Projektiranje konstrukcije putničkog katamarana

Jerolim ANDRIĆ_{, Sveu}č_{ilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Ivana Lu}č_ić_a

5, 10000 Zagreb, jerolim.andric@fsb.hr

Domagoj ŽUVELA, Sveuč_{ilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Ivana Lu}č_ić_a

5, 10000 Zagreb, zuvela.domagoj@gmail.com

PROJETIRANJE KONSTRUKCIJE PUTNI

Č

_{KOG KATAMARANA}

Sažetak

Cilj rada je prikazati glavne specifič_{nosti konstrukcije putni}č_{kog katamarana}

projektiranog za riječ_{nu plovidbu. Prora}č_un č_vrstoć_{e proveden je prema Pravilima Bureau}

Veritas-Inland Navigation Vessels. Brod se sastoji od č_elič_{ne konstrukcije trupa i aluminijske}

konstrukcije nadgrañ_{a. Zbog specifi}č_{ne konstrukcije boka nadgra}ñ_{a, ve}ć_{im dijelom izgra}ñ_ene

samo od vertikalnih okvira, posebna pažnja posveć_{ena je projektiranju nadgra}ñ_{a. Kako bi}

projektom osigurali da što manje optereć_{enja s gornje palube bude preneseno na vertikalne}

okvire boka, gornja paluba je na bokovima nadgrañ_{a oslonjena na dvije uzdužne linice,}

projektirane da budu primarni nosač_{i gornje palube. Analizirana su maksimalna naprezanja i}

maksimalni progibi pojedinih strukturnih elemenata, posebno gornje palube i bokova nadgrañ_{a. U svrhu verifikacije predloženog koncepta izra}ñ_{en je grubi MKE modela cijelog}

broda koji je korišten za kontrolu strukturnog integriteta katamarana prilikom porinuć_a.

Ključ_{ne rije}č_{i: projektiranje konstrukcije, MKE strukturna analiza, putni}č_{ki katamaran}

STRUCTURAL DESIGN OF PASSENGER CATAMARAN

Summary

The purpose of the paper is to present main aspects of structural design of passenger catamaran, designed to operate in inland waterways. The strength calculation has been carried out according Bureau Veritas Rules-Inland Navigation Vessels. Structure is consisted of steel hull and aluminum superstructure. Due to untypical design of superstructure sides, built mainly from vertical girders only, special care was taken in structural analysis of superstructure. To ensure that only minimum load from upper deck will be transferred to side girders, the upper deck is supported by two longitudinal bulwarks, which are designed to be the primary support members of this deck. Both maximum stresses and maximum deflections of structural elements have been checked, with special care on upper deck and side girders. Verification of suggested concept and evaluation of structural integrity during launching process has been checked using full ship FEM model.

1. Uvod

Putnič_{ki katamaran „Millennium Diamond“, opisan u ovom radu, projektiran je za}

razgledavanje Londona prilikom plovidbe rijekom Temzom. Prorač_un č_vrstoć_{e proveden je}

prema Pravilima klasifikacijskog društva Bureau Veritas-Inland Navigation Vessels [1]. Brod je projektiran od č_elič_{ne konstrukcije trupa i aluminijske konstrukcije nadgra}ñ_{a. Kapacitet mu}

je 599 putnika, pri č_{emu do 240 putnika može boraviti u prostoru salona, smještenog na}

glavnoj palubi, te do 400 putnika na gornjoj, otvorenoj palubi. Kako bi prostor salona, prema zahtjevima naruč_{itelja, funkcionirao kao jedinstvena cjelina, izbjegnuto je unutar salona}

postavljanje bilo kakvih strukturnih elemenata (pregrada i upora). Buduć_{i da katamaran ima}

specifič_{nu strukturu nadgra}ñ_{a, s velikim staklenim površinama u}č_vršć_{enim za vertikalne}

okvire neprikladne da preuzmu optereć_{enja gornje palube, kao primarni nosa}č_{i gornje palube}

definirane su uzdužne linice. Zbog velikog raspona sponja gornje palube (oko 10 m) izvršena je analiza deformacija tih strukturnih elemenata.

Zbog ogranič_{enja u gazu broda, posebna pažnja posvetila se projektiranju konstrukcije}

minimalne težine. U prostorima u kojima je trebalo osigurati zadovoljavajuć_{u svijetlu visinu,}

kao projektni kriterij uzimana je i visina primarnih strukturnih elemenata (nosač_a).

