Jääluokkamääräykset ja niiden soveltaminen

1 (70) Antopäivä: [pp.kk.vvvv] Voimaantulopäivä: [pp.kk.vvvv] Voimassa: toistaiseksi Säädösperusta: Laki alusten jääluokista ja jäänmurtaja-avustuksesta (1121/2005) 4 :n 1 momentti Täytäntöönpantava EU-lainsäädäntö: - Muutostiedot: - Jääluokkamääräykset ja niiden soveltaminen SISÄLTÖ 1. YLEISTÄ... 5 1.1 Määräysten tarkoitus... 5 1.2 Vuoden 2017 jääluokkamääräysten soveltaminen... 5 1.3 Vuoden 2010 jääluokkamääräysten soveltaminen... 5 1.4 Vuoden 2008 jääluokkamääräysten soveltaminen... 5 1.5 Vuoden 2002 jääluokkamääräysten soveltaminen... 5 1.6 Vuoden 1985 jääluokkamääräysten soveltaminen... 5 1.7 Vuoden 1971 jääluokkamääräysten soveltaminen... 6 1.8 Jääluokat... 6 2. JÄÄLUOKKASYVÄYS... 6 2.1 Ylempi ja alempi jäävesiviiva... 6 2.2 Suurin ja pienin syväys keulassa ja perässä... 7 3. KONETEHO... 7 3.1 Konetehon määritelmä... 7 3.2 Vaadittu koneteho jääluokissa IA Super, IA, IB ja IC... 7 3.2.1 Määritelmät... 8 3.2.2 Uudet alukset... 8 3.2.3 Olemassa olevat jääluokkiin IB tai IC kuuluvat alukset... 10 3.2.4 Olemassa olevat jääluokkiin IA Super tai IA kuuluvat alukset... 10 3.2.5 Muita menetelmiä määrittää K e tai R CH... 11 4. RUNGON RAKENTEELLINEN SUUNNITTELU... 11 4.1 Yleistä... 11 4.1.1 Rungon alueet... 13 4.2 Jääkuormitus... 14 4.2.1 Jääkuormituksen korkeus... 14 4.2.2 Jääpaine... 14 4.3 Laidoitus... 16 4.3.1 Laidoituksen jäävahvistuksen (jäävyöhykkeen) ulottuvuus pystysuunnassa... 16 4.3.2 Levyn paksuus jäävyöhykkeessä... 17 4.4 Kaaret... 18 4.4.1 Kaarten jäävahvistuksen pystysuora ulottuvuus... 18 4.4.2 Poikittaiskaaret... 18 4.4.2.1 Taivutusvastus ja leikkauspinta-ala... 18 4.4.2.2 Poikittaiskaarituksen yläpää... 20 4.4.2.3 Poikittaiskaarituksen alapää... 20 Liikenteen turvallisuusvirasto PL 320, 00101 Helsinki puh. 029 534 5000, faksi 029 534 5095 Y-tunnus 1031715-9 www.trafi.fi

2 (70) 4.4.3 Pitkittäiskaaret... 20 4.4.4 Yleistä kaarituksesta... 21 4.4.4.1 Kaarten liittäminen kantaviin rakenteisiin... 21 4.4.4.2 Kaarten tuenta epävakauden ja erityisesti kaatumisen varalta... 21 4.5 Jääjäykkääjät... 22 4.5.1 Jäykkääjät jäävyöhykkeessä... 22 4.5.2 Jäävyöhykkeen ulkopuolella olevat jäykkääjät... 23 4.5.3 Kansikaistaleet... 23 4.6 Kehyskaaret... 24 4.6.1 Jääkuormitus... 24 4.6.2 Taivutusvastus ja leikkauspinta-ala... 24 4.7 Keula... 25 4.8 Perä... 26 5. PERÄSIN JA OHJAUSLAITTEET... 26 6. PROPULSIOKONEISTO... 27 6.1 Soveltamisala... 27 6.2 Määritelmät... 27 6.3 Mitoitusjääolosuhteet... 33 6.4 Materiaalit... 34 6.4.1 Merivedelle altistuvat materiaalit... 34 6.4.2 Meriveden lämpötilalle altistuvat materiaalit... 34 6.5 Mitoituskuormat... 34 6.5.1 Potkurin lapojen mitoituskuormat... 34 6.5.1.1 Avopotkurin lavan suurin voima taaksepäin F b... 35 6.5.1.2 Avopotkurin lavan suurin voima eteenpäin F f... 35 6.5.1.3 Avopotkurin kuormitustapaukset... 35 6.5.1.4 Suulakepotkurin lavan suurin jäävoima taaksepäin F b... 37 6.5.1.5 Suulakepotkurin lavan suurin jäävoima eteenpäin F f... 37 6.5.1.6 Suulakepotkurien lapojen kuormitustapaukset... 37 6.5.1.7 Avo- ja suulakepotkureiden lapojen suurin kääntömomentti Q smax... 38 6.5.1.8 Lapakuormien kuormitusjakautuma... 38 6.5.1.9 Jääkuormitusten lukumäärä... 39 6.5.2 Avo- ja suulakepotkurien aksiaalikuormat... 40 6.5.2.1 Avo- ja suulakepotkurien enimmäisjäätyöntö T f ja T b... 40 6.5.2.2 Avo- ja suulakepotkurillisten akselilinjojen mitoitustyöntö... 40 6.5.3 Akselijohdon mitoitusvääntökuormat... 41 6.5.3.1 Avopotkurien mitoitusjäämomentti Q max... 41 6.5.3.2 Suulakepotkurien mitoitusjäämomentti Q max... 42 6.5.3.3 Mitoitusvääntömomentti ei-lapataajuisissa akselilinjoissa... 42 6.5.3.4 Mitoitusvääntömomentti lapataajuisissa akselilinjoissa... 43 6.5.3.4.1 Vääntövasteen aikatason laskelma... 43 6.5.3.4.2 Vääntövasteen taajuustason laskelma... 48 6.5.3.4.3 Ohjeita vääntövärähtelyn laskemiseen... 49 6.5.4 Lavan taittumiskuorma... 49 6.5.4.1 Taittumisvoima F ex... 49 6.5.4.2 Kääntömomentti Q sex... 50 6.6 Mitoitus... 51 6.6.1 Mitoitusperiaate... 51 6.6.2 Potkurin lapa... 51 6.6.2.1 Lavan jännitysten laskeminen... 51 6.6.2.2 Hyväksyttävyyskriteeri... 52 6.6.2.3 Potkurin lavan väsymismitoitus... 52 6.6.2.4 Hyväksymiskriteeri väsymiselle... 55 6.6.3 Potkurin napa ja nousun säätömekanismi... 55

3 (70) 6.6.4 Akselilinja... 55 6.6.4.1 Akselit ja niiden komponentit... 56 6.6.5 Ruoripotkuri pääpropulsiolaitteena... 56 6.6.5.1 Mitoitusperiaate... 56 6.6.5.2 Äärimmäiset jääiskun aiheuttamat kuormitukset... 56 6.6.5.3 Äärimmäiset jääkuormitukset potkurilaitteen runkoon sen työntyessä jäävalliin... 61 6.6.5.4 Hyväksyntäkriteeri staattisille kuormituksille... 65 6.6.5.5 Potkurilaitteen rungon globaali värähtely... 65 6.7 Vaihtoehtoiset mitoitusmenetelmät... 66 6.7.1 Soveltamisala... 66 6.7.2 Kuormitus... 66 6.7.3 Mitoitustasot... 66 7. MUUT KONEISTOVAATIMUKSET... 66 7.1 Käynnistysjärjestelyt... 66 7.2 8. Pohjakaivot ja jäähdytysvesijärjestelmät... 67 VOIMAANTULO... 67 TAULUKKOLUETTELO Taulukko 3-1: Kertoimen K e arvot tavanomaisille kuljetuskoneistoille... 9 Taulukko 3-2: Kertoimien f 1 f 4 ja g 1 g 3 arvot kertoimien C 1 ja C 2 määrittämiseen... 9 Taulukko 3-3: Kertoimien f 1 f 4 sekä g 1 g 3 arvot kertoimien C 1 ja C 2 määrittämiseen... 11 Taulukko 4-1: h o :n ja h:n arvot eri jääluokille... 14 Taulukko 4-2: Eri rungon alueita koskevat tekijöiden a ja b arvot... 15 Taulukko 4-3: Eri rungon alueita koskevat tekijän c p arvot... 15 Taulukko 4-4: Eri rakenne-elementtejä koskevat tekijän l a arvot... 16 Taulukko 4-5: Jäävyöhykkeen ulottuvuus pystysuunnassa... 16 Taulukko 4-6: Kaarten jäävahvistuksen pystysuora ulottuvuus... 18 Taulukko 4-7: Kertoimen m o arvot eri reunaehdoille... 19 Taulukko 4-8: Tekijöiden ja arvot... 25 Taulukko 6-1: Kuormitusten määritelmät... 31 Taulukko 6-2: Käyttötavat eri jääluokissa... 33 Taulukko 6-3: Mitoitusjäälohkareen paksuus... 33 Taulukko 6-4: Avopotkurien kuormitustapaukset... 36 Taulukko 6-5: Suulakepotkurien kuormitustapaukset... 38 Taulukko 6-6: N class :in arvot... 39 Taulukko 6-7: Potkurin paikkakertoimen k 1 arvot... 39 Taulukko 6-8: Hydrodynaamisen paalutyönnön T oletusarvot... 41 Taulukko 6-9: Potkurin oletuspyörimisnopeus jatkuvalla enimmäisteholla paaluvetotilanteessa... 41 Taulukko 6-10: Pääkoneen enimmäisvääntömomentin Q emax oletusarvot... 43 Taulukko 6-11: Jäävaikutuksen laajuuteen ja kestoon vaikuttavat tekijät eri lapalukumäärille 44 Taulukko 6-12: Kertoimien arvot taajuustason herätelaskelmissa... 48 Taulukko 6-13: Kertoimien B 1, B 2 ja B 3 arvot... 52 Taulukko 6-14: Määritysparametrit arvolle... 54 Taulukko 6-15: Parametrin G arvo eri m/k-suhteissa... 55 Taulukko 6-16: Kuormitustapaukset jään aiheuttamista iskuista ympärikääntyvään potkurilaitteeseen... 58 Taulukko 6-17: Parametrien arvot jään mitoille ja dynaamiselle vahvistukselle... 60 Taulukko 6-18: Iskunopeudet potkurilaitteissa, jotka sijaitsevat perän keskilinjalla... 61 Taulukko 6-19: Iskunopeudet potkurilaitteeseen sivussa perässä, potkurilaitteeseen keskilinjalla keulassa ja potkurilaitteeseen sivussa keulassa... 61

