002L + 0.48 [m]. Moguća odstupanja od standardnog razmaka<br />
rebara je +/- 25%.<br />
139
Glavna, obična rebra (eng.: side frames, main frames)<br />
Glavna rebra se ugrađuju između dvodna i gornje palube u skladištima, međupalublju,<br />
strojarnici i u pikovima. Kod brodova sa više od tri palube, glavna rebra se moraju protezati<br />
najmanje do palube koja je iznad najdonje palube. Dimenzije glavnih rebara ne smiju biti<br />
manje od dimenzija međupalubnih rebara iznad njih.<br />
<br />
Završni spojevi rebara (eng.: end attachment)<br />
Spoj donjeg kraja rebra za strukturu dna određuje se prema načelima a na osnovi<br />
momenta otpora glavnog rebra. Spoj gornjeg kraja rebra za strukturu palube ili za<br />
međupalubna rebra određuje se prema projektnim načelima a na osnovi momenta otpora<br />
sponja ili međupalubnih rebara, u ovisnosti što je veće. U slučaju uzdužno ukrepljenih<br />
paluba, rebra koja se nalaze između okvirnih rebara se spajaju koljenima za prvi susjedni<br />
uzdužnjak. Dimenzije koljena se određuju prema projektnim načelima a na osnovi momenta<br />
otpora rebara.<br />
Slika 94. Oslonci rebara<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
140
Slika 95. Okvirno rebro u strojarnici<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
Slika 96. Dvobok<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
141
4.6. Pregrade i pregrađivanje broda<br />
Pregrade su općenito oslonci za potpalubne nosače, nosače dna i nosače boka. Poprečne<br />
pregrade posredno sudjeluju u uzdužnoj čvrstoći broda jer održavaju oblik trupa broda kao<br />
kutijastog nosača. Podupiru nadgrađa, palubne kućice i opremu na palubi. Važan su oslonac<br />
kod dokovanja.<br />
Ako nije rečeno izričito drugačije može se primjenjivati slijedeće definicije:<br />
- Pregradna teretna vodna linija - vodna linija koja se koristi za određivanje pregrađivanja<br />
broda,<br />
- Najviša pregradna vodna linija – pregradna vodna linija koja odgovara ljetnom gazu koji će<br />
se dodijeliti brodu,<br />
- Parcijalna vodna linija - vodna linija koja odgovara gazu praznog opremljenog broda<br />
povećanom za 60 % razlike između gaza praznog opremljenog broda i gaza na najvišoj<br />
pregradnoj vodnoj liniji,<br />
- Pregradna duljina broda (Ls) - najveća projicirana teoretska duljina dijela broda na ili ispod<br />
palube odnosno paluba koja ograničava naplavljivanje po visini kada brod plovi na najvišoj<br />
pregradnoj vodnoj liniji,<br />
- Polovište duljine - polovišna točka pregradne duljine broda,<br />
- Krmena završna točka - krmena granica pregradne duljine,<br />
- Pramčana završna točka - pramčana granica pregradne duljine,<br />
- Širina (B) - najveća teoretska širina broda na ili ispod najviše pregradne vodne linije,<br />
- Gaz (d) - vertikalna udaljenost od teoretske osnovice na polovištu duljine do odgovarajuće<br />
vodne linije,<br />
- Naplavljivost (μ) - omjer uronjenog volumena danog prostora koji se može ispuniti vodom.<br />
Stupanj pregrađivanja koji treba osigurati određuje se zahtijevanim indeksom pregrađivanja<br />
R.<br />
<br />
Općenito o pregradama<br />
Pregrada koja dijeli stražnji pretežni tank od ostalog dijela broda i zaštićuje tunel od<br />
prodora vode zove se zadnja krmena pregrada. Te se pregrade zovu i kolizijske pregrade, a<br />
prostor koji zatvaraju kolizijski prostor. Prema propisima Međunarodne konvencije za zaštitu<br />
ljudskog života na moru, najmanji broj poprečnih pregrada smije biti četiri, od čega dvije<br />
142
kolizijske, a po jedna ispred stroja i iza njega. Taj propis vrijedi za brodove do 87 [m], dok se<br />
za duže broj pregrada povećava.<br />
Na primjer, brodovi od 87 do 102 [m] moraju imati pet pregrada, od 102 do 124 [m] šest itd.<br />
Razmaci između pregrada na pramcu i krmi manji su nego u sredini jer opterećenje<br />
pramčanih i krmenih skladišta stvara veću pretegu.<br />
Na putničkim brodovima, a prema propisima spomenute konvencije, broj pregrada<br />
mora biti toliki da se mogu naplaviti dvije susjedne prostorije. Pri takvom stanju brod mora<br />
biti sposoban za plovidbu i ne smije uroniti preko određene granice, tzv. granice urona.<br />
Granica urona je zamišljena vodna crta koja se nalazi 76 [mm] ispod gornjeg rebra pregradne<br />
palube.<br />
Za teretne brodove, međutim, nema tako strogog uvjeta. Tome je razlog što bi velik broj<br />
pregrada bio zapreka krcanju tereta i smanjio teretni kapacitet. To zapravo i ne bi trebao biti<br />
razlog kada je riječ o sigurnosti ljudskih života, ali se pretpostavlja da će teret, ako ispunjuje<br />
jedan dio skladišta, djelomično smanjiti izgubljeni uzgon koji uzrokuje naplava.<br />
Pregrade osim što priječe da se prodor vode širi po brodu, zadržavaju da se širi požar,<br />
pa se takve pregrade zovu protupožarne pregrade. S obzirom na konstrukciju broda poprečne<br />
su pregrade važan element poprečne čvrstoće, a uzdužne važan element uzdužne čvrstoće.<br />
One sežu do glavne, odnosno pregradne palube, tj. najviše pune palube koja ide uzduž cijelog<br />
broda i čvrsto zatvara njegov trup.<br />
Slika 97. Struktura pregrade<br />
(Izvor: Hughes, O.F.: Ship structural design, SNAME, New Jersey, 1998.)<br />
143
Pregrade se sastoje od čeličnih limova i ukrepa, slika 97., prema [9]. Vojevi limova<br />
pružaju se obično vodoravno, a ukrepe uspravno. Ukrepe (1) su uglovnice ili bulb-profili. Na<br />
gornjem kraju one su spojene s palubom pomoću koljena (2), a na donjemu s dvodnom<br />
također pomoću koljena (3). Pregrade se prostiru između paluba, bokova broda, tunela i<br />
unutrašnjeg dna. Kroz dvodno ne idu. Ako prolazi kroz više paluba, pregrada se na mjestima<br />
prolaska kida. Palube se nikad ne kidaju. One moraju biti neprekinute da se suprotstave<br />
uzdužnim naprezanjima. Osim poprečnih ima i uzdužnih nepropusnih pregrada, gdje su<br />
ukrepe (profili) obično postavljene uzdužne. Uzdužne nepropusne pregrade uglavnom dolaze<br />
pri gradnji tankera. One uzdužno dijele tanker u dva, tri li četiri dijela. Uzdužne se pregrade<br />
rade i kod većih trgovačkih, posebno kod ratnih brodova. Danas se sve češće upotrebljavaju<br />
konstrukcije pregrada od valovita lima bez ukrepa, tzv. korugirane pregrade, slika 98., prema<br />
[9]. Njihova je prednost u tome što su, osim jednake čvrstoće, lakše se čiste. Pri bokovima<br />
korugirana pregrada završava ravno i ukrijepljena je profilima.<br />
Slika 98. Presjeci korugirane pregrada<br />
(Izvor: Hughes, O.F.: Ship structural design, SNAME, New Jersey, 1998.)<br />
Ako su brodovi veliki, pregrade su izložene velikim silama, zato su izrađene kao što<br />
prikazuje slika 99., prema [9].<br />
144
Slika 99. Detalji pregrade<br />
(Izvor: Hughes, O.F.: Ship structural design, SNAME, New Jersey, 1998.)<br />
Iz slike se vidi da je ona poprečno, po cijeloj širini, ukrijepljena koljenima (1), i to po visini<br />
na nekoliko mjesta. Ta ukrijepljenja pregradi daju poprečnu čvrstoću, a profile zamjenjuju<br />
visoka stegna pregrade (2).<br />
Nepropusne pregrade u dvodnu imaju posebnu svrhu, da podijele prostor dvodna u posebne<br />
tankove za krcanje različitih tekućina (pogonskog goriva, ulja, balastne vode i dr.). Te se<br />
pregrade ne broje pri određivanju potrebnog broja nepropusnih pregrada.<br />
U skladištima teretnih brodova postavljaju se privremene uzdužne i poprečne drvene<br />
pregrade kako bi se spriječilo da se pomiče rasuti teret. Te se pregrade sastoje od debelih<br />
dasaka učvršćenih na krajevima između dvije upore postavljene na malom razmaku. Danas se<br />
te pregrade u potpalubnom dijelu često zamjenjuju čeličnima.<br />
Nepropusne pregrade su uspravni čelični zidovi koji dijele brod u više nepropusnih prostorija<br />
slika 100. Brod se dijeli pregradama kako bi se spriječilo da voda, ako u njega prodre, zahvati<br />
cijelu njegovu unutrašnjost.<br />
Slika 100. Nepropusna pregrada broda za prijevoz spremnika<br />
(Izvor: Brodogradilište, Samsung Heavy Industries Co Ltd., S. Korea,2008 god.)<br />
145
U sigurnosnom smislu pregrade sprečavaju potonuće u slučaju prodora vode u neki<br />
prostor, kao i širenje vatre u slučaju požara. U ekološkom smislu pregrade smanjuju<br />
zagađenje u slučajevima oštećenja stijeni tankova. U konstruktivnom smislu pregrade služe<br />
kao elementi poprečne i uzdužne čvrstoće. Svi brodovi moraju imati sudarnu pregradu,<br />
pregradu statvene cijevi i pregrade na oba kraja strojarnice. Ako je strojarnica smještena na<br />
krmi, pregrada statvene cijevi se može smatrati krmenom pregradom strojarnice. Pregrade<br />
mogu biti uzdužne i poprečne.<br />
Slika 101. Poprečne i uzdužne pregrade<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
146
Slika 102. Poprečne i uzdužne pregrade<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
Slika 103. Poprečne i uzdužne pregrade<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
147
Slika 104. Ravna ukrepljena poprečna pregrada<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
Slika 105. Ravna ukrepljena poprečna pregrada sa glatke strane<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
148
Slika 106. Poprečna pregrada<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
Slika 107. Uzdužna pregrada<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
149
Slika 108. Okviri na uzdužnoj pregradi i proveze na poprečnoj pregradi<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
Slika 109. Korugirana pregrada<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
150
Sudarna pregrada<br />
Od svih poprečnih pregrada sudarna pregrada se najčvršće gradi. Kao što joj ime kaže,<br />
ona služi da zadrži prodor vode ako se brod sudari s nekim objektom. Njezin je položaj na<br />
brodu određen kao na slici 110., prema [13]. Ona nije ni odveć blizu pramčane statve ni<br />
odveć daleko od nje.<br />
Ako bi bila odveć blizu, mogla bi se pri sudaru razbiti, a ako bi bila odveć daleko –<br />
pramac bi, zbog prodora vode, mnogo tonuo. Zato je Međunarodnom konvencijom za zaštitu<br />
ljudskog života na moru propisano da ona bude između 5 %dužine broda i 5 % + 3,05 [m] od<br />
prednjeg ruba pramčane statve na teretnoj vodnoj liniji. Na primjer, na brodu od 100 [m] ona<br />
treba da bude između 5 i 8,05 [m] udaljena od prednjeg ruba pramčane statve na TVL.<br />
Sudarna pregrada broda fine forme Sudarna pregrada broda pune forme<br />
(kontejnerski brod)<br />
(tanker)<br />
Slika 110. Položaj sudarne pregrade<br />
(Izvor: Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.)<br />
151
Na slici 111., prema [13], prikazan je nacrt sudarne pregrade.<br />
Slika 111. Nacrt sudarne pregrade<br />
(Izvor: Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.)<br />
Slika 112. Pramčani dio<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
152
Slika 113. Pramčani dio<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
<br />
Nepropusna vrata<br />
Pregrade redovno nemaju otvora, ali izuzetne okolnosti to katkad zahtijevaju, npr. za<br />
prolaz iz strojarnice u tunel, za saobraćaj između skladišta u međupalublju. Ako na pregradi<br />
treba načiniti otvor, on mora biti takav da se može nepropusno zatvoriti. Za tu svrhu služe<br />
nepropusna vrata. Međunarodna konvencija za zaštitu ljudskog života na moru propisuje<br />
njihovu konstrukciju i broj. Ta se vrata otvaraju na šarnire ili klizanjem. Vrata na šarnire<br />
istog su tipa kao što su vrata na bokovima broda, slika 111., prema [13]. Klizna vrata mogu<br />
se otvarati horizontalno i vertikalno.<br />
Na teretnim brodovima ta su vrata na nepropusnoj pregradi strojarnice blizu ulaza u<br />
tunel. Na slici 114., prema [13], prikazan je tip takvih vrata s vertikalnim otvaranjem. Vrata<br />
su izrađena od lijevana čelika (1) ili limova i profila u zavarenoj konstrukciji. Ona klize u<br />
vodilicama (2) koje su pričvršćene vijcima za pregradu. Otvaraju se i zatvaraju okretanjem<br />
vijčane osovine (3) s povišenog mjesta u strojarnici.<br />
153
Slika 114. Nepropusna vrata<br />
(Izvor: Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.)<br />
Postoji mogučnost upravljanja ručnom hidrauličnom pumpom, kao na slici 115., prema [13].<br />
Slika 115. Nepropusna vrata s hidrauličkom pumpom<br />
(Izvor: Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.)<br />
154
Na putničkim brodovima nepropusna vrata kliznog tipa nalaze se i na ostalim<br />
nepropusnim pregradama. Ako je broj nepropusnih pregrada veći od pet, propisi<br />
Međunarodne konvencije za zaštitu ljudskog života na moru zahtijevaju da brod ima<br />
hidraulične ili električne uređaje pomoću kojih se sva vrata mogu istodobno zatvoriti ili<br />
otvoriti. Tim se uređajem rukuje sa zapovjedničkog mosta, gdje postoje optički signali o<br />
položaju vrata. Ujedno na pojedinim vratima ima i ručna naprava kojom se vrata mogu<br />
otvoriti s jedne ili s druge strane pregrade. Naime, propisi nalažu da nepropusna vrata za<br />
vrijeme vožnje budu zatvorena. Ako se u donjim prostorijama u času prodora vode nađu<br />
ljudi, ručna im naprava omogućuje, ako je to potrebno, da otvore nepropusna vrata i da uđu u<br />
susjednu prostoriju. Malo nakon toga vrata se automatski zatvaraju uz zvučni signal.<br />
<br />
Pregrada statvene cijevi<br />
Na brodovima koji imaju pogonski stroj u svome srednjem dijelu, osovina vijka mora<br />
prolaziti kroz prostor krmenih skladišta. Stoga se osovina štiti posebnom konstrukcijom, tzv.<br />
tunelom, slika 116., prema [13].<br />
Taj tunel ide od stražnje pregrade strojarnice (2) do posljednje krmene pregrade (3). U tunel<br />
se ulazi iz strojarnice, gdje se nalaze nepropusna vrata(4). Veličina tunela mora biti takva da<br />
se u njemu može s1obodno kretati jedan čovjek. U tunelu su ležajevi osovine, koje treba<br />
