Transcript
Page 1: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

GEMİ ve AÇIKDENİZ YAPILARI

ELEMANLARI DERS NOTLARI

Doç. Dr. Barbaros Okan

İstanbul Teknik Üniversitesi Gemi İnşaatı ve Deniz Bilimleri Fakültesi

Page 2: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları
Page 3: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

i

İÇİNDEKİLER Sembol Dizini ................................................................................................................... iv

1: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanlarına Giriş

1.1. Dersin Konusu ................................................................................................ 1

1.2. Gemi ve Açıkdeniz Yapılarına Etki Eden Kuvvetler ...................................... 2

1.2.1. Statik Kuvvetler .............................................................................. 3

1.2.2. Dinamik Kuvvetler ......................................................................... 6

1.3. Gemiler ve Açıkdeniz Yapılarının Deformasyonu ......................................... 7

1.4. Gemiler ve Açıkdeniz Yapılarının Yapısal Fonksiyonları ............................ 10

2: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Malzemeler ve İmalat Teknikleri

2.1.Gemi ve Açıkdeniz Yapılarında Kullanılan Malzemeler ............................... 17

2.1.1. Malzeme Karakteristiklerinin Belirlenmesi ................................. 17

2.1.2. Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Malzemelerinin Standartları ........... 25

2.2.Gemi ve Açıkdeniz Yapılarında Kaynaklı İmalat .......................................... 27

3: Klas Müesseleri Kuralları Yardımıyla Yapısal Tasarım

3.1. Giriş ............................................................................................................... 37

3.2. Klas Kurallarında Temel Kavramlar ............................................................. 41

3.2.1. Yapısal Tasarımla İlgili Kavramlar ………………....................... 41

3.2.2. Klas Müessesesi Kurallarında Kuvvetlerin Hesabı ....................... 47

3.3. Yapısal Tasarımın Temel İlkeleri ................................................................. 49

3.3.1. Yapılarda Bağlantı Sürekliliği ....................................................... 49

3.3.2. Yapı Elemanlarının Sürekliliği ...................................................... 51

3.4. Gemi Yapısının Temel Blokları ……............................................................ 56

3.4.1. Dış Kaplama .................................................................................. 56

3.4.2. Güverteler ...................................................................................... 59

Page 4: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

ii

3.4.3. Dip Yapısı ..................................................................................... 60

3.4.4. Bordo Yapısı .................................................................................. 66

3.4.5. Güverte Yapısı ................................................................................ 68

3.4.6. Su Geçirmez Perdeler .................................................................... 71

3.4.7. Değişik Gemi Tiplerinde Yapısal Tasarım Uygulamaları ............. 73

4.Gemi ve Açıkdeniz Yapılarında Donatım ve Teçhizat

4.1. Gemilerde Donanım ………......................................................................... 81

4.1.1. Kapak Sistemleri............................................................................. 81

4.1.2 Yükleme Sistemleri .......................................................................... 86

4.1.3 Manevra Sistemleri ........................................................................ 89

4.2. Gemilerde Teçhizat ....................................................................................... 91

5.Gemi ve Açıkdeniz Yapılarında Boyuna Mukavemet

5.1. Problemin Modellenmesi .............................................................................. 95

5.1.1. Kesit Tesirlerinin Hesaplanması ................................................... 95

5.1.2. Kesit Performansının Değerlendirilmesi ....................................... 97

5.1.3. Kesit Atalet Momentinin Hesabı .................................................... 99

5.1.4. Gemi veya Açıkdeniz Yapılarında Sehimlerin Hesabı ................... 99

5.2. Gemi veya Açıkdeniz Yapıları İçin Ağırlık Hesabı .................................... 100

5.2.1. Çelik Konstrüksiyon Ağırlık Dağılımı .......................................... 101

5.2.2. Makine Ağırlığı Dağılımı ............................................................. 102

5.2.3. Donanım Ağırlığı Dağılımı ......................................................... 102

5.2.4.Yardımcı Makine Ağırlığı Dağılımı .............................................. 102

5.2.5. Yakıt, Yağlama Yağı ve Tatlısu Ağırlığı Dağılımı ....................... 103

5.2.6.Mürettebat Ağırlığı Dağılımı ...................................................... 103

5.2.7. Yük Ağırlığı Dağılımı ................................................................... 103

5.2.8.Balast ............................................................................................ 103

5.3. Sephiye Hesabı ........................................................................................... 104

5.3.1. Sephiye Dağılımı Hesabı .............................................................. 104

5.3.2. Deniz Yüzeyi ve Dalga Türleri ..................................................... 105

5.4. Kesme Kuvveti ve Eğilme Momentinde Yaklaşık Düzeltme ..................... 107

5.4.1. Kesme Kuvvetinde Yaklaşık Düzeltme ........................................ 108

Page 5: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

iii

5.4.2. Eğilme Momentinde Yaklaşık Düzeltme ...................................... 108

5.5. Kayma Gerilmelerinin Kesit Tesirlerine ve Sehimlere Etkisi .................... 110

5.5.1. Kesitlerde Kayma Gerilmesinin Dağılımı …................................ 110

5.5.2. Kayma Gerilmesinin Eğilmeye Etkisi .......................................... 111

5.5.3. Kayma Gerilmesinin Sehime Etkisi .............................................. 113

5.6. Özel Dış Yük Halleri: Denize İndirme ve Karaya Oturma ......................... 114

5.6.1. Denize İndirme Sırasında Kesit Tesirleri .................................... 114

5.6.2. Karaya Oturma Sırasında Kesit Tesirleri .................................... 116

5.7. Çözülmüş Örnekler ..................................................................................... 117

6. Kaynaklar ................................................................................................................. 134

Page 6: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

iv

Sembol Dizini

Bölüm 1

w(x) Gemi veya açıkdeniz yapısı boyunca ağırlık dağılımı

b(x) Gemi veya açıkdeniz yapısı boyunca sephiye dağılımı veya kesit genişliği

q(x) Gemi veya açıkdeniz yapısı boyunca net kuvvet dağılımı

Q(x) Gemi veya açıkdeniz yapısı boyunca kesme kuvveti dağılımı

M(x) Gemi veya açıkdeniz yapısı boyunca eğilme momenti dağılımı

Page 7: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

1

1. GEMİ VE AÇIKDENİZ YAPILARI ELEMANLARINA GİRİŞ 1.1 Dersin Konusu Deniz teknolojisi mühendisleri açık denizlerdeki yapıların tasarımı ve imalatı ile ilgilenirler. Açık deniz yapıları söz konusu olduğunda gemiler ve birçok değişik tipi ortaya çıkmış olan petrol platformları akla gelen ilk örneklerdir. Bu örneklere denizlerdeki boru hatlarını, deniz enerjisini (dalga veya akıntılar) elektriğe dönüştürmeyi amaçlayan cihazları ve yüzer mendirekleri de katmak olanaklıdır. Bütün bu yapılar değişik işlevler için ortaya çıkmışlardır ama işlevleri ne olursa olsun, her şeyden önce ticari amaçlı olup kazanç sağlamaları gerekmektedir. Ne var ki, bu yapıların hepsinin ticari kazanç sağlayabilmeleri yapının çevreden gelen zorlamalara karşı dayanıklı olması ve uzun süre bakım tutum gerektirmeden ayakta kalabilmesini gerektirir. Deniz teknolojistinin görevlerinden biri belli bir fonksiyonu yerine getirmek için tasarladığı açık deniz yapısının maruz kalacağı zorlamaları ve bu zorlamalara dayanabilecek yapı elemanlarının boyutlarını belirlemektir. Deniz teknolojisti bu amacı gerçekleştirebilmek için

• Açıkdeniz yapılarına gelen kuvvetlerin hesabı • Bu kuvvetlere ekonomik olarak dayanabilecek yapının boyutlandırılması

konularında yeterli bilgiye sahip olmalıdır. Gemi veya açıkdeniz yapıları birtakım yapı elemanlarının bir araya getirilmesi sonucu ortaya çıkan çok karmaşık yapılardır. Bu karmaşık yapıyı oluşturan elemanlarının seçimi de başlı başına bir konu oluşturur. Gemi ve açıkdeniz yapılarında kullanılan yapı elemanlarının seçimi ve bunların bir araya getirilişinde izlenecek yollar ‘Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları’ dersinin konusunu oluşturur. Gemi ve açıkdeniz yapılarının boyutlandırılması genel olarak iki yoldan yapılabilir. Bu yollardan ilki eskiden beri kullanılan klasik yöntem olup klas müesseselerinin kuralları yardımı ile boyutlandırılmanın yapılmasıdır. Klas müesseselerinin kuralları yarı ampirik formüller olup kısmen basitleştirilmiş teorik modeller ile eski gemilerden gelen deneyimlere dayanmaktadır. Bu formüllerin uygulanması gayet kolay olup kısa süre içersinde boyutlandırma işinin tamamlanmasını sağlar. Ayrıca klas müessesesinin kurallarını uygulamış olmak proje onay sürecini de kolaylaştırır ve zaman tasarrufu sağlar. Bu açıdan klasik tasarım yöntemi büyük avantajlar sağlamaktadır ancak bu tür tasarımların getirdiği çok önemli dezavantajlar da vardır. İlk olarak gemilerde mukavemet kaybı birçok değişik modlarda ortaya çıkabilir ve bu modlar çoğunlukla birbirleriyle ilişkilidirler. Oysa klas müesseselerinin verdiği basit kurallar bu karmaşıklığı

Page 8: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

2

yansıtamasıkları gibi boyutlandırmadaki emniyet payı hakkında bir ölçü de vermemektedir. Sonuçta bu kurallara uyarak hazırlanmış olan tasarım en uygun tasarımdan oldukça uzak çıkabilir ve geminin kar sınırını daraltabilir. İkinci bir sorun da bu kuralların sadece tek bir amaca yönelik olarak geliştirilmesinden kaynaklanmaktadır. Oysa aynı tip bir geminin farklı amaçlara yönelik tasarlanması sırasında farklı zorlamalar önem kazanır ve bu açıdan da tasarımcının tasarıma müdahale edebilmesi çok zordur. Ancak en önemli sorun klas müessesesi kurallarının belirli varsayımlar altında geliştirilmiş olmasıdır. Bu varsayımlar genellikle uzun deneyimlerden kaynaklanmakta ve tutarlı varsayımlardır. Ancak kurallar bu varsayımların sınırları dışında yetersiz olabilirler. Günümüzde gemilerin boyutları sürekli artmakta ve işlevlerinin karmaşıklaşmasıyla birlikte sürekli yeni türler ortaya çıkmaktadır. Bu durumda uzun yıllardan beri geçerli olan bazı varsayımların uygunluk sınırları bu yeni gemi tiplerinde ve boyutlarında aşılabilir. Yakın geçmişte ortaya çıkmış olan bir çok mukavemet kaybı olayında kuralların bazılarının temelini oluşturan varsayımlarının dışına taşıldığı tespit edilmiştir. Bilgisayarların hesap kapasitelerindeki hızlı artış sonucu klasik yönteme alternatif olarak çıkan modern yöntem tamamen mukavemet teorisine dayalı olup çeşitli bilgisayar programlarından yararlanmaktadır. Tasarımcı bu programları gemiyi kendi tespit ettiği kriterlere göre optimize edecek şekilde kullanır. Buna olanak verebilmesi için programların kapalı kutu sistemler olmaması gerekir. Yani bu sistemler tasarımcının sadece başlangıç girdilerini girip doğrudan boyutlandırma sonuçlarını aldığı sistemler değillerdir. Belirli aralıklarla tasarımcı programın ilerlemesine müdahale ederek kriterlerini gözden geçirmek hatta bazı girdileri değiştirmek olanağına sahiptir. Bu olanak tasarımcının bu şekilde defalarca müdahale ederek başlangıç tasarımında önemli ölçüde iyileştirme sağlayabilir. Bu iyileştirme doğrudan malzeme tasarrufu şeklinde ortaya çıkar ama dolaylı olarak da taşınan yükte artışa neden olup kazancın artmasını sağlar. Tasarımcı için iki yöntemden birini seçmek modern yöntemi uygulamakla kaybedilecek zamana karşılık tasarımda sağlanabilecek ekonomik kazanç arasında bir karşılaştırma yapmayı gerektirir. Bu bağlamda konuya öncelikle gemi ve açıkdeniz yapılarına çevreden gelen kuvvetler ve bunların etkilerini inceleyerek başladıktan sonra gemi ve açıkdeniz yapılarında kullanılan malzeme ve imalat tekniklerini ele alacağız. Daha sonra yapıyı tasarlarken dikkat edilmesi gerekli noktaları ve yapıyı oluşturan elemanların klâs müessesesi kurallarına göre boyutlandırıması konusu üzerinde duracağız. Tabiî ki açıkdeniz yapıları gibi karmaşık yapıların elemanlarının boyutlarını bir kerede belirlemek olanaklı değildir ve seçilen boyutların yeterliliğini kontrol etmek gerekmektedir. Boyuna mukavemet açısından kontrolun yapılışı ile dersi tamamlayacağız. 1.2 Gemi ve Açıkdeniz Yapılarına Etki Eden Kuvvetler Gemiler veya açıkdeniz yapıları denizlerdeyken yapılarının deforme olmasına neden olan bir takım kuvvetlerin etkisinde kalmaktadır. Bu kuvvetleri iç ve dış kuvvetler olarak iki gruba ayırırız [1]. Dış kuvvetler incelenmekte olan yapıya çevresinden gelen etkiler

Page 9: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

3

olarak ele alınabilirler. İç kuvvetlere gelince bunlar yapının yapay olarak oluştuğu varsayılan parçaları arasındaki etki ve tepki olarak düşünülebilir. Dış kuvvetlerin yapının içinde ortaya çıkardığı etkileri incelemek için bir iç kuvvet kavramına ihtiyaç doğmuştur. Kuvvetleri zamana göre değişimleri açısında statik ve dinamik olarak iki sınıfta incelemek uygun olur. 1.2.1. Statik Kuvvetler Statik kuvvetler en iyi geminin sakin suda denge halinde yüzerken maruz kaldığı kuvvetleri göz önüne almak suretiyle açıklanabilir [2]. Bu durumda gemiye etki eden iki kuvvet söz konusudur. Bunlardan birincisi geminin taşımakta olduğu tüm yükü ile birlikte ağırlığı olup düşey olarak aşağı doğru etki etmektedir. İkinci kuvvet ise geminin su altındaki yüzeyine yüzey dış normalinin ters yönünde etki eden hidrostatik basınçtır. Bu basınç kuvvetinin gemi boyunca, gemi enince ve düşey olarak etki eden üç bileşeni vardır. Gemi denge konumunda olduğu için basınç kuvvetinin boyuna ve enine bileşenleri sıfır olmak zorundadır, zira bu doğrultularda başka kuvvetler etki etmemektedir. Düşey doğrultudaki basınç kuvveti ise hidrostatikten bilindiği gibi sephiye kuvveti adını alır ve gemi ağırlığını dengeler. Geminin dengede olması demek trim de yapmaması anlamına geldiği için ağırlık ve sephiyenin herhangi bir noktaya göre momentlerinin de eşit olmasını gerektirir. Burada bir noktaya dikkat çekmekte yarar vardır. Her ne kadar ağırlık ve sephiye kuvvetleri birbirlerine eşit iseler de bu kuvvetlerin gemi boyunca dağılımlarının birbirlerine eşit olması gerekmez. Örneğin sephiye kuvvetinin dağılımı göz önüne alındığında herhangi bir x konumundaki birim uzunluğa düşen sephiye kuvveti x noktasındaki su altı alanına orantılıdır ve ρ deniz suyu yoğunluğu ve A(x) de su altı alanı olmak üzere )x(A)x(b ρ= (1.1) şeklinde verilir. Bu dağılım geminin su altı alanlarının değişimine bağlı olarak oldukça homojen ve sürekli bir dağılımdır. Gemi ağırlığı ise yükler de dahil olmak üzere çeşitli elemanların ağırlığından oluşur. Her ne kadar tekne çelik ağırlığı ve yükler homojen ve sürekli dağılsalar da diğer birçok eleman ağırlığı sınırlı bölgelerde oluşur ve ağırlık dağılımında süreksizliklerin ortaya çıkmasına neden olur. Ağırlık dağılımı büyük ölçüde genel yerleştirmeye çok küçük miktarda da gemi formuna bağlı olur. Ayrıca alınan yükün konumu ve yoğunluğu da önemli rol oynar. Bütün bu faktörler göz önüne alındığında w(x) gemi ağırlığı dağılımının b(x) sephiye dağılımından oldukça farklı olacağı açıkça gözükmektedir (Şekil 1.1). Bu fark net bir kuvvet dağılımı ortaya çıkartır ve bu q(x) net kuvvet dağılımı )x(w)x(b)x(q −= (1.2) olarak belirlenir. Bu net kuvveti ve geminin herhangi bir noktasına göre momentini gemi boyunca integre edersek ve

Toplam Sephiye = ∫L

0dx)x(b Toplam Sephiye Momenti = ∫

L

0dx)x(xb

Toplam Ağırlık = ∫L

0dx)x(w Toplam Ağırlık Momenti = ∫

L

0dx)x(xw

tanımlarını göz önüne alırsak

Page 10: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

4

∫=∫L

0

L

0dx)x(xq0dx)x(q (1.3)

olacağı açıktır. Bu koşullar geminin veya açıkdeniz yapısının dengede olduğunu ifade eder.