Brod je izgrañ_{en u zatvorenoj hali, bez mogu}ć_{nosti klasi}č_{nog porinu}ć_{a, pa je bilo}

potrebno izvršiti specifič_{nu analizu podizanja i spuštanja u more broda kranskom dizalicom.}

2. Projektiranje strukture putničkog katamarana

Prilikom projektiranja strukture katamarana u obzir su uzeti kriteriji minimalne težine konstrukcije (optimalnog odnosa izmeñ_u č_vrstoć_{e i težine), kriteriji dopuštenih progiba gornje}

palube kao i dopuštenih deformacije okvira staklenih površina, zatim zahtjevi za zadovoljavajuć_{om svijetlom visinom pojedinih prostora, kao i ograni}č_{enja u maksimalnom}

gazu i maksimalnoj visini broda iznad vodne linije. U nastavku teksta ovi kriteriji i ogranič_{enja su detaljnije opisani. Kako bi se osigurao panoramski pogled putnicima}

smještenim u salonu, na boč_{nim i pram}č_{anoj stranici nadgra}ñ_{a broda nalaze se velike staklene}

površine, meñ_{usobno odijeljene samo vertikalnim okvirima-bo}č_{nim nosa}č_{ima. Prilikom}

projektiranja vodilo se rač_{una o dimenzijama tih nosa}č_{a, kako oni svojom masivnoš}ć_{u ne bi}

smanjivali korisni prostor salona i ogranič_{avali pogled kroz staklene površine. Gornja paluba}

je na svojim krajevima omeñ_{ena linicom. Širina gornje palube manja je od širine salona, kako}

bi u prostor izmeñ_{u linice i boka broda bili smješteni kosi stakleni ‘krovni’ prozori. Takvi}

prozori, već_{ih dimenzija, nalaze se i na pram}č_{anom dijelu nadgra}ñ_{a. Glavne podgrupe}

strukturnog modela prikazane su na slici 1.

Fig. 1 3D view of passenger catamaran with description of main structural parts

Kako bi prostor salona djelovao kao jedna cjelina, te se tako dobilo na dojmu njegove prostranosti, želja vlasnika bila je da se unutar salona izbjegnu bilo kakve strukturne prepreke, uključ_ujuć_{i i upore koje bi podupirale gornju palubu. Prostor salona prikazan je na slici 2.}

Slika 2. 3D prikaz putnič_{kog katamarana-prostor putni}č_kogsalona

Fig. 2 3D view of passenger catamaran –passenger saloon

Uslijed opisanih zahtjeva za izgledom salona i ogranič_{enih dimenzija bo}č_{nih nosa}č_a

nadgrañ_{a, ti nosa}č_{i nisu u stanju preuzeti optere}ć_{enja gornje palube. Stoga, kako bi se}

projektom osiguralo da što manje optereć_{enja s gornje palube bude preneseno na bo}č_ne

nosač_{e, gornja paluba je na svojim rubovima oslonjena na dvije uzdužne linice, projektirane}

da funkcioniraju kao primarni nosač_{i gornje palube. Kako bi se pove}ć_{ao moment tromosti i}

moment otpora popreč_{nog presjeka uzdužnih linica i time smanjile njihove deformacije}

(progib) kao i savojna naprezanja, linica je definirana kao kutijasti nosač_{, s unutrašnjom}

vertikalnom stijenkom č_{epno zavarenom za orebrenje linice i pojasnu traku linice. Kutijasti}

presjek definiran je i iz razloga kako bi se poveć_{ala torzijska krutost linice, budu}ć_{i da je}

optereć_{enje koje se na nju prenosi ekscentri}č_{no raspore}ñ_{eno u odnosu na uzdužnu os linice.}

Popreč_{ni presjek strukture gornje palube prikazan je na slici 3.}

1 6 6 6 28 6 AlMg Al 99,5 STEEL

TRIPLATE JOINT DETAIL - PLATE - TYP. M 1:2,5 MAIN DECK 2 8 210 6 6 16 AlMg Al 99,5 STEEL MAIN DECK TRIPLATE JOINT DETAIL - I BEAM- TYP.