podmazivati i nadgledati. Osim glavne namjene tunel služi za postavljanje električnih kabela<br />
i cijevi za različite službe. U stražnjem je dijelu proširen radi smještaja rezervne osovine<br />
vijka. Na kraju tog prostora, pri krmenoj nepropusnoj pregradi (3), nalazi se prolaz za nuždu<br />
(5) koji istodobno služi i za ventilaciju.<br />
Slika 116. Tunel dispozicija<br />
(Izvor: Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.)<br />
155
Krajnji ležajevi osovine vijka smješteni su u tzv. statvenoj cijevi (6) koja ide od krmene<br />
nepropusne pregrade do otvora na statvi vijka. Ležajevi u statvenoj cijevi izrađeni su od<br />
gujakovine, bijele kovine ili od tvrde rebraste gume. Tunel se pravi od poprečnih rebara i<br />
uzdužnih limova. Izrađuje se u zavarenoj konstrukciji i mora biti nepropustan da voda ne bi<br />
naplavila skladišta, ako bi se kroz statvenu cijev tunel napunio vodom, a isto tako da u tunel<br />
ne bi došla voda prodre li ona u skladište.<br />
Gornji je dio tunela zaobljen ili ravan. Zaobljena je konstrukcija jača, a po ravnoj se<br />
lakše hoda. Kako osovina vijka prolazi simetralom broda, tunel je pomaknut k jednom od<br />
bokova broda, ovime je osovina postavljena bliže jednoj stijenci tunela, dok je na drugoj<br />
strani ostavljeno više prostora kroz tunel.<br />
Slika 117. Krmena statva i statvena cijev<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
4.7. Grotla<br />
U funkcionalnom pogledu, grotla služe za ukrcaj i iskrcaj tereta. Zadaća trgovačkog<br />
broda je da zarađuje prenoseći terete, dakle skladišta i grotla trebaju biti prilagođena za što<br />
156
olji smještaj, brži ukrcaj i iskrcaj tereta. Tankeri imaju samo male otvore na palubi dovoljne<br />
za ulijevanje ili isisavanje tekućeg tereta.<br />
Slika 118. Paluba i teretni cjevovodi tankera<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
Kod trgovačkih brodova, grotla trebaju biti što je moguće veća, ili se postavljaju usporedna<br />
grotla u dva ili više redova. Brodovi za opći teret imaju otvore na 40%-50% širine broda.<br />
Brodovi za rasuti teret imaju otvore i preko 50% širine broda.<br />
Kontejnerski brodovi mogu imati dva do tri reda otvora po skladištu, između 75%-80% širine<br />
broda, koji put i do 90% širine.<br />
Slika 119. Grotla s poklopcima broda za rasute terete i broda za prijevoz spremnika<br />
(Izvor: Brodogradilište, Samsung Heavy Industries Co Ltd., S. Korea,2008 god.)<br />
157
U strukturnom pogledu, grotla su otvori na palubama, dakle diskontinuiteti u strukturi,<br />
odnosno oslabljenja paluba. Kod otvora na palubama, javljaju se strukturni problemi sa<br />
uzdužnom čvrstoćom, s poprečnom čvrstoćom, s torzionom čvrstoćom, koncentracijama<br />
naprezanja, zamorom materijala i s kontinuitetom elemenata strukture.<br />
Za određivanje svojstava grotala, razmatraju se dva položaja:<br />
Položaj 1:<br />
- na izloženim palubama nadvođa,<br />
- na polukrmeniku,<br />
- na izloženim palubama, ispred prve četvrtine duljine.<br />
Položaj 2:<br />
- na izloženim palubama nadgrađa, iza prve četvrtine duljine broda.<br />
Grotla po potrebi imaju uzdužne i poprečne pražnice grotala (eng.: hatchway coamings).<br />
Pražnice grotala na izloženim palubama imaju dvojaku ulogu: jedna im je uloga u<br />
osiguravanju nepropusnosti a druga uloga je u osiguravanju čvrstoće. Pražnice grotala, koja<br />
se zatvaraju s prijenosnim poklopcima s uklinjenim nepromočivim platnom (eng.: tarpaulin),<br />
moraju imati visinu iznad palube najmanje:<br />
600 [mm] za položaj 1,<br />
450 [mm] za položaj 2.<br />
Prema Međunarodnoj konvenciji o teretnim linijama LLC66, grotla na izloženim palubama<br />
koja se nepropusno zatvaraju čeličnim poklopcima, mogu imati niže pražnice nego što je gore<br />
navedeno, a mogu biti izvedena i bez pražnica, ako im čvrstoća zadovoljava.<br />
Pražnice grotala nisu nužna sa stajališta nepropusnosti na palubama ispod palube nadvođa,<br />
niti na palubama unutar zatvorenih i nepropusnih nadgrađa ili kućica, izuzev kada njihovo<br />
postavljanje nalažu zahtjevi za čvrstoćom. Otvori strojarnice i kotlovnice moraju biti dobro<br />
uokvireni i čvrsto ograđeni čeličnim grotlištem (eng.: engine and boiler room casings).<br />
158
Slika 120. Raspored grotla broda za rasute terete<br />
(Izvor: http://www.sormec.net/)<br />
Slika 121. Grotlo broda za rasute tereta<br />
(Izvor: http://www.sormec.net/)<br />
159
Slika 122. Grotlo broda za rasute terete i podupiruće strukture<br />
(Izvor: http://www.sormec.net/)<br />
Slika 123. Raspored grotala broda za prijevoz spremnika<br />
(Izvor: http://www.sormec.net/)<br />
160
Slika 124. Raspored grotala broda za prijevoz spremnika<br />
(Izvor: http://www.sormec.net/)<br />
<br />
Opterećenja grotala<br />
Pražnice grotala na izloženim palubama su dinamički opterećene uslijed prelijevanja valova<br />
preko palube (eng.: wash of see), osobito poprečne pražnice. Uzdužne pražnice mogu<br />
sudjelovati u uzdužnoj čvrstoći broda. Poprečne pražnice su dio poprečnog okvira brodskog<br />
trupa na tom mjestu. Osim toga, uzdužne i poprečne pražnice su neposredno opterećene i<br />
uslijed vlastite težine poklopaca i tereta na poklopcima grotala, odnosno naplavljenog mora<br />
na izloženim palubama (eng.: green sea).<br />
<br />
Konstrukcija grotala<br />
Grotla mogu biti konstruirana na razne načine, tj. njihova konstrukcija ovisi o vrsti i namjeni<br />
broda na kojemu se nalaze:<br />
161
Slika 125. Pražnice grotla s vodoravnim ukrepama i potpornim koljenima<br />
(Izvor: http://www.sormec.net/)<br />
<br />
Pražnice grotala<br />
Debljina pražnica grotala na izloženim palubama ne treba biti manja od veličine dobivene<br />
prema izrazima:<br />
1<br />
t 6 L [mm] (54)<br />
12<br />
t<br />
min<br />
8.5 [mm] tmax 11.0 [mm] (55)<br />
Pražnice koje su više od 600 [mm] na svom gornjem kraju moraju biti učvršćene<br />
horizontalnom ukrepom. Pražnice preko 1.2 [m] visine trebaju imati još jednu horizontalnu<br />
ukrepu na sredini visine. Uzdužne pražnice grotala trebaju se poduprijeti koljenima.<br />
162
Osim toga, ako sudjeluju u uzdužnoj čvrstoći brodskog trupa, moraju se osigurati protiv<br />
izvijanja, posebnim koljenima.<br />
Poprečne pražnice grotala koja su posebno izložene udarima valova na palubi, na pr. kod<br />
brodova bez kaštela, trebaju biti građene kao i prednje stijenke palubnih kućica, i<br />
odgovarajući poduprte koljenima. Na brodovima koji prevoze teret i na palubama, npr. drvo,<br />
ugljen i sl., koljena trebaju bit na razmacima ne većim od 1.5 [m].<br />
Pražnice se trebaju protezati do donjeg ruba potpalubog nosača, a s gornje strane trebaju<br />
imati pojas od odgovarajućeg profila. Spojevi pražnice i paluba te uglovi grotala se izvode<br />
pomno.<br />
Slika 126. Pražnice na izloženim palubama manjih brodova<br />
(Izvor: Hughes, O.F.: Ship structural design, SNAME, New Jersey, 1998.)<br />
<br />
Opis poklopaca grotala i grotlenih sponja<br />
Operacije s poklopcima grotala moraju biti brze i jednostavne zbog sigurnosnih i<br />
gospodarskih razloga. Poklopci se projektiraju za svaki brod, obično u specijaliziranim<br />
projektnim uredima, a pri tome je potrebito voditi računa o zahtijevanoj veličini otvora grotla,<br />
o visini pražnica iznad palube, o raspoloživom prostoru za slaganje, o opterećenjima<br />
poklopaca kao i o deformacijama pražnica grotala, što definira projektant broda. Poklopci se<br />
mogu izrađivati u brodogradilištima ali još češće u posebnim radionama ili firmama po<br />
narudžbi.<br />
Dva su osnovna tipa poklopaca grotala:<br />
- nepropusni poklopci na izloženim palubama koji se postavljaju na povišenim pražnicama,<br />
- poklopci grotala u mađupalublju koji ne trebaju biti nepropusni a poželjno je da budu u<br />
ravnini s palubom na koju su postavljeni.<br />
163
Poklopci se moraju projektirati u skladu s propisima o teretnim linijama i zahtjevima<br />
klasifikacijskih udruga. Kod brodova s malim grotlima koriste se grotlene sponje.<br />
Grotlene sponje (pomične sponje, skidljive sponje) se mogu konstruirati na dva načina: kao<br />
klizne grotlene sponje (eng.: sliding beams) i pričvršćene sponje (eng.: bolted beams). Klizne<br />
sponje se pomiču u uzdužnom smjeru, a pričvršćene sponje se postavljaju u ležišta na<br />
uzdužnoj pražnici grotla.<br />
Najjednostavniji poklopci na manjim brodovima su nekada bili od ojačanih drvenih dasaka.<br />
Jednostavni poklopci su građeni i od jednog komada lima, šarnirima i/ili vijcima pričvršćeni<br />
za pražnice grotala. Potom su građeni poklopci u obliku čeličnih pontona, čiji su pojedini<br />
članci širine oko 1.2 [m], a dužine jednake širini grotla. Pontoni su dimenzionirani tako da<br />
pokrivaju grotlo bez dodatnih nosača. Nepropusnost poklopaca grotala se ranije pretežito<br />
osiguravala prekrivačima od impregniranog platna (eng.: terpaulin).<br />
Podizni čelični pontoni (eng.:lift away weather deck hatch covers), danas se na<br />
kontejnerskim brodovima i na velikim brodovima za rasute terete na izloženim palubama<br />
koriste veliki podizni čelični pontoni, koji se dizalicama s broda ili obale skidaju i<br />
postavljaju.<br />
Slika 127. Podizni čelični pontoni<br />
(Izvor: http://www.sormec.net/)<br />
164
Jedinstveni podizni pontonski poklopci (eng.: single panel covers) pokrivaju cijelo<br />
grotlo, a brtvljenje je potrebito samona rubovima. Člankasti podizni pontonski poklopci<br />
(eng.: multi panel covers) se često ugrađuju na brodove za opće terete, kao i na brodove za<br />
teške terete, pogodni su za jako duga ili široka grotla, projektiraju se prema nosivosti<br />
raspoloživih dizalica koja su obično oko 30 [t], ali moraju imati dodatno brtvljenje među<br />
člancima. Podizni čelični pontonski poklopci se izvode otvorene (eng.: open) ili dvostijene<br />
(eng.: double skin) konstrukcije, a sa gornje strane moraju imati hvatišta za dizalice.<br />
Sklapajući poklopci (eng.: folding hatch covers) se primjenjuju na brodovima za opći teret,<br />
na izloženim palubama (eng.: weatherdeck hatch covers) gdje se ovisno o raspoloživom<br />
prostoru mogu slagati na krajevima grotala u razini grotla (eng.: high stowage type) i u razini<br />
palube (eng.: low stowage type), kada su u uporabi dva poznata sustava: jednostruko<br />
potezanje (eng.: single pull) i zbijeno slaganje (eng.: compact folding).<br />
Sklapajući poklopci se primjenjuju i u međupalublju (eng.: tweendeck hatch covers), gdje su<br />
obično upušteni i u ravnini s palubom, da se bolje iskoristi prostor i olakša rad, npr. kod Ro-<br />
Ro brodova. Sklapajući poklopci se mogu sastojati od dva, tri, četiri ili više od četiri članka,<br />
ovisno o dužini grotla.<br />
Brtvljenjem se osigurava nepropusnost na rubovima i između članaka. Upravljanje<br />
poklopcima je uz pomoć hidraulike ili užadima i lancima, a može biti u manjoj ili većoj mjeri<br />
automatizirano, lokalno ili daljinski upravljano.<br />
Gornje plohe poklopaca grotala mogu biti ravne, što je nužno za smještaj kontejnera na<br />
njima, ili mogu biti ispupčene tako da kod slaganja članci ulaze jedni u druge smanjujući<br />
prostor slaganja.<br />
Slika 128. Sklapajući člankasti poklopci<br />
(Izvor: http://www.sormec.net/)<br />
165
Slika 129. Složivi člankasti poklopci<br />
(Izvor: http://www.sormec.net/)<br />
Postrano kližući (eng.: side rolling hatch covers) ili uzdužno kližući poklopci grotala<br />
(eng.: end rolling hatch covers), u otvorenom položaju zauzimaju veliki dio palube broda, i<br />
kao takvi se koriste uglavnom na brodovima za rasuti teret i brodovima za teške terete.<br />
Kližući poklopci se obično sastoje iz dva članka, koji se svaki kliže na svoju stranu,<br />
oslobađajući otvor grotla. Postrano kližući poklopci na izloženim palubama side rolling hatch<br />
covers.<br />
Slika 130. Prostrano kližući poklopci<br />
(Izvor: http://www.sormec.net/)<br />
<br />
Opterećenja poklopaca grotala<br />
Poklopci grotala bivaju statički i dinamički opterećeni okomito na svoju ravninu od tlakova<br />
naplavljene vode ili tereta na njima, koncentriranim silama tereta i opreme, te uslijed<br />
deformacija trupa koje preko pražnica djeluju na poklopce.<br />
166
Slika 131. Opterećenja poklopaca uslijed prelijevanja mora i uslijed tereta na palubi<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Poklopci teretnih grotala moraju biti proračunati za teret kojeg se namjerava na njima<br />
prevozi. U obzir se moraju uzeti i opterećenja od sredstava za rukovanje teretom.<br />
Za poklopce grotala u područjima paluba na položajima 1 i 2 proračunska opterećenja u<br />
[kN/m 2 ] ovisno o duljini broda ne smiju biti manja od vrijednosti iz tablice 11.:<br />
Tablica 11.: Proračunska opterećenja poklopaca grotala<br />
Duljina broda L < 24m L > 100m<br />
Položaj grotla 1 9.81 kN/m² 17.17 kN/m²<br />
Položaj grotla 2 7.35 kN/m² 12.75 kN/m²<br />
Za brodove duljine preko 24 [m] i ispod 100 [m] proračunsko se opterećenje određuje<br />
linearnom interpolacijom.<br />
Položaj 1:<br />
- na izloženim palubama nadvođa,<br />
- na povišenoj krmici,<br />
- na izloženim palubama prvog reda nadgrađa, ispred prve četvrtine duljine ( ili ako se ne<br />
smatraju zatvorenima).<br />
Položaj 2:<br />
- na izloženim palubama prvog reda nadgrađa, iza prve četvrtine duljine broda. ili isti dijelovi<br />
unutar drugog reda nadgrađa koja se ne smatraju zatvorenima. Za brodove ograničenog<br />
područja plovidbe opterećenja se mogu smanjiti. Ako je na poklopcima grotala na palubama<br />
položaja 1 i 2 predviđeno slaganje tereta opterećenja se određuju prema zahtjevima za trup.<br />
167
Ako se teret nalazi na poklopcima grotala, opterećenja se određuju kao za teretne palube,<br />
prema slijedećim izrazima:<br />
<br />
<br />
