Особенности влияния узлов соединения набора на несущую способность бортовых перекрытий судов ледового плавания

Москва 
ИНФРА-М 
2023

ОсОбеннОсти влияния 
узлОв сОединения набОра 
на несуЩуЮ сПОсОбнОстЬ 
бОртОвых Перекрытий 
судОв ледОвОгО Плавания

М.а. МОскаленкО
и.б. друзЬ
в.М. МОскаленкО

 

МоНогРАФИя

УДК 629.5.01(075.4)
ББК 39.42-06
 
М82

Москаленко М.А.

М82  
Особенности влияния узлов соединения набора на несущую способ
ность бортовых перекрытий судов ледового плавания  : моно графия / 
М.А. Москаленко, И.Б. Друзь, В.М. Москаленко. — Москва : ИНФРА-М, 
2023. — 195 с. — (Научная мысль). — DOI 10.12737/1870592.

ISBN 978-5-16-017729-8 (print)
ISBN 978-5-16-110394-4 (online)

Монография посвящена рассмотрению проблем повреждаемости бортовых 

перекрытий судов ледового плавания от действия сосредоточенной ледовой нагрузки. Решаются задачи предельного равновесия балок бортового набора с учетом особенностей кничного закрепления. Приведены обширные модельные экс перименты по закритическому деформированию балок. Предложены методики 
проектирования и дефектации бортового набора судов ледового плавания с учетом кничных соединений.

Может быть полезна научным работникам, специалистам судоремонтных 

заводов, студентам старших курсов морских вузов, а также специалистам научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро, оценивающим 
конструктивную безопасность морских судов под действием ледовой нагрузки.

УДК 629.5.01(075.4)

ББК 39.42-06

А в т о р ы:

Москаленко М.А., доктор технических наук, профессор, заведующий 

кафедрой технологии и организации судоремонта Морского государственного университета имени адмирала Г.И. Невельского;

Друзь И.Б., доктор технических наук, профессор, профессор кафедры 

теоретической механики и сопротивления материалов Морского государственного университета имени адмирала Г.И. Невельского;

Москаленко В.М., аспирант по кафедре управления на морском транс 
порте Морского государственного университета имени адмирала Г.И. Невельского

Р е ц е н з е н т ы:

Леонтьев Л.Б., доктор технических наук, профессор, профессор Дальне
восточного федерального университета;

Тарасов В.В., кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой 

технологии материалов Морского государственного университета имени 
адмирала Г.И. Невельского

ISBN 978-5-16-017729-8 (print)
ISBN 978-5-16-110394-4 (online)

© Москаленко М.А., Друзь И.Б., 

Москаленко В.М., 2022

Введение

освоение Арктики и ее ресурсного потенциала является 
одной из основных стратегических задач России. В настоящее 
время идет освоение «Северного морского пути» (СМП) достаточно ускоренными темпами, что в первую очередь связано 
с вывозом углеводородов с северных месторождений. Ключевой задачей как для добывающих, так и для судоходных компаний является увеличение грузопотока по СМП до 80 млн т 
к 2024 году. Новые индустриальные проекты в Арктике скоро 
потребуют круглогодичной навигации. Если проводить сравнительную оценку, то в СССР на 1987 г. по СМП было перевезено всего 6,5 млн т груза. На конец 2018 г. перевезено уже 
20 млн т груза. Поэтому задача увеличения грузопотока в ближайшей перспективе выглядит вполне достижимой. Дополнительным вектором развития СМП выступает цель создания 
транзитного потока грузов как альтернативы Суэцкому каналу.
Ускоренными темпами идет строительство судов арктических ледовых классов. Танкеры-газовозы ледового класса 
имеют возможность самостоятельного преодоления маршрута 
СМП без ледокольной проводки, эксплуатация продолжается более 6 месяцев в год. Показательным в этом плане стал 
самостоятельный проход построенного в Южной Корее танкера-газовоза сжиженного природного газа (СПг) с ледовым 
классом Arc7 в декабре 2017 г. Никогда ранее в этот сезон 
в Арктике без ледокольной проводки не проходило ни одно 
судно. Парк танкеров-газовозов с ледовым классом Arc7 типа 
«Christophe de Margerie», длиной корпуса в 300 м, в течение 
двух лет должен пополниться еще пятнадцатью судами.
Танкер-газовоз может осуществлять круглогодичную навигацию без ледокольной проводки по СМП в западном направлении и в течение летней навигации — в восточном направлении. Первая партия СПг 27 мая 2018 г. была отгружена 
на танкер-газовоз ледового класса «Владимир Русанов» длиной 