M 1:5 2 8 I BEAM 9,7 5 ,8 177,8 1 1 4 ,3 T 225x10/130x10 C .L . O F H U L L

weld between webs weld between webs

L 50x50x5 , weld between webs 300x6 , weld between webs 70x10 , glazing bars 210x135x28 Triplate joint 2 7 5 0 spacing 500 BULWARK 9 0 0 L 180x150x6 4850 1000 t=5 spacing 2000 T 200x6/100x8 t=6 spacing 2000 C .L . O F V E S S E L IPE 178x114 3 0 0 35° 100x8 T 200x6/100x8 MAIN DECK R325 t=11 2 5 0 10/₁₀ TRANSV. BEAM CUTTING - - M. DECK -TYP. 5 R15 M 1:10 TB (Fr.11-23) (Fr.11-23) spacing 2000 3 0₀ PIPE (HALF) O 100x5 80x10 , glazing bars (VOID SPACE-TYP.) (Fr.11-23, FWD of Fr.26) (Fr.11-23, FWD of Fr.26) 6 0 5500 from BASELINE 8 5 (Fr.11-175 - Fr.25) sheerstr. 5500 from BASELINE TB TB (TYP.) t=6 TB TB 40x4 130x105x5 tripping bkt. 140x105x5 tripping bkt. 100x8

BULB 45x3.5, extruded, spacing 300

k n u ck le t=5 900 UPPER DECK M 1:10 60x5, spacing 500 60x5, spacing 500 TOP RAIL 110x10

BKT. 5.0 THK, WITH 40x5 FOR PLUG WELD PLATING 6.0 THK

INSIDE PLT. 5.0 PLUG WELD

Fig. 3 Cross section of Upper deck

Prilikom projektiranja katamarana bilo je potrebno voditi rač_{una o maksimalnom}

dopuštenom gazu (definiranom minimalnim oč_{ekivanim vodostajem rijeke Temze od 1,45 m),}

stoga je posebna pažnja posveć_{ena što je mogu}ć_{e ve}ć_{em smanjenju težine strukture. Kako je}

prema Pravilima klasifikacijskog društva BV minimalna debljina oplate broda funkcija ne samo projektnih optereć_{enja, te raspona i me}ñ_{usobnog razmaka strukturnih elemenata, ve}ć _i

glavnih dimenzija broda, na definiranje debljine oplate projektant č_{esto nije mogao imati}

utjecaja, pa se pažnja posvetila racionalnom odabiru sustava orebrenja, te adekvatnim definiranjem strukturnih elemenata (ukrepa i okvirnih nosač_{a). Kao povoljniji sustav gradnje}

sa stanovišta težine strukture pokazao se uzdužni. Prilikom definiranja strukture katamarana, za svaki od dijelova strukture (palube, bokove broda, dno broda, pregrade trupa i nadgrañ_a),

tražio se optimalan nač_{in definiranja roštilja (npr. utjecaj me}ñ_{usobnog razmaka ukrepa i}

okvirnih nosač_{a na njihove dimenzije), kao i utjecaj razli}č_{itih strukturnih elemenata na težinu}

tog dijela strukture (npr. utjecaj definiranja dodatnih proveza na smanjenje dimenzija ukrepa). Time je definirana manje uniformna konstrukcija, s već_{im brojem razli}č_{itih strukturnih}

elemenata, uz procjenu da takvo odstupanje od uniformnosti neć_{e zna}č_{ajnije utjecati na}

tehnološku složenost izgradnje broda, a time i njegovu cijenu izgradnje. Popreč_{ni presjek}

strukture trupa prikazan je na slici 4.

45 ° (TYP.) t=6 t=6 TB TB TB TB TB 1 0 10 /10 5 M 1:10 8 5

DET "4" - TRIPPING BRACKET - BOTTOM - TYP. DET "4" 1 0 10 10 /10 5 M 1:10 6 5

DET "3" - TRIPPING BRACKET- HULL SIDE - TYP. DET "3" t=4 10/10 2 0 M 1:10 40 DET "1" - STIFFENING FLAT BAR - TYP.

DET "1"

10/10 5 M 1:10

105

DET "2" - TRIPPING BRACKET- M. DECK - TYP. DET "2" WEB 6 THK., FL. 290x8 CENTRE GIRDER 85x5 tripping bkt. 40x4 130x105x5 HP 60 x6 7 0 x5 tripping bkt. 140x105x5 tripping bkt. 110x65x5 tripping bkt. 240 100x8 spa cin g 5 00 m a x . 60x5, spacing 500 60x5, spacing 500 L 60x60x6 (TYP.), spacing 500 max. t=6 C .L . O F H U LL 210x135x28 Triplate joint 2 7 5 0 1000 t=5 4950 spacing 2000 T 180x6/80x6 spacing 2000 T 200x6/100x8 t=6 t=6 t=8 t=8 spacing 2000 100x6 6 3 5 0 C .L . O F V E S S E L IPE 178x114 3 0 0 35 ° 100x8 T 200x6/100x8 BASELINE MAIN DECK R3₂₅ R3 25 R325 SIDE SHELL KNUCKLE DETAIL - TYP.