4 (70) Taulukko 6-20: Kuormitustapaukset jäävallien jääkuormituksille... 63 Taulukko 6-21: Parametrit enimmäiskuormitusten laskemiseen potkurilaitteen työntyessä jäävalliin. Peräpotkurit. Keula ensin -toiminta... 65 Taulukko 6-22: Parametrit enimmäiskuormitusten laskemiseen potkurilaitteen työntyessä jäävalliin. Tunkeutuminen potkurilaite edellä esimerkiksi kaksitoimisissa aluksissa.... 65 Taulukko I-1: Eri tyyppialuksia koskevia parametreja ja näiden tyyppialusten laskettu vähimmäiskoneteho... 68 KUVALUETTELO Kuva 3-1. Rungon geometristen suureiden määrittely. Jos aluksella on bulbi, 1 = 90.... 8 Kuva 4-1. Jääkuormituksen jakautuminen aluksen kyljessä... 12 Kuva 4-2. Kaaren jännevälin (vas.) ja kaarivälin (oik.) määritelmä kaareville rakenneelementeille... 13 Kuva 4-3. Rungon jäävahvistetut alueet... 14 Kuva 4-4. Esimerkkejä asianmukaisista keuloista... 25 Kuva 6-1. Taaksepäin vaikuttavan lapavoiman suunta on kohtisuorassa profiilin jänneviivaan nähden säteellä 0,7R. Jääpaine johtoreunassa on esitetty pienillä nuolilla.... 33 Kuva 6-2. Weibull-jakaumat (sen todennäköisyys, että F ice on suurempi kuin (F ice ) max ), joita käytetään väsymismitoitukseen... 39 Kuva 6-3. Yhden lavan jääniskusta johtuva jäämomenttikaavio kuvattuna potkurin rotaatiokulman funktiona... 44 Kuva 6-4. Potkurin momenttiherätejaksojen muoto potkureille, joissa on 3, 4, 5 tai 6 lapaa. 47 Kuva 6-5. Kaaviokuva lavan taittumiskuormasta ja siihen liittyvästä kääntömomentista voiman kohdistuessa eri kohtiin jänneviivalla 0,8R-säteellä... 51 Kuva 6-6. Kaksikaltevuuksinen SN-käyrä... 53 Kuva 6-7. Vakiokaltevuuksinen SN-käyrä... 53 Kuva 6-8. Esimerkkejä kuormitusskenaariotyypeistä... 56 Kuva 6-9. Arvona R c käytetyt mitat... 60 Kuva 6-10. Kuva kosketusalueen rajoittumisesta jäävallin enimmäispaksuuteen... 64 Kuva III-1. Jääluokkasyväysmerkintä... 70 LIITELUETTELO Liite I Eri tyyppialuksia koskevia parametreja ja näiden tyyppialusten laskettu vähimmäiskoneteho... 68 Liite II Vaadittu koneteho alukselle, jonka jääluokka on IB tai IC ja jonka köli on laskettu tai joka oli samankaltaisessa rakennusvaiheessa ennen 1. syyskuuta 2003... 69 Liite III Jääluokkasyväysmerkintä... 70

5 (70) 1. 1.1 YLEISTÄ Määräysten tarkoitus Näillä määräyksillä Liikenteen turvallisuusvirasto antaa alusten jääluokista ja jäänmurtajaavustuksesta annetun lain (1121/2005) 4 :n 1 momentissa tarkoitetut tarkemmat määräykset (vuoden 2017 jääluokkamääräykset) eri jääluokkiin kuuluvien alusten rakenteelle, koneteholle ja muille jäissäkulkuominaisuuksille asetettavista vaatimuksista ja menetelmistä, joilla jääluokka määritellään, sekä eri jääluokkien välisistä eroista. 1.2 Vuoden 2017 jääluokkamääräysten soveltaminen Vuoden 2017 jääluokkamääräyksiä on sovellettava aluksiin, joiden rakentamisesta sovitaan 1 päivänä tammikuuta 2019 tai sen jälkeen. Vuoden 2017 jääluokkamääräyksiä voidaan kuitenkin soveltaa 1 päivästä joulukuuta 2017 lukien sellaisiin aluksiin, joiden rakentamisesta sovitaan 1 päivänä joulukuuta 2017 tai sen jälkeen. Vuoden 2017 jääluokkamääräysten kohtien 1.8 (Jääluokat) ja 2 (Jääluokkasyväys) määräyksiä sovelletaan kaikkiin aluksiin niiden rakentamisajankohdasta riippumatta. 1.3 Vuoden 2010 jääluokkamääräysten soveltaminen Vuoden 2010 jääluokkamääräyksiä (TRAFI/31298/03.04.01.00/2010) on sovellettava aluksiin, joiden rakentamisesta sovitaan 1 päivänä tammikuuta 2012 tai sen jälkeen, mutta ennen 1 päivää tammikuuta 2019. 1.4 Vuoden 2008 jääluokkamääräysten soveltaminen Alukseen, jonka rakentamisesta on sovittu 1 päivänä tammikuuta 2010 tai sen jälkeen, mutta ennen 1 päivää tammikuuta 2012, sovelletaan Merenkulkulaitoksen vuoden 2008 jääluokkamääräyksiä (8.12.2008 Dnro 2530/30/2008). 1.5 Vuoden 2002 jääluokkamääräysten soveltaminen Alukseen, jonka köli on laskettu tai joka on ollut vastaavassa rakennusvaiheessa 1 päivänä syyskuuta 2003 tai sen jälkeen, mutta jonka rakentamisesta on sovittu ennen 1 päivää tammikuuta 2010, sovelletaan Merenkulkulaitoksen vuoden 2002 jääluokkamääräyksiä (20.9.2002 Dnro 5/30/2002) niihin myöhemmin tehtyine muutoksineen. 1.6 Vuoden 1985 jääluokkamääräysten soveltaminen Alukseen, jonka köli on laskettu tai joka on ollut vastaavassa rakennusvaiheessa 1 päivänä marraskuuta 1986 tai sen jälkeen, mutta ennen 1 päivää syyskuuta 2003, sovelletaan Merenkulkuhallituksen vuoden 1985 määräyksiä alusten lukemisesta eri jäämaksuluokkiin (2.9.1985 Dnro 2575/85/307) niihin myöhemmin tehtyine muutoksineen. Laivanisännän pyynnöstä voidaan tällaiseen alukseen soveltaa myös Merenkulkulaitoksen vuoden 2008 jääluokkamääräyksissä esitettyjä konetehovaatimuksia. Jääluokkaan IA Super tai IA kuuluvan aluksen, jonka köli on laskettu tai joka on ollut samankaltaisessa rakennusvaiheessa ennen 1 päivää syyskuuta 2003, tulee kuitenkin täyttää Liikenteen turvallisuusviraston vuoden 2017 jääluokkamääräysten kohdan 3.2.2 tai 3.2.4 vaatimuk-

6 (70) set viimeistään 1 päivänä tammikuuta sinä vuonna, jolloin on kulunut 20 vuotta siitä kun alus on luovutettu. 1.7 Vuoden 1971 jääluokkamääräysten soveltaminen Alukseen, jonka köli on laskettu tai joka on ollut vastaavassa rakennusvaiheessa ennen 1 päivää marraskuuta 1986, sovelletaan aluksen iästä riippuen Merenkulkuhallituksen vuoden 1971 alusten lukemisesta eri jäämaksuluokkiin antaman päätöksen (6.4.1971 Dnro 1260/71/307) liitteessä I tai päätöksen 10 :ssä asetettuja vaatimuksia niihin myöhemmin tehtyine muutoksineen. Laivanisännän pyynnöstä voidaan tällaiseen alukseen soveltaa myös Merenkulkuhallituksen vuoden 1985 määräyksissä alusten lukemisesta eri jäämaksuluokkiin tai Merenkulkulaitoksen vuoden 2008 jääluokkamääräyksissä esitettyjä konetehovaatimuksia. Jääluokkaan IA Super tai IA kuuluvan aluksen, jonka köli on laskettu tai joka on ollut samankaltaisessa rakennusvaiheessa ennen 1 päivää syyskuuta 2003, tulee kuitenkin täyttää Liikenteen turvallisuusviraston vuoden 2017 jääluokkamääräysten kohdan 3.2.2 tai 3.2.4 vaatimukset viimeistään 1 päivänä tammikuuta sinä vuonna, jolloin on kulunut 20 vuotta siitä kun alus on luovutettu. 1.8 Jääluokat Alusten jääluokista ja jäänmurtaja-avustuksesta annetun lain (1121/2005) 3 :n mukaan alukset kuuluvat jääluokkiin seuraavasti: 1. jääluokkaan IA Super alus, jonka rakenne, koneteho ja muut ominaisuudet ovat sellaisia, että se pystyy kulkemaan vaikeissa jääolosuhteissa pääsääntöisesti ilman jäänmurtajan avustusta; 2. jääluokkaan IA alus, jonka rakenne, koneteho ja muut ominaisuudet ovat sellaisia, että se pystyy kulkemaan vaikeissa jääolosuhteissa tarpeen mukaan jäänmurtajan avustamana; 3. jääluokkaan IB alus, jonka rakenne, koneteho ja muut ominaisuudet ovat sellaisia, että se pystyy kulkemaan keskivaikeissa jääolosuhteissa tarpeen mukaan jäänmurtajan avustamana; 4. jääluokkaan IC alus, jonka rakenne, koneteho ja muut ominaisuudet ovat sellaisia, että se pystyy kulkemaan helpoissa jääolosuhteissa tarpeen mukaan jäänmurtajan avustamana; 5. jääluokkaan II alus, joka on teräsrunkoinen ja rakenteeltaan avomerikelpoinen ja joka siitä huolimatta, että alusta ei ole vahvistettu jäissä kulkua varten, pystyy omalla kuljetuskoneistolla kulkemaan erittäin helpoissa jääolosuhteissa; 6. jääluokkaan III alus, joka ei kuulu 1 5 kohdassa tarkoitettuun jääluokkaan. 2. JÄÄLUOKKASYVÄYS 2.1 Ylempi ja alempi jäävesiviiva Ylempi jäävesiviiva (UIWL) on niiden ylimpien vesiviivojen korkeimpien pisteiden yläreuna, jolla aluksen on tarkoitus kulkea jäissä. Viiva voi olla murtoviiva. Alempi jäävesiviiva (LIWL) on niiden alimpien vesiviivojen alimpien pisteiden alareuna, jolla aluksen on tarkoitus kulkea jäissä. Viiva voi olla murtoviiva.