М.А. Москаленко, И.Б. Друзь, В.М. Москаленко

корпуса 299 м. Когда танкеры-газовозы СПг работают на Европу, то транзитное время, включая арктическое плечо, составляет 35 суток. При прямых перевозках с ямала на Азию — 
15 суток, поэтому использование арктического маршрута здесь 
представляется наиболее рентабельным. Планируется, что 
до конца 2022 года на СМП появится около 40–50 постоянно 
оперирующих судов и порядка 100–200 судов обслуживающего 
флота. грузопоток в 2021 г. составлял уже 36 млн т вследствие 
вывоза природного газа, газового конденсата, угля и нефти 
из портов Сабетта, Диксон, Дудинка, реализации транзитного 
потенциала и привлечения грузовой базы за счет создания Северного широтного хода и сухогрузного района порта Сабетта. 
Для достижения этих целей федеральным проектом «Северный 
морской путь» предусмотрено в среднесрочной перспективе 
строительство двух атомных ледоколов.
На трассах СМП начиная с 2014 г. начал активно меняться 
режим судоходства, в первую очередь это:
— изменение интенсивности судоходства;
— увеличение тоннажа и скорости движения судов 
(средняя скорость без учета простоя составляет уже порядка 
9 узлов и продолжает постоянно увеличиваться);
— расширение сети маршрутов, на которых реализуется 
круглогодичная или продленная навигация;
— ввод в строй судов классом не ниже Arc7, способных совершать самостоятельное плавание в тяжелых льдах и на мелководье, с одной стороны, и использование в перевозках 
до 68% судов неарктических классов — с другой стороны.
Изменение условий работы и превращение СМП в сложную 
систему с динамическим изменением характеристик плотности 
транспортных потоков многократно увеличивает риски ледовых повреждений корпусов судов. По данным International 
Council on Clean Transportation (ICCT), в 2015 г. в районе Арктики уже работали суда 17 типов (это 2086 единиц). С точки 
зрения разлива на борту у этих судов имелось порядка 1,1 млн т 
бункерного топлива.

Особенности влияния узлов соединения набора на несущую способность бортовых...

Поэтому риски потери конструктивной безопасности и разлива при работе судов в ледовых условиях возрастают многократно. Здесь прочность корпуса является основополагающим 
параметром безопасности мореплавания, и на сегодня это 
единственно нормируемое правилами РМРС мореходное качество судна.
Поэтому, по нашему мнению, конструкцию корпуса судов 
ледового плавания (СЛП) следует рассматривать как систему 
с «неэкономической ответственностью» и очень осторожно 
подходить к вопросам ее оптимизации по весовым критериям. 
Неизученные ограничения и риски работы СЛП во льдах, способные привести к потере прибыли от перевозки, являются 
основными сдерживающими факторами развития инвестиций 
на арктическом направлении.
Наибольшую выгоду от глобального изменения климата 
и таяния льда в Арктике получит судоходство вдоль российского побережья, так как ветры гонят самый старый, имеющий 
большую толщину морской лед в сторону Северной Америки. 
Спутниковые карты показывают, что вдоль российского побережья зимой стоит тонкий однолетний лед толщиной до 2 метров, тогда как еще в 1985 г. возраст льда превышал 5 лет, 
а толщина местами могла доходить до 20 метров.
Разумеется, на арктических маршрутах перевозок судовладельцев ждут не только выгоды, надо быть готовыми к тому 
обстоятельству, что ледовая обстановка не является постоянной величиной и может резко меняться в различные годы. 
Суда, отклонившись от проложенных маршрутов, могут застрять во льдах и сесть на мель из-за недостатка информации 
по глубинам Северного Ледовитого океана.
Лед в Карском море достигает 2,5–3,5 м, а сжатие настолько 
велико, что торошение поверхности ледового поля происходит довольно быстро, любая остановка судна (тем более 
крупнотоннажного) приводит к ледовому сжатию на большой 
протяженности корпуса, которое может продолжаться до нескольких суток, пока не поменяется направление ветра. При 