M 1:5

6

6

R2010/10 ₇₀

- outside shell from FR.10 - inside shell from FR.16

6 10 t=11 2 5 0 R325 R325 10/₁₀

TRANSV. BEAM CUTTING - - M. DECK -TYP.

5

R15

M 1:10

(see also main deck dwg.)

(VO ID SP AC E -TY P.) spacing 2000 (VOID SPACE-TYP.) 6 0 double bottom, t=4 (Fr.10 - Fr.16) welded to bottom transverse fl.

sheerstr.

Slika 4. Poprečni presjek trupa Fig. 4 Cross section of hull

Uz opisano ogranič_{enje u maksimalnom gazu, pažnja se posvetila i maksimalnoj visini}

broda iznad vodne linije (definiranoj visinom najnižeg mosta na plovnom putu pri maksimalnom oč_{ekivanom vodostaju). Time je definirana i ukupna visina broda od 7,60 m.}

Kako bi se osigurala zadovoljavajuć_{a svijetla visina prostora salona, pri definiranju sponja}

gornje palube (Upper deck) odstupilo se od kriterija minimalne težine sponja (tj. najpovoljnijeg odnosa č_vrstoć_{e i težine tih strukturnih elemenata), ve}ć _{se u projektiranju išlo}

na gušć_{i razmak sponja (500 mm), kako bi se time smanjila njihova visina. Sponje su na}

svojim krajevima zavarene za uzdužni T profil, postavljen u liniji vanjske oplate linice. Na položaju svake sponje unutar kutijaste strukture linice nalazi se orebrenje. Time linica s dodatnim T profilom služi i kao kruti oslonac popreč_{nih nosa}č_{a palube-sponja. Zbog velikog}

raspona sponja u odnosu na njihovu dimenziju, te č_{injenice da je korišteni materijal}

aluminijska slitina, problem deformacije (progiba) sponja pokazao se kritič_{nijim od problema} č_vrstoć_{e. Budu}ć_{i da je za kontinuirano optere}ć_{enje konstrukcije iznos progiba proporcionalan}

odnosu 4. potencije raspona nosač_{a (l}4_{) i obrnuto proporcionalan savojnoj krutosti (E·I),}

pretpostavilo se da zbog relativno niskog modula elastič_{nosti aluminija progibi u sredini}

raspona mogu biti znač_{ajni, stoga je izvršen analiti}č_{ki prora}č_{un progiba strukture gornje}

palube. Kako sama linica nije idealno kruti strukturni element, te prilikom optereć_{enja dolazi}

do njene torzije, u analitič_{kom prora}č_{unu progiba smatrano je da su sponje na krajevima}

djelomič_{no upete. Za prora}č_un č_vrstoć_{e strukturnih elemenata palube uzeto je, prema}

pravilima registra, minimalno zahtijevano optereć_{enje p=4 kN/m}2_{, dok je za prora}č_{un progiba}

uzeto optereć_{enje p=2 kN/m}2 _{plus težina same konstrukcije. Razlog tom smanjenju projektnog}

optereć_{enja je što je za pojavu zna}č_{ajnijeg progiba na palubi potrebno opteretiti ve}ć_{i dio njene}

površine, a ne samo pojedini konstrukcijski element, a uz boravak maksimalnog broja putnika na gornjoj palubi (599 putnika), prosječ_{no optere}ć_{enje ne prelazi 2 kN/m}2_{. Uz to, raspored}

samih klupa na palubi ne dopušta okupljanje već_{eg broja putnika na jednom dijelu palube.}

Nakon izvršenog analitič_{kog prora}č_{una i uo}č_{avanja mogu}ć_{nosti pojave progiba palube ve}ć_eg

od prihvatljivog izvršila se i detaljnija FEM analiza. Za granič_{nu vrijednost deformacije}

gornje palube (Upper deck), koja ujedno nosi i obloge stropa prostora salona, uzet je kriterij iz HRN EN 1990:2011/NA:2011 [2] za deformaciju strukturnih elemenata (L/250) kod kojih je maksimalni progib važan i za izgled konstrukcije (Tablica A1.5(HR)).