7 (70) 2.2 Suurin ja pienin syväys keulassa ja perässä Suurin ja pienin jääluokkasyväys keula- ja peräpystysuorien kohdalla on määritettävä ylemmän ja alemman jäävesiviivan mukaisesti. Aluksen syväyksen keula- ja peräpystysuorien kohdalla on oltava aina ylemmän ja alemman jäävesiviivan välissä, kun jääolosuhteet edellyttävät aluksen vahvistamista jäissä kulkua varten. Syväyksen rajoitukset jäissä kuljettaessa on dokumentoitava. Kyseiset asiakirjat on pidettävä mukana aluksella päällikön saatavilla. Suurin ja pienin jääluokkasyväys keulassa, keskilaivalla ja perässä on merkittävä luokitustodistukseen. Jos alus on rakennettu 1 päivänä heinäkuuta 2007 tai sen jälkeen, on sen kylkiin kiinnitettävä varoituskolmio ja jääluokkasyväysmerkki keskilaivan suurimman sallitun jääluokkasyväyksen kohdalle (katso liite III), jos sen suolattoman veden kesälastiviiva sijaitsee jossakin kohdin korkeammalla kuin UIWL. Jos UIWL sijaitsee kesälastiviivan alapuolella, alukset, jotka rakennettu ennen 1 päivää heinäkuuta 2007, on varustettava vastaavalla merkinnällä viimeistään ensimmäisen 1 päivänä heinäkuuta 2007 jälkeen suunnitellun kuivatelakoinnin yhteydessä. UIWL:n rajoittama syväys ja viippaus ei saa ylittyä aluksen kulkiessa jäissä. Meriveden suolapitoisuus suunnitellun reitin varrella on otettava huomioon alusta lastattaessa. Jäissä kulkua varten alus on aina lastattava vähintään LIWL:n määräämään syväykseen keskilaivalla. Painolastitankki, joka sijaitsee LIWL:n yläpuolella ja joka on tarpeen aluksen saattamiseksi LIWL:ää vastaavalle vesiviivalle, on varustettava laitteilla, jotka estävät veden jäätymisen tankissa. LIWL:ää määritettäessä on kiinnitettävä huomiota siihen, että aluksella on oltava kohtuullinen jäissäkulkukyky painolastissa kulkiessaan. Potkurin on oltava kokonaan vedenpinnan alapuolella ja mahdollisuuksien mukaan myös kokonaan jäänpinnan alapuolella. Syväyksen on oltava keulassa vähintään: (2 + 0,00025 )h o [m], mutta sen ei tarvitse ylittää 4h o, ( 2.1) jossa on aluksen uppouma [t] UIWL:n vesiviivasta määritettynä (katso kohta 2.1). Kun UIWL:n määrittämiseen käytetään useaa vesiviivaa, uppouma on määritettävä vesiviivasta, joka vastaa suurinta uppoumaa. h o on tasaisen jään paksuus [m] kohdan 4.2.1 mukaan. 3. KONETEHO 3.1 Konetehon määritelmä Koneteho P on suurin kokonaisteho, minkä kuljetuskoneisto pystyy jatkuvasti välittämään potkuriin/potkureille. Jos koneiston tehoa on teknisin toimenpitein tai alusta koskevin määräyksin rajoitettu, P:n arvona käytetään tätä rajoitettua tehoa. Jos aluksessa käytetään päämoottorin tai -moottoreiden tuottaman tehon lisäksi muita lisävoimanlähteitä (esimerkiksi akselimoottoreita), myös niiden tuottama teho on lisättävä kokonaiskonetehoon. 3.2 Vaadittu koneteho jääluokissa IA Super, IA, IB ja IC Koneteho ei saa olla alhaisempi kuin alla olevan kaavan mukaan määritetty arvo eikä missään tapauksessa alle 1 000 kw jääluokassa IA, IB ja IC eikä alle 2 800 kw jääluokassa IA Super.

8 (70) 3.2.1 Määritelmät Aluksen mitat ja eräät muut parametrit on määritetty alla seuraavasti: L m aluksen perpendikkelipituus L BOW m keulan pituus L PAR m keskilaivan yhdensuuntaisen osan pituus B m aluksen suurin leveys T m aluksen kohdan 3.2.2 mukainen jääluokkasyväys A wf m 2 keulan vesiviivan pinta-ala aste vesiviivan kulma kohdassa B/4 1 aste keulan kallistuskulma keskiviivan kohdalla 2 aste keulan vertikaalin kallistuskulma kohdassa B/4 ψ aste rungon kyljen kallistuskulma laskettuna siten, että ψ = tan 1 ( tan ϕ sin α kulmien α ja ϕ paikallisia arvoja. Kohdassa 3 kallistuskulma on laskettu siten, että ϕ = ϕ 2. D P m potkurin halkaisija H M m jäämurskan paksuus keskiuomassa H F m keulan syrjään työntämän jäämurskakerroksen paksuus Kuva 3-1. Rungon geometristen suureiden määrittely. Jos aluksella on bulbi, 1 = 90. 3.2.2 Uudet alukset Saadakseen jääluokan IA Super, IA, IB tai IC on aluksen, jonka köli on laskettu tai joka on vastaavassa rakennusvaiheessa 1 päivänä syyskuuta 2003 tai sen jälkeen, täytettävä konetehonsa osalta seuraavat vaatimukset. Konetehovaatimus lasketaan kahdelle eri syväykselle kaavan 3.1 mukaisesti. Käytettävät syväykset ovat UIWL:n mukainen suurin syväys keskilaivalla ja LIWL:n mukainen pienin syväys keskilaivalla, kuten ne on määritetty kohdassa 2.2. Laskelmissa sellaiset aluksen parametrit, jotka riippuvat syväyksestä, on määritettävä vastaavalla syväyksellä. L ja B määritetään kuitenkin vain UIWL:n mukaan. Koneteho ei saa olla alhaisempi kuin suurin näistä kahdesta tehosta.

9 (70) P min = K e (R CH /1000) 3/2 D p [kw], ( 3.1) jossa kertoimen K e arvo annetaan taulukon 3-1 mukaan. Taulukko 3-1: Kertoimen K e arvot tavanomaisille kuljetuskoneistoille Potkureiden lukumäärä Säätösiipipotkuri tai sähköinen Kiinteäsiipito tai hydraulinen kuljetuskoneisnen potkuri 1 potkuri 2,03 2,26 2 potkuria 1,44 1,60 3 potkuria 1,18 1,31 Näitä kertoimen K e arvoja sovelletaan tavanomaisiin kuljetuskoneistoihin. Määritettäessä konetehovaatimuksia kehittyneemmille kuljetuskoneistoille voidaan käyttää myös muita menetelmiä (katso kohta 3.2.5). R CH on aluksen aiheuttama jäävastus newtoneina murretussa jääuomassa, jossa on jäätynyt pintakerros. R CH = C 1 + C 2 + C 3 C μ (H F + H M ) 2 (B + C ψ H F ) + C 4 L PAR H F 2 + C 5 ( LT B 2)3 A wf L, ( 3.2) jossa C μ = 0,15cos 2 + sin sin, C on suurempi tai yhtä suuri kuin 0,45, C ψ = 0,047ψ 2,115 ja C ψ = 0 jos ψ 45, H F = 0,26 + (H M B) 0,5, H M = 1,0 m jääluokissa IA ja IA Super = 0,8 m jääluokassa IB = 0,6 m jääluokassa IC C 1 ja C 2 huomioivat jäämurskan yhteenjäätyneen ylemmän kerroksen. C 1 =0 ja C 2 =0 jääluokille IA, IB ja IC. Jääluokalle IA Super: BL C 1 = f 1 2 T + (1 + 0,021φ 1 )(f 2 B + f 3 L BOW + f 4 BL BOW ) B + 1 Bulbikeulaisella aluksella φ 1 = 90. C 2 = (1 + 0,063φ 1 )(g 1 + g 2 B) + g 3 (1 + 1,2 T B ) B2 Kertoimet f 1 f 4 ja g 1 g 3 annetaan taulukossa 3-2. Taulukko 3-2: Kertoimien f 1 f 4 ja g 1 g 3 arvot kertoimien C 1 ja C 2 määrittämiseen f 1 = 23 N/m 2 g 1 = 1 530 N L

10 (70) f 2 = 45,8 N/m g 2 = 170 N/m f 3 = 14,7 N/m g 3 = 400 N/m 1,5 f 4 = 29 N/m 2 C 3 = 845 kg/(m 2 s 2 ) C 4 = 42 kg/(m 2 s 2 ) C 5 = 825 kg/s 2 ψ = tan 1 ( tan φ 2 sin α ) Jos termin ( LT B 2)3 arvo on vähemmän kuin 5, käytetään arvoa 5, ja jos termin arvo on enemmän kuin 20, käytetään arvoa 20. 3.2.3 Olemassa olevat jääluokkiin IB tai IC kuuluvat alukset Voidakseen pitää jääluokan IB tai IC on aluksen, jota koskevat vuoden 1985 jääluokkamääräykset (2.9.1985, Dnro 2575/85/307 niihin myöhemmin tehtyine muutoksineen), täytettävä vuoden 1985 jääluokkamääräysten kohdassa 3.2.1 määritelty vähimmäiskoneteho. Vuoden 1985 jääluokkamääräysten kohdan 3.2.1 mukaiset jääluokkia IB ja IC koskevat vähimmäiskonetehomääräykset on annettu näiden määräysten liitteessä II. 3.2.4 Olemassa olevat jääluokkiin IA Super tai IA kuuluvat alukset Voidakseen pitää jääluokan IA Super tai IA on aluksen, jonka köli on laskettu tai joka on ollut samankaltaisessa rakennusvaiheessa ennen 1 päivää syyskuuta 2003, täytettävä kohdan 3.2.2 vaatimukset viimeistään 1 päivänä tammikuuta sinä vuonna, jolloin on kulunut 20 vuotta siitä, kun alus on luovutettu. Jos alus ei täytä kohdan 3.2.2 vaatimuksia edellä mainittuna päivämääränä, alukselle voidaan vahvistaa korkein alempi jääluokka, johon koneteho on riittävä. Jos osaa niistä olemassa olevan aluksen runkoparametrien arvoista, jotka vaaditaan kohdassa 3.2.2 mainittua laskentamenetelmää varten, on vaikea määrittää, voidaan käyttää seuraavaa vaihtoehtoista kaavaa: R CH = C 1 + C 2 + C 3 (H F + H M ) 2 (B + 0,658H F ) + C 4 LH 2 F + C 5 ( LT B ( 3.3) B 2)3 4 jossa jääluokassa IA C 1 =0 ja C 2 =0. Jääluokassa IA Super, jos aluksella ei ole bulbia, kertoimet C 1 ja C 2 lasketaan seuraavas- BL C 1 = f 1 2 T + 1,84(f 2 B + f 3 L + f 4 BL) B + 1 ti: C 2 = 3,52(g 1 + g 2 B) + g 3 (1 + 1,2 T B ) B2 Jääluokassa IA Super bulbikeulaisella aluksella kertoimien C 1 ja C 2 arvot lasketaan seuraavasti: L

11 (70) BL C 1 = f 1 2 T + 2,89(f 2 B + f 3 L + f 4 BL) B + 1 C 2 = 6,67(g 1 + g 2 B) + g 3 (1 + 1,2 T B ) B2 Kertoimien f 1 f 4 sekä g 1 g 3 arvot annetaan taulukossa 3-3. Taulukko 3-3: Kertoimien f 1 f 4 sekä g 1 g 3 arvot kertoimien C 1 ja C 2 määrittämiseen f 1 = 10,3 N/m 2 g 1 = 1 530 N f 2 = 45,8 N/m g 2 = 170 N/m f 3 = 2,94 N/m g 3 = 400 N/m 1,5 f 4 = 5,8 N/m 2 C 3 = 460 kg/(m 2 s 2 ) C 4 = 18,7 kg/(m 2 s 2 ) C 5 = 825 kg/s 2 Jos termin ( LT B 2)3 arvo on vähemmän kuin 5, käytetään arvoa 5, ja jos termin arvo on enemmän kuin 20, käytetään arvoa 20. L 3.2.5 Muita menetelmiä määrittää K e tai R CH Yksittäiselle alukselle voidaan hyväksyä kohdissa 3.2.2 ja 3.2.3 määritettyjen K e :n tai R CH :n arvojen sijasta sellaiset K e :n tai R CH :n arvot, jotka perustuvat tarkempiin laskelmiin tai mallikokeisiin. Tällaisen hyväksynnän ehtona on, että se voidaan peruuttaa, jos kokemukset aluksen suorituskyvystä antavat siihen aihetta. Suunnitteluvaatimuksena eri jääluokille on 5 solmun vähimmäisnopeus seuraavanlaisissa murretuissa jääuomissa: IA Super H M = 1,0 m sekä 0,1 metrin vahvuinen jäätynyt pintakerros IA = 1,0 m IB = 0,8 m IC = 0,6 m. 4. RUNGON RAKENTEELLINEN SUUNNITTELU 4.1 Yleistä Menetelmä, jolla rungon mitoitus määritetään, perustuu tiettyihin oletuksiin, jotka koskevat rakenteeseen kohdistuvan jääkuormituksen ominaisuuksia. Nämä oletukset perustuvat pohjoisen Itämeren alueella tehtyihin täysmittakaavakokeisiin. On havaittu, että pienellä kuormitusalueella paikallinen jääpaine voi saavuttaa melko suuria arvoja. Paine saattaa olla selvästi suurempi kuin merijään normaali yksiaksiaalinen murtolujuus. Tämä johtuu siitä, että jännitystila on todellisuudessa moniaksiaalinen. Lisäksi on havaittu, että kaareen kohdistuva jääpaine voi olla suurempi kuin kaarten välissä olevaan laidoitukseen kohdistuva jääpaine. Tämä johtuu siitä, että kaarten ja laidoituksen taivutusjäykkyys on erilainen. Kuormitusjakauman on oletettu olevan kuvan 4-1 mukainen.