Şekil 1.1: Sakin suda bir gemiye ait ağırlık ve sephiye dağılımları Net kuvveti bütün boy üzerinde integre etmek yerine sadece bir x noktasına kadar integre edecek olursak bu integral sıfırdan farklı olup yapının 0 ile x arasındaki kısmına etki eden kuvveti verir. Bu kuvvet mukavemet derslerinden hatırlanacağı gibi bir kesme kuvvetine karşı gelir. Yukarıda tanımlanan integrasyon işlemini x değişkeninin yapı boyunca birçok değişik değeri için tekrarlamak suretiyle yapıya etki eden Q(x) kesme kuvvetini

[ ]∫ ξξ−ξ=∫ ξξ=x

0

x

0d)(w)(bd)(q)x(Q (1.4)

şeklinde elde edebiliriz. Açıkdeniz yapısı serbestçe hareket edebildiği için uç noktalarında herhangi bir kesme kuvveti oluşmayacağından dolayı kesme kuvveti uç noktalarında sıfır olmalıdır. Açıkdeniz yapısına etki eden kesme kuvvetini yapı boyunca herhangi bir x noktasına kadar tekrar integre ettiğimizi düşünelim. Bu integral de yapının x noktasına kadar olan kısmına etki eden momenti verir ve yine mukavemet derslerinden hatırlanacağı gibi eğilme momenti olarak bilinmektedir.

[ ]∫ ξη∫ η−η=∫ ξξ=ξx

0 0

x

0dd)(w)(bd)(Q)x(M (1.5)

denklemi ile verilen eğilme momenti de yukarıdaki integrasyonun değişik x değerleri için tekrarlanması ile elde edilir ve kesme kuvvetinde olduğu gibi yapı serbestçe hareket edebildiği için uç noktalarında eğilme momenti de sıfır değerini alır. Şekil 1.1’de verilen gemiye ait kesme kuvveti ve eğilme momenti Şekil 1.2’de verilmektedir.

Page 11: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

5

Şekil 1.2: Sakin suda bir gemiye etki eden kesme kuvveti ve eğilme momenti eğrileri Yukarıda sakin suda yüzen yapılar için ortaya konan tartışma geminin dalgalar arasında ilerlediği bazı hallerde de aynen uygulanabilir. Bu durumda ağırlık dağılımı aynı kalmakta ancak, serbest su yüzeyi artık düz olmayıp dalgalı olduğundan, gemi boyunca sephiye dağılımı değişikliğe uğrayacaktır. Yukarıdaki tartışmaların dalgalı denizlerde geçerli olabilmesi için karşılaşma frekansının yeteri kadar küçük olup yapının dalgalar arasında çok yavaş hareket ettiği ve bu nedenle ortaya çıkacak dinamik etkilerin ihmal edilebilecek kadar küçük olmaları gerekmektedir. Bu durumda geminin bir an için dalga üzerinde statik olarak dengede kaldığı ve gemiye dalga tarafından uygulanan kuvvetin yine sadece hidrostatik basınçtan kaynaklandığı düşünülebilir. Durgun sudaki durumdan burada tek fark yapının dalgaya göre durumu nedeniyle ortaya çıkan sephiye dağılımındaki farktan başka bir şey değildir. Bu farklılık dalga tepesinin veya dalga çukurunun yapının ortasına rastlaması hali için Şekil 1.3’de gösterilmektedir.

Şekil 1.3: Dalgalı denizlerde bir geminin sephiye dağılımının sakin sudaki sephiyesi ile karşılaştırılması

Page 12: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

6

Sephiye dağılımındaki bu değişiklik doğal olarak yapıya etki eden net kuvvet dağılımında değişikliğe neden olur. Net kuvvetteki bu değişiklik de sırasıyla yapıya etki eden kesme kuvvetinin ve buna bağlı olarak da eğilme momentinin değişmesine neden olur. Bu durumda dalgalı denizlerde yapıda oluşan kesit tesirlerini iki bileşene ayırarak bunların toplamı olarak ifade etmek olanaklıdır. Toplam Kesme Kuvveti = Sakin Suda Kesme Kuvveti + Dalgada Kesme Kuvveti Toplam Eğilme Momenti = Sakin Suda Eğilme Momenti + Dalgada Eğilme Momenti Sakin suda kesme kuvveti ve eğilme momenti geminin veya açıkdeniz yapısının belli bir yükleme durumu için değişmeyen değerleridir. Ancak dalgalardan gelen katkılar geminin yükleme koşullarının yanı sıra dalganın karakteristiklerine ve yapıya göre konumuna bağlı olarak birçok değişik değer alabilirler. Bu nedenle yapının verilmiş bir dalgadaki kesme kuvveti ve eğilme momenti sakin sudaki değerleri üzerine düzeltme terimleri olarak eklenebilir. 1.2.2. Dinamik Kuvvetler Gemi veya bir açıkdeniz yapısı dalgalar arasında iken karşılaşma frekansının artmasıyla birlikte dalgalardan dolayı gelen etkiler sadece hidrostatik olmaktan çıkıp dinamik bir karakter de kazanmaya başlar. Bu durumda açıkdeniz yapısına etki eden dış kuvvetleri hesaplarken iki ilave faktörün göz önüne alınması gerekir. Bunlardan birincisi dalgaların kendisini ilgilendirmektedir. Artık dalgalardan dolayı yapı üzerindeki basıncı hidrostatik olarak ele almak olanaksızdır. Artık dalgalar içindeki su zerreciklerinin hareketleri nedeniyle hidrostatik basınca ilaveten bir de dinamik basınç ortaya çıkar. Dinamik basınç için ilk etapta ‘Smith düzeltmesi’ adı altında bir düzeltme yapılır. Bu düzeltme dinamik basıncın derinlikle üstel olarak değiştiğini göz önüne alarak yapılır ve etkisi sephiye kuvvetinin dalga tepesinde azalması dalga çukurunda ise artması şeklinde ortaya çıkar. Bu nedenle çoğunlukla ihmal edilen bu düzeltmeye ilerideki bölümlerde daha ayrıntılı olarak değineceğiz. Yukarıda anlatılan dalgalardaki dinamik düzeltme gerçekte yaklaşık bir düzeltme olup dalgaların geminin veya açıkdeniz yapısının varlığı nedeniyle hiçbir şekilde bozulmaya uğramadıkları varsayımına dayanmaktadır. Oysa dalgaların gemi veya açıkdeniz yapıları gibi çok büyük yapıların varlığından etkilenmemeleri olanaksızdır. Gelen dalgalar böyle büyük yapıların civarında saçılmaya (Difraksiyon) uğrarlar ve bu nedenle yapı civarında basınçta bir değişme ortaya çıkar. Bu değişmenin yanı sıra gemiler veya sabit olmayan açıkdeniz yapılarında dalgaların yarattığı hareketler nedeniyle yapıdan denize bir enerji aktarması (Radyasyon) söz konusu olur. Bu nedenle de gemi yüzeyindeki dinamik basınç alanında ikinci bir değişme de oluşur. Diğer dinamik etki geminin kendi hareketlerinden ötürü ortaya çıkar. Dalgalar içersinde yüzmekte olan herhangi bir yapı üçü doğrusal ve üçü dönme olmak üzere altı serbestlik dereceli hareket yapar. Bunlardan ileri-öteleme, yan-öteleme ve dalıp-çıkma hareketleri sırasıyla boyuna, enine ve düşey doğrultulardaki doğrusal hareketlerdir. Boyuna eksen, enine eksen ve düşey eksen etrafındaki dönme hareketleri de sırasıyla yalpa, baş-kıç vurma ve savrulmadır. Bütün bu hareketler ivmeli hareketler olup açıkdeniz yapısındaki

Page 13: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

7

her kütleye aktarılmakta ve o kütle üzerinde dinamik bir yük oluşmasına neden olmaktadır. Genel olarak hareketlerin ivmeleri uçaktaki hareketlerin ivmelerine kıyasla oldukça küçüktür. Örneğin uçaklarda, özellikle savaş uçaklarında, bu ivmeler yerçekimi ivmesinin birkaç katı olduğu halde gemilerde bu ivmeler çoğu zaman yerçekimi ivmesinin onda biri mertebelerindedir. Bu nedenle çoğu zaman dinamik yükler statik yüklere kıyasla daha küçüktür. Ne var ki bu yüklerin de göz ardı edilmemesi gerekir. Daha evvelce de belirtildiği gibi gemilerin veya açıkdeniz yapılarının dalgalarla karşılaşma frekansları arttıkça dinamik etkiler de artar ve hareketlerinin genlikleri büyür. Özellikle dalıp-çıkma ve baş-kıç vurma bileşik hareketleri sırasında hareket genlikleri hızla büyüyerek yapının baş veya kıç tarafları sudan çıkıp sonra hızla su yüzüne çarparlar. Dövünme adı verilen bu olayda ortaya çıkan kuvvet darbe kuvveti olup yerel olarak çok büyük değerlere ulaşabilir. Ayrıca bu tür darbe yükleri her frekanstan etki yarattıkları için yapının doğal frekansında titreşim yaratarak gerilmelerin gemi veya açıkdeniz yapısının bütününe yayılmasına da neden olur. Dalgaların ve yapının hareketleri dışında açıkdeniz yapılarında dinamik etkilere neden olan diğer bir faktör de rüzgârdır. Rüzgârların gemi yüzeyinde yarattıkları basınçlar oldukça yüksek olmalarına rağmen bu basınçların yarattığı kuvvetler çok ender olarak büyük değerlere ulaşırlar. Bunun nedeni ise rüzgardaki enerjinin büyük bir kısmının gemiyi hareket ettirmekte harcanması yapıyı deforme ettirmek için ise bu enerjinin sadece küçük bir kısmının kalmasıdır. 1.3 Gemi ve Açıkdeniz Yapılarının Deformasyonu Gemiler veya açıkdeniz yapılarına etki eden statik yükleri incelerken bu yapıların boyuna giden düşey bir düzlem içinde bir kiriş gibi eğilmeye maruz kalacağını gördük. Bu tür deformasyon gemilerin ve açıkdeniz yapılarının maruz kalabileceği en önemli deformasyon türü olup deformasyondan bütün yapı etkilenir. Geminin boyuna eğilmesi göz önüne alınırken sözü edilmesi gereken başka deformasyon tipleri de vardır. Bunlardan ilki yatay düzlem içinde oluşan eğilmedir. Ancak yatay eğilme sakin suda meydana gelmeyip mutlaka dalgalı deniz koşullarını gerektirir. Bir an için dalgalı bir denizde bir geminin dalga cepheleriyle açı yaparak ilerlediğini düşünelim. Bu durumda dalga cephesi gemi orta simetri düzlemine dik olmadığı için geminin herhangi bir kesiti ele alındığında bu kesitin iskele ve sancak tarafları arasında su seviyelerinde farklılıklar olacağı gözükmektedir. Bu durumu açıklayan bir kesit Şekil 1.4’de gösterilmektedir. Su hatlarında oluşan bu meyil gemi boyunca değişiklik gösterir ve dalga yapısı ile dalga cephesi ile yapı arasındaki açıya bağlı olarak işaret de değiştirir. Bu da doğal olarak gemi boyunca yan kuvvetler oluşmasına ve yapının yan-öteleme ve savrulma hareketleri yapmasına neden olur. Yan kuvvetlerin sonucu sadece yan-öteleme ve savrulma hareketleri ile kalmayıp deniz suyunun bu hareketlere karşı gösterdiği direnç sonucu yatay düzlem içersinde de eğilmelerin ortaya çıkmasına neden olur. Bu tip eğilme geçmişte genellikle ihmal edilmiştir ve genellikle bu tip eğilmenin düşey düzlemdeki eğilmeye kıyasla çok önemsiz olduğunu söylemek doğru olur. Ancak son yıllarda dinamik etkileri hesaplayan programların oldukça gelişmesi ve edinilen bazı deneyimler sonucu bu tip eğilmenin de önemli olabileceği inancı giderek yaygınlaşmaktadır.

Page 14: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

8

Şekil 1.4: Dalgalı denizlerde dalgalarla açılı olarak ilerleyen bir geminin sephiye dağılımı Şekil 1.4’deki meyilli su hatları göz önüne alındığında bu meyillerin yapının bir ucunda bir tarafa meyilli olarak başladığı ve meyillerin yapı ortasına doğru tedricen azalıp ortadan sonra meyillerin ters tarafa doğru olduğu gözükmektedir. Bu da yan ötelemenin yanı sıra boyuna eksen etrafında dönme hareketine de neden olur. Bu harekete de denizin bir direnç göstereceği düşünüldüğünde yapının iki düzlemdeki eğilmesinin dışında bir de burulmaya zorlanacağı açıkça gözükmektedir. Yine bu tür zorlamaların ne denli önem taşıyacağı tartışmaya açıktır ve büyük bir olasılıkla boyuna eğilmelere kıyasla oldukça önemsizdir. Ancak ambar ağızları yapıların burulma mukavemetini önemli ölçüde etkilediklerinden ambar ağzı boyutlandırmaları ve mazernaların tasarımı açısından burulma mukavemetinin incelenmesi önemlidir.