Na slici 5 prikazane su vertikalne deformacije gornje palube pri projektnom optereć_enju

od p=2 kN/m2 za poč_{etno predložene strukturne dimenzije palubnih sponja. Maksimalne}

vertikalne deformacije iznose oko 73 mm, dok je relativni progib (linica-CL) oko 63 mm. Vidljiv je utjecaj boč_{nih stepenica i uzdužnih pregrada prostora salona na deformacije palube}

uslijed smanjenja popreč_{nog nepoduprtog raspona. Na dijagramu na istoj slici prikazane su}

deformacije gornje palube u ovisnosti o uzdužnom položaju na uzdužnoj simetrali, te na udaljenosti od 3750 mm boč_{no od uzdužne simetrale.}

Slika 5. Vertikalni pomaci gornje palube i dijagram pomaka duž broda na tri pozicije po širini nadgrañ_a

Fig. 5 Vertical deflection of Upper deck and diagram of displacement along the ship at three transverse positions

Na osnovi provedene analize i č_{injenice da su vertikalni progibi ve}ć_{i od dozvoljenih,}

definirana su pojač_{anja središnjih sponja palube. Definirana poja}č_{anja (šrafirani dio profila)}

prikazana su na slici 6 i predstavljaju nadogradnju poč_{etnog rješenja L profil u kutijasti}

Slika 6. Redizajn i pojačanja sponja gornje palube Fig. 6 Redesign of transverse beams in Upper deck

Implementacijom predloženog rješenja relativni vertikalni pomak sponja (linica-CL) pao je ispod 40 mm, uslijed poveć_{anja krutosti, za razmatrani slu}č_{aj optere}ć_{enja (p=2 kN/m}2_).

3. Podizanje-porinuć_{e katamarana}

3.1. Idejno rješenje

Plan brodogradilišta koje je gradilo katamaran, bio je uštedjeti na vremenu gradnje i financijskim sredstvima, pa se brod nije gradio na otvorenom navozu, već _{u zatvorenoj hali.}

To je uzrokovalo i promjenu nač_{ina predavanja katamarana moru iz uzdužnog porinu}ć_{a u}

spuštanje katamarana dizalicom u more. Kako se, zbog ogranič_{enog prostora na opremnoj}

obali, spuštanje katamarana u more obavljalo jednom dizalicom, da bi se brod tijekom podizanja mogao osloniti na što već_{i broj lokacija uzduž trupa (kako bi se što je više mogu}ć_e

smanjile deformacije trupa), bilo je potrebno projektirati i okvirnu konstrukciju za podizanje broda (balancin). Podizanje broda izvršilo se pomoć_{u zateznica (braga/traka) za podizanje}

tereta.

U projektu su preliminarno analizirane dvije varijante podizanja katamarana: katamaran položen na roštiljnu konstrukciju ovješenu u jednoj toč_{ki i katamaran ovješen na} č_etiri

pozicije za roštiljnu konstrukciju ovješenu u jednoj toč_{ki. Prva varijanta je u kona}č_nici

napuštena, buduć_{i da bi postavljanje roštiljne konstrukcije ispod broda uzrokovalo veliku}

količ_{inu dodatnih radova i složene manipulacije dijelovima te konstrukcije u ograni}č_enom

prostoru zatvorene hale, te je odabrana druga varijanta, vidi sliku 7. Za prihvać_{anje broda}

prilikom podizanja odabrane su č_{etiri pogodne pozicije uzduž trupa broda: rebra 4-5, zatim}

10-11, 16, te 25-26. Na tim presjecima nalaze se popreč_{ne pregrade s uzdužnim koordinatama}

biti ovješen u toč_{ki iznad težišta sistema “brod + naprava za podizanje” s uzdužnom}

koordinatom 15950 mm, kao ne bi došlo do rotacije broda prilikom podizanja. Kako se težište sistema ne nalazi na sredini razmaka izmeñ_{u popre}č_{nih nosa}č_a, č_{ija je koordinata na poziciji}

18000 mm, dolazi do neravnomjerne raspodjele optereć_{enja na užad preko koje je ovješena}

konstrukcija. Uz to potrebno je i postaviti užad različ_{ite duljine, kako bi se sprije}č_{ilo rotiranje}

broda prilikom podizanja. Shematski prikaz konstruktivnog rješenja podizanja katamarana dan je na slici 7.