pL pc<br />
1 av<br />
[kN/m 2 ] (56)<br />
gdje je:<br />
P c - statički tlak tereta u [kN/m 2 ],<br />
a v<br />
- bezdimenzionalni faktor vertikalnog ubrzanja.<br />
Opterećenja poklopaca grotala u međupalublju koji ne nose terete, uzimaju se kao jednoliko<br />
kontinuirana od 20 [kN/m 2 ] ili kao koncentrirana sila od 3 [kN], već prema tome koja daju<br />
veće strukturne dimenzije.<br />
Za čelične poklopce grotala, kada se primjenjuju direktni proračuni, za slučaj da se na njima<br />
ne nalazi teret, primjenjuju se dopuštena naprezanja i progibi kako propisuju registri.<br />
Poklopci grotala koji mogu biti opterećeni uslijed deformacije poprečnog brodskog okvira,<br />
projektiraju se tako da ukupna naprezanja ne prelaze dopuštena naprezanja.<br />
Slika 132. Konstrukcija jednostavnog poklopca grotla<br />
(Izvor: http://www.sormec.net/)<br />
Opterećenje poklopca grotala i grotlenih sponja<br />
Momenti otpora W, moment tromosti I i površine presjeka A w<br />
, za grotlene sponje i ukrepe<br />
poklopaca grotala u područjima 1 i 2 , smatrajući njihove krajeve zglobno oslonjenima, mogu<br />
se odrediti prema izrazima:<br />
168
W<br />
125 C<br />
2<br />
1<br />
al p<br />
[cm 3 ] (57)<br />
<br />
b<br />
I C 2<br />
2<br />
C 3<br />
al p H<br />
[cm 4 ] (58)<br />
A<br />
W<br />
5<br />
pa l [cm 3 ] (59)<br />
gdje je:<br />
l - nepoduprti raspon grotlenih sponja ili ukrepa poklopaca,<br />
a - razmak grotlenih sponja ili ukrepa poklopaca,<br />
p - projektni tlak,<br />
σ b - dopušteno naprezanje savijanja [N/mm 2 ],<br />
τ - dopušteno smično naprezanja [N/mm 2 ].<br />
<br />
Grotlene sponje (eng.: hatchway beams)<br />
Sponje grotala mogu biti klizne izvedbe ili izvedbe s vijcima. Klizne sponje imaju<br />
mogućnost pomicanja uzduž grotla. Pomične sponje moraju biti na pogodan način učvršćene<br />
na svojim mjestima uzduž grotla i ne smiju ispadati iz grotala.. Vijci za učvršćivanje ne smiju<br />
imati promjer manji od 22 [mm].<br />
Debljina struka grotlene sponje ne treba biti manja od:<br />
t = 6+l/2 [mm], t min = 7.5 [mm] (60)<br />
Visina struka općenito ne bi trebala biti manja od 150 [mm]. Gornji pojas grotlene sponje<br />
mora osigurati širinu prianjanja za poklopce od 75 [mm], i prostirati se do krajeva sponje.<br />
Grotlene sponje trebaju biti jednoliko razmaknute, s sigurnim sredstvima za njihovo<br />
postavljanje na pražnicama grotala.<br />
<br />
Poklopci grotala (eng.: hatch covers)<br />
Za poklopce grotala skladišta za opći teret, debljina opločenja ne treba biti manja od:<br />
169
t = 10 a [mm], t min = 6.0 [mm] (61)<br />
Debljina donjeg opločenja kutijastih i pontonskih poklopaca grotala ne treba biti manja od:<br />
t= 8 a [mm], t min =6.0 [mm] (62)<br />
gdje je:<br />
a - razmak ukrepa [m].<br />
Debljina opločenja mora biti provjerena na izvijanje. Poklopci grotala prostora predviđenih<br />
za prijevoz tekućine se podvrgavaju provjeri opterećenja tankova.<br />
Slika 133. Poprečna i uzdužna pražnica teretnog grotla<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
170
4.8. Palube (eng.: decks)<br />
Palube su vodoravne ljuske, opne, stijenke trupa broda, koje u vojevima (eng.: strake)<br />
čine limovi palube.<br />
Osim paluba postoje i druge vodoravne stjenke:<br />
- djelomične palube,<br />
- krovovi,<br />
- platforme.<br />
Izložene palube nepropusno zatvaraju trup broda po cijeloj izloženoj duljini i širini trupa.<br />
Na palubama se smještaju putnici, teret i oprema. Palube mogu biti gornje nepropusne stjenke<br />
tankova. Platforme i druge djelomične palube služe za smještaj opreme, pomoćnih strojeva i<br />
radiona, te za razne spreme, na pr. u strojarnici ili pikovima. Brodovi mogu imati jednu ili<br />
više paluba. Palube se oslanjaju na potpalubne strukture ispod sebe, te na bokove, uzdužne i<br />
poprečne pregrade broda.<br />
Vrste paluba<br />
Gornja paluba (eng.: upper deck): najgornja paluba neprekinuta po cijeloj duljini broda.<br />
Proračunska paluba, paluba čvrstoće (eng.: strength deck): paluba koja čini gornji pojas<br />
poprečnog presjeka trupa. To može biti najgornja neprekinuta paluba ili paluba srednjeg<br />
nadgrađa odgovarajuće duljine (preko 0.15L).<br />
Pregradna paluba (eng.: bulkhead deck): najgornja paluba do koje sežu nepropusne pregrade.<br />
Paluba nadvođa, glavna paluba (eng.: freebord deck, main deck): paluba do koje se računa<br />
nadvođe, u skladu s Pravilima za nadvođe. Izložene palube (eng.: weather decks): Izložene<br />
palube i dijelovi paluba izložene utjecaju mora.<br />
Donje palube (eng.: lower decks): sve palube ispod gornje palube. Ako ima više donjih<br />
paluba, one se nazivaju: druga paluba, treća paluba itd., idući od gornje palube.<br />
Palube nadgrađa (eng.: superstructure decks): paluba koja odozgo zatvara nadgrađe. Ako<br />
postoji više redova nadgrađa, one se nazivaju: paluba nadgrađa 1. reda, paluba nadgrađa 2.<br />
reda itd., računajući od gornje palube. Palube nadgrađa neposredno iznad najgornje<br />
neprekinute palube (eng.:uppermost continuous deck) se nazivaju paluba kaštela<br />
(eng.: forecastle deck), paluba mosta (eng.: bridge deck) i paluba krmice (eng.: poop deck).<br />
171
Razmak među palubama<br />
Razmak među palubama se mjeri na boku broda od donje do donje strane lima palube. Na<br />
teretnim i manjim putničkim brodovima, razmak između paluba iznosi 2.25 - 2.40 [m].<br />
Na velikim putničkim brodovima je taj razmak obično 2.40 [m], a u salonima 2.70 - 3.30 [m].<br />
Prostor među palubama se zove međupalublje (eng.: tweendecks). Na tankerima, brodovima<br />
za rasute terete i na brodovima za prijevoz spremnika u teretnim prostorima nisu uobičajene<br />
međupalube, tako da je položaj palube određen visinom broda.<br />
Skok palube<br />
Uzvoj palube u uzdužnom smjeru prema krmi i prema pramcu je skok. Skok palube na<br />
pramcu je 2 do 4 puta veći od skoka na krmi. Skok palube doprinosi boljoj pomorstvenosti<br />
broda, čvrstoći i izgledu trupa. Općenito na malim brodovima bez kaštela i krmice skok<br />
palube je važan i posebno velik, a kod jako velikih trgovačkih brodova sa velikim nadvođem<br />
nije bitan i može se izostaviti.<br />
Preluk palube (eng.: camber)<br />
Zaobljene palube u poprečnom smjeru je preluk. Preluk je na manjim brodovima obično<br />
visine oko 1/50 širine broda. Na većini brodova je preluk luk kružnice velikog promjera ili<br />
dio parabole. Na nekima je samo srednji dio preluka zakrivljen, a prema bokovima je pravac.<br />
Na većim brodovima, pretežito iz tehnoloških razloga, se umjesto preluka palube primjenjuju<br />
pregibi u sredini ili na dva mjesta (na srednjoj trećini širine) po širini broda. Stikovi limova<br />
palube moraju biti najmanje 300 [mm] udaljeni od pregiba. Preluk olakšava otjecanje<br />
naplavljenog mora i doprinosi čvrstoći palube.<br />
Donje palube se općenito grade bez skoka i preluka. Skok i preluk olakšavaju otjecanje vode<br />
s palube. Skok doprinosi ljepšem izgledu i poboljšava svojstva pomorstvenosti. Preluk<br />
dodatno povećava otpornost na izvijanje. Palube mogu biti drvene, čelične i čelične obložene<br />
drvetom ili nekom drugom oblogom.<br />
Opterećenja paluba<br />
Izložene palube su lokalno opterećene izvana (eng.: external loads) okomito na svoju<br />
ravninu (eng.: lateral loads) uslijed dinamičkog djelovanja mora pri naplavljivanju mora na<br />
palubu (eng.: green seas). Palube koje čine nepropusne stjenke tankova su lokalno opterećene<br />
172
i iznutra (eng.: internal loads) statičkim i dinamičkim tlakom okomito na svoju ravninu<br />
uslijed tekućeg tereta pri njihanjima broda.<br />
Palube na kojima se smješta teret lokalno opterećene su statičkim koncentriranim ili<br />
distribuiranim opterećenjima okomito na svoju ravninu uslijed tereta dodatno uvećanima za<br />
dinamička djelovanja pri gibanjima broda. Palube mogu biti opterećene ovješenim teretima s<br />
donje strane. Palube trpe i lokalna opterećenja u vlastitoj ravnini (eng.: inplane load) uslijed<br />
toga što se tlakovi sa bokova broda i drugih susjednih elemenata konstrukcije prenose na<br />
palube u poprečnom smislu. U slučaju tlačnih opterećenja palube mogu biti izložene<br />
lokalnom izvijanju (eng.: plate buckling).<br />
Donje palube brodova koji prevoze vozila opterećene su okomito na svoju ravninu kotačima<br />
na vozilima. Posebna su razmatranja potrebna za helikopterske palube. Slijetno poletna<br />
površina helikopterske palube se određuje prema potrebi za najveći helikopter za koji je<br />
paluba predviđena. Razmatraju se opterećenja za helikopter vezan na helikopterskoj palubi i<br />
za slučaj slijetanja helikoptera (sile na kotačima, jednoliko opterećenje po palubi i težina<br />
helikopterske palube).<br />
Slika 134. Paluba<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Palube sudjeluju u uzdužnoj čvrstoću broda (eng.: longitudinal strength). Predstavljaju<br />
gornje pojaseve brodskog trupa kao nosača (eng.: global loads). U slučaju globalnih tlačnih<br />
opterećenja, palube su izložene izvijanju (eng.: plate buckling). Najdjelotvornije su one<br />
palube koje su najudaljenije od neutralne osi poprečnog presjeka brodskog trupa. Obično se<br />
173
najviša neprekinuta paluba do koje seže vanjska oplata naziva palubom čvrstoće<br />
(eng.: strength deck), koja zbog svojih dimenzija čini gornji pojas brodskog trupa kao nosača.<br />
Paluba čvrstoće može biti i paluba nadgrađa koja se prostire unutar 0.4L sredine broda a<br />
duljina joj prelazi 0.15L. Ako ima više takvih paluba nadgrađa, za palubu čvrstoće se uzima<br />
najviša.<br />
Opločenje palube (eng.: deck plating)<br />
Opločenje čelične palube čine vojevi limova u uzdužnom smjeru usporedo sa simetralom<br />
broda. Uzdužne vojeve čine samo neprekinuti vojevi koji se protežu izvan linije glavnih<br />
otvora palube. Limovi između grotala i na krajevima broda se mogu položiti i poprijeko<br />
broda. Vojevi palube uz bokove broda se nazivaju palubne proveze (eng.: deck stringer).<br />
Neprekinutost kod donjih paluba označava da se poprečne pregrade prekidaju a vojevi limova<br />
donjih paluba prolaze neprekinuto uzduž broda. Stikovi limova opločenja palube trebaju biti<br />
najmanje 300 [mm] udaljeni od spoja poprečne pregrade i palube.<br />
Opločenje palube unutar linija otvora na palubi malo je djelotvorno u uzdužnoj čvrstoći broda<br />
jer se ne prostire cijelom duljinom broda, pa se dimenzionira prema lokalnim opterećenjima<br />
palube. Debljina palube treba da je takva da skupa s ostalim elementima uzdužne čvrstoće<br />
zadovolji uvjete za geometrijske karakteristike presjeka brodskog trupa kao grede, ali je uz to<br />
minimalna debljina oplate palube zadana propisima klasifikacijskih zavoda koji uzimaju u<br />
obzir lokalna opterećenja palube. U debljinu palube se uračunava i dodatak za koroziju.<br />
Debljina palubne proveze se mora povećati na debljinu bočne oplate, a širina treba da je<br />
jednaka širini završnog voja. Zavareni spoj palube čvrstoće i završnog voja se izvodi<br />
neprekinutim zavarom. Ako je debljina lima veća od 25 [mm] zahtijeva se potpuni provar.<br />
174
a) b)<br />
a) izvan područja grotala uzdužno b) unutar područja grotala poprečno<br />
Slika 135. Paluba broda za rasute terete<br />
(Izvor: Det Norske Veritas: Strength Analysis of Hull Structures,HØvik, Norway, 2004.)<br />
Slika 136. Paluba broda za kemikalije<br />
(Izvor: Det Norske Veritas: Strength Analysis of Hull Structures, HØvik, Norway, 2004.)<br />
Dimenzije palube čvrstoće za brodove do 65 m<br />
Za brodove za koje se ne zahtjeva proračun uzdužne čvrstoće, općenito brodove kraće od<br />
65 [m], površina presjeka palube čvrstoće u području 0.4L na sredini broda određuje se tako<br />
da bude udovoljeno zahtjevu za najmanji dopušteni moment otpora glavnog rebra. Debljina<br />
lima palube ne smije biti manja od t min<br />
kako je kasnije opisano.<br />
175
Dimenzije palube čvrstoće za brodove dulje od 65 m<br />
Površina presjeka palube čvrstoće za brodove dulje od 65 [m] u području 0.4L na sredini<br />
broda, sa strane otvora grotla određuje se tako da moment otpora glavnog rebra bude u skladu<br />
sa zahtjevima uzdužne čvrstoće. Ako je debljina lima palube manja od debljine oplate,<br />
postavlja se palubna proveza debljine jednake debljini oplate, a širina jednaka visini završnog<br />
voja.<br />
Najmanja debljina<br />
Najmanja debljina lima palube unutar 0.4L na sredini broda ne smije biti manja od veće<br />
vrijednosti dvaju slijedećih iznosa:<br />
t min =(4.5 + 0.05L)√k [mm] ili t 0.1L (63)<br />
kako se definira kasnije za krajeve i dijelove unutar crte grotla L se ne uzima veći od<br />
200 [m].<br />
Debljina lima palube na krajevima i unutar crte grotla<br />
Debljina palube čvrstoće u području 0.1L od krajeva i unutar crte grotla ne smije biti<br />
manja od iznosa dobivenog po izrazu:<br />
t 0.1L = 1.21 s √‾p D + t k [mm] t 0.1L = 1.1 s √P L + t k [mm] (64)<br />
ali ne manje od iznosa dobivenog po izrazu:<br />
t 0.1Lmin =(5.5 + 0.02L)√k [mm] (65)<br />
gdje su p D<br />
i p L<br />
vrijednosti tlaka mora ili tereta na palubi, L se ne uzima veće od 200 [m].<br />
Debljina lima palube u području između sredine i krajeva broda se smanjuje postupno.<br />
Donje palube<br />
Debljina lima palube opterećene teretom ne smije biti manja od iznosa dobivena po<br />
izrazu:<br />
t = 1.1 s √ pl·k +t k [mm] (66)<br />
176
ali ne manje od iznosa dobivenog po izrazu:<br />
t min =(5.5 + 0.02L)√k [mm] (67)<br />
za drugu palubu L se ne uzima veće od 200 [m], t min = 6 [mm] za ostale donje palube.<br />
Posebna su razmatranja potrebna za opterećenja paluba na kojima se prevoze vozila, i za<br />
helikopterske palube.<br />
Otvori u opločenju palube (eng.: deck openings)<br />