Şekil 1.5: Gemi orta kesitinin iç ve dış statik yükler altında enine deformasyonları

Page 15: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

9

Şimdi herhangi bir açıkdeniz yapısı olarak bir geminin enine kesitini göz önüne alalım ve bu kesite etki eden yükleri inceleyelim (Şekil 1.5). Her şeyden önce bu kesit gemiyi çevreleyen deniz nedeniyle hidrostatik basınca maruzdur. Ayrıca gemi kendi yapısal ağırlığı ve taşıdığı kargo nedeniyle iç zorlamalara maruzdur. Bu statik yüklerin gemi yapısı üzerindeki etkisi Şekil 1.5’de kesikli çizgilerle gösterilen enine deformasyonları yaratmaktır. Burada enine deformasyonların boyuna deformasyonlardan tamamen bağımsız olduğunu ve bu deformasyonların boyuna deformasyonlar olsun veya olmasın ortaya çıkabileceklerini belirtmekte yarar vardır. Bu nedenle açıkdeniz yapılarında enine deformasyonlar ve enine mukavemeti boyuna mukavemetten ayrı bir konu olarak tek başına ele almakta yarar vardır.

Şekil 1.6: Gemi dip yapısının hidrostatik yükler altında enine deformasyonları Açıkdeniz yapılarına etki eden hidrostatik basınç ve iç yükler sadece enine ve boyuna deformasyonlara neden olmakla kalmazlar ayrıca daha yerel deformasyonlara da neden olurlar. Bu tür zorlamalar için en tipik örnek olarak geminin iç dibinde iki dolu döşek arasında kalan dip kaplaması ve buradaki deformasyonlar gösterilebilir (Şekil 1.6). Bu tip yapılarda iki dolu döşek arasındaki levhalar dolu döşeklerin arasındaki bölgede eğilmeye uğrar. Yerel yükler altında zorlanan yapılara diğer örnekler tank duvarları, su geçirmez perdeler ve ağır yerel yükleri taşıyan derin tulaniler olarak verilebilirler. Bu tip zorlamalar ve deformasyonlar da bir üçüncü tip mukavemeti, yerel mukavemeti oluşturmaktadır Açıkdeniz yapılarının zorlanmalarını özetleyecek olursak bu yapıların mukavemetini üç bölümde incelemenin mümkün olduğunu görürüz.

• Boyuna mukavemet • Enine mukavemet • Yerel mukavemet.

Yapının herhangi bir yeri herhangi bir anda bu zorlamaların herhangi biri veya bir kaçının bileşimi olarak ortaya çıkabileceği için yapıda oluşacak gerilme durumu oldukça karmaşık olacaktır. Ancak açıkdeniz yapılarının mukavemetini inceleyebilmek ve bunlara uygun yapıları tasarlayabilmek için her üç tür zorlamanın karakteristik özelliklerini anlamak gerekir.

Page 16: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

10

1.4 Gemi ve Açıkdeniz Yapılarının Yapısal Fonksiyonları Gemi ve açıkdeniz yapılarının deniz koşullarında düşey ve yatay boyuna düzlemlerde eğilmeye zorlandıklarını gördük. Bu nedenle açıkdeniz yapıları düşey ve yatay boyuna düzlemlerde eğilmeye mukavemet edebilecek şekilde tasarlanmalı, yani yapıyı oluşturan elemanlar bu zorlamaya direnebilecek şekilde düzenlenmelidirler. Buradan açıkça gözükmektedir ki açıkdeniz yapısının bütün boyunun büyük bir kısmında devamlı olarak var olan elemanlar boyuna mukavemete katkıda bulunan temel elemanlardır. Bu kategoriye dâhil edebileceğimiz yapı elemanlarını bordo ve dip kaplamaları, güverteler, iç dip kaplaması, orta ve yan iç omurgalar, güverte altı derin tulanileri, stringerler, marjin levhası ve varsa boyuna perdelerdir (Şekil 1.7). Güvertelerde genellikle ambar ağızları ve makine açıklıklarının dışında kalan sürekli kısımlarını göz önüne almak adet haline gelmiştir.

Şekil 1.7: Gemilerde boyuna mukavemete katkıda bulunan elemanlar Şekil 1.7’de çok açıkça gözüktüğü gibi bu kesite sahip olan gemi, diğer boyutları kalınlığına kıyasla çok büyük olan bir kutu kiriş oluşturmaktadır. Dolayısı ile bu kutu kirişin hidrostatik basınçlara be burulmaya karşı mukavemetinin yeterli olmayacağı açıkça bellidir. Bu soruna çözüm olmak üzere, klasik gemi inşaatı geleneğinden esinlenerek, gemiler ve açıkdeniz yapılarında dış cidarı 600 mm ile 1000 mm arasında değişen aralıklarla destekleyici çerçeveler yerleştirilir. Bu tip çerçevelerle takviye edilmiş yapılara enine sistemde inşa edilmiş yapılar denir. Enine sistemde kullanılan çerçeveler üç kısımdan oluşur (Şekil 1.8).

Page 17: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

11

Şekil 1.8: Enine sistemdeki geminin yapısını oluşturan elemanlar Çerçevenin dip kısmını oluşturan parçası döşek adını alır geminin çift dibi boyunca orta iç tulaniden marjin levhalarına kadar uzanır. Döşekler dolu ve boş döşek olmak üzere iki tiptirler. Bunlardan boş döşekler dip ve iç dip kaplamalarına kaynaklanmış profiller ve bu profilleri birbirlerine bağlayan düşey payandalardan oluşurlar. Boş döşekler Şekil 1.9’da sağ tarafta görülmektedir. Dolu döşekler ise dört beş postada bir kullanılan saçtan kesilmiş ve tank sonlarına isabet edenleri dışında hafifletme delikleri olan elemanlardır. Doludğşekler Şekil 1.9’da sol tarafta görülmektedir. Hafifletme delikleri aynı zamanda çift dip tanklarında rahatça dolaşabilme olanağını sağlar ve bu deliklerin yanlarında burkulmaya karşı stifnerlerden yararlanılır.

Şekil 1.9: Enine sistemdeki bir gemide dip yapısı ve döşekler

Page 18: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

12

Çerçevenin bordo hizasına gelen ve bordoya kaynaklı olan kısmına posta denir. Postalar güverte sayısına göre değişir ve daha üst güvertelere çıkıldıkça maruz kaldıkları zorlamalar azalacağı için boyutları küçülür. En alt posta iç dibe veya olması halinde marjin levhasına oldukça büyük boyutları olan marjin braketi aracılığı ile bağlanırlar. Postalar da döşekler gibi profillerden yapılan normal postalar ile saçlardan kesilmiş ve uç kısımlarına burkulmaya karşı mukavemetini artırmak üzere alın laması kaynatılmış derin postalar olmak üzere iki değişik tipte olurlar (Şekil 1.10). Bunlardan derin postalar dolu döşeklerle normal postalar da boş döşeklerle aynı hizaya gelecek şekilde düzenlenirler.

Şekil 1.10: Enine sistemdeki bir gemide bordo yapısı ve postalar Çerçevenin son parçası güverteler altına isabet eden ve güverteleri takviye amacını güden kemerelerdir. Kemereler de döşekler ve postalar gibi profillerden imal edilmiş olan normal kemereler ve saçlardan imal edilmiş derin kemereler olmak üzere iki tipdirler. Derin kemerelerde yine burkulmaya karşı mukavemeti artırmak için alın lamasıyla takviye edilmesi alışılagelmiş bir uygulamadır. Derin kemereler de derin postalar ve dolu döşeklerle aynı sırada olacak şekilde düzenlenirler. Kemereler ambar ağızları dışında bordodan bordoya uzanırlar ve çerçevenin kapanmasını sağlarlar. Ancak ambar ağızlarının varlığı kaçınılmaz olduğu için ambar ağızlarında kemereler zorunlu olarak süreksizliğe uğrarlar. Bu zaafı kısmen için ambar ağızlarında kemerelerce taşınmakta olan yükleri dağıtabilecek ve mazerna adı verilen ambar ağzı yapıları yapılır (Şekil 1.11). Daha evvelce de sözü edildiği gibi bu çerçeveler dış kabuğun mesnetlenmemiş aralığını azaltarak kabuk olarak düşey doğrultuda burkulmasını önlemek ve taşıyabileceği basınç yükü kapasitesini artırmayı amaçlamaktadır. Ayrıca bu çerçeveler burulma yüklerine karşı da yüksek mukavemete sahip olacaklarından dış kabuğun enine deformasyonlarına da büyük ölçüde direnç gösterirler. Bu karakterleri icabı bu çerçeveler enine mukavemete katkıda bulunan temel elemanlardır.

Page 19: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

13

Şekil 1.11: Kemereler ve ambar ağzı yapıları Zorlamalar göz önüne alındığında en önemli zorlamaların su basıncından kaynaklanacağı açıktır. Su basıncının da hidrostatik ve hidrodinamik olmak üzere iki kısımdan oluşmakta olduğunu daha evvelce görmüş ve bunlardan hidrostatik olanın genellikle daha önemli olduğuna değinmniştik. Dolayısı ile derinlikle artmakta olan hidrostatik basıncın dip yapısında çok daha fazla olacağı ve buna bağlı olarak dip yapısının çok daha sağlam yapılması gerektiği aşikardır. Bu nedenle gerek dip kaplama saçları gerekse döşekler ve orta ve yan iç omurgalar ve iç dip kaplamasından oluşan dip yapıları bordo ve güvertelere kıyasla çok daha sağlam olurlar. Bordoya ve bordoyu takviye eden postalara da gelen en önemli yükler su basıncıdır. Burada hidrostatik basınçlar yukarı çıktıkça azalır ve su çekiminden yukarıda tamamen ortadan kalkarlar. Ancak dalgalar nedeni ile ortaya çıkmakta olan hidrodinamik basınç dalga tepelerine doğru artmakta olduğundan borda yapısı su çekiminden yukarıda da su basıncından etkilenir. Öte yandan ana güverte dışındaki güverteler için su basıncı hemen hemen hiç bir önem taşımaz ve bu yapılar için belirleyici olan zorlamalar ambar yüklerinden oluşur. Bu zorlamaların esas önemli olan kısmı ağırlıklarından oluşan statik yüklerdir ama gemilerin dalgalar arasında büyük ivmelere ulaşan hareketleri sırasında oluşan atalet kuvvetleri de önem kazanır. Ana güvertede ise hava koşullarına açık olması nedeniyle dalgaların yaratabileceği hidrodinamik basınç yükleri hala daha önem taşımaktadır. Enine mukavemete katkıda bulunan bir diğer önemli eleman da su geçirmez enine perdelerdir. Bu perdelerin esas işlevleri gemi içinde birbirinden bağımsız bölümler yaratarak yaralı halde stabilite sağlanabilmesi olmakla birlikte stifnerlerle takviye edilmiş levhalardan oluştuklarından (Şekil 1.12) çok büyük rijitliğe sahip olup dış kabuğun enine deformasyonlarına da önemli ölçüde mukavemet ederler. Perdelerin boyuna mukavemet açısından en önemli işlevi de burulmaya karşı mukavemettir.

Page 20: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

14

Şekil 1.12: Su geçirmez enine perdelerin yapısı Enine sistemde gemi inşaatı klasik sistemdir ve 1970’lerden sonra tanker boyutlarının hızla artmasıyla mukavemet açısından önemli zaaflar göstermeye başlamıştır. Bunlardan en önemlisi dip ve güverte saçlarında ve yapısında ortaya çıkan boyuna burkulmalardır. Gemi boylarının çok büyük boyutlara ulaşması dış kabuğun enine burkulmaya kıyasla boyuna burkulmanın çok daha büyük sorun haline gelmesine neden olmuştur. Öte yandan dış kabuğun enine burkulmasının ve enine deformasyonların da hala belirli ölçüde önem taşıdığı da göz önüne alınarak 1970’lerden itibaren Isherwood sistemi adıyla da bilinen boyuna inşaa sistemi geliştirilmiştir.

Şekil 1.13: Boyuna sistemde tasarlanmış bir tankerin yapısı Bu sistemde dolu döşek, derin posta ve derin kemerelerden oluşan derin çerçeveler ve su geçirmez enine perdeler korunarak enine deformasyonlara karşı önlem alınırken boş döşek ile normal posta ve kemerelerden oluşan enine takviyeler yerine boyuna olarak kullanılan profil elemanlarla boyuna burkulma problemine çözüm aranmıştır. Geliştirilen bu sistem oldukça başarılı olmuş ve bu sayede çok büyük boyutlardaki tankerler mukavemet açısından sorun yaratmayacak şekilde inşaa edilebilmişlerdir. Böyle bir tanker yapısı Şekil 1.13’de görülmektedir.

Page 21: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

15

Şekil 1.14: Karışık sistemde tasarlanmış bir tankerin yapısı Isherwood sisteminin büyük boyutlu tankerlerdeki başarılı uygulamalarından sonra özellikle dökme yük gemilerinde enine sistemden uzaklaşmalar başlamış ve karışık inşaa sistemleri ortaya çıkmıştır. Bu sistemler arasında en çok kabul gören ve en yaygın olarak kullanılan sistem dip ve güverte yapılarında boyuna sistem uygularken bordo yapısında enine sistemin tercih edildiği karışık sistemdir (Şekil 1.14). Bu sistemin ağırlık açısından da oldukça önemli bir avantaj sağlamakta olduğu tespit edilince karışık inşa sistemi son zamanlarda çok daha yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bu şekilde inşa edilen gemilerde güverte ve dip yapılarındaki tulaniler gemi güvertesinin ve dip saçlarının burkulmasını önlemekte bordoda kullanılan postalar ise bordolardaki yerel basınca karşı mukavemet etmektedirler. Güverte altı ve dip tulanilerinin de basınç yükü taşımaları gerektiği göz önüne alındığında tulanilerin taşınmayan aralıklarını kısaltmaları açısından dolu döşeklerin ve derin kemerelerin bu yapılarda korunması gerektiği aşikardır.