Slika 7. Shematski prikaz konstruktivnog rješenja podizanja katamarana Fig. 7 Launching of catamaran structure-schematic view of design solution

Za odabranu varijantu podizanja katamarana bilo je potrebno projektirati adekvatnu napravu za podizanje (balancin). Svrha definiranja ovakvog nač_{ina podizanja je bila osloniti}

brod na što već_{i broj lokacija uzduž trupa, kako bi se što je više mogu}ć_{e smanjile deformacije}

trupa. Definirana su č_{etiri gore navedena mjesta. Zatim je bilo potrebno prona}ć_{i adekvatan}

nač_{in vezivanja zateznica za podizanje na samu konstrukciju za podizanje, kako bi se}

meñ_{usobno ujedna}č_{ilo optere}ć_{enje i rastezanje zateznica. To je u}č_{injeno pomo}ć_{u „vješalica“}

na koje su preko č_elič_{nih šipki ovješene zateznice. Vješalice imaju mogu}ć_{nost rotacije oko}

toč_{ke ovješenja i time ujedna}č_{uju optere}ć_{enje u šipkama i zateznicama ovješenima na njih.}

Time je riješeno ovješavanje broda na roštiljnu konstrukciju za podizanje. Drugi dio projektnog rješenja ovog sustava bio je ovješavanje naprave za podizanje na kuku dizalice. To je uč_{injeno postavljanjem složenog seta} č_elič_{ne užadi, kako bi se maksimalno smanjila}

optereć_{enja same konstrukcije naprave za podizanje, a kuka dizalice postavila iznad težišta}

samog broda i time spriječ_{ila rotacija broda prilikom podizanja. Rješenje ovješenja zateznica}

za konstrukciju za podizanje pomoć_{u „vješalica“, kao i rješenje ovješenja konstrukcije za}

podizanje za kuku dizalice pomoć_{u seta} č_elič_{ne užadi, definirala je tvrtka CADCON d.o.o,}

Pula. Ova rješenja, kao i integritet same konstrukcije, provjerena su i potvrñ_{ena kasnijom}

FEM analizom.

Opisano podizanje katamarana uzrokuje i specifič_{an na}č_{in optere}ć_{enja konstrukcije.}

Interesantni dijelovi konstrukcije, na koje je potrebno obratiti posebnu pažnju prilikom podizanja katamarana su mjesta kontakta zateznica s trupom katamarana, kao i vertikalni okviri nadgrañ_{a izme}ñ_{u kojih se nalaze stakla. Stoga je bilo potrebno provjeriti globalnu} č_vrstoć_{u i integritet konstrukcije broda u cjelini, kao i} č_vrstoć_{u navedenih dijelova brodske}

konstrukcije, koji su prilikom polaganja broda posebno izloženi i optereć_{eni. Da bi se}

smanjila optereć_{enost konstrukcije, za položaje zateznica za podizanje odabrana su mjesta}

smjeru, izmeñ_{u trupova su postavljene} č_{etiri razupore koje smanjuju deformacije trupova}

uslijed takvog optereć_{enja u popre}č_{nom smjeru.}

3.2. Strukturna analiza

Buduć_{i da se radi o složenoj analizi, uz preliminarni prora}č_{un izvršen analiti}č_kim

metodama, izrañ_{en je i kompletni MKE model katamaranske konstrukcije napravljen u}

programu MAESTRO [3, 4], prema finalnoj projektnoj dokumentaciji. Provedena je složena MKE analiza provjere strukturne izdržljivosti broda i sustava za dizanje (zateznice-struktura balansirajuć_{eg okvira-}č_elič_{na užad) [5]. FEM analiza provedena je za katamaran ovješen na} č_{etiri uzdužne pozicije za napravu za podizanje - pravokutnu okvirnu konstrukciju (balancin)}

ovješenu za kuku dizalice u jednoj toč_{ki. Prikaz kompletnog sustava} (katamatran-zateznice-č_elič_{ne šipke-balancin-}č_elič_{na užad) modeliranog pomo}ć_{u MKE prikazan je na slici 8.}

Slika 8. Kompletni sustav (katamaran-zateznice-čelične šipke-balancin-čelična užad) modeliran pomoću MKE Fig. 8 Complete system (ship-textile slings-steel rods-strong beams-steel ropes) modeled with FEM