Veliki otvori predstavljaju opasnost za strukturu broda. Veliki broj oštećenja je<br />
ustanovljen u uglovima grotala ili u područjima nekoliko susjednih otvora na palubi. Lijek za<br />
ove probleme su radijusi zakrivljenosti limova u uglovima grotala, pojačanja sa<br />
udvostručenjima limova ili umetnutim pojačanjima u uglovima, te produženje uzdužnih<br />
pražnica preko krajeva grotala, s postupnim smanjenjem dimenzija. Kod jako velikih otvora<br />
se treba koristiti čelik otporan na stvaranje pukotina i primijeniti bolja obrada rubova u cilju<br />
otklanjanja opasnosti od inicijalnih pukotina.<br />
Slika 137. Otvori na palubi broda za rasute terete<br />
(Izvor: Det Norske Veritas: Strength Analysis of Hull Structures,HØvik, Norway, 2004.)<br />
Svi otvori u palubi čvrstoće moraju biti izvedeni sa zaobljenim kutovima. Kružni otvori<br />
moraju imati ukrepljene rubove. Površina presjeka ukrepe ne smije biti manja od iznosa<br />
dobivenog po izrazu:<br />
A = 0.25 d ·t [ cm 3 ] (68)<br />
177
gdje je:<br />
d - promjer otvora u [cm],<br />
t - debljina palube u [cm].<br />
Udaljenost između ruba otvora i boka broda ne smije biti manja od promjera otvora.<br />
Limovi na krajevima grotala moraju biti podebljani. Unutar područja 0.5L na sredini broda<br />
debljina podebljanog lima mora biti jednaka debljini lima sa strane otvora grotla, plus<br />
debljina palube između otvora grotla. Izvan područja 0.5L na sredini broda debljina<br />
podebljanog lima ne mora biti veća od 1.6 debljine lima sa strane otvora grotla. Polumjer<br />
zaobljenja kraja otvora grotla ne smije biti manji od iznosa dobivenog po izrazu:<br />
R = k ·b(1-b/B), R min = 0.1 [m] (69)<br />
gdje je:<br />
k - l/200 ali ne manje od 0.1 i ne veće od 0.25,<br />
l - duljina otvora grotla u metrima,<br />
b - širina otvora grotla u m, ili ukupna širina otvora grotla (ako ih ima po širini broda),<br />
b/B - ne treba uzimati manje od 0.4.<br />
O drukčijem obliku kutova velikih otvora grotla posebno se razmatra u svakom<br />
pojedinom slučaju. Ako su otvori kutova grotala izvedeni eliptično ili parabolično,<br />
podebljanje navedeno ranije nije potrebno. Otvori na palubama mijenjaju raspodjelu<br />
naprezanja tako da su vojevi opločenja palube izvan linije otvora jače napregnuti od vojeva<br />
opločenja palube između otvora, što se može pratiti na slijedećim grafičkim primjerima.<br />
178
Slika 138. Paluba opterećena na vlak u vlastitoj ravnini - vlačna naprezanja u<br />
palubi sa otvorima grotala<br />
(Izvor: Det Norske Veritas: Strength Analysis of Hull Structures,HØvik, Norway, 2004.)<br />
4.9. Linice (eng.: bulwarks)<br />
Linica štiti posadu, putnike, opremu i terete na izloženim palubama od prelijevanja<br />
mora i od klizanja uslijed gibanja broda na valovima, osobito zbog valjanja i posrtanja. Zbog<br />
toga je najmanja dopuštena visina 1 [m]. Zbog odljeva naplavljenog mora linica mora imati<br />
otvore za otjecanje vode sa palube prema LLC-66. Obično oblikom prati formu broda i u<br />
pramčanom dijelu može imati veliki izbor. Linica s vanjske strane prima velika lokalna<br />
hidrodinamička opterećenja okomito na svoju ravninu uslijed udara valova. S unutarnje<br />
strane trpi opterećenja od mogućih prislonjenih tereta i putnika, te prilikom otjecanja<br />
naplavljenjog mora (eng.: green sea). Moguća su lokalna opterećenja kod pristajanja i<br />
manevriranja sa drugim brodovima i kod manipuliranja teretima. Linica je izložena<br />
uzdužnom savijanju broda kao grede. Da naprezanja u linici ne bi bila prevelika, moraju se<br />
postavljati klizni spojevi.<br />
Na spojevima linice s drugim dijelovima broda moguće su koncentracije naprezanja te<br />
se ti spojevi moraju izvoditi postupno. Debljina opločenja linice u području pramca izložene<br />
zapljuskivanju treba biti jednaka debljini opločenja boka kaštela. U području nadgrađa iznad<br />
palube nadvođa, a iza 0.25L od pramčane okomice debljina opločenja linice se može umanjiti<br />
za 0.5 [mm]. Visina linice ne smije biti manja od 1[m]. Opločenje linice mora biti<br />
ukrijepljeno na gornjem bridu bulb profilom ili sličnim profilom. Linica mora biti ukrepljena<br />
koljenima na svakom drugom rebru, a na kaštelu pri značajnom izboru na svakom rebru.<br />
Ukrepljenja se postavljaju iznad palubnih sponja ili drugih poprečnih ukrepa palube. U<br />
slučaju uzdužnog ukrepljenja završetak ukrepe linice mora se nalaziti iznad uzdužnog<br />
179
elementa. Po duljini broda treba izvesti određen broj rastegljivih spojeva linice. Broj<br />
sastavljenih spojeva kod brodova duljih od 60 [m] ne smije biti manji od iznosa dobivenog<br />
prema izrazu: n=L/40 niti treba biti veća od 5.<br />
4.10. Pramčani pik (eng.: forepeak tank)<br />
Pramčani pik je sudarni prostor na prednjoj strani broda. Koristi se u balastiranju broda. Ako<br />
je prostor pramčanog pika predviđen za krcanje balasta, a njegova širina prelazi 0.5 B ili<br />
6 [m], mora se postaviti najmanje jedna puna ili djelomična pljuskača. Širina slobodne<br />
površine tekućine ni u kojem slučaju ne treba prelaziti 0.3 B. Tankovi pramčanog pika, ako<br />
im je duljina veća od 0.06 L ili 6 [m], moraju imati i poprečnu pljuskaču. U tank pramčanog<br />
pika, kao i u bilo kojemu tanku ispred sudarne pregrade, ne smije se krcati nafta.<br />
Slika 139. Pramčani peak tankera<br />
(Izvor: Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.)<br />
Slika 140. Pramčani peak kontejnerskog broda<br />
(Izvor: Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.)<br />
180
Slika 141. Pramčani peak broda za rasute terete<br />
(Izvor: Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.)<br />
Slika 142. Peak broda u gradnji u radioni<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
<br />
Pljuskače (eng.: swash bulkheads)<br />
Ukupna površina otvora na pljuskači ne smije biti manja od 5 % niti treba biti veća od<br />
10 % površine pljuskače. Debljina pljuskače je općenito jednaka najmanjoj debljini pregrada.<br />
Moment otpora ukrepa i nosača ne smije biti manja od W 1 za pregrade, s tim da se za<br />
181
opterećenje uzima p d . Za opterećene dijelove pljuskače može se tražiti pojačanje. Slobodni<br />
kraj pljuskače se mora odgovarajuće ukrijepiti.<br />
Slika 143. Pljuskače u krmenom i pramčanom peaku<br />
(Izvor: Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.)<br />
<br />
Pramčane statve<br />
Pramčana i krmena statva su dijelovi kojima započinje odnosno završava struktura<br />
broda. Iz njihova položaja i značaja u strukturi potječe potreba njihove odgovarajuće<br />
konstrukcije. Osim strukturnim zahtjevima, statve moraju svojim oblikom odgovarati obliku<br />
broda te smanjivati otpor i poboljšavati ponašanje broda na moru. Osobito je važno osim<br />
vlastite čvrstoće statvi, osigurati i odgovarajuću strukturnu povezanost s cijelim trupom<br />
broda.<br />
Statve se izvode od različitih materijala:<br />
- statve od lijevanog čelika,<br />
- statve od kovanog čelika,<br />
- statve od zavarenih valjanih limova,<br />
- kombinirano, od lijevanog ili kovanog čelika i valjanih limova.<br />
Lijevana statva općenito mora biti jednostavne izvedbe, sa što manjim zakrivljenostima, s<br />
poprečnim orebrenjem. Zbog teškoća u lijevanju treba izbjegavati nagle promjene debljina i<br />
primjenjivati prokušanu ljevarsku praksu. Polumjeri lijevanja moraju biti najmanje<br />
182
50 - 75 [mm]. Velike lijevane statve se prave od dvaju i više odljevaka, koji se zavarivanjem<br />
spajaju u brodogradilištu. Nakon zavarivanja potrebno je izvršiti popuštanje zaostalih<br />
unutarnjih naprezanja. To se postiže grijanjem do oko 650 stupnjeva i potom laganim<br />
hlađenjem.<br />
Slika 144. Lijevana statva<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
Čelični otkivci imaju veliku otpornost na udarna opterećenja i stvaranje pukotina. Statve od<br />
kovanog čelika su obično pravokutnog, okruglog ili poluokruglog presjeka te se često koriste<br />
kod manjih brodova. Kod velikih brodova su statve obično od oblikovanih valjanih limova<br />
koje se mogu napraviti u samom brodogradilištu. Kod izrade zavarenih statvi, važno je<br />
koristiti brodograđevni čelik s dobrim svojstvima zavarljivosti te kvalitetne i provjerene<br />
elektrode za zavarivanje.<br />
183
Slika 145. Pramčane statve s obrubom<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
<br />
Opterećenja pramčane statve<br />
Pramčana statva preuzima nešto statičkih opterećenja mora, dok je pretežito opterećena<br />
uslijed dinamičkih učinaka zbog svoje izloženosti valovima. Osim toga, pramčana statva je<br />
izložena udarima o plutajuće predmete, udarima o obalu pri pristajanju i nasukanju ili sudaru.<br />
Gornji dijelovi pramčane statve trpe opterećenja i pri sidrenju, za vrijeme dizanja i<br />
spuštanja lanaca kada se brod ljulja, ili kada se sidreni lanci križaju sa statvom pri posrtanju<br />
broda. Osobito su velika opterećenja pramčane statve pri plovidbi kroz led, za što se mora<br />
posebno ojačati.<br />
<br />
Konstrukcija pramčane statve<br />
Osim konstrukcije same statve, od posebne je važnosti strukturno povezivanje stave s<br />
trupom broda. To se ostvaruje pomoću čvrstih spojeva statve za palube, platforme, bočne<br />
proveze, nosače dna i druge dijelove strukture trupa.<br />
Katkada se može ukazati potreba za ugradnju dopunskih platformi i pregrada. Osobito<br />
se dobro mora izvesti spoj statve i središnjih nosača dna, pasma ili hrptenice. Zbog složenosti<br />
okolnosti u kojima djeluje pramčana statva presudnu ulogu u njezinom konstruiranju ima<br />
dugo iskustvo u plovidbi morima.<br />
184
Gredna statva (eng.: bar stem)<br />
Površina presjeka gredne statve ispod vodne linije ne smije biti manja od vrijednosti<br />
dobivene po izrazu:<br />
A S = 1.25 L [cm 2 ] (70)<br />
Površina presjeka gredne statve se može, počevši od vodne linije umanjiti tako da na vrhu<br />
iznosi 0.75 As.<br />
Slika 146. Gredna statva<br />
(Izvor: Hughes, O.F.: Ship structural design, SNAME, New Jersey, 1998.)<br />
<br />
Plosna statva (eng.: plate stem)<br />
Plosna statva se izvodi zavarivanjem limova, kojima debljina ne smije biti manja od<br />
iznosa dobivenih po izrazima:<br />
t =(0.08L + 6) √k, t max = 25√k [mm] (71)<br />
Debljina limova plosne statve se može postupno umanjiti, počevši od 600 [mm] iznad vodne<br />
linije pa prema vrhu, na 0.8 [t]. Plosna statva i bulb (eng.:bulbous bow) moraju u<br />
horizontalnom smjeru biti ukrućeni s pomoću pregrada postavljenim na razmacima ne većim<br />
od 1.0 [m]. Debljina limova plosne statve može biti umanjena za 20% ako su pregrade<br />
postavljene na razmacima od 0.5 [m]. Debljina limova bulb pramca ne smije biti manja od<br />
one zahtijevane za plosne statve.<br />
185
Slika 147. Bulb pramca<br />
(Izvor: Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.)<br />
Debljina limova i dimenzije ukrepa statve na udaljenosti 0.2L iza pramčane okomice i iznad<br />
najniže vodne linije određuju se po izrazima:<br />
a) debljina lima<br />
b) ukrepe:<br />
t = 126 s √p e + t k [mm] (72)<br />
- naprezanje uslijed savijanja: σ b ≥ 0.7 R eH<br />
- smično naprezanje: τ ≤ 0.4 R eH<br />
- jednakovrijedno naprezanje: σ ekv = √σ 2 +3τ 2 ≥ 0.75 R eH<br />
Ako je zaobljenost limova statve velika, polumjera većeg od 200 [mm] u razini teretne vodne<br />
linije, treba se ugraditi središnja ukrepa uzduž sredine plašta, od kobilice do razine 0.15 T<br />
iznad ljetne vodne linije. Središnja ukrepa treba imati pojas na slobodnom kraju. Širina<br />
razvijenog plašta statve ne treba biti manja od propisane širine plosne kobilice.<br />
186
Slika 148. Presjeci kroz pramčanu statvu<br />
(Izvor: Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.)<br />
Slika 149. Pramčana statva od okruglog obruba<br />
(Izvor: Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.)<br />
187
4.11. Krmeni pik (eng.: after peak tank)<br />
Krmeni pik je sudarni prostor na stražnjoj strani broda. Koristi se u balastiranju broda.<br />
Tankovi krmenog pika, ako im je duljina veća od 0.06 L ili 6 [m], moraju imati poprečnu<br />
pljuskaču.<br />
Slika 150. Pogled na krmeni peak u gradnji<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
Slika 151. Pogledi na konstrukciju krmenog peak-a<br />
(Izvor: Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.)<br />
188
4.12. Struktura tankova (eng.:tank structures)<br />
Tankovi koji su sastavni dio strukture brodskog trupa označavaju se strukturnim<br />
tankovima jer sudjeluju svojim dijelovima u čvrstoći brodskog trupa. Svi strukturni tankovi<br />
tvore nepropusne prostore koji mogu primati tekućinu. Strukturni tankovi s smješteni između<br />
bokova, poprečnih pregrada i uzdužnih pregrada, u dvodnu ili iznad dvodna, te u dvoboku i u<br />
pikovima broda. Svaki tank mora imati odušnike, preljeve i cijevi za sondiranje (eng.: air,<br />
overflow and sounding pipes), o čemu se vodi računa u dijelu pravila za cjevovode.<br />
Slika 152. Radovi u tanku za vrijeme građenja broda<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
Tankovi namijenjeni za djelomično krcanje koji se protežu od boka do boka broda, moraju<br />
imati najmanje jednu uzdužnu pregradu koja može biti i pljuskača.<br />
Duboki tankovi (eng.:deep tanks)<br />
U duboke tankove se smješta gorivo, voda i razna ulja, moguće i balast. Kada su<br />
napunjeni, povećavaju visinu težišta broda, čineći brod ugodnijim u plovidbi po lošem moru.<br />
Duboki tankovi se obično smještaju uz bokove broda. Nosivi strukturni elementi tankova se<br />
po mogućnosti postavljaju s vanjske strane tankova, da bi se olakšalo čišćenje unutar<br />
tankova. Obično se smještaju u sredini broda, uz pregrade strojarnice, ali se mogu nalaziti i<br />
189