Şekil 1.15: Enine sistemde tasarlanmış bir geminin güverte yapısı Güverte altlarında, özellikle geniş gemilerde güvertelerin sadece derin kemereler veya derin tulanilerle başka bir destek olmaksızın taşınabilmeleri imkansız sayılabilir. Bu nedenle kemereleri taşımak amacı ile düşey kolonların yani payandaların kullanılması gereklidir. İlk gemilerde bu payandalar oldukça sık yerleştirilmiştir. Tipik olarak her iki kemerede bir olup ahşap teknelerdeki uygulamanın bir uzantısı olarak boyuna konan

Page 22: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

16

braketler aracılığı ile aradaki kemerelere de destek sağlanmıştır. Bu tasarım şekli ister istemez ambarlarda yükleme işlemlerini hem güçleştirmiş hem de ambarlara girecek yüklerin boyutlarını sınırlamıştır. Bu durum yük gemilerinin boyutlarının büyümesiyle önemli bir sorun haline gelmiş ve zamanla bu sorunu aşmanın yolu bulunmuştur. İlk olarak enine sistem güvertelerde kemereleri bordolar arasında desteklemek için derin tulaniler kullanılmış ve derin tulaniler çok daha büyük aralıklarla payandalar tarafından desteklenmiştir. Bu payandalar genellikle ambar ağzı köşelerine veya dar gemilerde ambar ağzı sonlarında ortaya yerleştirilir ve böylece ambarlarda çok daha büyük boyutlarda kargolar çok daha büyük kolaylıkla hareket ettirilebilir. Bu şekilde tasarlanmış bir geminin güverte yapısı Şekil 1.15’de gösterilmiştir. Güvertenin yukarıda tanımlandığı şekilde tasarlanması sonucu ambarlarda çalışma çok daha kolaylaştığı gibi postaların boyutlarında büyük ölçüde ekonomi sağlanması sonucu ambarlarda daha fazla yük taşıyabilme olanağı da doğar. Daha sonraları güvertelerde boyuna sistem kullanıldığında kemereler yerine güverte altı tulanileri kullanılmış ve güverte altı tulanileri kullanılan derin kemereler ile taşınmışlardır (Şekil 1.16). Bu bölümde sözü edilen bütün elemanlar boyuna eğilme ve enine deformasyonlara mukavemet etmenin yanısıra her biri ayrıca yerel yüklere karşı da mukavemet etmektedir. Örneğin kemereler ve tulaniler çoğu zaman güverte makinaları veya yükleme boşaltma tesisatlarından ötürü ortaya çıkan yerel yükleri de taşımak zorundadırlar. Dış kaplama postalar ve döşekler arasında su basıncından ötürü ortaya çıkacak eğilme zorlamalarına karşı mukavemet etmek zorundadır. Bu durumda geminin bütün elemanlarının hepsinin yerel mukavemete iştirak eden birer elemen olduğunu belirtmek gerekir.

Şekil 1.16: Boyuna sistemde tasarlanmış bir geminin güverte yapısı Bu alt bölümde gemiyi oluşturan elemanların hepsinin ne tür mukavemet fonksiyonlarına iştirak ettiklerini inceledik. Görüldüğü gibi elemanların bir çoğunun yapısal mukavemet açısından birden fazla fonksiyonu vardır. Böylesine karmaşık bir yapının tasarımı ve elemanlarının boyutlarının tayini oldukça karmaşık bir iştir ve ardışık yaklaşımlarla ele alınması zorunludur. Bu karmaşık yapının tasarım işlemini ele almadan önce tasarımı dolaylı olarak etkileyen önemli bir faktör olan açıkdeniz yapılarında kullanılan malzemelere ve bu malzemelerin karakteristiklerine göz atmakta yarar vardır. Ayrıca tasarımın inşa teknikleri açısından da uygun seçilmesi gerektiğinden inşa tekniklerini ve inşaat sırasında ortaya çıkabilecek sorunları da incelemek gerekir. Bu konular bir sonraki bölümde ele alınacaktır.

Page 23: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

17

2. GEMİ VE AÇIKDENİZ YAPILARINDA MALZEMELER VE İMALAT TEKNİKLERİ 2.1 Gemi ve Açıkdeniz Yapılarında Kullanılan Malzemeler Bu altbölümde gemi ve açıkdeniz yapılarının inşaatında kullanılan malzemeler ve bunların özellikleri ele alınacaktır. Dersin konusu yapısal mukavemet olduğu için burada sadece mukavemete katkıda bulunan elemenlerda kullanılan malzemeler incelenecektir. Geleneksel olarak gemilerde mukavemata katkıda bulunan elemanlar çelik, aliminyum alaşımları, ahşap ve plastikten oluşur. Bu malzemelerden en yaygın olarak kullanılmakta olan malzeme çeliktir. Aliminyum ve plastik daha ziyade boyutları deplasman gemilerine kıyasla daha küçük olan yüksek hızlı teknelerde ağırlıktan tasarruf amacı ile kullanılırlar. Plastik malzeme günümüzde küçük boyutlardaki sürat tekneleri ile sınırlı olmakla birlikte giderek büyüyen boyutlarda uygulanmaya da başlanmıştır. Aliminyum daha büyük boyutlar ile katamaranlar gibi özel tipli teknelerde ve teknesi çelikten imal edilmiş bazı gemilerin üst yapılarında kullanılmaktadır. Ahşap malzeme genellikle tarihsel malzeme olup uygulama alanı günümüzde sadece tenezzüh teknesi olarak kullanılan geleneksel teknelerle sınırlı kalmaktadır. Bu malzemelerin özelliklerini tek tek ele almadan önce genel olarak karakteristiklerini tayin etmek için uygulanan testleri ele alacağız. 2.1.1. Malzeme Karakteristiklerinin Belirlenmesi Malzemelerin karakteristiklerini belirlemek için bazı standart testler kullanılmaktadır [3]. Bu testlerden en önemlisi çekme deneyidir. Bu test için genellikle boyutları standart olan dairesel kesitli, seyrek olarak da kare kesitli çubuklar kullanılır. Bu çubukların kesitleri daima boylarına kıyasla çok daha küçük seçilirler ki kesit içi gerilmeler sabit kalarak deney sonuçlarının değerlendirilmesinde yapılan varsayımlar sağlıklı bir hassaslıkla sağlanabilsinler. Deney çubuklarının uç kısımları çekme cihazına bağlandığı için bu uçlar deney kesitine göre daha kalın yapılarak malzemenin bağlantı nedeniyle zedelenip yapay olarak mukavemet kaybetmesi engellenir. Bu şekilde deney düzeneğine bağlanan parçaya yavaş yavaş artırılan bir çekme kuvveti uygulanmaya başlanır. Düzeneğin çalışması sırasında uygulanan kuvvetin yanısıra ‘extensometre’ adı verilen hassas bir cihaz kullanılmak suretiyle deney parçasının boyu da devamlı olarak ölçülür. İlk başlangıçta deney parçasının elastik olarak uzadığı görülür. Yani bu sırada parça üzerindeki kuvvet kaldırıldığında parçanın boyu orijinal uzunluğuna döner. Elastik bölge sınırlarında kalındığı sürede parçanın kesitinde gözle görülür bir değişme ortaya çıkmaz.

Page 24: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

18

Kuvvetin belirli bir değere ulaşması ile kuvvetin artırılmasına gerek kalmaksızın kesitte aniden gözle görülür bir küçülme olur ve boyunda kalıcı bir uzama ortaya çıkar. Bu malzemenin plastik bölgeye geçtiğini gösterir ve bu olaya malzemenin akması denir. Bu nokta aşıldıktan sonra malzemenin orijinal uzunluğuna dönmesi olanaksızdır. Bu noktadan sonra kuvvet artırıldığında çubuğun boyu hızla uzamaya kesiti de hızla daralmaya başlar. Kuvvet yine belirli bir noktaya eriştikten sonra kuvvette herhangi bir artmaya gerek kalmadan hızla uzamaya ve daralmaya devam edip kısa bir süre içinde ve genellikle parçanın ortasına yakın bir yerden kırılır. Parça kırıldığı sırada kesiti boyun büyük bir kısmında çok az bir kesit değişmesine uğramış olmasına rağmen kırık civarında kesiti büyük ölçüde incelmiştir (Şekil 2.1).

Şekil 2.1: Orijinal deney çubuğu ve kırıldıktan sonraki hali Çekme deneylerinin sonucu gerilmelerin genlemelere bağlı olarak değişimini gösteren bir grafik olarak elde edilir. Burada gerilmeler birim alana etki eden kuvvet olarak tanımlanmıştır ve her an kaydedilen çekme kuvvetinin deney parçacığına oranı olarak hesaplanır. Bu noktada deney parçacığının kesit alanının kuvvete bağlı olarak değiştiğini hatırlamakta yarar vardır. Alandaki bu değişmenin lineer bölgede ihmal edilebilecek kadar küçük olduğunu hatırlarsak hesaplanan gerilme değerinin oldukça hassas hesaplandığını kabul edebiliriz. Ancak akma olayının ortaya çıkmasıyla birlikte kesitteki daralmanın oldukça büyük değerlere eriştiğini göz önüne alırsak gerilme değerinin gerçek değerinden daha küçük olarak hesaplanmış olacağı açıkça görülebilir. Gerilme F çekme kuvveti ve Ao deney parçasının orijinal kesit alanı olmak üzere

oA

F=σ (2.1)

formülü ile verilir. Ayrıca bu hesaplama yöntemi kesit içinde gerilmenin kesitte düzgün olarak dağıldığı varsayımına dayanmaktadır ve ancak boylarına oranla kesitleri yeteri kadar küçük olan parçalar için geçerli olabilir. Genleme de parçanın zorlama altında orijinal boyuna göre uzaması olarak tanımlanır ve orijinal boyu lo ile herhangi bir andaki uzamış boyu l olmak üzere

o

o

lll −

=ε (2.2)

şeklinde hesaplanır. Bu hesaplardan yararlanarak elde edilen bir çekme deneyine ait diyagram Şekil 2.2a’da gösterilmektedir.

Page 25: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

19

Şekil 2.2: Yumuşak çelik malzemeye uygulanmış bir çekme deneyi sonucu Çekme diyagramında yatay eksen genlemeleri düşey eksen de gerilmeleri göstermektedir. Malzeme e noktasına kadar doğrusal bir değişim göstermekte ve bu noktadan önceki herhangi bir noktada malzemenin üzerindeki yük kaldırıldığında malzeme orijinal haline dönmektedir. Bu bölgede gerilmelerle genlemeler arasında sabit bir oran vardır ve bu oran Young Modülü olarak bilinir.

εσ

=E (2.3)

Lineerlik sınırından hemen sonra akma başlar ve bu çekme diyagramına gerilmede kısa süreli bir instabilite olarak yansır. Akmanın başladığı a noktası akma sınırı olarak bilinir ve bu noktadaki gerilme akma gerilmesi olarak bilinir. Akma sınırından itibaren malzeme zorlandıkça gerilme artmaya devam eder ancak bu artış akma sınırı öncesine kıyasla çok daha azdır ve bu bölgedeki şekil değiçtirme, yani uzama, kalıcı olur. Yani bu bölgede parçaya uygulanan kuvvet kaldırıldığında parça orijinal boyuna dönemez. Kuvvetin kaldırıldığı andaki pozisyon olan a’ noktasından lineer değişim bölgesine bir paralel çizilir ve bu doğrunun yatay ekseni kestiği noktayı belirlersek bu değerin malzemedeki kalıcı genlemeye eşit olduğunu görürüz. Gerilmedeki artış m noktası ile belirlenen bir değere kadar devam ettikten sonra azalmaya başlar. Gerilmenin mutlak gerilme olarak bilinen m noktasındaki değeri malzemenin taşıyabileceği en yüksek gerilme değeri olarak kabul edilir. Bu noktadan sonra parça hızla uzamaya devam etmesine karşın gerilme değeri düşerek k noktasında kırılır. Bu k noktasına kopma noktası bu noktadaki gerilme değerine de kopma gerilmesi denir. Burada hesaplanmış olan kopma gerilmesinin mutlak gerilmeden daha küçük olması daha evvelce de belirtildiği gibi kesitin orijinal kesite kıyasla çok daha fazla küçülmesinden kaynaklanmaktadır. Gerçekte mutlak gerilme noktasından itibaren gerilme artmaya devam eder ancak kesitteki değişimi hassas bir biçimde ölçmek olanağı olmadığından bu artışı sağlıklı bir şekilde saptama olanağı yoktur. Ayrıca bu artışın oldukça küçük olacağı da düşünüldüğünde emniyet açısından mutlak gerilmey esas almak gelenek olmuştur.

Page 26: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

20

Gerilmeler, özellikle de mutlak gerilme, bir malzemenin mukavemet karakteristiğini, genleme de o malzemenin deformasyon özelliğinin bir ölçütüdür. Kırılmaların meydana gelmesinde mutlak gerilme değerinin aşılması rol oynar. Ancak malzemenin belli bir değerde kırılması o malzemenin kırılma anında daima aynı uzamaya maruz kalacağını belirtmez. Parçanın malzemesi yanısıra imalat şekline bağlı olarak kırılma anında uzama daha az veya daha çok olabilir. Buna bağlı olarak mutlak gerilme erişildikten sonra çok kısa bir sürede kırılan malzemelere kırılgan malzemeler deriz. Bazı malzemeler ise mutlak gerilme sınırı aşıldıktan sonra bir hayli uzar ve ondan sonra kırılırlar. Bu malzemelere de sünek malzemeler denir. Sünek ve kırılgan malzemelere ait çekme deney sonuçları arasındaki farklılık Şekil 2.2b’de verilmektedir. Sünek malzemelerin mutlak gerilme değeri daha düşük olmakla birlikte kırılmadan önce çok daha fazla uzadıkları burada açıkça görülmektedir. Bu noktaya kadar ele aldığımız çekme testleri en yaygın olarak uygulanan ve en yerleşik testler olmakla birlikte tek test değildir. Bundan sonraki paragraflarda yapılan diğer testleri de ele alacağız. İlk olarak çekme deneyine çok benzeyen ancak uygulaması hem çok daha güç hem de çok daha sınırlı olan basınç deneylerinden söz etmek gerekir. Bu testlerde yine benzer tip deney parçaları kullanılır ancak parçalar çekme yerine basınç kuvvetine maruz bırakılır. Doğal olarak bu testte, bazı çok özel malzemeler dışında, parçalar basınç altında kısalmaya ve kesitleri genişlemeye maruz kalır. Ancak bu testlerden çekme testlerinde olduğu gibi anlamlı sonuçlar elde etmek hemen hemen olanaksızdır. Bilhassa sünek malzemelerde akma sınırına erişildikten sonra bir mutlak gerilmeye ulaşmak ve daha sonra parçayı kırabilmek olanaksızdır. Çoğu zaman deney cihazının gücü yetersiz kaldığından hareketsiz hale gelir. Deney cihazının gücünün yettiği hallerde ise malzeme iyice yassılaşana dek kısalır ve genişler. Basınç deneyine tabi tutulmuş sünek bir parça Şekil 2.3a’da gösterilmiştir. Sünek malzemelerin büyük bir çoğunluğu basınç altında da çekme deneyinde elde edilen mukavemet değerlerini sergilerler. Çekme ve basınç altında aynı değerleri sergileyen bu tip malzemelere düzenli (even) malzemeler denir.

Şekil 2.3: Basınç deneyine tabi tutulmuş parçaların deney öncesi ve sonrası durumları Kırılgan malzemelerde ise parça sünek malzemelerden farklı olarak basınç altında kırılırlar. Kırılgan malzemeden yapılmış bir parçanın basınç deneyinde kırılmış bir örneği Şekil 2.3b’de gösterilmiştir. Burada Kırılmanın oldukça eğimli bir düzlemde meydana geldiğine dikkat etmek gerekir. Bu kırılmanın oluşan kayma gerilmesi altında olduğunu göstermektedir. Kırılgan malzemelerin basınç altındaki bu davranışı ve kesitindeki değişmenin sınırlılığı deney sırasında gerilme-genleme ilişkisinin elde edilmesine olanak

Page 27: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

21

verir. Kırılgan malzemelerin genellikle basınç altında mukavemeti çekme mukavemetlerine kıyasla daha yüksektir. Basınç altında farklı değerler sergileyen bu tip malzemelere düzensiz (uneven) malzemeler denir. Malzeme karekteristiklerinin tespiti açısından önemli olan bir diğer deney de eğilme deneyidir. Bu deney için yine standart parçalar kullanılır. İnce bir silindirik çubuk olarak seçilen deney parçası iki ucundan mesnetlenerek ortasından düşey kuvvetle kırılana dek zorlanırlar. Bu deneyler sırasında bir gerilme-genleme eğrisi çıkartmanın anlamı yoktur, çünkü eğilmeye zorlanan bir çubuğun kesitinde gerilmeler değişkendir. Gerçekten de kirişin eğilme sırasında konkav olan yüzeyinde basınç konveks olan yüzeyinde ise çekme gerilmeleri oluşur. Burada esas amaç eğilme durumunda malzemenin mukavemetini kontrol etmektir ve bunun için çekme deneyinden elde edilmiş olan gerilme değerlerinden ve kirişlerin eğilme hesabından yararlanılır. Eğilme deneyi sırasında kullanılan malzeme sünek ise mukavemet yitimi akma sonucu ortaya çıkar (Şekil 2.4a). Malzemenin kırılgan olması halinde deney parçası çok fazla deformasyona uğramadan kırılarak mukavemetini yitirir (Şekil 2.4b).