MKE model je optereć_{en prema tablici centracije, te ukupna masa samog lakog broda}

iznosila je oko 210 t, dok je ukupna masa sustava (uključ_ujuć_{i zateznice-okvirnu konstrukcija}

balancina-č_elič_{ne šipke-}č_elič_{na užad, škopce i drugu pripadaju}ć_{u opremu za dizanje) iznosila}

320 t. Implementirana je dodatna vertikalna akceleracija od 0.3g koja pokriva sve moguć_e

dinamič_{ke efekte prilikom podizanja, koriste}ć_{i preporuke Lloyd Registra [6].}

Globalni pomaci i progibi strukture u procesu dizanja su evaluirani, te nije identificirana nikakva potreba za redizajnom s obzirom na oč_{itane pomake. Posebna pažnja pri tome je}

posveć_{ena bo}č_{nim okvirima stakla kako ne bi došlo do pucanja stakala. Relativni pomaci u}

pojedinom okviru u procesu dizanja u raznim smjerovima su vrlo mali (max.2-3mm) što bi sustav spajanja i brtvljena prozora bez problema trebao akomodirati.

Maksimalna aksijalna vlač_{na naprezanja u} č_elič_{nim užadima iznosila su oko 283N/mm}2_,

vidi sliku 9, što s obzirom na promjer užadi od 84mm predstavlja vlač_{nu silu od oko 1530 kN.}

Minimalna prekidna sila specificirana od strane proizvoñ_ač_{a užadi iznosi 5314kN što}

Slika 9. Aksijalna naprezanja u č_elič_{noj užadi koja povezuje kuku dizalice i balancin}

Fig. 9 Axial stresses in strong beams and steel ropes

Zateznice za podizanje imaju tendenciju pritiskanja trupova u horizontalnom popreč_{nome smjeru, pa su projektirane i izme}ñ_{u trupova postavljene} č_{etiri razupore (pozicije}

rebro 10 i 11, te 25 i 26) koje sprječ_{avaju deformacije glavne palube i vertikalnih bo}č_nih

nosač_{a nadgra}ñ_{a broda uslijed takvog optere}ć_{enja trupova. Izgled razupora prikazan je na slici}

10.

Slika 10. Prikaz razupora smještenih izmeñu trupova katamarana na pozicije R. 10, 11, 25 i 26 Fig. 10 Drawing of pillars between two catamaran hull at positions on frames FR. 10, 11, 25 i 26

Provedena je detaljna evaluacija katamaranske konstrukcije s obzirom na moguć_nost

pojave popuštanja i izvijanja, a kao zone smanjene sigurnosti na izvijanje identificirani su dijelovi oplate izmeñ_{u ukrepa popre}č_{nih pregrada, na pozicijama gdje se oslanjaju zateznice}

(R.10-11 te R.25-26). Popreč_{ne pregrade su izra}ñ_{ene od tankih} č_elič_{nih limova (4-5mm) i}

ukrepljene L profilima, te su jako osjetljive na izvijanje oplate izmeñ_{u ukrepa kada postoje i}

mala tlač_{na naprezanja u smjeru okomitom na ukrepe. Kriti}č_{no naprezanje u elasti}č_nom

područ_{ju limova s odnosom stranica (l=2000mm, s=500mm i t=4mm) iznosi prema DNV}

samo 15N/mm2. Na slici 11, prikazani su normalizirani faktori podobnosti na izvijanje (g<0→

ne zadovoljava) generirani programom MAESTRO za pregradu na rebru 10. Male vertikalne ukrepe protiv izvijanja su sugerirane na nekoliko mjesta kako bi se smanjila moguć_nost

Slika 11. Normalizirani faktori podobnosti za poprečnu pregradu na R. 10 Fig. 11 Normalized adequacy factors for transverse bulkhead on Fr.10

Prilikom evaluacije okvirne konstrukcije balancina, kao kritič_{ni detalj blago smanjene}

sigurnosti na pojavu popuštanja identificiran je detalj unutarnjeg okvira na rebru 25. Do pojave poveć_{anih naprezanja dolazi zbog velikih vla}č_{nih sila koje djeluju u} č_elič_{nom užetu}

iznad i č_elič_{noj šipki ispod koji rastežu unutarnji okvir balancina i djeluju na pojavu aksijalnih}

i smič_{nih naprezanja u njoj. Relativno fina MKE mreža (100x100mm) implementirana je oko}

kritič_{nih detalja za bolju procjenu koncentracija naprezanja, slika 12.}

Slika 12. Normalizirani faktori podobnosti za okvirnu konstrukcije balancina oko R. 25 Fig. 12 Normalized adequacy factors for strong beam structure around Fr.25