12 (70) Kuva 4-1. Jääkuormituksen jakautuminen aluksen kyljessä Tässä luvussa annetut kaavat ja arvot voidaan korvata suoralla laskentamenetelmällä, jos hallinto tai luokituslaitos katsoo, etteivät ne kelpaa tai sovellu tiettyyn rakennejärjestelyyn tai yksityiskohtaan. Muussa tapauksessa suoraa laskentamenetelmää ei pidä käyttää vaihtoehtona kohtien 4.3 4.5 nimenomaisten vaatimusten mukaisille analyyttisille menetelmille. Suorassa laskentamenetelmässä käytetään kohdassa 4.2 määriteltyä jääkuormitusta (p, h ja l a ). Käytettävä paine on 1,8p, jossa p on määritetty kohdan 4.2.2 mukaisesti. Jääkuormitusta on sovellettava kohdissa, joissa rakenteen lujuus taivutuksen ja leikkauksen yhteisvaikutuksesta on pienin. Rakenne on erityisesti tarkastettava siten, että kuorma on keskitetty ylemmälle jäävesiviivalle UIWL, 0,5h 0 alemman jäävesiviivan LIWL alle sekä sijoitettuna useaan pystysuoraan kohtaan niiden välille. Useampi vaakasuora kohta on myös tarkistettava, erityisesti keskijänneväliin tai keskiväliin keskitetyt kohdat. Jollei kuormapituutta l a voida määrittää suoraan rakenteen kokoonpanosta, lisäksi on tarkistettava useampi l a :n arvo käyttäen vastaavia c a :n arvoja. Suunnitelmien/mallien hyväksymiskriteerinä on, että taivutuksesta ja leikkauksesta johtuva kokonaisjännitys von Misesin myötökriteeriä käyttäen on alhaisempi kuin myötöraja σ y. Kun suora laskenta perustuu palkkiteoriaan, sallittu leikkausjännitys ei saa olla suurempi kuin 0,9 τ y, jossa τ y = σ y / 3. Jos näiden määräysten mitoitusvaatimukset ovat pienempiä kuin luokituslaitoksen vaatimukset jäävahvistamattomalle alukselle, on käytettävä luokituslaitoksen vaatimuksia. Huomautus 1. Seuraavassa tekstissä määritetyt kaarivälit ja jännevälit on normaalisti oletettu mitattavan (luokituslaitoksen kyseistä alusta koskevien sääntöjen mukaisesti) levyn suuntaisesti ja kohtisuoraan levyjen jäykkääjien akseleita vastaan, laipan myötäisesti, jos levyillä on laippa, ja vapaan reunan myötäisesti, jos kyseessä ovat lattateräsjäykisteet. Kaarevien rakenne-elementtien ollessa kyseessä kaariväli (tai jänneväli) määritetään kaarivälien (tai jännevälien) päätepisteiden väliseksi pituudeksi. Jännevälien päätepisteet määritetään levyn laipan tai yläreunan leikkauspisteen ja tukena olevan rakenne-elementin leikkauspisteinä (jäykkääjä, kehyskaari, kansi tai laipio). Kuvasta 4-2 ilmenevät kaaren jännevälin ja kaarivälin määritykset kaareville rakenne-elementeille.

13 (70) l s Kuva 4-2. Kaaren jännevälin (vas.) ja kaarivälin (oik.) määritelmä kaareville rakenneelementeille Huomautus 2. Levykentän tehollisen laipan leveys valitaan luokituslaitoksen sääntöjen mukaisesti laskettaessa kaaren, jäykkääjän ja kehyskaaren ja siihen liittyvän levyn taivutusvastusta. Tehollisen laipan leveys ei saa olla suurempi kuin mitä annetaan luokituslaitoksen säännöissä, joiden mukaan kyseinen alus rakennetaan. Huomautus 3. Kohdissa 4.4, 4.5 ja 4.6 esitetyt vaatimukset kaarien, jäykkääjien ja kehyskaarien taivutusvastuksesta ja leikkauspinta-alasta koskevat tehollista jäykisteen poikkipinta-alaa. Niissä tapauksissa, joissa jäykiste ei ole kohtisuorassa levyä vastaan, jäykisteen taivutusvastus ja leikkauspinta-ala on laskettava kyseistä alusta koskevien luokituslaitoksen sääntöjen mukaisesti. 4.1.1 Rungon alueet Aluksen runko jaetaan alueisiin seuraavasti (katso myös kuva 4-3): Keula-alue: Alue ulottuu keulasta perään päin keula-alueen takarajaan. Takaraja sijaitsee etäisyydellä 0,04 L perään päin sellaisesta takarajan kanssa yhdensuuntaisesta viivasta, jonka peräpuolella aluksen vesiviivat ovat yhdensuuntaiset keskilinjan kanssa. Jääluokissa IA Super ja IA rajaviivan ylityksen ei tarvitse olla suurempi kuin 6 metriä ja jääluokissa IB ja IC ylityksen ei tarvitse olla suurempi kuin 5 metriä. Keskilaiva-alue: Alue ulottuu keula-alueen takarajasta keskilaiva-alueen takarajaan. Keskilaiva-alueen takaraja sijaitsee etäisyydellä 0,04 L perään päin sellaisesta takarajan kanssa yhdensuuntaisesta viivasta, jonka keulapuolella aluksen vesiviivat ovat yhdensuuntaiset keskilinjan kanssa. Jääluokissa IA Super ja IA rajaviivan ylityksen ei tarvitse olla suurempi kuin 6 metriä ja jääluokissa IB ja IC ylityksen ei tarvitse olla suurempi kuin 5 metriä. Peräalue: Alue on keskilaiva-alueen takarajasta perään ulottuva osa. Pituutena L käytetään luokituslaitoksen käyttämää pituutta.

14 (70) Kuva 4-3. Rungon jäävahvistetut alueet 4.2 Jääkuormitus 4.2.1 Jääkuormituksen korkeus Jäävahvistetun aluksen oletetaan liikennöivän avomerellä tasaisessa jäässä, jonka paksuus ei ylitä arvoa h o. Sen alueen, joka todellisuudessa on milloin tahansa jääpaineen vaikutuksen alaisena, mitoitusjääkuormituskorkeuden (h) on kuitenkin oletettu olevan ainoastaan osa jään paksuudesta. h o :n ja h:n arvot on annettu taulukossa 4-1. Taulukko 4-1: h o :n ja h:n arvot eri jääluokille Jääluokka h o [m] h [m] IA Super IA IB IC 1,0 0,8 0,6 0,4 0,35 0,30 0,25 0,22 4.2.2 Jääpaine Mitoitusjääpaine saadaan seuraavalla kaavalla: p = c d c p c a p 0 [MPa], ( 4.1) jossa: c d on tekijä, joka huomioi aluksen koon ja konetehon. Tämän tekijän suurin arvo on c d = 1. Se lasketaan seuraavalla kaavalla:

15 (70) c d = ak+b 1000, ( 4.2) jossa k = ΔP 1000. ( 4.3) Tekijöiden a ja b arvot on annettu taulukossa 4-2: Taulukko 4-2: Eri rungon alueita koskevat tekijöiden a ja b arvot Keula Keskilaiva ja perä k 12 k > 12 k 12 k > 12 a 30 6 8 2 b 230 518 214 286 Δ on uppouma aluksen suurimmalla jääluokkasyväyksellä [t] (katso kohta 2.2). P on aluksen todellinen jatkuva koneteho [kw] (katso kohta 3.1) jäissä kulkua varten. Jos aluksessa käytetään päämoottorin tai -moottoreiden tuottaman tehon lisäksi muita lisävoimanlähteitä (esimerkiksi akselimoottoreita), myös niiden tuottama teho on lisättävä kokonaiskonetehoon, jota käytetään rungon mitoituslaskelmien perustana. Rungon mitoituslaskelmissa käytetty koneteho on ilmoitettava selkeästi laidoituksen laajennuspiirroksessa. c p on kerroin, joka kuvaa kyseiselle rungon alueelle odotetun kuormituksen suuruutta suhteessa keula-alueen kuormitukseen. Tekijän c p arvot on annettu taulukossa 4-3: Taulukko 4-3: Eri rungon alueita koskevat tekijän c p arvot Keula Keskilaiva Perä IA Super 1,0 1,0 0,75 IA 1,0 0,85 0,65 IB 1,0 0,70 0,45 IC 1,0 0,50 0,25 c a on tekijä, joka huomioi sen todennäköisyyden, että tarkasteltava alue on koko pituudeltaan jääpaineen alaisena samana ajankohtana. Se lasketaan seuraavalla kaavalla: c a = l 0 l a, enintään 1,0, vähintään 0,35, l 0 = 0,6 m. ( 4.4) Tekijän l a arvot on annettu taulukossa 4-4. p o on nimellisjääpaine, jonka arvona käytetään 5,6 MPa.

16 (70) Taulukko 4-4: Eri rakenne-elementtejä koskevat tekijän l a arvot Rakenne Kaarityyppi l a [m] Laidoitus Poikittainen Kaariväli Pitkittäinen 1,7 kaariväli Kaaret Poikittainen Kaariväli Pitkittäinen Kaaren jänneväli Jääjäykkääjä Jäykkääjän jänneväli Kehyskaari 2 kehyskaariväli 4.3 Laidoitus 4.3.1 Laidoituksen jäävahvistuksen (jäävyöhykkeen) ulottuvuus pystysuunnassa Jäävyöhykkeen ulottuvuus pystysuunnassa on annettu taulukossa 4-5 (katso kuva 4-3): Taulukko 4-5: Jäävyöhykkeen ulottuvuus pystysuunnassa UIWL:n yläpuolella Jääluokka Rungon alue LIWL:n alapuolella IA Super Keula Keskilaiva 0,60 m 1,20 m Perä 1,0 m Keula 0,90 m IA Keskilaiva Perä 0,50 m 0,75 m Keula 0,70 m IB ja IC Keskilaiva Perä 0,40 m 0,60 m Lisäksi on vahvistettava seuraavat alueet: Keulan alaosa: Jääluokan IA Super aluksissa laidoitus on jäävahvistettava jäävyöhykkeen alapuolella keulasta sellaiseen kohtaan, joka on viisi pääkaariväliä perään päin pisteestä, jossa keulaprofiili yhtyy köliviivaan, samalla tavalla kuin keulan alue. Ylempi keulavyöhyke: Jääluokkien IA Super ja IA aluksissa, joiden avovesinopeus on suurempi tai yhtä suuri kuin 18 solmua, laidoitus on jäävahvistettava jäävyöhykkeen ylärajasta 2 metriä ylöspäin sekä keularangasta vähintään etäisyydelle 0,2 L keulapystysuorasta perään päin samalla tavalla kuin keskilaivan alue. Vastaava vahvistus keulaosassa on suositeltava myös alukselle, jolla on pienempi matkanopeus, kun esimerkiksi mallikokeiden perusteella on ilmeistä, että aluksella tulee olemaan korkea keula-aalto.

