Tính kết cấu Catmaran: Giới thiệu chung (1)

          Hiện tại, phương pháp tính kết cấu tàu hai thân được giới thiệu trong một số tài liệu nước ngoài, tuy nhiên có rất ít tài liệu  được ban hành về hướng dẫn thiết kế catamaran một cách chi tiết. Các mẫu tàu đang được sử dụng đều là độc quyền của một số công ty, tài liệu thiết kế các loại tàu đó vẫn là bí  mật công nghệ. Loại tàu này đã được chế tạo tại Việt Nam được thực hiện theo thiết kế của nước ngoài, chưa có cơ quan thiết kế tàu nào ở nước ta đưa ra một thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh về loại tàu này cũng như chưa đưa vào giảng dạy thiết kế chúng.

Vì chưa có Quy phạm đóng tàu hai thân, then chốt của bài toán là giải trực tiếp độ bền kết cấu trên cơ sở sơ đồ lực tác dụng và kết cấu cụ thể. Việc này tốn nhiều thời gian và cần có các phần mềm chuyên dụng.

Tàu một thân, sức bền kết cấu được quy định chi tiết bởi IMO; tiêu chuẩn sức bền của tàu nhiều thân chỉ mới ban hành trên thế giới trong thời gian gần đây. Hiện nay người ta dùng các tiêu chuẩn chủ yếu từ Bộ luật an toàn quốc tế về tàu cao tốc để áp dụng trực tiếp cho các catamaran và trimaran, như các loại tàu đáp ứng điều kiện dành cho tàu cao tốc.

Yêu cầu của luật là hợp nhất quy phạm của các hiệp hội. Bộ luật này đang được IMO phê duyệt; nhằm cập nhật và bổ sung để cho ra phiên bản mới. Mặc dù  hướng dẫn này đang được xét duyệt, Quy phạm ABS mới nhất đã tham khảo tài liệu đó. Tài liệu ban hành là các văn bản hướng dẫn tính kết cấu, mà không phải là tài liệu pháp quy, vì vậy việc vận dụng tài liệu này vào tính kết cấu phải được cơ quan Đăng kiểm quốc gia xem xét cụ thể.

Cũng như những đặc tính khác trong hoạt động của tàu, sức bền tàu hai thân được chi phối bởi cấu trúc hai phần thân tàu tách rời dưới mớn nước; tùy vào kết cấu sắp xếp, kích thước tương đối và hình dáng của chúng. Phân bố ứng suất các phần tử kết cấu chính phụ thuộc vào tỉ số kích thước cơ bản của từng thân tàu riêng rẽ, vào kích thước tiết diện các thân và cầu nối.

Tính phức tạp của thiết kế kết cấu tàu hai thân được biểu hiện qua số liệu thống kê hư hại của Đăng kiểm Na Uy – DNV, như sau: Gần 35% hư hỏng thân tàu xảy ra trong 4 năm đầu tiên đưa vào sử dụng, tỉ lệ tương tự xảy ra trong 4 năm cuối của khoảng thời gian 20 năm sử dụng.

Dữ liệu này cho thấy, thế giới đang rất cần tiếp tục cải tiến kỹ thuật thiết kế để làm giảm tỉ lệ hư hỏng của tàu hai thân. Nó cũng cho thấy tính khả thi của việc chế tạo để tàu hai thân có tuổi thọ 20 năm được tính thiết kế chủ yếu dựa trên cơ sở của phương pháp giải tích. Cũng từ dữ liệu của DNV, gần một nửa kết cấu bị phá huỷ đã được tăng bền hoặc được thiết kế lại trong quá trình sửa chữa sau tai nạn. Điều này có nghĩa là thiết kế  hoặc tiêu chuẩn và/hoặc quy trình công nghệ ban đầu chưa đầy đủ.

Việt Nam hiện nay chưa ban hành Qui phạm hướng dẫn tính kết cấu tàu hai thân nói chung và tàu hai thân có vỏ bằng vật liệu composite. Đây là trở ngại đối với đơn vị thiết kế và cho chính Cục Đăng kiểm tàu thuyền có tài liệu chính thống áp dụng khi tiến hành phê duyệt hồ sơ thiết kế kỹ thuật tàu nhiều thân.

Nghiên cứu tổng hợp các tài liệu trong và ngoài nước, cùng kinh nghiệm thiết kế tàu thuyền và thi công thực tế, nhóm nghiên cứu thuộc Viện Nghiên cứu chế tạo tàu thuỷ – Trường Đại học Nha Trang UNINSHIP đã và đang thực hiện xây dựng quy trình tính kết cấu, và đặc biệt là kiểm tra bền cầu nối tàu hai thân bằng vật liệu composite. Kết quả này được vận dụng để thiết kế tàu hai thân chở khách vỏ composite phục vụ du lịch biển (ký hiệu tàu CAT-01) – hồ sơ thiết kế đã xây dựng đã đạt được một số tiêu chuẩn mang tính pháp quy đầu tiên của Việt Nam về loại tàu này. UNINSHIP cũng đang từng bước nghiên cứu, thiết kế chế tạo thử nghiệm một số tàu hai thân mới. Mong muốn phối hợp với các ban ngành liên quan để sớm cùng Cục Đăng kiểm Việt Nam có được qui phạm áp dụng trong chế tạo loại tàu này nhằm góp phần phát triển và mở rộng sử dụng tàu nhiều thân ở nước ta.

Chúng tôi sẽ lần lượt giới thiệu phương pháp tính kết cấu và kiểm tra bền cầu nối tàu hai thân vỏ bằng vật liệu composite, có chiều dài thiết kế không quá 60m.
———
Vĩnh Phát