М.А. Москаленко, И.Б. Друзь, В.М. Москаленко

этом использование мощных ледоколов и риммеров для расширения ледового канала, как правило, безрезультатно, так 
как ширина судна превышает ширину ледокола, и судно 
длиной более 150 м уже не обладает исходными маневренными качествами.
При работе судов в Восточном секторе Арктики в 1980–
1984 гг., например, уровень повреждаемости превысил средние 
показатели в 3,7 раза.
Между тем в навигацию 1996 г. в Восточном секторе Арктики, особенно на участке м. Шелагский — м. Дежнева, имели 
место исключительно легкие ледовые условия. Кроме того, 
из-за недостаточного финансирования судоходства в Арктике, в последующие годы, вплоть до 2014 г., серьезных повреждений СЛП практически не отмечалось, что послужило 
поводом для «утверждения» о незначительном отличии плавания и работы судов в Северных широтах от плавания и работы в других районах.
По нашему мнению, недооценка рисков ледовых повреждений, с учетом интенсивности развития судоходства в Арктике, повышенного износа от истирания корпусов СЛП и старения новостроя, уже через 3–5 лет приведет к значительному 
росту повреждаемости.
Бортовые перекрытия — наиболее часто повреждаемые конструкции корпусов судов, плавающих во льдах [1, 2] и швартующихся в море [3]. Последнее типично также для судов 
флота рыбной промышленности.
Ремонт бортовых перекрытий систематически требует 
больших экономических вложений на восстановление прочности. Только по судам флота рыбной промышленности эти 
затраты ежегодно составляют более полумиллиарда долларов 
США. Низкий уровень ремонтопригодности бортовых перекрытий во многом обусловлен наличием теплоизоляции 
в трюмах, несъемных конструкций и т.д., что увеличивает затраты на ремонт.

Особенности влияния узлов соединения набора на несущую способность бортовых...

Характерным примером соотношения затрат на отдельные 
конструкции корпуса и сопутствующие работы может служить их распределение при ремонтах транспортных рефрижераторов типа «горы».
Результаты представлены в табл. В.1.

Таблица В.1
затраты на отдельные конструкции корпуса  
и сопутствующие работы

Район корпуса
Ремонтные затраты, %

на конструкцию
на сопутствующие 
работы
Днище
3,0
–
Борт
13,4
38,5
Палубы
1,5
0,4
Переборки
0,3
19,6
Надпалубные конструкции
8,1
18,5

Из вышеизложенного следует, что повышение надежности 
бортовых перекрытий позволяет существенно снизить ремонтные затраты и повысить эффективность работы флота. 
Но для этого необходимо уметь достаточно объективно оценивать прочность существующих конструкций и определять необходимый уровень несущей способности перекрытий вновь 
проектируемых судов, предназначающихся для эксплуатации 
в экстремальных ледовых условиях или для частых швартовок в море.
Используемый при проектировании конструкций критерий прочности должен отражать вид опасного состояния, 
которое на практике приводит к отказам. отказы конструкций 
бортовых перекрытий связаны в основном с появлением недопустимо больших остаточных прогибов набора [1, 2, 3, 4]. Поэтому при проектировании бортовых перекрытий на восприятие местной нагрузки при плавании во льдах или швартовках 
в море оправдан переход к критерию предельной прочности, 