liže krajevima broda, kada su učinkovitiji kod trimovanja. Duboki tankovi mogu imati i<br />
svoje grotlo, kada se može u njima prevoziti teret u vrijeme kada ne služe balastiranju.<br />
Inače poklopci provlaka moraju imati nepropusne brtve. Ako se duboki tankovi koriste kao<br />
tovarni prostor, u njih se najčešće smještaju biljna ulja. Konstrukcija bočnih tankova na<br />
brodovima za prijevoz spremnika se može izvesti na dva načina: prvi način je da bočni tank<br />
završava na donjem kraju na pokrovu dvodna, a drugi način je da bočni tank na donjem kraju<br />
dopire do oplate uzvoja.<br />
Tankovi namijenjeni za djelomično krcanje tekućine koji se protežu od boka do boka,<br />
moraju imati najmanje jednu uzdužnu pregradu koja može biti i pljuskača. Bočni tankovi<br />
brodova za rasuti teret na donjem kraju završavaju na uzvojnom tanku (eng.: lower wing<br />
tanks, hopper tanks), a na gornjem dijelu s potpalubnim bočnim tankom (eng.: upper wing<br />
tanks, topside tanks). U strukturi bočnih potpalubnih tankova treba primijeniti uzdužni sistem<br />
ukrepljenja. U strukturi bočnih tankova su primijenjeni vodoravni i uspravni elementi od<br />
limova s provlakama, tako da je prostor uzvojnih, bočnih i potpalubnih tankova jedinstven. U<br />
uzdužnom smjeru bočni tankovi završavaju na poprečnim pregradama.<br />
190
Slika 153. Tank tereta<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
<br />
Pregradak (eng.:cofferdam)<br />
Tankovi goriva moraju pregratkom biti odijeljeni od tankova ulja za podmazivanje, ulja<br />
hidraulike, biljnih ulja, napojne vode, kondenzata i pitke vode. U poprečnom smislu,<br />
pregradci su obično prostori koji se prostiru jedan razmak rebara.<br />
<br />
Konstrukcija strukturnih tankova<br />
Koriste se slijedeće oznake:<br />
k - koeficijent materijala,<br />
s - razmak ukrepa ili širina na kojoj djeluje opterećenje u m, nepoduprti raspon u [m],<br />
191
p - opterećenje u [kN/m 2 ], uzima se veći iznos od p 1 ili p d ,<br />
p 1 - opterećenja koja djeluju u punim tankovima tijekom plovidbe, a određuje se na osnovi<br />
akceleracija za uspravni ili nagnuti brod,<br />
p d - opterećenja djelomično napunjenih tankova i to između 20 % i 90% njihove visine,<br />
p 2 - najveće statičko opterećenje koje se određuje kao: p 2 = 9.81 h 2 [kN/m 2 ],<br />
h 2 - udaljenost od središta opterećenja do vrha preljeva ili do razine 2.5 m iznad krova tanka<br />
(što je više),<br />
tk - dodatak za koroziju,<br />
h - visina punjenja tanka u [m],<br />
lt - duljina tanka u [m],<br />
bt - širina tanka u [m],<br />
σL, τL - naprezanja brodskog trupa uslijed savijanja i smika u [N/mm 2 ],<br />
C = 1.0 za poprečno ukrepljenje,<br />
C = 0.83 za uzdužno ukrepljenje.<br />
<br />
Opločenje tanka<br />
Debljina svih elemenata konstrukcije u tankovima ne smije biti ni u kojem slučaju manje od<br />
iznosa:<br />
t 5.5<br />
0. 02 L K [mm] (73)<br />
min<br />
gdje: L ne treba uzimati veće od 100 [m]<br />
Najmanja debljina u tankovima goriva, ulja za podmazivanje i tankovima pitke vode ne treba<br />
biti veća od 7.5 [mm]. Najmanja debljina t min u balastnim tankovima ne treba biti veća od<br />
9.0 [mm].<br />
Debljina opločenja tanka, ako se izvodi od ravnih limova i ukrepljenja ne smije biti manja od<br />
vrijednosti dobivene po izrazima:<br />
t<br />
1<br />
1.1s pk t [mm] t 0.9<br />
k 2 s p<br />
2<br />
k t [mm] (74)<br />
k<br />
192
Debljina uzdužnih pregrada tankova, opločenje palube i pokrova dvodna koji sudjeluju u<br />
uzdužnoj čvrstoći prenoseći normalna i smična naprezanja ne smije biti manja od iznosa<br />
dobivenog po izrazu:<br />
p<br />
t 16.8<br />
Cs t [mm] (75)<br />
o k a<br />
C = 1.0 za poprečno ukrepljenje, C = 0.83 za uzdužno ukrepljenje.<br />
2<br />
235 <br />
3<br />
2<br />
0.89 N<br />
a <br />
L<br />
<br />
<br />
L<br />
2<br />
k <br />
mm <br />
(76)<br />
Elementi dijelova tlačno opterećenih uzdužnih i poprečnih pregrada se provjeravaju na<br />
izvijanje.<br />
<br />
Ukrepe i nosači tankova<br />
Momenti otpora ukrepa i nosača upetih na krajevima koji ne sudjeluju u uzdužnoj čvrstoći, ne<br />
smiju biti manji od:<br />
W 0.55<br />
2<br />
1<br />
sl p k [cm 3 ] (77)<br />
W 0.44<br />
2<br />
2<br />
sl p<br />
2<br />
k [cm 3 ] (78)<br />
Ako su jedan ili oba kraja zglobno oslonjena, moment otpora se povećava za 50 %.<br />
Poprečni presjek struka nosača ne smije biti manji od vrijednosti dobivenih po izrazima:<br />
A<br />
w1<br />
0.05 s l p k [cm2 ] (79)<br />
A<br />
w2 0.04 s l p<br />
2<br />
k [cm2 ] (80)<br />
Aw 2 se uvećava za 50 % na mjestu upetosti u duljini od 0.1l. Čvrstoća tlačno opterećenih<br />
strukova nosača ispituju se na izvijanje.<br />
193
Slika 154. Nosači i ukrepe u tankovima<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
Ako se dimenzije ukrepa i nosača, koji ne sudjeluju u uzdužnoj čvrstoći brodskog trupa<br />
određuju na osnovi izravnog proračuna čvrstoće, primjenjuju se slijedeće vrijednosti<br />
dopuštenih naprezanja:<br />
Za slučaj opterećenja p: <br />
b<br />
150 / k [N/mm²] τ=100/k [N/mm²] <br />
2 3<br />
2 <br />
ekv b<br />
180<br />
[N/mm²].<br />
Za slučaj opterećenja p : <br />
b<br />
180 / k [N/mm²] τ=120/k [N/mm²]<br />
2<br />
<br />
<br />
ekv<br />
<br />
<br />
2 3<br />
2 <br />
b<br />
200 [N/mm²].<br />
Momenti otpora horizontalnih ukrepa u strukturama tankova, koje sudjeluju u uzdužnoj<br />
čvrstoći određuju se prema zahtjevima za uzdužnu čvrstoću.<br />
Dimenzije sponja i poprečnih okvira palube koje se nalaze u tankovima moraju biti u skladu<br />
sa zahtjevima za potpalubne strukture. Za bočna rebra u tankovima vrijede zahtjevi za<br />
orebrenje.<br />
Ukrepe pregrada tankova se spajaju s okolnom strukturom koljenima prema zahtjevima za<br />
vezne strukture. Koljena se moraju postaviti ako je duljina ukrepa veća od 2 [m]. Koljena<br />
ukrepa se protežu do slijedeće sponje, ili rebrenice ili rebra ili se na neki drugi način trebaju<br />
poduprijeti na drugom kraju.<br />
194
Nestrukturni tankovi (eng.: detached tanks)<br />
Nestrukturni tankovi goriva ne smiju biti unutar skladišta tereta. Ako se takva izvedba ne<br />
može izbjeći mora se osigurati da istjecanje goriva ne ošteti teret. Oprema i cjevovodi u<br />
nestrukturnim tankovima moraju biti zaštićeni od oštećenja, a na vanjskoj strani tanka mora<br />
se ugraditi žlijeb za odvođenje istekle tekućine. Nestrukturni tankovi moraju biti osigurani od<br />
sila koje nastaju uslijed gibanja broda.<br />
Debljina lima nestrukturnih tankova se određuje po izrazu za t 1 kod ravnog opločenja s<br />
ukrepama, koristeći za tlak slijedeći izraz:<br />
p = 9.81 h [kN/m] (81)<br />
gdje je:<br />
h - vertikalna udaljenost središta opterećenja lima ili ukrepe do vrha preljeva, visina preljeva<br />
se ne smije uzeti manja od 2.5 [m].<br />
Moment otpora ukrepa nestrukturnih tankova ne smije biti manja od vrijednosti:<br />
W Csl 2<br />
p k [cm 3 ] (82)<br />
C = 0.36, ako su oba kraja upeta, C = 0.54, ako su jedan ili oba kraja zglobno oslonjena.<br />
Tankovi velike duljine ili širine (eng.:tanks with large length or breadth)<br />
Za tankove duljine veće od 0.1 L, ili širine veće od 0.6 B predviđene za djelomično krcanje,<br />
potrebno je provjeriti mogućnost pojave rezonancije između gibanja broda i gibanja tekućine<br />
u tanku. Kritična visina punjenja se zabranjuje zbog mogućnosti rezonancije.<br />
Testiranje tankova goriva, balasta, napojne vode, pitke vode, kao i protuljuljnih tankova,<br />
izvodi se stlačenim zrakom i vodom. Tlak zraka pri ispitivanju treba biti 0.2 [bar]. Testiranje<br />
zrakom tankova kojima je jedna stjenka oplata, mora se obaviti prije porinuća. Ostali tankovi<br />
se mogu testirati nakon porinuća. Ako tankovi nisu testirani zrakom nego samo vodom,<br />
pregrade se općenito testiraju s jedne strane. Testiranje treba obaviti prije porinuća, ili u<br />
doku. Uz odobrenje Registra testiranje se može obaviti i nakon porinuća.<br />
195
4.13. Nadgrađa<br />
U funkcionalnom smislu, nadgrađa i palubne kućice predstavljaju dopunske prostore na<br />
brodu za nastambe, spreme i upravljanje brodom, koji na svojim stjenkama mogu imati vrata,<br />
okna, prolaze i slične otvore. Osim toga, nadgrađa predstavljaju rezervnu istisninu, što<br />
povećava sigurnost, a nadgrađa na pramcu i krmi poboljšavaju sposobnost plovidbe. Dijelovi<br />
nadgrađa na srednjem dijelu broda mogu sudjelovati u uzdužnoj čvrstoći trupa.<br />
Nadgradnja na pramcu broda se zove kaštel (eng.: forecastel), nadgradnja na sredini<br />
broda ili nadgradnja pri krmi za smještaj posade se zove most (eng.: bridge), a nadgradnja na<br />
krmi broda se zove krmica ili kasar (eng.: poop). Slobodni prostori između dva nadgrađa<br />
zovu se zdenci. Palubne kućice koriste smještaju razne spreme, razdjelnih ormarića, uklopnih<br />
ploča itd. Na krovovima palubnih kućica smještaju se teretna vitla i druga palubna oprema.<br />
Često se nalaze između grotala. U veće kućice se može smjestiti brodska praonica ili brodski<br />
ured.<br />
Slika 155. Kormilarnica<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
196
Slika 156. Kaštel<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
Slika 157. Most broda<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
Kućice palubnih silaza (eng.: companionway) na izloženim palubama, moraju biti od čelika,<br />
sa pražnicama visine ne manje od 600 [mm] na jako izloženim mjestima i ne manje od<br />
380 [mm] na manje izloženim mjestima.<br />
197
Slika 158. Silazi i otvori na palubama nadgrađa<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
Slika 159. Kormilarnica<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
<br />
Međunarodne norme za nadgrađa<br />
Nadgrađe je struktura natkrivena palubom, iznad palube nadvođa, koja se prostire od boka do<br />
boka broda, ili struktura čije izložene bočne stjenke nisu udaljene od oplate boka broda za<br />
više od 4% širine broda.<br />
Odvojena nadgrađa mogu biti poredana u jedan ili više redova. Palubna kućica je<br />
struktura natkrivena palubom, iznad palube čvrstoće, čije su izložene bočne stjenke udaljene<br />
198
od oplate boka broda za više od 4% širine broda. Duga palubna kućica je kućica čija duljina<br />
prelazi 0.2L ili 12 [m], unutar 0.4L sredine broda.<br />
Problemi čvrstoće dugih kućica se moraju posebno razmatrati. Nadgrađa koja se<br />
nalaze u području 0.4L na sredini broda a duljine su veće od 0.15L smatraju se nosivima u<br />
pogledu uzdužne čvrstoće. Opločenje bočnih stijena nadgrađa se tretira kao oplata.<br />
Nadgrađa koja se ne nalaze u području 0.4L na sredini broda a duljine su manje od<br />
0.15L odnosno od 12 [m], smatraju se ne nosivima u pogledu uzdužne čvrstoće. Kratka<br />
palubna kućica je kućica koja ne udovoljava uvjetima za dugu palubnu kućicu. Svi pristupni<br />
otvori na krajnjim stjenkama zatvorenih nadgrađa trebaju biti osigurana nepropusnim<br />
vratima, iste čvrstoće kao i sama stjenka. Vrata se trebaju otvarati i zatvarati s obje strane<br />
stjenke. Visina pražnica treba biti u suglasju sa Međunarodnom konvencijom o teretnim<br />
linijama LLC66.Svi otvori na palubama nadgrađa ili palubnih kućica, neposredno iznad<br />
palube nadvođa trebaju biti zaštićeni nepropusnim poklopcima.<br />
Slika 160. Vrata na nadgrađima i silazima<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
U uzdužnom smislu, nadgrađa ne moraju pratiti skok palube, nego mogu imati i ravne<br />
palube i palube u obliku slomljenog pravca. U oba slučaja se ne može zadržati stalna visina<br />
nadgrađa po duljini. U poprečnom smislu, palube nadgrađa obično imaju oblike sastavljene<br />
od pravaca prema boku i kružnih lukova ili pravaca na sredini broda. Krovovi palubnih<br />
kućica su obično simetrično skošeni.<br />
Na nadgrađa i palubne kućice djeluju statička i dinamička opterećenja, lokalno i<br />
globalno, u uzdužnom i poprečnom smjeru. Statička su opterećena uslijed težina opreme na<br />
palubama nadgrađa.<br />
199
Nadgrađa i palubne kućice su neposredno opterećene dinamičkim djelovanjima na vanjske<br />
stjenke, osobito one prednje, uslijed udara mora i vjetra.<br />
Slika 161. Opterećenja nadgrađa uslijed valova<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Nadgrađa i palubne kućice trpe dinamička opterećenja zbog ubrzanja uslijed gibanja<br />
broda na valovima, osobito uslijed klimanja u poprečnom smjeru (eng.:racking). Posredno<br />
su nadgrađa i palubne kućice opterećene uslijed sudjelovanja u uzdužnoj čvrstoći brodskog<br />
trupa kao nosača. Na krajevima nadgrađa dolazi do promjena poprečnog presjeka, što je<br />
promjena u uzdužnoj čvrstoći, ali i razlog za pojave koncentracije naprezanja na mjestima<br />
nagle promjene presjeka. Svi prijelazi se moraju izvesti postupno, po mogućnosti zaobljeno.<br />
Promjenljiva opterećenja kao posljedica gibanja broda na valovima, mogu dovesti do<br />
oštećenja: tlačna opterećenja obično izazivaju deformacije, a vlačna opterećenja mogu<br />
dovesti do pucanja.<br />
<br />
Prikaz nadgrađa u prostoru strojarnice<br />
U strukturnom pogledu, nadgrađa predstavljaju diskontinuitete strukture broda kao nosača.<br />
Doprinos nadgrađa uzdužnoj čvrstoći ovisi o njihovoj duljini i području prostiranja.<br />
Nadgrađa koja se nalaze u području 0.4L na sredini broda, a duljine su veće od 0.15L,<br />
smatraju se nosivim dijelom u pogledu uzdužne čvrstoće (eng.:effective superstructures).<br />
Opločenje bočnih stijena se razmatra kao bočna oplata trupa, a paluba kao paluba čvrstoće.<br />
Nadgrađa koja se ne nalaze u ovom području, ili su kraća od 0.15L ili 12 [m], smatraju se ne<br />
nosivima sa stajališta uzdužne čvrstoće (eng.: non-effective superstructures).<br />
200
Slika 162. Sponje i podveze palube nadgrađa i bočne stjenke nadgrađa<br />