Şekil 2.4: Eğilme deneyine tabi tutulmuş parçaların deney öncesi ve sonrası durumları Yukarıda anlatılan deneylerin hepsi malzemenin normal gerilmesi hakkında bilgi vermekte ama kayma gerilmesi açısından herhangi bir bilgi içermemektedirler. Kayma gerilmeleri hakkında bilgi edinmek için ise burulma deneyi uygulanır. Bu deney için de ince dairesel kesitli çubuklar kullanılır ve çubuk kırılana kadar burulmaya maruz bırakılır. Şekil 1.19’da burulma deneyine tabii tutulmuş sünek ve kırılgan iki deney parçasının deney öncesi ve kırıldıktan sonraki durumları görülmektedir. Bu deney öncesi parçaların burulmasını ölçebilmek için çubuk boyunca düz bir çizgi çizilir. Deney sırasında burulma momenti Mb ve çizginin boyu lo’ın dönme açısı θ ölçülür.

Şekil 2.5: Burulma deneyine tabi tutulmuş parçaların deney öncesi ve sonrası durumları

Page 28: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

22

Genel mukavemet bilgisinden J çubuk kesitinin polar atalet momenti olmak üzere kayma gerilmesi

J

M b=τ (2.4)

formülünden hesaplanır. Kirişin kayması kirişin birim uzunluktaki dönmesi olup ro kesitin yarıçapı olmak üzere

o

o

lr θ

=γ (2.5)

şeklinde hesaplanır. Burulma deneyleri çekme deneyinde olduğu gibi kayma gerilmesi ile kayma arasında γ=τ G (2.6) şeklinde verilen doğrusal bir bağlantı olduğunu göstermiştir. Burada G burulma rijitliği adını alıp poisson oranı ν cinsinden Young modülüne

( )ν+=

12EG (2.7)

şeklinde bağlıdır. Burulma deneyinde kırılma anındaki kayma gerilmesine malzemenin mutlak gerilmesi denir ve parçayı kırmak için gerekli moment Mmax ve kesit boyutlarına bağlı olarak

J

Mr maxok =τ (2.8)

formülünden hesaplanır. Burulma deneyine tabii tutulan parça sünek bir malzeme ise kolaylıkla ve oldukça büyük dönmelere maruz kalır. Şekil 2.5a’da görüldüğü gibi başlangıçta düz olan çizgi deney sonucunda çubuk üzerinde bir helis’e dönüşmüştür. Bu da burulma sırasında çubuğun ekseni etrafında bir kaç kez döndüğünü göstermektedir. Malzeme kırılgan ise dönme çok sınırlı kalır. Şekil 2.5b’de kırılgan malzemeden yapılmış parçanın kırıldığı anda üzerindeki çizginin başlangıçtaki çizgiye göre hemen hemen hiç değişmediği görülmektedir. Buraya kadar anlatılan testlerin tamamı statik testlerdir. Yani uygulanan kuvvetteki değişmeler çok yavaş artırılmakta böylece dinamik yüklerden etkilenilmemesi sağlanmaktadır. Gerçekte malzemelerin değişken yükler altında davranışlarında farklılıklar ortaya çıktığı bilinmektedir. Örneğin periyodik yüklemelerde yükler mutlak gerilmenin çok altında kalsalar dahi zamanla yorulmanın ortaya çıktığını ve kırılmanın gerçekleştiğini biliyoruz. Malzemelerin değişken yükler altındaki karakteristiklerini belirlemek için de yorulma deneyleri yapılır. Yorulma testlerinden en yaygın olarak uygulanan test R. R. Moore tarafından geliştirilmiş olan dönen kiriş testidir. Bu test için de statik deneylerde kullanılan deney parçalarına benzer bir parça bir yandan eğilmeye zorlamırken bir yandan da bir motor vasıtasıyla döndürülür. Eğilme deneyinden de bildindiği gibi eğilme sırasında bir kenar basınç yüküne maruzken karşı kenar çekmeye zorlanmaktadır. Parçanın dönmesi sonucu kenarlar sürekli yüklemeye göre yer değiştirdiğinden parçanın bir kenarına etki eden yük

Page 29: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

23

basınç ile çekme arasında sürekli olarak değişir ve zamana bağlı bir zorlama eğrisi elde edilir (Şekil 2.6a). Gerilmenin genliği uygulanan yüke bağlı olarak değişir ve deney parçası bu genliğe bağlı olarak değişen sayıda çevrime ulaştığında kırılır.

Şekil 2.6: Yorulma deneylerinden elde edilen sonuçların sunuluşu Bu deneyler birçok yükleme seviyesinde tekrarlanır ve her yükleme seviyesinde deney parçasının kırıldığı çevrim sayısı belirlenirse malzemenin yorulma karakteristiği elde edilmiş olur (Şekil 2.6b). Yatay logaritmik eksende çevrim sayısını düşey logaritmik eksende de gerilmelerin gösterildiği bu diyagrama Wohler gerilme-ömür diyagramı adı verilir. Bu diyagram belirli bir malzemenin belirli bir çevrim sayısındaki mukavemetini gösterir. Çevrim sayısı arttıkça beklendiği gibi malzemenin mukavemetini belirleyen gerilme değeri de düzgün bir şekilde azalır. Bazı metallerde bu azalma çevrim sayısı belli bir değere ulaştığında asimtotik bir değer alır. Bu değere (σe) dayanma limiti denir ve her ne kadar değişik metallerde farklılıklar var ise de genellikle 106 çevrim civarında mutlak mukavemetin %40 - %50’si civarında olur. Diğer malzemelerde genellikle bçyle bir limit olmayıp çevrim sayısı arttıkça mukavemet düşmeye devam eder. Son zamanlarda yorulma deneylerini doğrudan eksenel yüklemeleri (çekme-basınç) zamanla değiştirebilen düzenekler geliştirilmiştir. Bu yöntemler deneylere çok daha fazla esneklik getirmiş ayrıca eksenel gerilmeler kesit içinde sabit kaldıkları için de ölçmelerin hassasiyeti artmıştır. Bu şekilde yapılan deneyler tarihsel verileri gerçeklemekte ancak bazı hallerde çok da az olsa düşük değerler vermektedir. Yorulma deneyleri zamana bağlı olarak değişen yükler olmalarına rağmen genellikle değişimler kontrollu olarak yapılıp malzemenin zorlamalara karşı adapte olmasına fırsat verilir. Herhangi bir yapıya ani bir yük uygulanması halinde durum değişir ve mukavemet açısından malzemenin enerji abzorbe edebilme kapasitesi önem kazanır. Malzemenin bu özelliğini belirleyebilmek için de darbe deneyi yapılır. Darbe deneyini anlatmadan önce bu özelliğin belirlenmesinde esas olan genleme enerjisi yoğunluğu, dayanıklılık ve sertlik gibi kavramlara göz atmakta yarar vardır. Genleme enerjisi yoğunluğu birim hacimdeki genleme enerjisi olup

∫ε

εσ=0

dU (2.9)

Page 30: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

24

olarak verilir. Dayanıklılık ise malzemenin kalıcı deformasyona uğramaksızın enerji emebilme yeteneği olup elastik sınıra kadar olan genleme enerjisi yoğunluğudur. Dayanma modülü olarak bilinen bu büyüklük

2aR

2e

eeee

0R

E21U

E21

E21

21dU

e

σ≅

σ=σ

σ=εσ=εσ= ∫ε

(2.10)

olarak hesaplanır. Burada akma sınırı ile elastik limitin yakınlıklarından yararlanıldığına dikkat edilmelidir. Ayrıca elastiklik modülü yüksek, yani daha katı olan malzemelerin dayanıklılığının daha düşük olacağı da gözükmektedir. Sertliği ise benzer bir şekilde malzemenin kırılmadan enerji emebilme yeteneği olup kırılma sınırına kadar olan genleme enerjisi yoğunluğudur.

kma

0T 2

dUke

ε⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ σ+σ

≈εσ= ∫ε

(2.11)

Burada plastik bölgeye ait gerilme – genleme ilişkisi çoğu zaman bilinmediğinden sertlik için ancak yaklaşık bir değer elde edilebilir. Buradan gözüktüğü gibi benzer mutlak mukavemete sahip sünek malzemeler carpışma sonucu plastik deformasyonla da olsa bile kırılgan bir malzemeye kıyasla çok daha fazla enerji emebilirler. Bu özellikleri belirleyebilmek için çeşitli deneyler geliştirilmiştir. Bunlar arasında en yaygın olarak kullanılanı Charpy testidir. Bu deneyin temel prensibi ve kullanılan deney parçacığı Şekil 2.7’de gösterilmektedir. Bir V çentiği olan deney parçası düzenek üzerinde uygun olarak yerleştirilir ve düzeneğin salınan balyozu belli bir yüksekliğe kadar çıkartılıp bırakılarak deney parçasına çarptırılır. Balyoz bırakıldığı yükseklik nedeniyle sahip olduğu enerjinin bir kısmını deney parçacığına bıraktıktan sonra tekrar belli bir yüksekliğe tırmanır. Bu durumda deney parçacığının emdiği enerji miktarı sürtünme ve başka bazı kayıplar da göz önüne alınarak balyozun ilk ve son andaki potansiyel enerjileri arasındaki fark olarak hesaplanabilir.

Şekil 2.7: Harpy darbe deneyi düzeneği ve deney parçası Deney sırasında çentikteki çatlak ilerlemesi de göz önüne alınarak malzemenin plastik yapısı hakkında oldukça önemli ve yararlı bilgiler edinilir. Burada plastik şekil değiştirmenin sıcaklığa bağımlı olduğunu ve deneylerin değişik sıcaklıklarda yapılması

Page 31: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

25

gerektiğini hatırlatmakta yarar vardır. Böylece gemi inşaatı açısından malzemelere ait özellikleri ve bunların belirlenmesi için uygulanan deneyleri tanımlamış olduk. Bundan sonraki paragraflarda malzemeleri ve özelliklerini ele alacağız. 2.1.2. Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Malzemelerinin Karakteristikleri Gemi inşaatında kullanılan ilk malzeme ahşaptır ama ondokuzuncu yüzyıldan itibaren yerini hemen hemen tamamen önce demir ve kısa bir süre sonra da çeliğe bırakmıştır. Daha sonraki dönemlerde plastik malzemeler (fiberglas) ve aliminyum da, özellikle küçük teknelerde, sıkça kullanılır hale gelmiştir. Günümüzde gemi ve açıkdeniz yapılarının inşaatında en çok kullanılan malzeme çeliktir. Çelik başta karbon olmak üzere içinde bazı başka metaller de içeren bir demir alaşımıdır. Çelikteki karbon oranı %0.1 ile %1.8 arasında değişir. Çeliklerde bulunan diğer temel metaller kükürt, fosfor, manganez ve silikondur. Elde edilen çeliğin bu metalleri ihtiva oranları çeliğin karakteristikleri açısından önemli rol oynarlar. Örneğin karbon miktarı yükseldikçe çelik sertleşir ve sünekliğini yitirir. Yukarıda belirtilen metallerin de miktarı malzemenin karakteri açısından önemleri göz önüne alınarak çeliğin imalatı sırasında kullanılan yöntem aracılığı ile ayarlanır. Genel olarak asidik ve bazik olmak üzere iki tip imalat kullanılır. Örneğin silikonu yüksek olan hammadeler kullanıldığında silikonu azaltmaya yönelik imalat yapılacağından ortaya çıkan curuf asit karakter taşıyacaktır. Fırının cidarlarının curuf ile reaksiyona girmesini önlemek için cidarların da asit karakterinde olması gerekir. Bu tip imalat asidik imalat olarak bilinir. Kullanılan ham maddede fosfor oranı yüksek ise amaç fosforu azaltmak olacak ve çıkan curuf da bazik karaktere sahip olacaktır. Bu curufun fırın cidarı ile reaksiyona girmemesi için ise cidar bazik seçilir ve bu imalat tarzı da bazik imalat olarak bilinir. Çelik malzemenin imalat sırasında elde edilen karakteristikleri daha sonra yapılan bazı ısıl işlemlerle de değiştirilebilir. Bu işlemler üç tanedir ve sırasıyla su verme, normalizasyon ve tavlama adını alırlar. Su verme işlemi için malzeme 900oC - 950oC civarına kadar ısıtıldıktan sonra yağ veya benzer bir sıvı içerisine daldırılarak hızla soğumasını sağlamaktır. Bu işlem sonucu malzemenin sertleşmesi sağlanır ama buna karşılık malzeme kırılganlaşır. Bu işlemden sonra malzeme 600oC civarına kadar tekrar ısıtılıp aynı çekilde hızla soğutulursa malzemenin sertliğinde çok fazla kayba uğramaksızın sünekliği artırılarak karakteristiği düzeltilebilir. Bu işlem menevişleme olarak bilinir ve malzemenin kesitlerinde ortaya çıkan mavi-mor hareler ile tanınırlar. Normalizasyon işlemi ise malzemenin 900oC - 950oC civarına kadar ısıtıldıktan sonra normal atmosfer koşullarında doğal olarak soğumaya bırakılmasıdır. Bu işlem sonucunda malzemenin sertliği su verilmiş çelik kadar artmasa dahi ilk haline kıyasla daha sertleşmesi sağlanır. Ayrıca sünekliğini de fazlaca kaybetmez. Malzemenin sertliğini kaybetmek pahasına sünekliğini artırmak için malzeme 900oC - 950oC civarına kadar ısıtıldıktan sonra fırın içerisinde fırınla birlikte çok yavaş olarak soğumaya bırakılır. Bu işleme de tavlama adı verilir. Yukarıda anlatılanlardan çelik malzemelerin karakteristikleri gerek imalat şekli gerekse uygulanan ısıl işlemler sonucu geniş bir yelpaze oluşturacağı açıktır. Bu malzemeler