17 (70) Jäävyöhykkeessä ei saa olla valoventtiilejä. Jos sääkansi missä tahansa aluksen osassa sijaitsee jäävyöhykkeen ylärajan alapuolella (esimerkiksi syvennyksen kohdalla puolikantisessa aluksessa), partaan lujuuden on oltava vähintään sama kuin jäävyöhykkeen laidoituksen lujuus. Myös tyhjennysaukkojen on täytettävä tämä vaatimus. 4.3.2 Levyn paksuus jäävyöhykkeessä Poikittaiskaarijärjestelmässä laidoituslevyjen paksuus määritetään seuraavalla kaavalla: t = 667s f 1p pl σ y + t c [mm] ( 4.5) Pitkittäiskaarijärjestelmässä laidoituslevyjen paksuus määritetään seuraavalla kaavalla: t = 667s p f 2 σ y + t c [mm], ( 4.6) jossa s on kaariväli [m] p pl = 0,75p [MPa], jossa p on kuten kohdassa 4.2.2 f 1 = 1,3 4.2 (h s+1,8) 2, enintään 1,0. 0,6 + 0,4, kun h f 2 = { s 1 h s 1,4 0,4(h s), kun 1 h s 1,8. jossa h on kuten kohdassa 4.2.1 y on materiaalin myötöraja [N/mm 2 ], jolle käytetään seuraavia arvoja: y = 235 N/mm 2 normaalilujuuksiselle rakenneteräkselle y = 315 N/mm 2 tai suurempi suurilujuuksiselle rakenneteräkselle Jos käytetään teräslaatuja, joiden myötörajat eroavat yllä olevista, nämä voidaan korvata todellisilla arvoilla, jos luokituslaitos sen hyväksyy. t c on kulumis- ja korroosiolisä [mm]; t c on normaalisti 2 mm. Jos käytetään ja ylläpidetään erikoispinnoitetta, jonka tiedetään kokemuksen perusteella kestävän jään aiheuttaman kulumisen, voidaan hyväksyä pienempiä arvoja.

18 (70) 4.4 Kaaret 4.4.1 Kaarten jäävahvistuksen pystysuora ulottuvuus Kaarten jäävahvistuksen pystysuoran ulottuvuuden on oltava vähintään taulukossa 4-6 annettu: Taulukko 4-6: Kaarten jäävahvistuksen pystysuora ulottuvuus Jääluokka IA Super Rungon alue Keula Keskilaiva UIWL:n yläpuolella 1,2 m LIWL:n alapuolella Kaksoispohjaan asti tai pohjatukkien yläreunan alapuolelle 2,0 m Perä 1,6 m Keula 1,6 m IA, IB ja IC Keskilaiva 1,0 m 1,3 m Perä 1,0 m Jos vaaditaan ylempi keulavyöhyke (katso kohta 4.3.1), on kaarten jäävahvistuksen ulotuttava vähintään vyöhykkeen yläreunaan. Jos jäävahvistus ulottuu kannen, tankin katon (tai pohjan) tai kaksoispohjan yli enintään 250 mm, voi jäävahvistus päättyä kanteen, tankin kattoon (tai pohjaan) tai kaksoispohjaan. 4.4.2 Poikittaiskaaret 4.4.2.1 Taivutusvastus ja leikkauspinta-ala Poikittaisen pää- ja välikaaren taivutusvastus on laskettava seuraavalla kaavalla: Z = pshl m t σ y 10 6 [cm 3 ], ( 4.7) ja tehollinen leikkauspinta-ala lasketaan seuraavalla kaavalla:

19 (70) A = 3f 3phs 2σ y 10 4 [cm 2 ], ( 4.8) jossa p on jääpaine kuten kohdassa 4.2.2 [MPa] s on kaariväli [m] h on kuormitusalueen korkeus kuten kohdassa 4.2.1 [m] l on kaaren jänneväli [m] m t = 7m 0, 7 5h l f 3 on tekijä, joka huomioi suurimman leikkausvoiman kuorman sijainnin suhteen ja leikkauskuorman jakautuman; f 3 = 1,2 y on myötöraja kuten kohdassa 4.3.2 [N/mm 2 ] m o huomioi reunaehdot. Kertoimen m o arvot on annettu taulukossa 4-7: Taulukko 4-7: Kertoimen m o arvot eri reunaehdoille Reunaehto m o Esimerkki 7 Kaaret irtolastialuksessa, jossa on yläsiipitankit 6 Kaaret, jotka ulottuvat yksikantisessa aluksessa kaksoispohjasta kanteen 5,7 Useiden kansien tai jäykkääjien välissä olevat jatkuvat kaaret 5 Ainoastaan kahden kannen välissä olevat kaaret Reunaehdot koskevat pääkaaria ja välikaaria. Kuormitus on kaaren jännevälin keskellä. Kun alle 15 % kaaren jännevälistä, l, on sijoittunut kohdassa 4.4.1 määritellyn jäävahvistusalueen sisälle, voidaan käyttää normaalia kaaren ainevahvuutta.

20 (70) 4.4.2.2 Poikittaiskaarituksen yläpää Pää- ja välijääkaaren vahvistettu yläpää on liitettävä kanteen, tankin kattoon (tai pohjaan) tai jääjäykkääjään (kohta 4.5). Jos kaari päättyy jäävyöhykkeen ylärajalla (kohta 4.3.1) tai sen yläpuolella sijaitsevan kannen tai jäykkääjän yläpuolelle, voidaan kaaren kannen tai jäykkääjän ylimenevässä osassa soveltaa luokituslaitosten jäävahvistamattomalle alukselle asettamia mitoitusvaatimuksia ja välikaaren yläpää voidaan yhdistää viereisiin pääkaariin vaakasuoralla osalla, joka on samaa ainevahvuutta kuin pääkaari. 4.4.2.3 Poikittaiskaarituksen alapää Pää- ja välijääkaaren vahvistettu alapää on liitettävä kanteen, tankin kattoon (tai pohjaan), kaksoispohjaan tai jääjäykkääjään (kohta 4.5). Jos välikaari päättyy jäävyöhykkeen alarajalla (kohta 4.3.1) tai sen alapuolella sijaitsevan kannen, tankin katon (tai pohjan), kaksoispohjan tai jääjäykkääjän alapuolelle, voidaan alapää yhdistää viereisiin pääkaariin vaakasuuntaisella vahvisteella, jonka mitoitus on sama kuin pääkaaren. Jäävyöhykkeen alareunan alapuolella olevien pääkaarien on oltava jäävahvistetut, katso kohta 4.4.1. 4.4.3 Pitkittäiskaaret Seuraavat vaatimukset koskevat pitkittäiskaaria reunaehdoista riippumatta. Pitkittäiskaaren taivutusvastus lasketaan seuraavalla kaavalla: Z = f 4phl 2 mσ y 10 6 [cm 3 ], ( 4.9) Pitkittäiskaaren tehollinen leikkauspinta-ala on: A = 3f 4f 5 phl 2σ y 10 4 [cm 2 ]. ( 4.10) Laskettaessa kaarien varsinaista leikkauspinta-alaa polvioiden poikkipinta-alaa ei tule ottaa lukuun.

21 (70) Yllä olevissa kaavoissa: f 4 on tekijä, joka huomioi viereisillä kaarilla olevan kuormituksen jakauman: f 4 = (1 0,2 h/s) f 5 on tekijä, joka huomioi suurimman leikkausvoiman kuorman sijainnin suhteen ja leikkauskuorman jakautuman: f 5 = 2,16 p on jääpaine kuten kohdassa 4.2.2 [MPa] h on kuormitusalueen korkeus kuten kohdassa 4.2.1 [m] s on kaariväli [m] l on kaaren kokonaisjänneväli [m] m on reunaehtotekijä ja m = 13,3 polvioilla vahvistetulle jatkuvalle palkille. Kun reunaehdot poikkeavat merkittävästi polvioilla vahvistetun jatkuvan palkin reunaehdoista, esimerkiksi palkin päässä, voi olla tarpeen käyttää pienempää reunaehtotekijän arvoa. y on myötöraja kuten kohdassa 4.3.2 [N/mm 2 ] 4.4.4 Yleistä kaarituksesta 4.4.4.1 Kaarten liittäminen kantaviin rakenteisiin Jäävahvistetulla alueella kaikkien kaarten on oltava efektiivisesti kiinnitettyinä kaikkiin kantaviin rakenteisiin. Pitkittäiskaaren on oltava kiinnitettynä kaikkiin kantaviin kehyskaariin ja laipioihin polvioilla. Jos poikittaiskaari päättyy jäykkääjään tai kanteen, on kaari liitettävä rakenteisiin polvioin tai vastaavin rakentein. Jos kaari läpäisee kantavan rakenteen, on kaaren uumalevy yhdistettävä rakenteeseen molemmin puolin joko suoraan hitsaamalla, kauluslevyllä tai tukikappaleella. Asennettavalla polviolla on oltava vähintään sama ainevahvuus kuin kaarella ja polvion reuna on jäykistettävä asianmukaisesti lommahduksen estämiseksi. 4.4.4.2 Kaarten tuenta epävakauden ja erityisesti kaatumisen varalta Kaaret on kiinnitettävä laidoitukseen jatkuvalla kaksipuolisella hitsillä. Lovistusta ei sallita muualla kuin laidoituksen hitsisaumojen kohdalla. Kaaren uuman paksuuden on oltava vähintään suurin arvo seuraavasta: h w σ y, h w on uuman korkeus ja C = 805 muotojäykisteille ja C = 282 lattajäykisteille; C puolet levyn paksuudesta ilman korroosiolisää, t t c. Kaarten uuman vähimmäispaksuuden laskentaa varten on tarvittava levyn paksuus laskettava kohdan 4.3.2 mukaisesti käyttäen kaarten myötörajaa σ y ; 9 mm.