(Izvor: Brodosplit – Brodogradilište d.o.o. Split)<br />
5. KONSTRUKCIJSKE KARAKTERISTIKE BRODOVA RAZLIČITIH<br />
TEHNOLOGIJA<br />
201
5.1. Brodovi za rasute terete<br />
Brodovi za rasute terete (eng.: bulkcarriers) čine posebnu skupinu brodova za<br />
prijevoz suhih rasutih tereta. Pojavili su se na tržištu prije gotovo jedno stoljeće i u početku<br />
su bili namijenjeni prijevozu velikih količina jedne vrste suhih rasutih tereta (homogenih<br />
tereta). Najvećim dijelom su bili uključeni u proizvodno prijevozni sustav velikih industrija i<br />
velikih korporacija, npr. vlasnika nalazišta željeznih rudača koji su terete prevozili vlastitim<br />
brodovima. Namijenjeni su uglavnom za prijevoz žitarica, rudača, ugljena, raznih minerala,<br />
umjetnih gnojiva i drugih suhih rasutih tereta, ali i tereta drva, kontejnera, čeličnih proizvoda<br />
i strojeva. Neki od tih brodova su za prijevoz samo nekih rasutih tereta, za prijevoz rasutih<br />
tereta u jednom pravcu, a sasvim specijaliziranih tereta u drugom pravcu, npr. automobila na<br />
povratnom putovanju.<br />
Dakle, brodovi za rasute terete su gotovo svestrani brodovi i mogu zadovoljiti potrebe<br />
za prijevozima brojnih vrsta tereta.<br />
Njihov udjel u ukupnom brodarstvu je vrlo značajan, a zbog širokog raspona<br />
nosivosti, od 2000 dwt do 200000 dwt i više, njihova je zastupljenost u prijevozima vrlo<br />
velika.<br />
Skladišta brodova za rasuti teret sežu od dvodna do palube odnosno bočnih tankova.<br />
Veličina i oblik su im prilagođeni gustoći rasutog tereta. Grotla su prostrana i opremljena<br />
patentnim poklopcima s hidrauličnim zatvaranjem. Prekrcaj tereta obavlja se specijaliziranim<br />
lučkim uređajima i rijetko kad brodskim teretnim uređajima.<br />
202
Slika 163. Brod za rasuti teret<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
5.2. Prekrcajni uređaji za rasute terete<br />
Pokretni mosni brodoukrcavač je ukrcajni uređaj smješten na postolju koje se kreće<br />
tračnicama. Teret iz kopnenog dijela terminala prenosi se s pomoću trakastih transportera do<br />
brodoukrcavača, čiji je osnovni dio pomični dohvatnik s pokretnom trakom i usmjerivačem<br />
za pravilno raspoređivanje tereta u grotlu broda. Koristi se uglavnom na terminalima za<br />
ugljen i željeznu rudaču.<br />
203
Slika 164. Pokretni mosni brodoukrcavač<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Brodoiskrcavač za rad s grabilicom ima nosivost 100 do 600 [kN]. Za razliku od<br />
klasičnih dizalica s grabilicom gdje su učinci iskrcaja razmjerno mali, suvremeni<br />
brodoiskrcavači postižu visoke učinke iskrcaja do 3000 [t/h].<br />
Slika 165. Brodoiskrcavač za rad s grabilicom<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
204
Slika 166. Različite izvedbe grabilica za rasute terete<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Pneumatski i hidraulički transport primjenjuje se pri prekrcaju suhih rasutih tereta razmjerno<br />
niske granulacije i gustoće, kao što su npr. žitarice, cement, usitnjeni ugljen i dr.<br />
S obzirom na način rada razlikuje se usisni i tlačni pneumatski transport, a u određenim se<br />
uvjetima koriste i kombinirane metode. Usisni pneumatski transport jednostavnije je<br />
izvedbe, a radi na principu stvaranja vakuuma u postrojenju i usisava materijal iz brodskog<br />
skladišta, te ga transportira na određenu visinu do istovarivača, odakle se teret osobnim<br />
padom usmjerava u određenom smjeru.<br />
Hidraulički transport redovito se primjenjuje pri prijenosu tekućina. Međutim, ovaj transport<br />
ima svoju primjenu i pri prijenosu različitih rasutih materijala, primjerice ugljena, željezne<br />
rudače, fosfata i dr. pri čemu posebno dolazi do izražaja primjena slurry-tehnologije, tj.<br />
prijenos rasutog tereta u suspenziji s vodom ili kojim drugim transportnim sredstvom.<br />
205
Slika 167. Uređaj za pneumatsko iskrcavanje rasutih tereta na tračnicama<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Brodoiskrcavači za fosfate najčešće su opremljeni okomitim pužnim transporterom<br />
zatvorene izvedbe, koji se može pomicati za kut od 30°. S pomoću takvog transportera<br />
usitnjava se stvrdnuti fosfat i prenosi iz brodskog skladišta na vodoravni transporter kojim se<br />
teret prevozi do skladišta.<br />
Slika 168. Brodoiskrcavač za iskrcaj fosfata<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
206
Ejektorima i elevatorima obavljja se podizanje i prijenos tereta u silose.<br />
Ejektor je mlazna crpka koja radi na principu Lavalove sapnice i ubrzanjem radnog medija<br />
iznad kritične brzine stvara podtlak potreban da se iz određenog prostora isisa određeni<br />
materijal.<br />
Elevator je lučki uređaj za neprekidan okomiti ili kosi prijenos rasutog ili komadnog tereta,<br />
pogonjen najčešće elektomotorom.<br />
Slika 169. Pneumatski elevator za ukrcaj i iskrcaj žitarica<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
5.3. Brodovi samoiskrcavači<br />
Brodovi samoiskrcavači predviđeni su za prijevoz rasutog tereta i samoiskrcaj u<br />
odredišnim lukama. Za njih nije potrebna lučka oprema. Posebnim sustavom u tri faze<br />
obavljaju iskrcaj na obalu ili u teglenice. Dna skladišta imaju ljevkasti oblik kojim se<br />
usmjerava teret na neprekinute trake (konvejere) u dvodnu. Ovaj konvejer predaje teret<br />
okomitom podizaču različitih izvedbi (druga faza). On na palubi predaje teret vodoravnom<br />
konvejeru koji je smješten na pomični zakretni most. Kapacitet iskrcaja je do 6000 t/h,<br />
ovisno o vrsti tereta.<br />
207
Slika 170. Brod samoiskrcavač<br />
1. prekrcajni most; 2. uređaj za podizanje tereta iz skladišta na prekrcajni most;<br />
3. skladište s otvorima na dnu<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Brodovi samoiskrcavači, za rasuti teret, javljaju se vrlo rano, 1903.godine na Velikim<br />
jezerima u Kanadi. Njihova praktičnost u prekrcaju rasutog tereta uzrokom je primjene i po<br />
ostalim morima svijeta. Osnovna zamisao za razvoj ovih brodova je bila kako skratiti vrijeme<br />
boravka broda u luci i pritom iskrcati rasuti (sipki) teret vlastitim prekrcajnim uređajima, a da<br />
pri tom nema prašine, skladišta budu zatvorena, utrošak radne snage mali itd. Danas u<br />
svjetskom pomorstvu ima više načina samoiskrcaja koji se stalno usavršavaju. Ovim<br />
brodovima najviše se prevozi željezna ruda, gips, žito, glinica, cement, ugljen, fosfati, koks,<br />
koncentrati sumpora, sol i dr. Razvilo se nekoliko tipova prekrcaja: Nordstrom sustav,<br />
KVAERNER, FLEXOLIFT; FLEXOLIFT interkonvejer, FLEXOWELL, CEWELL.<br />
Slika 171. Cewell konvejerski sustav<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
208
5.4. Brodovi za prijevoz kontejnera<br />
Kontejnerski brod (container ship) je brod posebno projektiran i izgrađen za prijevoz<br />
kontejnera. Pravilno projektiran kontejnerski brod ukrcat će najveći mogući broj kontejnera<br />
unutar određenog prostora u brodskom trupu. Da bi se to postiglo, konačne mjere broda,<br />
forme trupa i konstrukcije, moraju se vrlo pažljivo uskladiti.<br />
Slika 172. Kontejnerski brod<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Konstrukcija broda koji prevoze kontejnere prošla je veliki put. Njih u početku<br />
prevoze klasični brodovi i slažu ih na palube. Pomorci i lučki radnici naučili su tijekom nagle<br />
kontejnerizacije vezivati kontejnere na palubi i slagati u redove i sve više u visinu. Dok je na<br />
brodovima prve generacije kontejner slagan u 2 reda, danas se već slažu u 5 redova. Kasnije<br />
se grade brodovi isključivo za prijevoz kontejnera, tako da je veliki razvitak kontejnerizacije<br />
uzrokovao gradnju četvrte generacije tih brodova.<br />
209
Brod koji prevozi samo kontejnere (spremnike) ima jednu palubu i dvostruke bokove u<br />
srednjem dijelu broda. Otvori skladišta na palubi su široki i do 80% širine broda, a ovisno o<br />
širini broda podijeljeni su na više grotla. Kontejneri se kod ovih brodova slažu na palubu i<br />
poklopce skladišta, koji su stoga naročito čvrsto građeni kako bi mogli podnijeti do 4 redova.<br />
Brod za prijevoz kontejnera ima i priključak za prijevoz rashladnih kontejnera. U suvremenoj<br />
gradnji broda razlikuju se i posebno izgrađeni kontejnerski brodovi za prijevoz rashladnog<br />
tereta.<br />
Slika 173. Brod za prijevoz kontejnera Emma Maersk<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Kontejner (container), spremnik različite veličine i oblika, izgrađen od lakog, čvrstog i<br />
trajnog materijala koji se upotrebljava kao sredstvo za jednostavan i racionalan prijevoz robe<br />
izravno od mjesta proizvodnje do odredišnog mjesta. Ima oblik sanduka, hladnjaka, cisterne i<br />
sl.<br />
Vrste i tipovi kontejnera:<br />
- kontejneri opće uporabe,<br />
- kontejneri s krovom koji se otvara i s vratima na čelu i na boku,<br />
210
- otvoreni kontejner s pokrivačem ili bez njega,<br />
- kontejneri cisterne,<br />
- kontejneri s niskim stranicama,<br />
- kontejneri platforme,<br />
- kontejneri za prijevoz stoke i<br />
- kontejneri za prijevoz hlađenih tereta.<br />
Tipovi kontejnera koji se najčešće koriste u pomorskom transportu su standardni 20-stopni i<br />
40-stopni kontejneri.<br />
Slika 174. Kontejneri za opći teret<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
5.4.1. Sredstva i tehnologije prekrcaja kontejnera<br />
Tehnologija prekrcaja kontejnera na brodu može se zasnivati na primjeni brodskih<br />
prekrcajnih sredstava, obalnih kontejnerskih dizalica (kontejnerskih prekrcajnih mostova) ili<br />
pokretnih lučkih dizalica.<br />
Obalne kontejnerske dizalice najčešće se konstrukcijski izvode u obliku prekrcajnih mostova,<br />
pa se često nazivaju i kontejnerskim prekrcajnim mostovima. Razvoj takvih prekrcajnih<br />
mostova događao se pod utjecajem razvitka kontejnerskih brodova.<br />
Veće dimenzije kontejnerskih brodova utjecale su na promjenu dohvata i nosivosti<br />
kontejnerskih dizalica. Nosivost suvremenih kontejnerskih mostova iznosi 300 do 500 [kN], s<br />
dohvatom od 45 [m] i više. Osim promjene nosivosti i dohvata, znatno su povećane i brzine<br />
gibanja kontejnerskih dizalica, što je utjecalo i na veći učinak prekrcaja. Automatizacijom<br />
rada kontejnerskih dizalica prekrcajni učinak povećan je na 30 do 50 kontejnera na sat.<br />
211
Slika 175. Obalne kontejnerske dizalice u luci Hamburg<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Lučke pokretne dizalice su prekrcajna sredstva univerzalne namjene koja se često<br />
upotrebljavaju za ukrcaj i iskrcaj broda na višenamjenskim i kontejnerskim terminalima.<br />
Fleksibilnost i mogućnost primjene lučke pokretne dizalice u različitim dijelovima lučkotransportnog<br />
rada rezultat je njezine neograničene vodoravne pokretljivosti, što omogućuje da<br />
dizalica ide za teretom, za razliku od klasičnih lučkih obalnih i kontejnerskih dizalica koje<br />
čekaju da teret dođe do njih.<br />
Slika 176. Radno područje lučke pokretne dizalice<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
212
Portalni prijenosnik velikog raspona (transtainer) može se kretati na gumenim kotačima (RTG<br />
dizalice) ili po tračnicama (RMG dizalice).<br />
Portal transtainera može premostiti 5 do 15 redova kontejnera složenih u 3 do 4 reda u visinu.<br />
Radni ciklus pri prekrcaju jednog kontejnera iznosi 1,7 do 6 [min].<br />
što omogućava prekrcajni učinak od 980 [t/h] sa 10 do 35 radnih ciklusa u satu. Nosivost<br />
portalnih prijenosnika velikog raspona najčešće je 305 [kN], 350 [kN] ili 400 [kN].<br />
Slika 177. Portalni prijenosnik velikog raspona (transtainer)<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Portalni prijenosnik malog raspona (eng.: straddle carrier) specijalizirani je prijenosnik za<br />
kontejnere za rad na suvremenim kontejnerskim terminalima.<br />
Postoje uglavnom tri različita tipa:<br />
- portalni nosač (eng.: portalframe straddle carrier),<br />
- portalni nosač otvoren na vrhu (eng.: open top portal frame straddle carrier),<br />
- portalni teleskopski nosač.<br />
Osnovno im je tehničko obilježje velika radna brzina, što uzrokuje kratko trajanje radnog<br />
ciklusa i velike radne učinke. Bitna je prednost tih prijenosnika što je njihovo težište na<br />
sredini konstrukcije, i to bez obzira na to da li je kontejner pun ili prazan.<br />
213
Slika 178. Portalni prijenosnik malog raspona (eng.: straddle carrier)<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Slika 179. Bočni viličar za prekrcaj kontejnera<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
214
Slika 180. Primjena čeonog viličara i auto dizalice pri prekrcaju i slaganju kontejnera<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
5.4.2. Kontejnerski brodovi danas<br />
Razvoj potpuno kontejnerskih brodova započeo je krajem 60-tih godina prošlog<br />
stoljeća. Tijekom tih posljednjih četrdesetak godina zabilježen je stalni rast kapaciteta<br />
kontejnerskih brodova koji su rezultirali današnjom najnovijom generacijom brodova,<br />
kapaciteta iznad 8000 TEU, ali i potpune kompaktizacije transporta kontejnera morem,<br />
izgradnjom niza manjih kontejnerskih brodova kapaciteta do 1500 TEU i velike brzine, iznad<br />
25 [čv] koji po sustavu feeder servisa razvoze kontejnere po srednjim i manjim kontejnerskim<br />
terminalima.<br />
Najnovija generacija kontejnerskih brodova tzv. brodovi matice ili ultra large container ships<br />
pripada skupini najvećih teretnih brodova danas. Dugo spominjani termin broda matice<br />
saživio je u potpunosti izgradnjom brodova kapaciteta većeg od 8000 TEU. Brodogradilišta<br />
stalno dobivaju narudžbe za izgradnju ovakvih brodova što potvrđuje tezu da se najbrže<br />