Page 32: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

26

kabaca iki gurupta toplanabilirler. Birici gurup yumuşak çelikler dediğimiz sünekliği yüksek sertliği düşük malzemelerdir. İkinci gurupta ise sünekliği daha az fakat sertliği daha yüksek olan yüksek mukavemetli çelikler vardır. Gemi inşaatında daha ziyade sünekliği yüksek olan yumuşak çelikler kullanılır. Bu çelikler süneklikleri nedeniyle, özellikle plastik şekil verme açısından, işlenmeleri daha kolaydır ve mukavemeti açısından yeterlidirler. Bu çeliklerin karbon muhtevası %0.15 ile %0.23 arasında tutulup sünekliğe katkısı nedeniyle manganez içeriği oldukça yüksek tutulur. Bu çeliklerde kaynak işlemini güçleştiren fosfor ve kaynak işlemini güçleştirmenin yanısıra plastik şekil verme sırasında çatlakların oluşmasını kolaylaştıran kükürt miktarlarının %0.05’in altında tutulmasına dikkat edilir. Yumuşak çelikler de ayrıca en yumuşağı A olmak üzere E’ye kadar değişen mukavemet karakteristiklerine ayrılmışlardır. Saçların kalınlıkları arttıkça ağırlıktan tasarruf amacıyla sertlikleri daha yüksek olan B, C, D ve E sınıfları kullanılır. Klas müesseseleri kullanılan bu gurupların hangi kalınlıktaki saçlarda uygun olacaklarını kural kitaplarında belirtirler. Bu çeliklerin akma sınırı σa 235 N/mm2, mutlak mukavemet sınırları σm de 400 N/mm2 ile 520 N/mm2 arasındadır. Yüksek mukavemetli çelikler gemi inşaatında daha sınırlı olarak kullanılmakla birlikte büyük tankerlerin, konteynerlerin ve dökme yük gemilerinin dip ve ana güvertelerinin orta kısımlarında uygulamaları oldukça yaygın hale gelmektedir. Bu uygulamalarda saç kalınlıkları açısından önemli sayılacak tasarruflar sağlanmakla birlikte kaynak işlemleri daha güçleşmekte ayrıca deformasyonlarda büyümeler ortaya çıkmaktadır. Bu sorunların yanısıra bu şekilde inşa edilen gemilerin yorulma ömrünün de kısaldığı yönünde şüpheler doğmuştur. Yüksek mukavemetli çelikler de sertlik açısından en yumuşağından en serte doğru AH, DH, EH ve FH olmak üzere dört gruba ayrılırlar. Çelikten sonra gemi inşaatında en fazla uygulama bulan malzeme aliminyumdur. Aliminyum çeliğe kıyasla üç nedenle büyük avantaja sahiptir. Bu avantajlardan en önemlisi ağırlığına kıyasla mukavemetinin çelikten çok daha fazla olması ve bu nedenle tekne ağırlığında %60’a varan bir tasarruf yapmak olanaklıdır. Ağırlığın yanısıra aliminyumun korozyona karşı mukavemeti ve manyetik alandan etkilenmemesi de avantajları arasındadır. Aliminyum korozyona karşı mukavemetli olmasına karşılık çelik ile temasa geldiğinde bu özelliğini yitirir ve bu nedenle aliminyumun çelik ile birleşmesinde izolasyona çok dikkat etmek gerekir. Aliminyumun manyetik alanlardan etkilenmemesi özelliği harp gemilerinde önemli bir avantaj sağlamakla birlikte ticari gemiler için herhangi bir önem taşımaz. Aliminyumun çelik karşısındaki en önemli dezavantajı ise ilk maliyetinin çok yüksek olmasıdır. Çok daha pahalı olan aliminyum ilk maaliyeti çok yükseltir ve ekonomik olarak avantajlı halr gelebilmesi için çalışma şartlarının uygun olması gerekmektedir. Ekonomik açıdan aliminyumun en uygun olduğu gemiler yük ağırlığı – tekne ağırlığı oranı düşük olan hızlı gemilerdir. Bu tip tekneler kısa mesafelerde çalışan küçük ve orta boyutlu teknelerdir. Özellikle ikiz tekneli gemiler (katamaranlar) için yaygın olarak kullanılmaktadır. Aliminyum teknelerde ağırlığın azalmasıyla aynı servis hızı için daha küçük makinaya gereksinme olacağı için tekne ağırlığı yanısıra ana makina ağırlığında da tasarruf sağlanır. Ayrıca büyük yolcu gemilerinde de üst binalarda aliminyum kullanarak üst yapıyı hafifletip geminin ağırlık merkezini aşağıya çekmek stabilite açısından büyük

Page 33: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

27

bir avantaj sağlamaktadır. Bu uygulama giderek yaygınlaşmakta olup bir çok gemide üst binalarda aliminyum kullanılması tercih edilmektedir. Ancak daha evvel de sözü edildiği gibi ana teknenin çeliği ile üst binaların aliminyum bağlantısı çok dikkatli bir şekilde izole edilmelidir. Aliminyum doğada aliminyum oksit (boksit) olarak bulunur ve cevheri ancak %60’ı aliminyumdur. Bu cevherin işlenmesi iki fazda olup önce aliminyum oksit saflaştırılıp ikinci etapta da aliminyuma çevrilir. Bu işlem pahalı olduğu kadar elde edilen saf aliminyum çekme mukavemeti açısından yetersiz kalır. Aliminyumun yeterli mukavemete sahip hale gelmesi için içine birçok başka metaller eklemek gerekir. Bu bileşimlerin yaratılmasında ısıl işlem kullanılarak veya ısıl işlemsiz olmak üzere iki yol izlenir. Bunlardan ısıl işlemsiz imalatta normal sıcaklıkta bütün gerekli metaller eklenerek yapılır, ısıl işlemli imalatta ise eklenen metallerin miktarına göre kontrollü olarak ısıtılıp soğutulur. Her iki sistemle bir çok değişik oranda metal karıştırarak çok değişik malzemeler üretilir. Aşağıdaki tabloda iki sistemde imalat için kullanılan ortalama katkı metalleri miktarları verilmektedir.

Metal Isıl İşlemsiz Isıl İşlemli Bakır < 0.1 0.1 – 0.4 Magnezyum 3.5 – 4.9 0.6 – 1.2 Silikon < 0.4 0.4 – 1.3 Demir < 0.5 < 0.7 Manganez 0.2 – 1.0 0.15 – 1.0 Çinko < 0.25 < 0.25 Krom 0.05 – 0.25 0.04 – 0.35 Titan < 0.15 < 0.15

Isıl işleme tabi tutulmadan imal edilmiş aliminyumun çekme mukavemeti düşük olmakla birlikte soğuk işlendiğinde mukavemeti artar ancak sünekliğini yitirir. Soğuk işlemenin çok fazla olduğu yerlerde aliminyum malzemede çatlakların oluşması oldukça yaygın bir olgudur. Bu nedenle soğuk işlemden sonra bazı sınırlı bir ısıl işlemle malzemenin karakterini düzeltmek uygun olabilir. Isıl işlemle imal edilmiş aliminyum malzemenin ise çekme mukavemeti de sünekliği de daha yüksektir ancak soğuk işlenmesi daha zordur. Ayrıca kaynak gibi sıcak işlemler sırasında işlemin yapıldığı yörede mukavemette yerel olarak azalma gösterir. Isıl işlemle imal edilmiş aliminyumlardan gemi inşaatında en çok kullanılan içinde uygun miktarda magnezyum ve silikon ihtiva edenidir. Bu metaller magnezyum silikat (Mg2Si) oluşmasına neden olur ve bu da malzemenin korozyona dayanıklılığını ile çekme mukavemetini artırır. Aliminyum malzemeler çekme mukavemetleri açısında oldukça farklı bir spektruma sahip olmakla birlikte akma sınırı σa 105 N/mm2, mutlak mukavemet sınırları σm de 200 N/mm2 ile 260 N/mm2 arasında kabul edilebilir. 2.2. Gemi İnşaatı ve Açıkdeniz Yapılarında Kaynaklı İmalat Yukarıdaki tartışmalardan açıkça gözükmektedir ki gemi mukavemeti açısından imal usulleri de büyük önem arz etmektedir. Günümüzde çelik gemi inşaatında kullanılan asal

Page 34: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

28

imalat şekli kaynaklı imalattır ancak bu sistem ikici dünya harbi yıllarında ilk kez uygulanmaya başlamış ancak o zamana dek kullanılmakta olan perçinli imalatı tamamen ortadan kaldırması uzunca bir süre almıştır. Kaynaklı imalatın tercih edilmesinde rol oynayan önemli faktörler vardır. Gemi inşacısı açısından avantajlar

• Kaynaklı imalatın prefabrikasyona olanak vermesi • Eklerde su geçirmezliğin temini çok daha kolay olması • Ek yerlerinin hazırlanması çok daha kısa zaman alması • Özel beceri gerektiren işlerin çok daha sınırlı olması

olarak sıralanabilir. Armatör için ise kaynaklı imalatın • Tekne ağırlığından tasarruf • Perçin bakımından tasarruf • Sürtünme direncinde azalma dolayısıyla yakıttan tasarruf

gibi önemli avantajları vardır. Özellikle imalatta prefabrikasyona uygunluğu sonucu hılı üretime olanak vermesi nedeniyle ikici dünya harbi sırasında uygulamaya giren kaynaklı imalatın gelişmesi kısa sürede ortaya çıkan bazı problemler nedeniyle duraklamıştır. Bu sorunların en önemlisi kaynaklarda oluşan çatlakların gemilerin kırılmasına neden olmasıdır. Yapılan araştırmalar sonucu bu çatlakların kaynak yapımı sırasındaki sorunlardan kaynaklandığı belirlenmiştir. O dönemlerde kızaklarda kaynakların aşırı soğuk ve rüzgara maruz kalmasının kaynak bölgelerinde kırılgan bir yapı oluşturduğu ve kaynak kalitesinin homojen olmaması sorunun temelini oluşturduğu belirlenmiş daha sonraki yıllarda alınan önlemlerle kaynaklı imalatın sorunları büyük ölçüde çözülmüştür. Kaynaklı imalatta genel olarak iki usul vardır. Bunlardan birincisi gaz kaynağı diğeri de elektrik ark kaynağıdır. Gaz kaynağı dolgu maddesi olarak kullanılan metali eritmekte bir gaz kullanılması şeklindedir (Şekil 2.8). Kullanılan yanıcı gaz ile birlikte yanma için büyük ölçüde oksijen de kullanıldığı için kaynakta oksitlenme olasılığı vardır. Bu olasılığın oksijen ile yanıcı gaz oranını ayarlayarak giderilmesi gerekir ve bu da şalümonun ucundaki alevin yapısından belli olur.

Şekil 2.8: Gaz kaynağının uygulanışı Oksijeni az olan karışımda alev üç bölgeden oluşur. İç kısımda oksijen, ortada karışım ve dışta karbon vardır. Dış taraftaki karbon miktarının çokluğu sonucu bu tip alevden metale karbon aktarılması olasılığı yüksektir ve bu da kaynağın kırılgan olmasına neden olur. Oksijen ile yanıcı gazın eşit miktarda olması halinde çevreden de çekilen oksijen sonucu

Page 35: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

29

yanma tam olur ve açıkta karbon da oksijen de kalmaz. Oksijeni fazla olan alevlerde oksijen fazlası olduğundan çevreden oksijen çekilmez. Bu da çevredeki oksijenin kaynakta paslanmaya neden olmasına yol açar. Çelik kaynağına en uygun oksijen-yanıcı gaz karışımı ikisinin eşit olduğu haldir. Ancak bu tip kaynak ayarlamadaki zorluk nedeniyle sık sık oksitlenme sorunuyla karşılaşılır ve gaz kaynağı gemi inşaatında sadece bakır gibi oksijeni ortama uygun metallerin kaynağında kısmen kullanılır. Gaz kaynağını incelerken kaynakta en önemli sorunun metalleri eritecek sıcaklıkları elde edebilmekten ziyade bu sıcaklıklarda oksitlenmeyi engelliyebilmek olduğu açıkça görülmektedir. Bu soruna çözüm bulmak elektrik ark kaynağında daha kolay olduğu için elektrik ark kaynağı gemi inşaatında hızla yayılmıştır. Elektrik ark kaynağında metalleri eritecek sıcaklıklar elektrik arkı ile yaratılırken oksitlenmeye karşı iki sistem kullanılmaktadır. Bunlardan birincisi elektrot üzerine uygulanan silikat kaplama aracılığı ile oksitlnmeye karşı önlem alınır. Kaynak sırasında sıcaklık sonucu silikat kaplama da erir ve havadaki oksijenle reaksiyona girerek hem oksijeni pasifize eder hem de kaynak üzerinde koruyucu bir tabaka da oluşturur (Şekil 2.9a). Bu sistemde elektrotlar kısa özel imal edilmiş çubuklardır ve jeneratörden gelen bir kablonun ucundaki bir maşaya bağlanır. Bu şekliyle çok uzun mesafelere ulaşabileceğinden kullanım kolaylığı sağlarlar.

Şekil 2.9: Elektrik ark kaynağında oksitlenmeye karşı önlem tipleri İkinci tip ark kaynağında oksitlenmeye karşı asal gazlardan yararlanılır. Burada da bir güç kaynağından yararlanarak ark yaptırılır ama elektrotlar sabit bir hızla ark yaratıcı sistemin ağzına doğru ilerleyen metal tellerdir (Şekil 2.9b). Burada oksitlenmeye karşı korunmayı sağlamak için ark yaratıcının etrafında oluşturulmuş bir kanaldan asal bir gaz gönderilir. Asal gaz çevresi ile reaksiyona girmediği için kaynak etrafında bir koruma katmanı oluşturur. Bu tip cihazlar oldukça hacimli cihazlar olmanın yanısıra asal gaz borularının zorunlu olarak kısa tutulması sonucu uygulama mesafeleri kısa kalır ve dar yerlerde uygulama zorlukları arzederler. Ancak koruma asal gazlarla yapıldığından kaynak üzerinde cüruf oluşmaz ve asal gazla korunmalı ark kaynağı çok daha temiz sonuçlar verir. Asal gazlı ark kaynağı yapmanın korunmalı elektrotlar kullanmaya kıyasla çok önemli bir avantajı daha vardır. Bu tip cihazlarda ark yaratıcısının konumu ve elektrot hızı sabitlenebildiği için ark düzgün bir şekilde kontrol altında kalır ve kullanıcının özel bir

Page 36: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

30

gayretini gerektirmez. Oysa korunmalı elektrotlarda ark doğrudan elektrot aracılığı ile sağlandığından kaynak yapılıp da elektrot tükendikçe ark mesafesi değiştiğinden bu mesafeyi sürekli olarak ayarlayıp arkı kontrol altında tutmak kaynakçıya kalmıştır. Bu nedenle korunmalı elektrotlarla kaynak çok daha fazla uzmanlık gerektirmekte ve kaynak hatalarının oluşmasına daha müsaittir. Kaynak cihazlarını tanıdıktan sonra kaynağın yapısından, bu yapıda oluşan hatalardan, hataların oluşma nedenlerinden ve tespit edilmesinden bahs etmekte yarar vardır. Gemilerde yapılan kaynak türleri geometrik açıdan iki sınıfta toplanabilir. Bunlardan birincisi aynı düzlem içindeki elemanları birleştirmek için yapılan ve alın kaynağı olarak bilinen kaynak tipidir (Şekil 2.10a). Alın kaynağında sadece 6 mm’den ince saçlarda saçlara ağız açılmadan kaynak yapılır (Şekil 2.10b). Kalınlığı 6 mm ile 18 mm arasında olan saçların kaynağı için ise saçlara V ağız açılır (Şekil 2.10c) ama 18 mm’den kalın saçlarda saça iki taraftan da V ağız açmak gerekir (Şekil 2.10d). Eğer birleştirilecek saçların kaynağı gerekirse kalın olan saçın kalınlığı yeterli mesafede tedricen ince saç kalınlığına indirildikten sonra kaynak ağzı açılır (Şekil 2.10e).

