Jääluokan vaikutus offshore-tukialuksen rungon teräspainoon

Abstract

Nykyaikaisilta offshore-tukialuksilta vaaditaan monia toimintoja, mikä tekee niistä sekä tila- että painokriittisiä. Jäävahvistetuilla laivoilla runkopinnan rakenteet on mitoitettava kestämään suuria paikallisia jääpaineita, joten rakenteen osuus koko painosta on suurempi kuin tavallisella avovesilaivalla. Eri luokituslaitosten määrittämissä jääluokissa on eroja, jotka vaikuttavat erityisesti laidoitusrakenteiden mitoitukseen ja siten myös painoon.

Tässä diplomityössä tutkitaan juuri näitä eri jääluokkien mukaan mitoitettujen runkorakenteiden painoeroja. Myös luokituslaitosten välisiä eroja verrataan. Painotietojen saamiseksi luodaan laskentaohjelma, joka mitoittaa laidoituksen rakenteet laivan rungon ominaisuuksien perusteella. Mitoitus perustuu paikallisesti optimoituun teräspainoltaan keveimpään rakenteeseen, joka täyttää jääluokkien asettamat vaatimukset.

Työssä luodulla ohjelmalla suoritettiin tapaustutkimuksena painotulosten laskenta todellisen jäätämurtavan offshore-tukialuksen tiedoilla. Tulosten perusteella elastiseen mitoitukseen perustuvat DNV:n jääluokkien vaatimukset johtavat jopa 20--80\% painavampiin laidoitusrakenteisiin RMRS:n ja IACS:n vastaavien luokkien plastisiin vaatimuksiin verrattuna. RMRS:n ja IACS:n rakenteet ovat lähes yhtä painavia.

Tuloksia ja laskentaohjelmaa voidaan jatkossa hyödyntää jäänmurtajakonseptin kehittämisessä painolaskennan apuna. Tulokset antavat hyvän kuvan jääluokan painovaikutuksesta. Ohjelmalla saatavia tuloksia voidaan käyttää päätöksenteon tukena ilman merkittävää ajankäyttöä suunnitteluvaiheessa, jossa useita vaihtoehtoja kokeillaan sopivimman kompromissin löytämiseksi.

From offshore supply vessels today many functions are expected, which makes them weight- and spacecritical. For ice strengthened ships the ice classes set high requirements for the structures, which increase the share of the structural part from the total weight compared to regular open water vessels. The rules of different classification societies have differences, which affect the scantlings and thus weight. Due to these reasons it is important to be able to estimate the weight effect of ice classification.

In this master's thesis the weight differences of hull surface structures based on different ice classes are studied. Also differences between classification societies are compared. For acquiring the weight data, a calculation script is made. The script calculates the scantlings based on ship's structural arrangement and ice class requirements. Final scantlings are chosen by locally optimizing the structure with respect to steel weight.

A case study with the script is made using properties of an offshore supply vessel being built at Helsinki shipyard. From the results it is seen that the structures based on DNV's ice class requirements are 20--80\% heavier compared to the RMRS's and IACS's structures on equivalent ice classes. RMRS and IACS give almost the same weight results.

The results and script can in future be used to support weight calculation in development of icebreaker concepts. The results give a good oversight on the effect of ice classification on the structural weight and the script can be used as decision making support without extensive effort and time. Effortless estimates are crucial in project design phase where many design options are evaluated in order to find the best compromise.