razvijaju. Brodovi matice plove na linijama između pet, šest najvećih svjetskih kontejnerskih<br />
terminala, a mogu nositi i do devet redova kontejnera na palubi. Tehničke karakteristike ovih<br />
brodova su ogromne u tolikoj mjeri da se s pravom svrstavaju među najveća tehnološka<br />
215
dostignuća današnjice. Također je potrebno spomenuti da je već u izgradnji, za kinesku<br />
grupaciju COSCO, kontejnerski brod kapaciteta 9200 TEU, te da su već u pripremi planovi za<br />
izgradnju brodova kapaciteta od 10000 i 14000 TEU.<br />
Slika 181. Kontejnerski brod matica<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Brodovi za razvoz kontejnera (eng.: Feeder Ships) vrlo su značajni radi<br />
kompaktizacije transporta kontejnera morem. Oni ne samo da razvoze teret na srednje i manje<br />
terminale već ih i dovoze na brod maticu. Konstruirani su s ravnim palubama isključivo za<br />
prijevoz kontejnera, kapaciteta su od 100 do 1500 TEU i razvijaju brzinu do 25 [čv].<br />
Zanimljivo je da je u tu svrhu američka tvrtka The Delaware River Port Authority financirala<br />
projekt izgradnje više potpuno kontejnerskih brodova nosivosti 1320 TEU koji postižu brzinu<br />
od 42 [čv], što znači da ti brodovi mogu prijeći Atlantik za svega tri i pol dana. Radi tolike<br />
brzine u pomorskim krugovima ih se često popularno naziva Concorde–mlažnjaci. Cijena<br />
jednog takvog broda iznosi od 130 do 1500 milijuna USD, a godišnji troškovi iskorištavanja<br />
broda oko 100 milijuna USD.<br />
216
Slika 182. Brod za razvoz kontejnera (eng.: feeder) obavlja prekrcaj<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
5.5. Brodovi za prijevoz tekućih tereta<br />
5.5.1. Brodovi za prijevoz nafte i naftnih prerađevina<br />
Brodovi za prijevoz nafte i naftnih prerađevina doživjeli su značajan napredak u<br />
veličini i konstrukciji s izraženom težnjom za posjedovanjem vlastitih prekrcajnih uređaja.<br />
Konstrukcijsko obilježje tih brodova su uzdužne i poprečne uspravne pregrade koje dijele<br />
sekcije za prijevoz tereta u više tankova. Manji tankeri imaju samo jednu uzdužnu<br />
nepropusnu pregradu, a srednji i veliki dvije, koje cijeli prostor trupa dijele na srednje, lijeve i<br />
desne bočne tankove. Ti brodovi imaju samo jednu palubu na kojoj se nalaze manja grotla<br />
(služe kao ekspanzioni prostor ili za ulazak u tankove) i cjevovod tereta. Kod velikog broja<br />
tankova na kojima se u pravilu strojarnica i nadgrađe nalaze na krmi postoje i palubni<br />
mostići (preko cjevovoda) za komuniciranje s kaštelom.<br />
217
Slika 183. Brod za prijevoz sirove nafte<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Radi veće sigurnosti izvodi se:<br />
- ugradnja dvostrukog dna po cijeloj duljini broda (eng.: double bottom-DB),<br />
- ugradnja dvostruke oplate broda (eng.: double skin-DS, double hull-DH) i<br />
- ugradnja tankova za balast koji su odvojeni od tankova tereta (eng.: segregated<br />
ballast tanks-SBT) ili tankova za čisti balast.<br />
Tankeri imaju koncepciju dvostruke oplate broda kod koje su tankovi tereta odvojeni od<br />
vanjske oplate broda prostorom koji štiti tankove tereta od oštećenja i izlijevanja tereta u<br />
more. Takva konstrukcija oblikuje prostor oko cijelog tereta tako da brod može primiti manje<br />
udarce bez posljedice na teret. Na tankerima se obvezno ugrađuje sustav za protupožarnu<br />
zaštitu, sustav inertnog plina i sustav pranja tankova sirovom naftom (COW-CRUDE OIL<br />
WASH).<br />
218
5.5.2. Tehnologija prekrcaja nafte i naftnih prerađevina<br />
5.5.2.1. Brodski prekrcajni uređaji<br />
Brodski prekrcajni uređaji nalaze se na samom brodu, a sastoje se od crpne stanice i<br />
odgovarajućeg cjevovoda.<br />
Razlikuju se dva osnovna sustava cjevovoda za prekrcajne operacije: glavni i pomoćni.<br />
Glavni je većeg promjera i spojen na glavne crpke. Pomoćni je manjeg promjera i priključen<br />
na pomoćne crpke, a služi za konačno isušivanje tankova kad glavne crpke izgube usis.<br />
Glavne su crpke centrifugalnog tipa velikog kapaciteta. Tako npr. crpna stanica na brodovima<br />
nosivosti 65000 [t] ima četiri crpke kapaciteta 2000 [t/h]. Za pogon crpki služe parne turbine<br />
ili elektromotori istosmjerne ili izmjenične struje.<br />
Pomoćne su crpke obično dvoradne stapne crpke.<br />
Na supertankerima jedna centrifugalna crpka (obično ih ima četiri) ima kapacitet 7000 [t/h], a<br />
pomoćne su crpke kapaciteta 400 [t/h].<br />
Tankovi na naftnom tankeru podijeljeni su u grupe ili sustave s različitim crpkama i cijevima<br />
za svaki sustav. Svaka grupa sastoji se od jednog ili više bočnih tankova. Cijeli sustav<br />
ujedinjuju crpke od kojih svaka poslužuje dva centralna i četiri bočna tanka. Uz crpne stanice<br />
i cjevovod, na tankerima se nalazi i niz drugih konstrukcijskih i sigurnosnih uređaja: ventili<br />
na tankovima, više priključne cijevi, crpne stanice, sustav za otplinjavanje itd.<br />
219
Slika 184. Cjevovod na palubi broda za prijevoz nafte i naftnih prerađevina<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
5.5.2.2. Terminali za prekrcaj nafte i naftnih prerađevina<br />
Prekrcaj nafte i naftnih prerađevina redovito se obavlja na posebnim pristanima,<br />
uvijek izvan lučkih postrojenja, pa se za tu svrhu najčešće izgrađuju posebni lučki bazeni<br />
gdje se poduzimaju sve potrebne mjere sigurnosti od požara, eksplozije i zaštite mora i<br />
okoliša. U sklopu tih lučkih bazena–terminala, često se nalaze rafinerije i postrojenja<br />
petrokemijske i metalne industrije.<br />
Budući da tankeri imaju nosivost od 40000 do 500000 dwt i zahtjeve vezane uz potrebnu<br />
duljinu pristana i dubinu mora, visok stupanj specijalzacije luka, odnosno terminala dovelo je<br />
do izgradnje dva osnovna tipa terminala:<br />
- konvencionalni terminali (terminali na morskoj obali),<br />
- off shore-terminali (terminali na otvorenome moru).<br />
Konvencionalni terminal podrazumijeva tradicionalni pristan s dolfinima za naslon i<br />
vezivanje broda i odvojenom platformom s uređajima za istakanje nafte, ili punu obalu<br />
različite konstrukcije s mogućnošću pristajanja na čelo, uz jedan ili uz oba boka pristana.<br />
220
Ako postojeću luku nije moguće prilagoditi novim uvjetima – dimenzijama i potrebama, kao<br />
jedino rješenje nameće se izgradnja terminala na otvorenome moru (eng..off shore-terminal),<br />
bilo to na nenaseljenom otoku, što je vrlo rijetka mogućnost, ili u obliku usidrenih plutača.<br />
Slika 185. Brod za prijevoz sirove nafte Jahre Viking<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Razvoj različitih metoda kojima se teret vodi (transportira) kroz cjevovod, utjecao je na<br />
nastanak posebnih tipova off shore-terminala, a to su: konvencionalna usidrena plutača za<br />
privez i privez na jednu točku.<br />
Konvencionalna usidrena plutača najstariji je tip off shore-terminala kod kojega se brod veže<br />
u čvrst položaj s pomoću višestrukih sidrenih lanaca koji ga održavaju u fiksnom položaju. U<br />
mnogim, ali ne i u svim slučajevima, jedno ili dva pramčana sidra preuzimaju ulogu<br />
usidrenja. Mogući su povremeni sudari broda i jedne ili više plutača. Teret se prekrcava s<br />
pomoću gibljive cijevi koja spaja više priključnu cijev na sredini broda s podmorskom više<br />
priključnom cijevi spojenom s obalnim postrojenjima podmorskim cjevovodom. Kada nema<br />
tankera na privezu, gibljive cijevi leže na dnu mora i zakačene su za plutaču na površini<br />
mora, koja služi kao oznaka.<br />
221
Privez na jednu točku<br />
Danas su u uporabi tri različite vrste priveza na jednu točku poznate pod engleskim<br />
nazivima:<br />
- Catenary anchor leg mooring (CALM),<br />
- Single anchor leg mooring (SALM),<br />
- Fiksni toranj (tower mooring).<br />
CALM privez je najčešći tip priveza na jednu točku. CALM terminal sastoji se od plutače<br />
koja pliva na površini mora, a usidrena je s nekoliko konvencionalnih sidrenih postolja<br />
(najčešće pet do osam).<br />
SALM terminal čini plutača privezana jednim okomitim lancem ili cijevi učvršćenom za<br />
jedno sidro. Jedna od varijacija SALM-sustava jest SALS-sustav čija je prva primjena bila u<br />
zapadnom dijelu Sredozemlja ispred Španjolske, kod naftnog crpilišta Castellon. Osnovni<br />
prekrcajni uređaj ovog sustava čini fiksni toranj.<br />
Fiksni toranj (eng.: tower mooring) je nepomična struktura s okretnom glavom, ukrcajnim<br />
gibljivim cijevima i priveznim užetom.<br />
Slika 186. Fiksni toranj<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
222
5.5.3. Brodovi za prijevoz ukapljenih plinova<br />
Brodovi za prijevoz ukapljenih plinova pojavili su se neposredno nakon Drugog<br />
svjetskog rata. Otada do danas, nakon mnogobrojnih poboljšanja, razvile su se u potpuno<br />
specijalizirane jedinice čije tržište, način poslovanja i mjere sigurnosti uvjetuju specifični<br />
zahtjevi prijevoza.<br />
Međunarodna trgovina ukapljenim plinom započela je 1964. godine komercijalnom<br />
isporukom plina iz Alžira u Canvey Island u Velikoj Britaniji, s dva broda kapaciteta 27000<br />
[m³]. Otada brodski prijevoz ukapljenog plina naglo raste pa danas svjetskim morima plovi<br />
više od 100 specijalnih brodova tzv. LNG carriera. Suvremeni LNG brodovi imaju nosivost<br />
od oko 125000 do 135000 [m³], a u pripremi su i brodovi nosivosti 165000 [m³] plina.<br />
Slika 187. LNG brod<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Osnovna obilježja LNG i LPG brodova proizlaze iz načina gradnje spremnika u kojima se<br />
prevozi teret. Postoje dva osnovna pristupa konstrukciji spremnika: membranski spremnici<br />
(eng.: membrane type) i nezavisni spremnici (eng.: self–supporting).<br />
223
Osnovno su vizualno obilježje brodova s membranskim spremnicima iznimne visine koje<br />
nerijetko iznose i više od 20 [m]. Nasuprot tome, nezavisni tankovi najčešće se odlikuju<br />
sferičnim oblikom čiji zaštitni pokrov znatno strši iznad palube broda.<br />
Danas se spremnici najčešće grade od posebnih legura aluminija radi povoljnijeg odnosa<br />
istisnine i nosivosti. Izolacija tankova sastoji se od dva dijela: unutrašnje i vanjske.<br />
Unutarnja se izolacija postavlja na dva načina i to s metalnom membranom i nemetalnom<br />
membranom u unutrašnjosti spremnika (membranski i nezavisni spremnici).<br />
Slika 188. Uzdužni presjek LPG brodova<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Slika 189. Presjek broda za prijevoz ukapljenog plina<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
224
5.5.3.1. Terminali za prekrcaj ukapljenih plinova<br />
Ukapljeni plinovi su ugljikovodici kod kojih je kritična temperatura niža od 50 [°C] ili<br />
im je pri 50 [°C] tlak para viši od 3 [bar]. Subkulturalni termini LNG kao kratica engleskog<br />
termina (eng.: liquefied natural gas) za ukapljeni plin i LPG (eng.: liquefied petroleum gas)<br />
za ukapljeni naftni plin, najčešći su i nazivi tih terminala (LNG ili LPG-terminal).<br />
Pri izgradnji terminala za ukapljene plinove, slično kao i kod terminala za tekuće terete,<br />
moguće su dvije različite izvedbe:<br />
- konvencionalni terminali za ukapljene plinove i<br />
- terminali na otvorenom moru (off shore-terminali).<br />
Na terminalima za prekrcaj ukapljenih plinova teret se ukrcava i iskrcava na isti način<br />
kao i kod terminala za tekuće terete. Što je temperatura ukrcaja/iskrcaja manja zahtijeva se<br />
veći stupanj izolacije cjevovoda. Za vrijeme ukrcaja broda stvaraju se pare koje se posebnim<br />
sustavom cijevi vraćaju u instalaciju. Ovaj poseban sustav zove se sustav za povrat para<br />
(vapour-return system). Pare se spaljuju na terminalu ili se ponovo pretvaraju u likvidno<br />
stanje i ubacuju u sustav cjevovoda. Drugi način je da se tekući teret isporuči na temperaturi<br />
nešto nižoj od temperature ukapljivanja, te upotrebi ejektor da usiše pare i vrati ih natrag u<br />
cjevovod, upotrebljavajući postojeću energiju od pothlađene tekućine za ukapljivanje para.<br />
225
Slika 190. Brod za prijevoz ukapljenih plinova na pristanu<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
5.6. Ostali brodovi različitih tehnologija prekrcaja<br />
5.6.1. Brod s klasičnom tehnologijom prekrcaja<br />
Brod s ovom tehnologijom prekrcaja služi za prijevoz općeg tereta. Otvori na<br />
skladištima su manji. Skladišta su po visini podijeljena najčešće u dvije razine. Za prekrcaj se<br />
koriste vitla, samarice (lake i teške) i dizalice manjih sila dizanja. Teret se slaže na pasce ili<br />
drvene stalke, povezuje i odlaže na potpalublje. Ovaj način prekrcaja zahtijeva veći broj<br />
radnika i signalista.<br />
226
Slika 191. Brod za opći teret sa samaricama<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
5.6.2. Brodovi za prijevoz paleta<br />
Brod za prijevoz paleta (eng.: pallet carrier) je poseban brod za prijevoz paletiziranih<br />
tereta. Ima 2 ili više paluba. Ovaj brod po opremi i konstrukciji vrlo je sličan klasičnom<br />
brodu za prijevoz općeg tereta. Nosivost mu je oko 10000 dwt, a brzina oko 20 [čv.] On ima<br />
više bočnih vrata (ovisno o broju skladišta) koja služe za ukrcaj ili iskrcaj tereta s obale uz<br />
pomoć viličara (truck to truck system). Vrlo često ima dizala ili transportere za okomito<br />
premještanje paleta na odgovarajuću visinu, odnosno palubu. Često se manipulira teretom i<br />
kroz palubna grotla s pomoću samarica ili brodskih dizalica. Teret je složen na standardne<br />
ISO palete. Paletni brod uvijek pristaje uz obalu bokom na kojem se nalaze bočna vrata.<br />
227
Slika 192. Iskrcaj paletiziranog tereta<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
5.6.3. Brodovi za prijevoz teških tereta<br />
Brod koji prevozi teški teret (eng.: heavy lift carier, heavy cargo ship) je brod za<br />