Şekil 2.10: Alın kaynağı ve kaynaklarda kullanılan ağız tipleri Alın kaynaklarında açılan ağızın çok ince saçlar dışında tek sıra kaynak ile doldurulabilmesi mümkün değildir çünkü yeteri kadar dolgu malzemesinin birikmesini sağlayacak kadar süre beklendiğinde saçların yanmasına neden olunur. Bu nedenle ağzın alt tarafından başlayarak kaynak sıraları birbiri üzerine bindirilerek uygulanır ve bu şekilde kaynağın yeterli derinliğe işlemesi temin edilir. Bu şekilde uygulanan alın kaynaklarında kaynağın üst yüzeyinin saç seviyesinden yeteri kadar yükseğe erişmesi ve her iki saça da yeterince işlemiş olması gerekir. İkinci tip kaynak birbirine dik düzlemlerdeki elemanların kaynaklanmasıdır ve bunlara köşe kaynağı adı verilir (Şekil 2.11a). Köşe kaynağında dolgu maddsinin kaynaklanan iki saç üzerindeki uzunlukları kaynağın ayak uzunluğu olarak bilinir ve ayakların tercihen birbirine eşit olması istenir. Kaynak dolgusunun dış yüzü ile kaynak köşesi arasındki uzaklık da kaynağın boğazı olup mukavemet açısındanönemli bir parametredir.

Page 37: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

31

Şekil 2.11: Kaynağı kaynağı tipleri ve kaynaklarda kullanılan ağız tipleri Köşe kaynağında da sadece çok ince saçlar ağız açılmaksızın kaynatılır ve gemilerde pek sık rastlanmaz. Genellikle düşey elemana yarım V kaynak ağzı açılır ama düşey elemanın çok kalın olması halinde yarım U ağız açılması tercih edilir (Şekil 2.11b). Köşe kaynakları devamlı yapılabilecekleri gibi kesintiye uğratılarak da yapılabilir. Kesintiye uğratılarak yapılan kaynaklar düşey elemanın her iki tarafında aynı hizada yapılıyorsa bu tip kaynaklara zincir kaynak denir (Şekil 2.11c). Zincir kaynak düşey elemanın iki tarafında simtrik olarak yapmak yerine bir sağ tarafta bir sol tarafta kaynak yaparak uygulanırsa bu tip kaynaklara şaşmalı zincir kaynak denir (Şekil 2.11d). Zincir kaynaklar bazı postalara uygulanırken postaların bordaya bitiştiği kenarında kaynaklar arasında boşluklar bırakılır ve bu tip kaynaklara oyuklu zincir kaynak denir (Şekil 2.11e). Postalara açılan oyukların boyutları a ve b keyfi olmayıp posta derinliğ D’ye bağlı olarak tayin edilir. Bu noktada kaynak tiplerini tanıdıktan sonra kaynaklı imalatta karşılaşılan hata tiplerine ve bunların tespitinde kullanılan yöntemlere göz atmak yerinde olur. Kaynak hataları genelde kaynak dolgularının şekli, içinde oluşan boşluklar ve kaynaklanan elemanlarda meydana getirdikleri çatlaklar olmak üzere üç gurupta ele alınabilirler (Şekil 2.12). Bunlardan kaynak dolgu şekline bağlı olan hatalar genellikle yetersiz veya çok fazla dolgu maddesi birikmesi ile dolgu maddesinin aşırı taşması veya kaynak ağızının erimesi şeklinde ortaya çıkar (Şekil 2.12a). Dolgu maddesinin yetersiz olması elektrodun hızlı çekildiğini fazla olması ise yavaş çekildiğini göstermektedir. Dolgu maddesinin aşırı taşması ise elektrodun kaynaklanan elemanlara çok uzak kaldığını gösterir ve üst kısımda elemanlara işlemediği uçlatdaki yuvarlaklıklardan belli olur. Kaynak ağzının erimesi ise elektrodun elemanlara çok yakın tutulmasından kaynaklanır ve bağlantının zayıflamasına neden olur. Kaynak sıralarının uygulanması sırasında elektrodun uygun şekilde kullanılmaması sonucu kaynak içinde kalan bazı hatalar ortaya çıkar (Şekil 2.12b). Elektrodun bir sıradan

Page 38: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

32

diğerine geçerken uygun yere konmaması sıralar arasında yeterli nüfus sağlanamaması sonucu kaynağın derinliğine ve enine etkinliği kısıtlı kalır. Ayrıca kaynak sıraları arasında koruyucu cürufun yeteri kadar temizlenmemesi bu cüruf birikintileri civarında boşluklara neden olur. Ayrıca rüzgarlı ve soğuk havalarda yeterli korunma önlemi alınamadığında kaynak üzerinde çatlakların oluşması mümkündür. Kaynak dolgusunda ortaya çıkabilecek hatalar yanı sıra kaynaklanan elemanlarda da kaynak sırasında çatlakların oluşması mümkündür (Şekil 2.12c). Kaynak sırasında akımın gereğinden yüksek tutulmasıyla ortaya çok yüksek sıcaklık farklılıkları çıkar ve bu kaynaklanan eleman içinde var olan zayıf noktalarda enine veya dikine çatlaklar oluşmasıyla sonuçlanır.

Şekil 2.12: Kaynaklarda meydana gelen değişik hata tipleri Kaynaklarda ortaya çıkan bu tür mikroskopik hatalar yorulma zorlamaları altında zaman içinde hızla büyüyerek gemilerin servis içinde kaybolmalarına neden olmaktadır. Bu nedenle inşaat sırasında kaynakların kontrolu büyük önem arz eder ve kaynak kontrolu için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Bu yöntemleri yüzey hatalarını kontrol yöntemleri ve iç hataları kontrol yöntemleri olarak ikiye ayırmak olanaklıdır. Yüzey hatalarının kontrolu daha basit olup üç şekilde yapılabilir.

• Gözle kontrol • Boya ile kontrol • Manyetik tozla kontrol

Gözle kontrol kaynakların taşması sınırlı kalması veya yüzeylerindeki büyük çatlakları saptamak konusunda oldukça yararlı olur. Ancak yüzeydeki küçük delik ve çatlakları göz ile tespit edebilmek oldukça zordur. Bu durumda bu tip delikleri ortaya çıkarabilmek için sulandırılmış fosforlu boyalar veya manyetik tozlar kullanılır. Sulandırılmış fosforlu boyalar yüzeyde deliklerin içinde birikeceğinden deliklerin olduğu noktalarda aşırı bir parlaklık meydana gelir ve kaynak hataları tespit edilmiş olur. Benzer şekilde de yüzeye yayılan manyetik tozlar deliklerin çevresinde yoğunlaşarak kaynak hatalarının abartılmasına ve dolayısı ile çıplak gözle görülür hale gelmesini sağlar.

Page 39: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

33

Derindeki hataların tespiti ise çok daha güç olup daha karmaşık cihazlar gerektirmektedir. Bu cihazlar için iki sistemden yararlanılmaktadır.

• Radyografik teknik • Ultrasonik teknik

Bunlardan radyografik teknik çok daha yaygın olarak kullanılmakta olup X ışınlarıyla çalışmaktadır (Şekil 2.13). Bu sistem güçlü bir kaynaktan sağlanan elektrik akımı ile bir metal parçadan X-ışınları ayrıştırmaya dayanır. Ayrıştırılan bu X-ışınlarının kaynağın veya test parçasının üst yüzeyine düşürülerek parçanın içinden geçip arka taraftan çıkması sağlanır. Parçanın içinden geçen X-ışınları parçanın arka yüzüne yerleştirilmiş olan özel film üzerinde birikmesi sağlanarak parçanın içyapısı hakkında fikir edinilir.

Şekil 2.13: X ışınlı radyografik hata tespit sistemi Malzeme homojen ise X-ışınları aynı miktarda kayba uğrayarak film üzerinde homojen bir yoğunluk oluşturur. Yapıdaki homojenliği bozan hatalar var ise film üzerinde de bu farklılık gözükür. Boşluklarda X-ışınları çok daha az kayba uğrayacakları için filmde çok daha yoğun noktaların oluşmasına neden olurlar. Bu filmlerin analizi oldukça karmaşık olup bir uzmanlık gerektirir. Ayrıca bu testler kullanılan cihazların maliyeti açısından da çok pahalı olduklarından uygulaması daha sınırlı olup sadece kritik bölgelerde kullanılır. Ultrasonik sistem de radyografik sisteme benzer bir prensiple çalışır ve hatalar parça üzerine gönderilen çok yüksek frekanslı ses dalgalarında yansımalar sonucu oluşan homojenlikten sapmalar yorumlanarak tespit edilir (Şekil 2.14).

Şekil 2.14: Ultrasonik cihazla hata tespit sistemi

Page 40: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

34

Ultrasonik cihazın ses probu parça üzerinde zikzak bir yörünge üzerinde dolaştırıldığında yansıyan sesler bir bilgisayarda işlenerek ekranda sunulur. Bu ekranda koyulaşan bölgeler sesin rahatlıkla geçtiği boşlukları, yani kaynak hatalarını, gösterir. Her ne kadar kontrol etme olanakları gelişmiş olsa da kaynak hatalarının yapılmasını önlemek esas amaç olmalıdır. Bu doğrultuda alınması gerekli bazı önlemler ve uygulanabilecek bazı teknikler vardır. Bunlardan ilki kaynak yaparken kaynakçının olabildiğince rahat pozisyonda olmasını sağlamak kaynaklarda hata oluşması olasılığını azaltır. Gemilerde kaynak dikişleri tabanda, yan duvarlarda ve tavanda olmak üzere üç tip yerde olabilir (Şekil 2.15).

Şekil 2.15: Gemi kaynaklarının değişik tipleri Bu kaynaklardan en kolayı taban kaynağıdır. Tavanda ve duvarlardaki kaynaklar yer çekimi nedeniyle dolgu maddesinin kolaylıkla akmasına neden olabileceğinden yapılmaları daha güçtür ve taban kaynağına kıyasla hata oluşmasına daha müsaittir. Bu nedenle blokların imalatı sırasında blokları döndürmek suretiyle kaynakların taban kaynağı olarak yapılmasını sağlamak uygun olur. Kaynak hatalarının oluşmasında en önemli nedenlerden biri de kaynağın yapıldığı ortamın uygun olmamasıdır. Daha önce de belirtildiği gibi ortamın soğuk ve bilhassa rüzgarlı olması kaynağın kalitesini tehdit eder. Bu nedenle kaynağın tercihen kapalı yerlerde yapılması veya kapalı yerde yapmak olanağı yoksa civarda rüzgarı kesecek önlemler alınmalıdır. Bir de saçların birleştirilmesi sırasında uzun kaynaklarda deformasyonların ortaya çıkması söz konusudur [4]. Kaynak civarında kaynağın yüksek ısısı nedeniyle uzamalar olması normaldir. Bu tür uzun kaynaklarda sürekli kaynak yapılırsa uzak uçta kaynak ağızları açılmaya ve saçların kaynağa paralel olan kenarları da yükselmeye başlar (Şekil 2.16).

Şekil 2.16: Gemi kaynaklarında saçların deformasyonu

Page 41: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

35

Bu deformasyona engel olabilmek için kaynak yapmadan önce geçici olarak kaynağa dik profiller kaynatılır. Bu tedbir deformasyonu önlese de kaynakta istenmeyen ön gerilmelere neden olur. Bu nedenle saçlarda uzun kaynakların yapılması için özel usuller geliştirilmiştir (Şekil 2.17).

Şekil 2.17: Gemi kaynaklarında saçların deformasyonu Bu usuller uzun kaynağı atlamalı olarak kısa parçalar halinde ve uygun seçilmiş yönlerde yapmayı esas alır. Bu usulün en basit şekli olan geri adım sisteminde (Şekil 2.17a) iki kaynakçı saçın ortasından başlayarak uçlara doğru ilerlerler fakat kaynağı kendi ilerleme yönlerine göre ters yönde yaparlar. Bu şekilde ısının aynı yönde yayılarak deformasyon oluşturması tamamen engellenemese de büyük ölçüde sınırlanması sağlanır. Bu usulün biraz daha gelişmiş şekli olan atlamalı kaynak sisteminde (Şekil 2.17b) kaynak sıraları arada boşluklar bırakarak yapılır ve ısı yayılmasının etkisinin daha da sınırlanması sağlanır.

Şekil 2.18: Saç kaplamalarında armoz ve sokralar Gemilerde saç kaynaklarının en yoğun olarak uygulandıkları yerler doğal olarak dış kaplama ve güvertelerdir. Bu büyük yüzeyleri tek parça halinde imal edebilmek olanaklı olmadığı için bu yüzeyler standart boy ve genişliklerde imal edilmiş yeter sayıda levhayı

Page 42: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

36

birbirine kaynatarak yaratılırlar. Bu işlem sırasında ortaya çıkan kaynak sıralarından gemi boyunca gidenlere armoz, armozlara dik doğrultuda gidenlere de sokra adı verilir. Genellikle levhaların uzun kenarları armozlara paralel olarak yerleştirilir (Şekil 2.18) ama bu bir kural değildir. Daha titizlikle izlenen bir tasarım ilkesi armoz ve sokraların olabildiğince sürekli olmalarını sağlamaya çalışmaktır. Ayrıca kaynak pratiği açısından armoz ve sokraların perdeler, güverteler gibi yapılarla üst üste gelmemelerine, ancak kesişme kaçınılmaz ise bu durumda kesişmenin tek noktada olması ve bunun da çatlak ilerlemesine neden olmasını önlemek gerekir. Gemi inşaatında kaynak kadar temel olan diğer bir işlem de kesme işlemidir. Bu işlem tersanelerde en yaygın olarak gaz kaynağı düzeneği ile gerçekleştirilir. Bu işlemin gaz kaynağından tek farkı kesme sırasında bir dolgu maddesinin kullanılmamasıdır. Bu cihazların bilgisayar ile kontrollu sistemleri de geliştirilmiş ve seri kesme işlemleri bir hayli yaygınlaşmıştır. Yakın geçmişte kesme cihazlarına Lazer ile kesme cihazları ile su jeti kullanarak kesme yapan cihazlar da eklenmiştir. Lazer ile kesme pahalı olmakla birlikte gazla kesme işleminde meydana gelebilen bazı kesme hatalarını çok aza indirdiğinden tersanelerde hızla yayılmaktadır. Ancak su jeti ile kesme sırasında parçalarda oksitlenme oluşabildiği için su jeti ile kesme tersanelerde pek kabul görmemiştir.

Page 43: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

37

3. KLAS MÜESSESESİ KURALLARI YARDIMIYLA YAPISAL TASARIM 3.1 Giriş Gemilerin ve açıkdeniz yapılarının konstrüksiyonu çok karmaşık olduğu için bu elemanların boyutlarını salt teorik mukavemetin yöntemlerini kullanarak belirleyebilmek olanaksızdır. Geminin veya açıkdeniz yapısının konstrüksiyon şekli ve elemanların boyutlarının ilk seçimi için bir yöntem gerekmektedir. Bunun için en uygun yol klas müesseselerinin uzun yılların deneyimlerine dayanan amprik kurallarıdır. Ancak klas müesseselerinin ampirik kuralları ve yılların tecrübelerine dayanmakla birlikte mukavemet teorisi açısından çok önemli varsayımlar içermektedir. Ayrıca yeni dizayn kavramlarının eski deneyimlerden uzaklaşmaya başlamasıyla ampirik kuralların geçerlilikleri sınırlanmaya başlar. Bu nedenle yeni geminin maruz kalacağı yüklere dayanıp dayanamayacağını veya seçilen yapısal dizaynın optimum olup olmadığını garanti edilemez. Bunun için boyuna mukavemet hesaplarını da kullanmak gerekir. Gerçekte klas müesseseleri de seçilen boyutların boyuna mukavemet kurallarına göre kontrolünü öngörmektedir.