22 (70) Kun kaaren paikalla on kansi, tankin katto (tai pohja), kaksoispohja tai laipio, on sen levyn paksuuden oltava yllä esitetyn mukainen viereisten kaarien korkeudelle asti. Tällöin laskelmissa on käytettävä kannen, tankin katon (tai pohjan), kaksoispohjan tai laipion materiaalien ominaisuuksia ja viereisten kaarien korkeutta h w, ja vakion C on oltava 805. Epäsymmetriset kaaret ja kaaret, jotka eivät ole kohtisuorassa levyä vastaan (kaaren uuma vähemmän kuin 90 astetta levyä vastaan), on tuettava kaatumista vastaan polvioilla, välijäykkääjillä, jäykkääjillä tai vastaavilla tuilla, joiden välinen etäisyys on korkeintaan 1 300 mm. Kaarissa, joiden jänneväli on suurempi kuin 4 m, kaatumista ehkäisevät tuet on lisättävä kaikille alueille kaikissa jääluokissa. Kaarissa, joiden jänneväli on enintään 4 m, kaatumista ehkäisevät tuet on lisättävä kaikille alueille jääluokassa IA Super, keulan ja keskilaivan alueelle jääluokassa IA ja keulan alueelle jääluokissa IB ja IC. Suoria laskentatapoja voidaan soveltaa osoittamaan vaihtoehtoisilla järjestelyillä aikaansaatua vastaavaa tukea. 4.5 Jääjäykkääjät 4.5.1 Jäykkääjät jäävyöhykkeessä Jäävyöhykkeessä olevan jäykkääjän taivutusvastus (kohta 4.3.1) lasketaan seuraavalla kaavalla: Z = f 6f 7 phl 2 mσ y 10 6 [cm 3 ]. ( 4.11) Tehollinen leikkauspinta-ala on: jossa p on jääpaine kuten kohdassa 4.2.2 [MPa] A = 3f 6f 7 f 8 phl 2σ y 10 4 [cm 2 ], ( 4.12) h on kuormitusalueen korkeus kuten kohdassa 4.2.1 [m] Jos tulo p h on pienempi kuin 0,15, käytetään arvoa 0,15 [MN/m]. l on jäykkääjän jänneväli [m] m on reunaehtotekijä kuten kohdassa 4.4.3 f 6 on tekijä, joka huomioi kuormituksen jakautumisen poikittaisille kaarille; f 6 = 0,9 f 7 on jäykkääjien lujuuden varmuuskerroin; f 7 = 1,8 f 8 on tekijä, joka huomioi suurimman leikkausvoiman kuorman sijainnin suhteen ja leikkauskuorman jakautuman; f 8 = 1,2 y on materiaalin myötöraja kuten kohdassa 4.3.2.

23 (70) 4.5.2 Jäävyöhykkeen ulkopuolella olevat jäykkääjät Jäykkääjän, joka on jäävyöhykkeen ulkopuolella mutta joka tukee jäävahvistettuja kaaria, taivutusvastus lasketaan seuraavalla kaavalla: Z = f 9f 10 phl 2 (1 h mσ s l s ) 10 6 [cm 3 ]. ( 4.13) y Tehollinen leikkauspinta-ala on: A = 3f 9f 10 f 11 phl (1 h 2σ s l s ) 10 4 [cm 2 ], ( 4.14) y jossa p on jääpaine kuten kohdassa 4.2.2 [MPa] h on kuormitusalueen korkeus kuten kohdassa 4.2.1 [m] Jos tulo p h on pienempi kuin 0,15, käytetään arvoa 0,15 [MN/m]. l on jäykkääjän jänneväli [m] m on reunaehtotekijä kuten kohdassa 4.4.3 l s on etäisyys viereiseen jääjäykkääjään [m] h s on etäisyys jäävyöhykkeeseen [m] f 9 on tekijä, joka huomioi kuormituksen jakautumisen poikittaisille kaarille; f 9 = 0,80 f 10 on jäykkääjien lujuuden varmuuskerroin; f 10 = 1,8 f 11 on tekijä, joka huomioi suurimman leikkausvoiman kuorman sijainnin suhteen ja leikkauskuorman jakautuman; f 11 = 1,2 y on materiaalin myötöraja kuten kohdassa 4.3.2. 4.5.3 Kansikaistaleet Luukkujen vieressä olevien kapeiden, jääjäykkääjinä toimivien kansikaistaleiden taivutusvastuksen ja leikkauspinta-alan on täytettävä kohtien 4.5.1 ja 4.5.2 vaatimukset. Jos kyseessä olevat luukut ovat erittäin pitkät, luokituslaitos voi sallia tulon p h arvoksi alle 0,15 muttei missään tapauksessa alle 0,10. Suunniteltaessa sääkannen luukkuja ja niiden kiinnikkeitä erittäin pitkiin luukun aukkoihin (suurempiin kuin B/2) on huomioitava aluksen kylkien taipuminen, joka johtuu jääpaineesta.

24 (70) 4.6 Kehyskaaret 4.6.1 Jääkuormitus Jääkuormitus, joka siirtyy pitkittäiskaarista tai jääjäykkääjistä kehyskaareen, lasketaan seuraavalla kaavalla: F = f 12 phs [MN], ( 4.15) jossa p on jääpaine kuten kohdassa 4.2.2 [MPa], laskettaessa arvoa c a on l a kuitenkin 2S. h on kuormitusalueen korkeus kuten kohdassa 4.2.1 [m] Jos tulo p h on pienempi kuin 0,15, käytetään arvoa 0,15 [MN/m]. S on kehyskaarten välinen etäisyys [m] f 12 on kehyskaarten lujuuden varmuuskerroin; f 12 = 1,8 Jos tuettu jäykkääjä on jäävyöhykkeen ulkopuolella, kerrotaan voima F luvulla (1-h s /l s ), jolloin h s ja l s ovat kuten ne on määritetty kohdassa 4.5.2. 4.6.2 Taivutusvastus ja leikkauspinta-ala Kehyskaarten taivutusvastus ja leikkauspinta-ala lasketaan seuraavilla kaavoilla: Leikkauspinta-ala: A = 3αf 13Q σ y 10 4 [cm 2 ], ( 4.16) jossa: Q on suurin arvioitu leikkausvoima, joka aiheutuu kohdan 4.6.1 mukaan määritellystä jääkuormituksesta F f 13 on tekijä, joka huomioi leikkausvoiman jakautumisen; f 13 = 1,1 on annettu taulukossa 4-8 y on materiaalien myötöraja kuten kohdassa 4.3.2.

25 (70) Taivutusvastus: Z = M σ y 1 1 (γa A a ) 2 106 [cm 3 ], ( 4.17) jossa M on suurin arvioitu taivutusmomentti, joka aiheutuu jääkuormituksesta F; M = 0,193Fl on annettu taulukossa 4-8 A on vaadittu leikkauspinta-ala A a on todellinen kehyskaaren poikkipinta-ala; A a = A f + A w Taulukko 4-8: Tekijöiden ja arvot A f /A w 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 1,5 1,23 1,16 1,11 1,09 1,07 1,06 1,05 1,05 1,04 1,04 0 0,44 0,62 0,71 0,76 0,80 0,83 0,85 0,87 0,88 0,89 jossa A f on laipan todellinen poikkipinta-ala A w on uumalevyn todellinen tehollinen poikkipinta-ala. 4.7 Keula Keularanka valmistetaan valssatusta, valetusta tai taotusta teräksestä tai taivutetuista teräslevyistä kuvan 4-4 mukaisesti. Kuva 4-4. Esimerkkejä asianmukaisista keuloista

26 (70) Levyn paksuus, jos keularanka on tehty taivutetusta levystä tai jos keula on tylppä tai jos α 30 o ja ψ 75 o (katso kohdan 3.2.1 kulmien määritelmät), on laskettava kaavalla 4.5, olettaen, että: s on levyn tukirakenteiden etäisyys [m] p PL = p [MPa] (katso kohta 4.3.2) l a on pystysuorien tukirakenteiden etäisyys [m] Keularanka sekä edellä kuvattu tylpän keulan osa on tuettava pohjatukeilla tai polvioilla, jotka ovat korkeintaan 0,6 metrin päässä toisistaan ja joiden paksuus on vähintään puolet levyn paksuudesta. Keularangan vahvistuksen on ulotuttava kölistä kohtaan, joka on 0,75 metriä UIWL:n yläpuolella, tai jos aluksessa on oltava ylempi keulavyöhyke (katso kohta 4.3.1) tämän vyöhykkeen ylärajaan asti. 4.8 Perä Uusien propulsiojärjestelmien käyttöönotto ruoripotkurilaitteineen, jotka mahdollistavat paremman ohjailtavuuden, johtaa kasvaviin jääkuormituksiin aluksen takaosassa ja peräpäässä. Tämä seikka on huomioitava takaosan ja perän rakenteiden suunnittelussa. Potkurin lapojen kärkien erittäin suurien kuormituksien välttämiseksi potkurin/potkurien ja rungon (peräranka mukaan lukien) välys ei saa olla pienempi kuin h 0 (katso kohta 4.2.1). Aluksissa, joissa on kaksi tai kolme potkuria, laidoituksen ja kaarten jäävahvistuksen on ulotuttava kaksoispohjaan 1,5 metriä sivupotkureiden perä- ja keulapuolella. Sivupotkureiden akselijohdot ja akselihylsät on normaalisti sijoitettava akseliulokkeiden sisään. Jos erillisiä akselitukia käytetään, niiden lujuus ja kiinnitys runkoon on suunniteltava sellaisiksi, että riittävä lujuus saavutetaan. 5. PERÄSIN JA OHJAUSLAITTEET Peräsinranka, peräsintukki, tapit, peräsinkone sekä ohjausjärjestelmän muut osat, kuten myös peräsinkoneen teho, on mitoitettava luokituslaitosten sääntöjen mukaan. Näissä laskelmissa käytettävä aluksen suurin matkanopeus ei kuitenkaan saa olla alla olevaa lukua pienempi: IA Super IA IB IC 20 solmua 18 solmua 16 solmua 14 solmua Jos aluksen todellinen suurin matkanopeus on suurempi, käytetään kyseistä nopeutta. Peräsimien rakenteiden mitoitus on määritettävä olettaen, että koko peräsin kuuluu jäävyöhykkeeseen. Lisäksi peräsimen levyn paksuus ja kaarten mitoitus on suunniteltava käyttämällä keskilaiva-alueen laidoituksen ja kaarten suunnittelujääpainetta p.