prijevoz vrlo teških, ogromnih i izvangabaritnih tereta (tvorničkih postrojenja, industrijske<br />
opreme i sl.). Teret se prevozi u prostranim skladištima ili na otvorenoj palubi. Zbog velikih<br />
lokalnih opterećenja palube i trupa, konstrukcija je posebno pojačana. Opremljen je snažnim<br />
teretnim dizalicama, samaricama do 50 [t] i dizalicama do 700 [t].<br />
228
Slika 193. Brod koji prevozi teški teret<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Posebne podvrste ovih brodova su brodovi za cestovna vozila, brodovi za vagone i<br />
posebni Ro-Ro brodovi.<br />
5.7. RO-RO brodovi<br />
Roll-on/Roll-off ili kraće i uobičajenije Ro-Ro tehnologija je poslije kontejnerizacije druga po<br />
redu glede racionalizacije i mehanizacije prijevoza općih tereta.<br />
Brodovi kod kojih se ukrcaj ili iskrcaj odvija vodoravno transportnim sredstvima na kotačima<br />
su Ro-Ro brodovi. Preko brodske rampe, koja spaja brod s obalom, ova sredstva ukrcavaju se<br />
ili iskrcavaju s broda. U brodu se vozila razvoze pomoću čvrstih i pomičnih rampa i<br />
specijalnih dizala.<br />
Postoje i strogo specijalizirani Ro-Ro brodovi za prijevoz željezničkih vagona (eng.: railroad<br />
ferry) ili brodovi s posebnim platformama za prijevoz automobila.<br />
229
Slika 194. Ro-Ro brod u pripremi za prihvat tereta na kotačima<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
Ro-Ro brodovi mogu se razvrstati i na:<br />
- obalne Ro-Ro brodove,<br />
- prekooceanske Ro-Ro brodove,<br />
- kombinirani Ro-Ro brod,<br />
- Ro-Ro brod za prijevoz automobila,<br />
- Ro-Ro brod za prijevoz željezničkih kompozicija,<br />
- Sto-Ro brodove (za prijevoz drvene građe).<br />
Posebna podvrsta Ro-Ro brodova su LUF brodovi (eng.: Lift Unit Frame). Podloga im je<br />
jedinica teret na prikolici, odnosno platformi na kotačima, sličnoj velikoj paleti kapaciteta 4<br />
ili 6 kontejnera. Ukupne nosivosti oko 200 [t] smještenih 2 po 2 jedan iznad drugog. LUF<br />
sustav prikladan je za sustav vodoravnog ukrcaja odnosno iskrcaja na Ro-Ro brodovima.<br />
Podvrsta Ro-Ro brodova su i Ro-Lux brodovi. Osnovni koncept Ro-Lux transportnog sustava<br />
je tegljač s prikolicom, koji ima upravljivi vozni trap i podiznu šasiju, te skidljivu teretnu<br />
platformu (eng.: load cassette).<br />
Ovaj koncept transportnog sustava potvrdio se kao posebno ekonomičan pri pretovaru dugih i<br />
teških tereta (npr. betonskih elemenata, teških strojnih dijelova, čelika).<br />
230
5.8. Brodovi za prijevoz teglenica<br />
Brod za prijevoz teglenica (eng.: Barge Carrying Ship) je vrlo specifičan brod. Koristi<br />
se u prijevozu tereta između onih zemalja koje imaju vrlo razvijene unutarnje plovne putove i<br />
u zemljama koje imaju plitke luke i slabije razvijenu lučku infrastrukturu.<br />
Prema načinu prekrcaja teglenica razlikuje se:<br />
- brod s okomitim načinom prekrcaja teglenica-sustav LASH kod kojeg se teglenica<br />
prekrcava velikom mostnom dizalicom na krmi,<br />
- brod s vodoravnim načinom prekrcaja,<br />
- podsustav BACAT ima krmeni dio broda izveden kao katamaranski tip<br />
- podsustav SEABEE kod kojeg se teglenica prekrcava hidrauličkom dizalicom koja<br />
podiže dvije teglenice,<br />
LASH brod (eng.: Lighter Aboard Ship) je brod za prijevoz teglenica. Brod je posebne<br />
krmene konstrukcije, koja je izvedena s 2 pontonska prepusta za prihvat teglenica.<br />
Razlikuju se sljedeće tehnologije prekrcaja:<br />
- jaka brodska portalna dizalica podiže teglenicu iz mora i prenosi je uzdužno do<br />
skladišta,<br />
- pomična platforma koja se spušta niže od gaza za 2 [m] i kad teglenica doplovi iznad<br />
platforme podiže do željene visine, a zatim je transporterom prenosi do skladišta.<br />
Slika 195. Lash brod za prijevoz teglenica<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
231
Brod za teglenice sustava BACAT (eng.: barges aboard catamaran) je vrsta broda nosivosti<br />
do 2500 dwt, brzine 13 [čv]. Namijenjen je prijevozu tereta u standardnim BACAT<br />
teglenicama veličine 16,8 [m] x 4,7 [m] x 3.3 [m] nosivosti oko 150 dwt.<br />
Brod za teglenice sustava SEABEE je Lash brod s više napregnutih paluba za slaganje<br />
teglenica. Teglenice se preko krme dižu i spuštaju pomoću dizalica nosivosti 2000 [t]. Ovaj<br />
brod može služiti i kao kontejnerski brod ili kao Ro-Ro brod velike radne površine.<br />
Slika 196. SEABEE brod (detalj krme)<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
5.9. Brodovi višestruke namjene (Lo-Lo i Lo-Ro/Balker)<br />
Brodovi koji imaju vlastite uređaje za okomiti prekrcaj tereta, a mogu obavljati i<br />
vodoravni prekrcaj, svrstavaju se u ovu grupuu. Oni se mogu prilagoditi različitim plovnim<br />
putovima. Mogu se prema zahtjevima ponude i potražnje tereta na tržištu, lakše uključivati s<br />
jedne linije na drugu. Ovi brodovi su skuplji, ali zbog njihove fleksibilnosti i rentabilnosti<br />
dosta se grade. Brodovi tipa Lo-Lo/Balker imaju kombiniranu tehniku za prekrcaj tereta, a<br />
često se rabi i specijalizirana lučka oprema. Kod ovih brodova javlja se nedostatak<br />
neiskorištenih prostora u brodskim skladištima. To uzrokuje veliki omjer volumena robe<br />
prema korisnoj nosivosti. Stoga se na palubama krca teret kako bi se nadoknadio ovaj<br />
neiskorišteni volumen.<br />
232
Slika 197. Brod višestruke namjene Lo-Lo brod<br />
1- kontejneri, 2- teret na kotačima, 3- prikolice, 4- brodski pogon i nastambe posade,<br />
5- unutarnja rampa, 6- vanjska rampa.<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
5.10. Brodovi za prijevoz hlađenih tereta<br />
Brodovima se prevoze velike količine osjetljivih tereta iz veoma udaljenih krajeva<br />
svijeta. Za održavanje jednake kakvoće takvih tereta tijekom plovidbe potrebni su<br />
odgovarajući uvjeti. Održavanje tih uvjeta osiguravaju tijekom plovidbe: ventilacija, grijanje,<br />
klimatizacija i hlađenje. Hlađeni tereti posebno se tretiraju jer zahtijevaju posebne brodske<br />
uređaje i prostore te stručno rukovanje sustavima i samim teretom.<br />
Suvremeni brodovi za prijevoz ove vrste tereta mogu se podijeliti na konvencionalne brodove<br />
i brodove za prijevoz rashladnih kontejnera. Među konvencionalnim brodovima–hladnjačama<br />
razlikuju se brodovi hladnjače i linijski brodovi djelomice izoliranog prostora za rashladni<br />
teret. Kontejnerski brod može prevozitri kontejnere hlađenog tereta ili djelomično<br />
rashlađenog tereta. Takvi se brodovi sve više grade i konkuriraju konvencionalnom brodu<br />
hladnjači.<br />
233
Slika 198. Brod za hlađene terete Salica Frigo<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
5.11. Trajekti<br />
Trajekti su brodovi za kombinirani prijevoz putnika, vozila i robe. Oni imaju široke i<br />
ravne palube za smještaj vozila. Ovisno o namjeni trajekta, oni mogu biti za lokalnu namjenu<br />
ili za velike udaljenosti. Pored prijevoza cestovnih vozila postoje i specijalni trajekti sa<br />
ugrađenim kolosijecima za prijevoz tračnih vozila.<br />
234
Slika 199. Ulazak putničkog vlaka na trajekt na liniji Njemačka-Danska<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
5.12. Posebne vrste brodova<br />
Brodovi posebne namjene (eng.: special servis ship) su brodovi građeni i opremljeni<br />
za obavljanje posebnih poslova na moru i rijekama.<br />
Prema vrsti djelatnosti koju obavljaju mogu se podijeliti na znanstveno-istraživačku, za<br />
polaganje kabela i cjevovoda, za bušenje podmorja i opskrbu bušotina i ostali koji izravno ili<br />
neizravno pomažu u plovidbi.<br />
Veliku grupu brodova predstavljaju plovila koja izravno ili neizravno drže plovne putove<br />
otvorenima. To su razni brodovi svjetionici, tegljači, peljari, jaružala i dr.<br />
5.12.1. Tegljač<br />
Tegljači su posebna vrsta brodova koji su specijalizirani za obavljanje djelatnosti<br />
tegljenja. Tegljenje je poseban oblik pomorsko-brodarske djelatnosti koji se sastoji u tome da<br />
brod koji tegli (tegljač, remorker) stavlja tegljenom brodu na raspolaganje svoju pogonsku<br />
snagu time što ga povlači ili gura (potiskuje). Postoji više vrsta tegljača kao što su lučki<br />
tegljači, oceanski tegljači, tegljači ledolomci i dr.<br />
235
Nihove glavne karakteristike su velika snaga pogonskog stroja, te manevarske sposobnosti<br />
koje im omogućuju vuču odnosno potiskivanje brodova koji su znatno veći od njih. Posebna<br />
vrsta tegljača je tegljač s Voith-Schneiderovim vijkom, tzv. vodeni traktor koji ima znatno<br />
bolje manevarske sposobnosti od tegljača konvencionalnog tipa.<br />
Slika 200. Tegljač<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
5.12.2. Brod svjetionik<br />
Brod-svjetionik je plovni objekt usidren na onom području gdje se ne može sagraditi<br />
stalni svjetionik. Opremljen je zvučnim signalima za maglu (nautonima), radiotelegrafom,<br />
radiotelefonom, radarom i drugim uređajima. Prvi brod svjetionik bio je usidren na ušću<br />
rijeke Temze, 1732.godine.<br />
236
Slika 201. Brod svjetionik<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
5.12.3. Brod jaružalo<br />
Brod jaružalo je posebna vrsta broda koji se često koristi pri održavanju plovnih<br />
puteva. On produbljuje, odnosno održava plovne putove prohodnima. To mu omogućuju<br />
razne izvedbe grabilica koje služe za potrebe jaružanja.<br />
Slika 202. Crtež broda jaružala<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
237
5.12.4. Brod dizalica<br />
Brod dizalica je brod posebne gradnje. On posjeduje veliku rotacijsku dizalicu velike<br />
podizne snage. Služi za manipulaciju i prekrcaj u luci i montažu teškog komadnog tereta.<br />
Koristi se za opskrbu bušotina.<br />
Slika 203. Brod dizalica<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
5.12.5. Brodovi za opskrbu naftnih platformi<br />
Brod za opskrbu naftnih platformi (eng.: supplier) je brod posebne namjene koji<br />
obavlja dostavu stvari i tereta koji su neophodni za nesmetan rad naftnih platformi. Nadgrađa<br />
ovih brodova se grade na pramcu kako bi stražnji dio bio slobodan za rukovanje teretom.<br />
Glavna paluba je otvorenog tipa, bez posebnih zapreka, što omogućava slobodan prekrcaj<br />
tereta. Teret se može skladištiti i ispod palube. Ovi brodovi imaju jako dobre manevarske<br />
sposobnosti.<br />
238
Slika 204. Brod za opskrbu naftnih platformi<br />
(Izvor: http://en.wikipedia.org)<br />
239
ZAKLJUČAK<br />
Brodovi i sami predstavljaju velike i složene sustave i često su dijelovi nekih još većih<br />
i složenijih prijevoznih sustava pod neizvjesnim utjecajima okoline i zahtjeva službe. Brodovi<br />
se sastoje iz više podsustava, od kojih je svaki bitan za djelovanje cjeline. Brodske<br />
konstrukcije se mogu smatrati podsustavima koji omogućuju uključivanje ostalih podsustava<br />
i njihovo zajedničko djelovanje u službi broda.<br />
Danas su brodovi vitalan element u suvremenom svijetu. Još uvijek predstavljaju 95%<br />
prijevoza svjetske trgovine robom. Zrakoplovstvo je zamijenilo prekooceanske linijske<br />
brodove ali oni i dalje prevoze veliki broj ljudi na tzv. „cruiser“ brodovima. Iako su jedan od<br />
najstarijih oblika prijevoza, brodovi, njihova oprema i učinkovitost u stalnom su<br />
evolucijskom napretku. Taj evolucijski napredak izazvan je od strane svjetskog potraživanja,<br />
tehnoloških poboljšanja materijala i poboljšanom tehnikom gradnje brodova. Sav taj<br />
tehnološki napredak omogućuje gradnju većih i bržih brodova koji će pokriti sva ta<br />
ekonomska potraživanja suvremenog svijeta koja su svakim danom sve veća.<br />
Pod projektiranjem brodske konstrukcije podrazumijeva se određivanje raspodjele i<br />
dimenzija strukturnih elemenata uz minimalne troškove gradnje i eksploatacije broda. Ono<br />
obuhvaća određivanje opterećenja na brodsku konstrukciju, proračun naprezanja i vibracija,<br />
definiranje kriterija sigurnosne konstrukcije, te određivanje optimalnih dimenzija strukturnih<br />
elemenata za zadane kriterije.<br />
240
LITERATURA<br />
[1] Det Norske Veritas: Strength Analysis of Hull Structures,HØvik, Norway, 2004.<br />
[2] Bosnić, A.: Osnivanje broda, FSB, Zagreb, 1982.<br />
[3] Eyers, D.J.: Ship Construction, fifth edition, London, 2001.<br />
[4] Grubišić, M.: Brodske konstrukcije, Sveučilište u Zagrebu, FSB, Zagreb,1992.<br />
[5] Grubišić, I.: Geometrija broda, Sveučilište u Zagrebu, Zagreb, 2001.<br />
[6] Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction-Ship Technology,<br />
Hamburg, 1997.<br />
[7] Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction-Analysis<br />
Techniques, Hamburg, 2001.<br />
[8] Germanischer Lloyd: Rules for Classification and Construction-Materials and<br />
Welding, Hamburg, 2000.<br />
[9] Hughes, O.F.: Ship structural design, SNAME, New Jersey, 1998.<br />
[10] Harrison and Young: The Acceptability of Weld Defects, The Naval Architect,<br />
April, 1975.<br />
[11] Križan, B: Osnove proračuna i oblikovanja konstrukcijskih elemenata, Sveučilište u<br />
Rijeci, Rijeka, 1998.<br />
[12] Lesbryggen, P.: Ships Load and Strength Manual, Det Norske Veritas, HØvik, 1978.<br />
[13] Lamb, T.: Ship Design and Construction Vol I,II, SNAME, New Jersey, 2004.<br />
[14] Ozretić, V.: Brodski pomoćni strojevi i uređaji, Liburnija – Rijeka, 1980.<br />
[15] Sumpter et al., Fracture Toughness of Ship Steels, The Naval Architect, July/August,<br />
1989.<br />
[16] Tupper,E.: Introduction to Naval Architecture, Butterworth-Heinemann,Oxford, 2000.<br />
[17] Uršić, J.: Čvrstoća broda, I, Sveučilište u Zagrebu, Zagreb, 1991.<br />
[18] Uršić, J.: Čvrstoća broda, III, Sveučilište u Zagrebu, Zagreb, 1992.<br />
[19] www.fsb.hr/geometrija.broda<br />
[20] http://www.howstuffworks.com/<br />
[21] www.fsb.hr/kziha/shipconstruction/main)<br />
[22] http://www.sormec.net/<br />
[23] http://en.wikipedia.org)<br />
241