4. Zaključ_ak

Futuristič_{ki izgled plovila, s velikim staklenim površinama na bokovima i prednjoj}

strani nadgrañ_{a, te zahtjev naru}č_{itelja za izbjegavanjem bilo kakvih strukturnih podupora}

(pregrada i upora) u prostoru salona, uz korištenje aluminija kao konstrukcijskog materijala nadgrañ_{a i veliki popre}č_{ni raspon gornje palube, stavio je pred projektante složen zadatak}

projektiranja konstrukcije koja zadovoljava sve navedene zahtjeve. Implementirano projektno rješenje korištenjem linica kao primarnih nosač_{a gornje palube, te gustim rasporedom sponja}

gornje palube, č_{ime se zadržala i potrebna svijetla visina prostora salona, pokazalo se kao}

primjereno i lako izvedivo rješenje. Pri tome se vodilo rač_{una i o maksimalnim progibima}

gornje palube. Konstrukcija je prema Pravilima BV projektirana sa stanovišta što manje strukturne mase (iako formalna strukturna optimizacija nije provedena), kako bi se gaz plovila zadržao unutar dopuštene vrijednosti.

Definirani nač_{in podizanja katamarana pokazao se u potpunosti adekvatan za strukturni}

integritet same konstrukcije broda, stoga naprezanja u konstrukciji broda nigdje nisu dosegla granič_{nu vrijednost, a deformacije okvirnih nosa}č_{a stakala ostale su unutar dopuštenih}

vrijednosti. Potvrda provedenih prorač_{una/simulacija dizanja i implementiranih rješenja}

dobivena je nakon što je proveden stvarni proces porinuć_{a i predaje broda moru.}

Projektiranje i izgradnja prikazanog sofisticiranog plovila u cijelosti je plod hrvatske brodograñ_{evne pameti, znanja i vještina, koje su dobile potvrdu i u pozitivnim o}č_itovanjima

vlasnika i naruč_{itelja ovog plovila. Na sljede}ć_{im slikama prikazane su faze projekta, od}

projektiranja do gradnje, porinuć_{a i završetka projekta.}

Slika 13. Nacrt glavnog rebra Fig. 13 Midship section dwg.

Slika 14. MKE model konstrukcije katamarana Fig. 14 FEM model of catamaran structure

Slika 15. 3D Prikaz putničkog katamarana Fig. 15 3D view of passenger catamaran

Slika 16. Gradnja katamarana Fig. 16 Catamaran construction

Fig. 17 Catamaran launching Fig. 18 Lifting the catamaran to heavy-lifter

Slika 19. Završetak opremanja broda - prostor putničkog salona Fig. 19 Completion of catamaran outfitting - accommodation area

Slika 20. Plovidba katamarana, akvarorij Pule Fig. 20 Catamaran cruising, Pula, Croatia

Slika 21. Plovidba katamarana rijekom Temzom, London

Fig. 21 Catamaran cruising on the River Thames, London

ZAHVALA

Najljepša zahvala tvrtki CADCON d.o.o. na kvalitetno izrañ_{enoj radioni}č_koj

dokumentaciji, te doprinosu u rješenju konstrukcije za podizanje katamarana, Brodarskom institutu kao projektantu, ugovaratelju i nositelju č_{itavog projekta, te svim} č_lanovima

LITERATURA

[1] Bureau Veritas, Rules for the Classification of Inland Navigation Vessels, Part B Hull Design and Construction, April 2009.

[2] HRN EN 1990:2011/NA: 2011, Hrvatski zavod za norme, 2011.

[3] Hughes O.F., "Ship Structural Design", John Wiley & Sons, SNAME, New Jersey, 1988. [4] MAESTRO Version 8.7.6, Program documentation, Proteus engineering, Stevensville, MD, USA, 2007.

[5] ŽANIĆ_{, V., ANDRI}Ć_{, J., PIRI}Ć_{, K., GRGI}Ć _{,M., STIP}Č_EVIĆ _{M. : "3D FEM Structural}

Analysis of “3GR”Passenger Catamaran w.r.t Lifting Load Case", Technical Report for CADCON d.o.o, Pula, University of Zagreb, Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture, 2012.

[6]…..Lloyds Register of Shipping: "CODE FOR LIFTING APPLIANCES IN A MARINE ENVIRONMENT", January 2003.