27 (70) Jääluokan IA Super ja IA aluksissa peräsin (peräsintukki ja peräsimen yläreuna) on suojattava suoralta kosketukselta ehjään jääkenttään jääkynnellä, joka mahdollisuuksien mukaan ulottuu LIWL-rajan alapuolelle (tai vastaavalla tavalla). Erityistä huomiota on kiinnitettävä peräsimen ja jääkynnen suunnitteluun aluksissa, joissa on taittuva peräsimen takareuna (flap-type rudder). Jääluokan IA ja IA Super aluksissa on erityistä huomiota kiinnitettävä suuriin kuormituksiin, jotka syntyvät, kun peräsintä poikkeutetaan keskiasennosta aluksen samalla peruuttaessa jäähän tai jäävalliin. Kyseisten kuormitusten rajoittamiseksi on asennettava soveltuvat järjestelmät, kuten peräsinkulman rajoittimet. Peräsimien kääntökoneistojen hydrauliikkajärjestelmiin on asennettava paineenalennusventtiilit. Peräsinkoneiston osat (esimerkiksi peräsintukki, peräsinlaakeri, peräsimen varsi jne.) on mitoitettava kestämään kuormia, jotka aiheuttavat peräsintukin vaaditussa halkaisijassa myötörajan suuruisia jännityksiä. 6. PROPULSIOKONEISTO 6.1 Soveltamisala Nämä määräykset koskevat propulsiokoneistoja jääluokkien IA Super, IA, IB ja IC aluksissa. Määräykset koskevat avo- ja suulakepotkureita, joissa on säädettävänousuiset tai kiinteät lavat. Annetut potkurikuormitukset ovat arvioituja koko käyttöiän aikaisia jääkuormituksia, jotka syntyvät käytettäessä alusta normaaleissa käyttöolosuhteissa, mukaan lukien kiinteäsiipisten potkurien pyörimissuunnan vaihtamisesta johtuvat kuormitukset. Näiden määräysten kuormitusten piiriin eivät kuitenkaan kuulu hyvän merimiestavan vastaiset käyttötilanteet, kuten esimerkiksi pysäytetyn potkurin ajaminen väkisin jään läpi. Määräysten kuormitustapaukset eivät kuitenkaan koske tilanteita, joissa jää kohtaa käännetyn ruoripotkurilaitteen potkurin sivusuunnasta (potkurin säteen suunnasta). Määräykset koskevat myös pääkuljetuskoneistoina toimivia ruoripotkurilaitteita ja kiinteitä potkurilaitteita. Niissä huomioidaan potkurin ja jään vuorovaikutuksesta johtuvat kuormitukset sekä potkurilaitteen rungon ja jään vuorovaikutuksesta johtuvat kuormitukset. Annetut ruoripotkurilaitteen runkoa koskevat kuormitukset ovat arvioituja aluksen koko käyttöiän aikaisia jääkuormituksia, jotka syntyvät käytettäessä alusta normaaleissa käyttöolosuhteissa. Potkurilaitteen rungon paikallisen lujuuden on oltava riittävä kestämään paikallinen jääpaine, kun potkurilaitteen runko on suunniteltu kestämään äärimmäisiä kuormia. Potkurilaitteen tärinä, joka aiheutuu potkuriin kohdistuvasta lapataajuisesta herätteestä, voi aiheuttaa merkittäviä värähtelykuormituksia. 6.2 Määritelmät c m lavan sylinterileikkauksen profiilin jänneviivan pituus c 0.7 m lavan sylinterileikkauksen profiilin jänneviivan pituus potkurin 0,7Rsäteellä CP säädettävä nousu D m potkurin halkaisija d m potkurin navan ulkohalkaisija (potkuritasossa) D limit m potkurin halkaisijan raja-arvo

28 (70) EAR levitetty pinta-alasuhde F b kn suurin lapaa taaksepäin taivuttava kuorma aluksen käyttöiän aikana F ex kn äärikuorma, jolla lapa taipuu juuren ympäri plastisesti F f kn suurin lapaa eteenpäin taivuttava kuorma aluksen käyttöiän aikana F ice kn jääkuorma (F ice ) max kn maksimijääkuorma aluksen käyttöiän aikana FP kiinteä nousu h 0 m potkurin keskilinjan syvyys alemmasta jäävesiviivasta laskien H ice m potkuriin joutuvan mitoitusjäälohkareen paksuus I e kgm 2 akselilinjan kaikkien moottorin puolella olevien osien massahitausmomentti I t kgm 2 koko propulsiojärjestelmän massahitausmomentti k Weibull-jakauman muotokerroin LIWL m alempi jäävesiviiva m SN-käyrän kaltevuus log-log-asteikolla M BL knm lavan taivutusmomentti MCR jatkuvan käytön enimmäisteho n rev./s potkurin pyörimisnopeus n n rev./s potkurin nimellispyörimisnopeus jatkuvalla enimmäisteholla (MCR) avovedessä N class N ice N R N Q jääluokkakohtainen kuormien lukumäärä potkurin nimellispyörimisnopeudella potkurin lavan jääkuormien kokonaislukumäärä aluksen käyttöiän aikana ekvivalenttia väsymisjännitystä vastaava kuormitussyklien lukumäärä (10 8 sykliä) potkurin kierrosten lukumäärä jään jyrsintätilanteen aikana P 0,7 m potkurin nousu 0,7R-säteellä P 0.7n m potkurin nousu 0,7R-säteellä jatkuvalla enimmäisteholla (MCR) avovedessä P 0.7b m potkurin nousu 0,7R-säteellä jatkuvalla enimmäisteholla paaluvetotilanteessa Q knm vääntömomentti Q emax knm moottorin enimmäisvääntömomentti Q max knm potkurin ja jään vuorovaikutuksesta johtuva potkuriin kohdistuva enimmäisvääntömomentti Q max n knm potkurin ja jään vuorovaikutuksesta johtuva potkuriin kohdistuva enimmäisvääntömomentti alennettuna kyseessä olevaan pyörimisnopeuteen

29 (70) Q motor knm sähkömoottorin enimmäisvääntömomentti Q n knm nimellisvääntömomentti jatkuvalla enimmäisteholla (MCR) avovedessä Q r knm vääntömomenttivaste akselilinjassa Q peak knm vääntömomenttivaste Q r :n maksimiarvo Q smax knm lavan suurin kääntömomentti aluksen käyttöiän aikana Q sex knm lavan suurin kääntömomentti lavan plastisen taipuman takia Q vib knm Kyseessä olevan komponentin vääntövärähtelymomentti, joka on otettu taajuustason avovesitilanteiden vääntövärähtelylaskelmasta (TVC) R m potkurin säde r m potkurin sylinterileikkauksen säde T kn potkurin työntö T b kn suurin aksiaalinen jääkuorma taaksepäin potkurissa aluksen käyttöiän aikana T f kn suurin aksiaalinen jääkuorma eteenpäin potkurissa aluksen käyttöiän aikana T n kn potkurin työntö jatkuvalla enimmäisteholla (MCR) avovedessä T r kn suurin jäiden aiheuttama aksiaalivärähtelyvaste akselilinjassa t m lavan sylinterileikkauksen enimmäispaksuus Z potkurin lapojen lukumäärä α i aste potkurin lavan ja jään vuorovaikutuksen kesto asteina α 1 aste potkurin jäämomentin vaihekulma lapataajuiselle heräteosalle α 2 aste potkurin jäämomentin vaihekulma kaksinkertaiselle lapataajuiselle heräteosalle γ ε1 γ ε2 γ ν γ m ρ väsymislujuuden muuntokerroin; hajonnan vaikutus väsymislujuuden muuntokerroin; koekappaleen koon vaikutus väsymislujuuden muuntokerroin; muuttuva amplitudisen kuormituskertymän vaikutus väsymislujuuden muuntokerroin; keskijännityksen vaikutus väsymisjännityksen muuntokerroin ekvivalentin väsymisjännityksen laskemiseksi vastaten 10 8 kuormitussykliä σ 0.2 MPa lapamateriaalin myötölujuus (0,2 %:n venymäraja) σ exp MPa lapamateriaalin keskimääräinen väsymislujuus merivedessä vastaten 10 8 kuormitussykliä σ fat MPa ekvivalentti jännitysamplitudi vastaten 10 8 kuormitussykliä σ fl MPa lapamateriaalin väsymislujuus σ ref1 MPa referenssilujuus σ ref1 = 0,6σ 0.2 + 0,4σ u

30 (70) σ fer2 MPa referenssilujuus, pienempi arvoista σ ref2 = 0,7σ u tai σ ref2 = 0,6σ 0.2 + 0,4σ u σ st MPa F f :stä tai F b :stä johtuva enimmäisjännitys σ u MPa lapamateriaalin murtolujuus (σ ice ) bmax MPa suurimman taaksepäin vaikuttavan lapakuorman aiheuttama pääjännitys (σ ice ) fmax MPa suurimman eteenpäin vaikuttavan lapakuorman aiheuttama pääjännitys (σ ice ) max MPa suurin jännitysamplitudi

31 (70) F b Taulukko 6-1: Kuormitusten määritelmät Määritelmä Kuormituksen käyttö suunnitteluvaiheessa Potkurin ja jään vuorovaikutuksesta johtuva Mitoitusvoima potkurin lavan lujuuslaskelmia varten. potkurin lapaan kohdistuva taaksepäin taivuttava enimmäisvoima aluksen käyttöiän aikana mukaan lukien lapaan kohdistuvat hydrodynaamiset kuormitukset Voiman suunta on kohtisuora 0,7R-profiilin jänneviivaan nähden. Katso kuva 6-1. F f Q smax T b T f Q max Potkurin ja jään vuorovaikutuksesta johtuva potkurin lapaan kohdistuva eteenpäin taivuttava enimmäisvoima aluksen käyttöiän aikana mukaan lukien lapaan kohdistuvat hydrodynaamiset kuormitukset. Voiman suunta on kohtisuora 0,7R-profiilin jänneviivaan nähden. Potkurin ja jään vuorovaikutuksesta johtuva potkurin lapaan kohdistuva suurin kääntömomentti käyttöiän aikana mukaan lukien lapaan kohdistuvat hydrodynaamiset kuormitukset. Potkurin ja jään vuorovaikutuksesta johtuva potkuriin kohdistuva enimmäistyöntövoima käyttöiän aikana (kaikkien lapojen resultanttivoima). Voiman suunta on potkurin akselilinjan suunta ja voima on vastakkainen hydrodynaamiselle työnnölle. Potkurin ja jään vuorovaikutuksesta johtuva potkuriin kohdistuva enimmäistyöntövoima käyttöiän aikana (kaikkien lapojen resultanttivoima). Työntövoiman suunta on potkuriakselin suunta ja se vaikuttaa hydrodynaamisen työnnön suuntaan. Yhden potkurin lavan ja jään vuorovaikutuksesta syntyvä potkurin jäämomentti mukaan lukien lapaan kohdistuvat hydrodynaamiset kuormitukset. Mitoitusvoima potkurin lavan lujuuslaskelmia varten. Potkurin lujuuden suunnittelussa otetaan automaattisesti huomioon kääntömomentti, koska potkurin kuormitus vaikuttaa lapaan jakautuneena kuormituksena johtoreunan tai kärjen alueelle. Käytetään enimmäisaksiaalivoiman T r arviointiin. T b :tä voidaan käyttää herätteenä aksiaalivärähtelylaskelmissa. Määräyksissä ei kuitenkaan vaadita aksiaalivärähtelylaskelmia. Käytetään enimmäisaksiaalivoiman T r arviointiin. T f :ää voidaan käyttää herätteenä aksiaalivärähtelylaskelmissa. Määräyksissä ei kuitenkaan vaadita aksiaalivärähtelylaskelmia. Käytetään propulsiokoneiston akselilinjan vääntömomentin Q r arviointiin sekä herätteenä vääntövärähtelylaskelmille.

32 (70) F ex Taulukko 6-1 jatkuu Kuorma, jolla potkurin lapa taipuu plastisesti. Lavan taittumiskuormaa käytetään Lavan täydelliseen murtumiseen tarvittava lavan pulttien, CP-mekanismin, voima siten, että juurialueelle syntyy plastinen potkuriakselin, potkuriakselin laa- nivel. Voiman vaikutuspiste on säteellä kerin ja painelaakerin mitoittami- 0,8R sekä tangentiaalisuunnassa 2/3 lavan seen. Tavoitteena on varmistaa, kääntöakselin ja etu-/takareunan välisestä että potkurin lavan taittuminen ei etäisyydestä (riippuen siitä, kumpi on suurempi). aiheuta vahinkoa muille komponenteille. Q r T r F ti F tr Potkurin akselilinjan enimmäisvääntömomenttivaste sisältäen potkuriherätteen aiheuttaman dynaamisen vasteen sekä keskimääräisen hydrodynaamisen vääntömomentin. Suurin aksiaalikuorma sisältäen keskimääräisen hydrodynaamisen työnnön sekä potkurivoimien aiheuttaman aksiaalivärähtelyvasteen. Enimmäisvastevoima, jonka jäälohkare aiheuttaa osuessaan potkurilaitteen runkoon tai potkurin napaan. Potkurilaitteen rungon ja jäävallin vuorovaikutuksesta johtuva enimmäisvastevoima potkurilaitteen runkoon. Potkurin akselilinjan komponenttien enimmäismitoitusmomentti. Potkurin akselilinjan komponenttien mitoitusaksiaalivoima. Potkurilaitteen rungon ja kääntölaakerien mitoituskuorma. Potkurilaitteen rungon ja kääntölaakerien mitoituskuorma.