М.А. Москаленко, И.Б. Друзь, В.М. Москаленко

который определяет расчетные требования, направленные 
на исключение опасного состояния при действии наиболее неблагоприятной (экстремальной) совокупности нагрузок.
останавливаясь подробнее на предельной нагрузке, следует 
отметить, что она является характеристикой прочных свойств 
конструкции и зависит от ее геометрии. Кничные соединения 
балок набора, как правило, оказывают влияние на геометрию 
подкрепляемой конструкции, что увеличивает уровень ее несущей способности.
Увеличение предельной прочности шпангоутов повышает 
несущую способность бортового перекрытия. В свою очередь, 
вывод из строя кничных соединений может привести к обрушению шпангоутной ветви и исчерпанию несущей способности 
всего перекрытия при нагрузке даже меньше предельной.
В настоящее время при расчете бортовых перекрытий 
в предельной стадии наличие книц не учитывают [4], что приводит к недооценке действительной несущей способности перекрытия и ведет к утяжелению конструкции.
Наиболее полные сведения о теоретических и экстремальных исследованиях прочности и устойчивости книц 
и кничных соединений, а также предложения по нормализации их типоразмеров касаются применения книц при работе 
в упругой области [5]. г.П. Турмов [6], например, считает, что 
роль книц состоит исключительно в снижении эффективного 
коэффициента, концентрации напряжений в узле. Имеющиеся 
требования к размерам книц, регламентированные правилами 
РМРС, не учитывают работы шпангоутов за пределом упругости.
Специфике проектирования кничных соединений судов 
ледового плавания и швартующихся в море уделено недостаточно внимания, хотя о необходимости особого подхода к регламентации размеров конструкций ледовых усилений, базирующегося на критерии предельной прочности, указывалось 
в [7]. Практически в этом направлении выполнено исследование [8], содержащее анализ данных о работе СЛП в экстре

Особенности влияния узлов соединения набора на несущую способность бортовых...

мальных условиях. В настоящее время в правилах РМРС отсутствуют специальные требования к размерам кничных соединений судов ледового плавания и швартующихся в море. 
Нет обоснованных требований к их дефектации и ремонту.
Вопросами предельной прочности СЛП занимались в свое 
время А.И. Максимаджи, К.К. Курдюмов, Т.В. Бойцов, 
Л.М. Беленький, К.Е. Сазонов, В.М. Апполонов, благодаря которому в Правила регистра 1999 г. была внесена новая классификация ледовых усилений и методология оценки прочности 
по критериям предельной прочности с использованием жесткопластической модели [9]. Данная методология практически 
не изменилась и в Правилах 2022 г. издания.
Тем не менее вопросам напряженно-деформированного состояния и назначения расчетного пролета балок набора, подкрепленных кницами, проектированию и оценке прочности 
кничных соединений уделено недостаточно внимания, а предлагаемые методики носят в основном качественный характер 
и сложны для применения в инженерной практике.
Настоящая работа направлена на восполнение отмеченных 
пробелов в методологии расчетов предельной прочности 
и учета закрепления балок — кничных соединений судов ледового плавания и швартующихся в море, как для задач проектирования, так и дефектации поврежденных конструкций.
Монография состоит из введения, 5 глав и заключения. 
В 1-й главе дается описание особенностей работы СЛП 
на трассах СМП в современных условиях и освещаются 
проблемы обеспечения конструктивной безопасности судов. 
Во 2-й главе выполнен статистический анализ данных о ледовых повреждениях и нагрузках, действующих на бортовые 
перекрытия судов ледового плавания и швартующихся в море. 
В 3-й главе обосновываются подходы к построению расчетных 
моделей предельной работы балок бортового перекрытия 
с учетом кничных соединений. В 4-й главе описываются факторные эксперементы по запредельному деформированию 
полунатурных моделей шпангоутных рамок с различными уз

М.А. Москаленко, И.Б. Друзь, В.М. Москаленко

лами закрепления. В 5-й главе приведены методики расчета 
бортовых перекрытий, проектирования и дефектации узлов 
кничных соединений СЛП.
Монография может быть полезна научным работникам, 
специалистам судоремонтных предприятий, студентам морских институтов, а также специалистам НИИ и КБ, проводящим расчеты судовых конструкций за пределом упругости.