33 (70) Akselin suunta Imupuoli F b Pyörimissuunta Kuva 6-1. Taaksepäin vaikuttavan lapavoiman suunta on kohtisuorassa profiilin jänneviivaan nähden säteellä 0,7R. Jääpaine johtoreunassa on esitetty pienillä nuolilla. 6.3 Mitoitusjääolosuhteet Potkurin jääkuormitusten arvioinnissa jääluokkia varten on huomioitu alusten käyttötapa taulukon 6-2 mukaisesti. Mitoitusjääkuormitusten laskemista varten on määritettävä jäälohkareen suurin koko. Potkuriin joutuva mitoitusjäälohkare on suorakulmainen jäälohkare, jonka mitat ovat H ice 2H ice 3H ice. Jäälohkareen paksuus (H ice ) on annettu taulukossa 6-3. Jääluokka IA Super IA, IB, IC Taulukko 6-2: Käyttötavat eri jääluokissa Aluksen käyttötapa Toiminta jääuomissa ja tasaisessa jäässä Alus voi edetä myös syöksyen (ramming). Toiminta jääuomissa Taulukko 6-3: Mitoitusjäälohkareen paksuus IA Super IA IB IC Potkuriin joutuvan mitoitusjäälohkareen paksuus (H ice ) 1,75 m 1,5 m 1,2 m 1,0 m

34 (70) 6.4 Materiaalit 6.4.1 Merivedelle altistuvat materiaalit Merivedelle altistuvien osien, kuten potkurin lapojen, potkurin napojen ja ruoripotkurilaitteen rungon materiaalin, on oltava tarkastettu koekappaleen avulla, jonka testiosan pituus on vähintään viisi kertaa sen läpimitta. Murtovenymän on oltava vähintään 15 %. Charpy V -iskukoe on tehtävä muille materiaaleille kuin pronssille ja austeniittiselle teräkselle. Kolmen kokeen keskimääräisen iskuenergian 10 ºC:een lämpötilassa on oltava vähintään 20 J. Kun kyseessä on pallografiittivalurauta, keskimääräisen iskuenergian 10 ºC:een lämpötilassa on oltava vastaavasti vähintään 10 J. 6.4.2 Meriveden lämpötilalle altistuvat materiaalit Meriveden lämpötilalle altistuvien materiaalien on oltava terästä tai jotakin muuta hyväksyttyä, sitkeää materiaalia. Kolmen kokeen keskimääräisen iskuenergian 10 ºC:een lämpötilassa on oltava vähintään 20 J. Tämä vaatimus koskee potkuriakseleita, lavan pultteja, CPmekanismeja, akselin pultteja, potkurilaitteen navan ja varren kiinnityspultteja jne. Tämä vaatimus ei koske pintakarkaistuja komponentteja, kuten laakereita ja hammaspyöriä. Ferriittirakennetyypin pallografiittivalurautaa voidaan käyttää asiaan kuuluvissa osissa pultteja lukuun ottamatta. Kun kyseessä on pallografiittivalurauta, keskimääräisen iskuenergian 10 ºC:een lämpötilassa on oltava vähintään 10 J. 6.5 Mitoituskuormat Annetut kuormat on tarkoitettu vain komponenttien lujuuslaskelmia varten, ja ne ovat kokonaiskuormia mukaan lukien jään aiheuttamat ja hydrodynaamiset kuormat potkurin ja jään vuorovaikutuksen aikana. Esitetyt enimmäiskuormat perustuvat huonoimman vaihtoehdon skenaarioon, joka tapahtuu kerran aluksen käyttöiän aikana. Tästä johtuen suurempien kuormitusmäärien kuormitustaso on alhaisempi. Tämän luvun jääkuormakaavoissa on käytettävä parametreille kohdan 6.2 symboliluettelon mukaisia yksiköitä. Jos potkuri ei ole kokonaan veden alla aluksen ollessa painolastissa, propulsiojärjestelmä mitoitetaan jääluokan IA mukaan jääluokissa IB ja IC. 6.5.1 Potkurin lapojen mitoituskuormat F b on aluksen käyttöiän aikana syntyvä enimmäislapavoima, joka taivuttaa potkurin lapaa taaksepäin, kun potkuri jyrsii jäälohkaretta pyöriessään eteenpäin. F f on aluksen käyttöiän aikana syntyvä enimmäislapavoima, joka taivuttaa potkurin lapaa eteenpäin, kun potkuri jyrsii jäälohkaretta pyöriessään eteenpäin. F b ja F f syntyvät erilaisista potkurin ja jään vuorovaikutusilmiöistä, eivätkä ne esiinny samanaikaisesti. Siksi niitä pitää soveltaa lapaan erikseen.

35 (70) 6.5.1.1 Avopotkurin lavan suurin voima taaksepäin F b F b = 27(nD) 0.7 ( EAR Z )0.3 D 2 [kn], kun D D limit ( 6.1) F b = 23(nD) 0.7 ( EAR Z )0.3 1.4 DH ice [kn], kun D > D limit, ( 6.2) jossa D limit = 0,85H 1,4 ice [m], ( 6.3) n on nimellinen pyörimisnopeus (jatkuvalla suurimmalla teholla avovedessä), jos kyseessä on säätösiipipotkuri, tai 85 % nimellisestä pyörimisnopeudesta (jatkuvalla suurimmalla teholla avovedessä), jos kyseessä on kiinteäsiipinen potkuri. 6.5.1.2 Avopotkurin lavan suurin voima eteenpäin F f F f = 250 ( EAR Z ) D2 [kn], kun D D limit ( 6.4) F f = 500 ( EAR ) D 1 H Z 1 d D ice [kn], kun D > D ( 6.5) limit jossa D limit = 2 H 1 d D ice [m]. ( 6.6) 6.5.1.3 Avopotkurin kuormitustapaukset Kuormitustapaukset 1-4 on laskettava säätösiipipotkureille ja kiinteäsiipisille potkureille taulukon 6-4 mukaisesti. Laskettaessa taaksepäin pyörivän potkurin lavan jääkuormitusta kiinteäsiipisissä potkureissa on huomioitava myös kuormitustapaus 5.

36 (70) Taulukko 6-4: Avopotkurien kuormitustapaukset Voima Kuormitettava alue Oikeakätisen potkurin lapa takaapäin katsottuna Kuormitustapaus 1 F b Vakiopaine kohdistettuna lavan imupuolelle alueelle 0,6R:stä lavan kärkeen ja johtoreunasta etäisyydelle 0,2c. Kuormitustapaus 2 50 % F b :stä Vakiopaine kohdistettuna lavan imupuolelle lavan kärjen alueelle 0,9R-säteen ulkopuolelle. Kuormitustapaus 3 F f Vakiopaine kohdistettuna lavan painepuolelle alueelle 0,6R:stä lavan kärkeen ja johtoreunasta etäisyydelle 0,2c. Kuormitustapaus 4 50 % F f :stä Vakiopaine kohdistettuna lavan painepuolelle lavan kärjen alueelle 0,9R-säteen ulkopuolelle. Kuormitustapaus 5 60 % F f :stä tai F b :stä, riippuen siitä, kumpi on suurempi Vakiopaine kohdistettuna lavan painepuolelle suunnattuna alueelle 0,6R:stä kärkeen ja jättöreunasta etäisyydelle 0,2c.

37 (70) 6.5.1.4 Suulakepotkurin lavan suurin jäävoima taaksepäin F b F b = 9,5(nD) 0,7 ( EAR Z )0,3 D 2 [kn], kun D D limit ( 6.7) F b = 66(nD) 0,7 ( EAR Z )0,3 D 0,6 H 1,4 ice [kn], kun D > D limit ( 6.8) jossa D limit = 4H ice [m] n on nimellinen pyörimisnopeus (jatkuvalla suurimmalla teholla avovedessä), jos kyseessä on säätösiipipotkuri, tai 85 % nimellisestä pyörimisnopeudesta (jatkuvalla suurimmalla teholla avovedessä), jos kyseessä on kiinteäsiipinen potkuri. 6.5.1.5 Suulakepotkurin lavan suurin jäävoima eteenpäin F f F f = 250 ( EAR Z ) D2 [kn], kun D D limit ( 6.9) F f = 500 ( EAR ) D 1 H Z 1 d D ice [kn], kun D > D ( 6.10) limit jossa D limit = 2 H 1 d D ice [m]. ( 6.11) 6.5.1.6 Suulakepotkurien lapojen kuormitustapaukset Kuormitustapaukset 1 ja 3 on laskettava kaikille potkureille taulukon 6-5 mukaisesti ja kiinteäsiipiselle potkurille on laskettava lisäkuormitustapaus (kuormitustapaus 5), jossa huomioidaan jääkuormat potkurin pyöriessä taaksepäin.

38 (70) Taulukko 6-5: Suulakepotkurien kuormitustapaukset Voima Kuormitettava alue Oikeakätisen potkurin lapa takaapäin katsottuna Kuormitustapaus 1 F b Vakiopaine kohdistettuna lavan imupuolelle alueelle 0,6R:stä lavan kärkeen ja johtoreunasta etäisyydelle 0,2c. Kuormitustapaus 3 F f Vakiopaine kohdistettuna lavan painepuolelle alueelle 0,6R:stä lavan kärkeen ja johtoreunasta etäisyydelle 0,5c. Kuormitustapaus 5 60 % F f :stä tai F b :stä, riippuen siitä, kumpi on suurempi Vakiopaine kohdistettuna lavan painepuolelle alueelle 0,6R:stä kärkeen ja jättöreunasta etäisyydelle 0,2c. 6.5.1.7 Avo- ja suulakepotkureiden lapojen suurin kääntömomentti Q smax Lavan kääntömomentti Q smax on määritettävä sekä lapaa eteen että taaksepäin taivuttaville voimille F f ja F b taulukoiden 6-4 ja 6-5 kuormitustapauksille. Suurinta näin saatua momenttia käytetään mitoitusmomenttina. Jos edellä esitetyllä menetelmällä saadaan arvo, joka on pienempi kuin alla olevan kaavan esittämä oletusarvo, käytetään alla olevan kaavan mukaista oletusarvoa. Q smax = 0,25Fc 0,7 [knm], ( 6.12) jossa c 0.7 on lavan sylinterileikkauksen profiilin jänneviivan pituus 0,7R-säteellä ja F on F b :stä tai F f :stä se, jonka itseisarvo on suurempi. 6.5.1.8 Lapakuormien kuormitusjakautuma Lavan väsymismitoituksen kuormitus kuvataan Weibull-jakaumalla (sen todennäköisyys, että F ice on suurempi kuin (F ice ) max ) kuvan 6-2 mukaisesti.