Şekil 3.1: Yapısal tasarımda ardışık yaklaşımlarla optimizasyon Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Mukavemetinde amaç gemi veya açıkdeniz yapılarındaki elemanlarının klas müesseselerinin kurallarından yararlanılarak tayin edilen ilk boyutlarını optimum değerlere ulaştırmaktır. Optimizasyonda yapının asal amacı yanısıra göz önüne alınması gerekli en önemli faktörler şunlardır

• Yapının yeterli mukavemete sahip olması

Page 44: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

38

• Yapısal ağırlığın minimum değerde olması • Konstrüksiyonun imalat maliyetinin düşük olması

Bu kriterleri sağlamak için dizayn ardışık yaklaşımlarla yapılır. Ardışık yaklaşımlar şematik olarak Şekil 3.1’de gösterilmektedir. İlk boyutlandırma Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları yardımı ile yapılır ve tasarıma ilk yaklaşımdır. Bundan sonra mukavemet analizi yapılır ve bu analizin sonuçlarına göre tasarımda düzeltmeler önerilir. Önerilen düzeltmeler sonucu elde edilen tasarıma mukavemet analizi tekrar uygulanır ve analizin sonuçları değerlendirilip tasarımda yeni düzeltmeler yapılır. Bu işlem bir çok kez tekrarlanmak suretiyle en ideal tasarıma ulaşılmaya çalışılır. Bu ders kapsamında ilk olarak gemi ve açıkdeniz yapılarında yapısal tasarım ve klas müesseselerinin kurallarına göre ilk boyutlandırma ele alınacaktır. Daha sonraki bölümlerde seçilen ilk boyutların yeterliliğinin kontrolü için boyuna mukavemet hesapları ve yerel mukavemet açısından kirişlerin incelenmesi ele alınacaktır. Gemilerin karmaşık yapılarını oluşturan elemanların boyutlandırılmasının güçlüğüne daha evvelce değinilmiş ve bu işlemin ardşık yaklaşımlar yardımı ile yürütüldüğünden, ilk yaklaşımın da klas müesseselerinin ampirik formülleri aracılığıyla belirlendiğinden söz etmiştik. Bu bölümde bu kuralların esaslarını ve tasarım sırasında dikkat edilmesi gerekli noktaları belirterek uygulamayı bir örnek üzerinde belirteceğiz. Kuralların esaslarını kavrayabilmek için temel kavramları ve büyüklüklerin anlaşılması gerekir. Bu açıdan ilk olarak klas müesseselerini ortaya çıkışları gelişmeleri ve işlevleri açısından inceleyerek başlayacağız. Klas müesseselerinin ilki Lloyd Register 1760’da ahşap tekneler zamanında İngilterede ortaya çıkmış ve ilk zamanlar inşa kurallarından ve boyutlandırmadan çok malzeme seçimi, bağlantılara ait ayrıntılar ve işçiliğin kontrolu şeklinde gelişmiştir. Lloyd Register ilk kurallarını bir tonaj numeraline bağlı olarak 1835 yılında yayınlamıştır. Bu sırada İngilterede yapılan gemilerin hepsi birbirine benzediği ve boyları oldukça kısa olduğu için kurallar çok başarılı oldu. İlk demir gemiler başlangıçta klas kurallardan bağımsız olarak ve dizaynerin kendisine bağlı olarak çok farklı olarak geliştiler. Lloyd Register ilk demir gemiyi 1832’de klasladı ve demir gemiler için ilk kurallar 1855’de yayınlandı. Bu kurallar da ahşap gemi kuralları gibi tonaj numeraline bağlı olarak tablolar halinde verilmekte ve gemiler 6, 9 ve 12 yıl olmak üzere üç sınıfta klaslanmaktaydı. Ancak yapılan açıklamalarda bu kuralların ahşap tekne deneyimlerinden kaynaklandığı ve demirin karakteristiği nedeniyle kuralların yetersiz kalabileceği belirtiliyordu. Bu ileride edinilen deneyimler sonucu korozyon hakkında bilgiler biriktikçe kuralların değiştirilebileceği anlamına geliyordu ve klas müessesesi kuralları o zamandan beri daima bu şekilde gelişmiştir. Demir gemiler için Lloyd Registerin kuralları 1863 ve 1870 yıllarında peş-peşe iki kez değiştirildi. Önce yıllara bağlı olarak klaslama işlemi kaldırılıp kontrol süreleri belirtilmeye başlandı ve hemen peşinden eleman boyutlarını tayin eden kurallar tonaj nümerali yerine ana boyutlara bağlı bir nümerale bağlı tablolarda verilmeye başlandı. Bunlardan sonraki ilk değişiklik 1885’de gelmiş ve boyutların belirlenmesinde iki nümeral kullanılmaya başlanmıştır. Bu nümerallerden enine nümeral geminin orta kesitini temsil eden bir büyüklük, boyuna nümeral de bu nümeral ile gemi boyunun

Page 45: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

39

çarpılması ile elde edilen nümeraldir. Çelik gemiler için boyutlarda %20 mertebesinde indirime müsaade edilmekteydi. Gemi inşaatında hemen hemen tamamen çelik kullanımaya başlanmasıyla birlikte kuralların tekrar gözden geçirilmesi gerekmiş Lloyd Register 1900 ile 1910 yılları arasında kurallarını tamamen gözden geçirmiş ve bir hayli geliştirmiştir. Bu kurallarda da boyut nümeralleri kullanılmaya devam etmekle birlikte kullanılan boyut nümeralleri eskisine kıyasla çok daha basit seçilmiştir. Bu yıllarda İngilterede Lloyd Registerin yanısıra ona rakip olarak çıkan British Corporation kurallarını nümerallere bağlı olarak tablolar halinde vermek yerine posta, kemere, stifner ve tulani gibi elemanların boyutlarını basit ampirik formüllerle vermekteydi. Boyutlandırmada maksimum su çekimi daima bir faktör olarak görülmekte ayrıca minimum güverte alanı gerekliliği ilk kez kurallara dahil edilmiştir. Daha sonra Amerikan klas müessesesi ABS de bu kuralları kullanmaya başlamıştır fakat British Corporation bir süre sonra piyasadan çekilmiştir. Lloyd Register ve ABS yanısıra bir çok denizci ülke de giderek kendi klas müesseselerini kurmuşlardır. Bu kuruluşlar arasında en önemlileri olarak Fransanın Bureau Veritasını, Almanyanın Germanischerini, Norveç’in Norske Veritasını, İtalyanın Registro Italiano Navalesini, Rusyanın Russian Register of Shippingini ve Japonların Nippon Kaiji Kyokaisini saymak mümkündür. Bu arada Türkiye de 1962 yılında kurulmuş ve ilk başta Lloyd Registerin kurallarını uygulamıştır. Daha sonraki yıllarda önce Norske Veritasla işbirliği yapmış daha sonra Germanischer Lloyd ile çalışmaya başlamıştır. Günümüzde genel olarak Germanischer Lloyd kurallarını uygulamakla birlikte bir yandan da kendi kurallarını geliştirmek yolunda ilk adımları atmıştır. Özellikle ikinci dünya savaşından sonra perçinli imalata alternatif olarak ortaya çıkan kaynaklı imalatta önemli sorunlar yaşanması klas müesseselerinin faaliyetlerinde önemli bir artışa neden olmuştur. İmalat hızı ve malzeme ekonomisi açısında çok büyük avantajlar vaad eden kaynaklı imalat uygulaması kaynak içi çatlakların hızla ilerlemesi ve ‘kırılgan çatlamalar’ adını alan imalat sorunları nedeniyle uzun süre yaygınlaşamadı. Zamanla kırılgan çatlakların kaynak işleminin rüzgarlı ve soğuk alanlarda yapılması nedeniyle ortaya çıktığı saptanmış ve bunu önleyici tedbirler sonucunda önemli ölçüde çözülmüştür. Kaynaklı imalatın bu sorunlarının giderilmesi ve dünya deniz ticaret hacminin çok artmasıyla da gemi boyutları hızla büyümüş bu da klas müesseselerinin kurallarını yeniden gözden geçirmeye sevk etmişdir. Günümüzde klas müesseselerinin kuralları birbirlrine oldukça benzemekte ve eski kurallardan oldukça farklı yapıya sahiptirler. Öncelikle bütün müesseselerin kuralları ana boyutların fonksiyonu olan nümerallere bağlı olarak tablolar halinde verilmek yerine hem ana boyutlara hem de dış yüklere bağlı olarak verilen formüllerle belirlenmektedirler. Bu formüllerin hemen hepsi temel mukavemet bilgilerine dayanan yarı ampirik formüllerdir ve aynı zamanda kullanılan malzemenin mukavemat karakterini belirleyen emniyet gerilmesini de içerir. Günümüzde hala daha klas kuralları ve klas gözetimi zorunlu olmayıp klas müesseseleri sadece ticari bir avantaj olduğu sürece başvurulan kurumlardır. Ancak bu durumun IMO’nun artan gemi kırılmaları ve bunun çevreye getirdiği zararı sınırlama çabaları sonucu değişmesi oldukça

Page 46: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

40

yakın gözükmektedir. Bu bürokratik değişmenin klas müessesesi kurallarında da köklü değişiklikleri getireceği gözükmekte ve uygulanan kurallarda bir risk mertebesinin belirlenmesi ve bu riskin kabul edilebilir bir seviyenin altında kalması esas alınacak bir sistemin çalışmalarına başlanmıştır. Klas müesseselerinin gemi ve açıkdeniz yapılarındaki elemanların boyutlandırılmasına ilişkin kurallar geliştirmenin yanısıra bir diğer işlevleri de gemi sörveyleridir. Klas müesseselerinin sörveyleri genellikle halk tarafından tam anlamıyla kavranamamıştır çünkü bu tip bir kuruluş ve sörveylerle başka endüstrilerde karşılaşmanın pek olanağı yoktur. Burada yapılan sörveyler tekne yapısının yeterli mukavemeti korumakta olup olmadığını kontrol etmek kadar koruma açısından hangi önlemlerin katkısının ne olduğunu, ortaya çıkan sorunlarda hangi uygulamaların etkili olduklarını da belirlemektir. Burada gemi ve açıkdeniz yapılarına etki eden kuvvetlerin tam bir hassasiyetle belirlenmesinin olanaklı olmaması da önemli rol oynar. Her ne kadar gemi ve açıkdeniz yapıları konusunda yapılan araştırmalar bir hayli gelişmiş ise de problemleri tamamen anlamak henüz mümkün olmayıp en önemli yönlendirici benzer koşullarda iyi performans gösteren yapıların özelliklerini incelemekdir. Herhangi bir gemi veya açıkdeniz yapısı bir klas müessesesinin kurallarına uygun olarak tasarlanmış ve imalatını da klas müessesesinin onayladığı malzemelerden onaylanmış projeye uygun olarak gerçekleştirmişse klas müessesesi bu yapıya klas verir. Gemi veya açıkdeniz yapısına klas verilmesi demek yapının o yapının klas müessesesinin yıllık kayıtlarına girmesidir. Ancak yapının her yıl yayınlanan klas kayıtlarındaki yerini muhafaza edebilmesi, klasını koruyabilmesi yani yapılan kontrollarda klas kurallarını sağlamaya devam ettiğini göstermesine bağlıdır. Bu kontrollara sörvey denir ve yapılan incelemenin derinliği açısından farklılıklar gösteren bu nedenle de farklı sıklıklarda tekrarlanan beş tip sörvey vardır. Yıllık sörveyler, adından da belli olacağı gibi her yılda bir kere yapılan sörveylerdir. Bu sörveylerde ayrıntılar sınırlı olup en çok sızdırmazlığı ilgilendiren kısımlsrı gözden geçirilir. Bunlar arasında su geçirmez perdeler ve minimum fribord uyarlamasından etkilenen bütün kapaklar ve benzeri sızdırmazlık düzenekleri kontrol edilir. Ayrıca yangın devresi, demir zinciri, kablolar ve halatlar da gözden geçirilir. Kuru yük gemilerinde baş ve kıç taraftaki ambarlar da kontrol edilmelidir. Bu kontrolların yanısıra yapının genel hali ile ilgili gözlemler de gerekir. Bu sörvey havuzlama gerektirmez ve limanda uygulanabilir. İkinci ila üçüncü yıllık sörveylerin arasında ara sörvey olarak adlandırdığımız yıllık sörveylere kıyasla daha ayrıntılı fakat yine havuzlamayı gerektirmeyen bir sörvey uygulanır. Bu sörveyler sırasında yıllık sörveydeki incelemelere ilaveten gemilerin ambarları çatlaklar veya büyük deformasyon oluşumları için titizlikle gözden geçirilir. Tankerler, kimyasal ve sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) taşıyan gemilerde ayrıca ambarların dolum sistemleri de gözden geçirilir. Havuzlama sörveyi aralarındaki süre ikibuçuk yılı aşmayacak şekilde uygulanır ve adından da belli olduğu gibi geminin havuzlanmasını gerektirir. Bu sörvey sırasında dış

Page 47: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

41

kaplamaya özel olarak dikkat edilir. Dış kaplamanın yanısıra kıç bodoslama, dümen, iç ve dış donanımlar da özellikle korozyon açısından incelenir. Bazı hallerde, özellikle gemi karinasında kullanılan boyanın yüksek dirençli olması halinde, iki ardışık havuzlama sörveyinden birisinin gemiyi havuza almadan su içinde gerçekleştirilmesine izin verilebilir. Gemilere uygulanan en ayrıntılı sörvey özel sörveylerdir ve beş yılda bir uygulanırlar. İlk özel sörvey geminin klaslandığından beş sene sonra yapılır ve ondan sonraki sörveyler de bir önceki sörveyden itibaren en fazla beş yıl sonra uygulanır. Bu sörveyler mutlaka beş yıl dolmadan önce tamamlanmış olmalıdırlar ve her sefer daha titiz inceleme gerektirdiğinden daha erken başlamaya ihtiyaç vardır. Özel sörveyler geminin havuzlanmasını gerektirir ve bütün gemi, özellikle kaplama saçları korozyon ve çatlaklar açısından incelenir. Uygulanması gereken inceleme geminin yaşıyla artar ve gerekli ayrıntılar klas müessesesinin sörvey kurallarında ayrıca belirtilmiştir. 3.2 Klas Kurallarında Temel Kavramlar Klas müesseseleri gemilerin veya açıkdeniz yapılarının elemanlarının boyutlandırılması için kurallarını oluştururken mevcut gemilerin performansına bağlı olarak geliştirilen ampirik formüllerden yararlanırlar. Bu nedenle mevcut gemilerin karakteristiklerini yansıtan bazı temel kabuller yapmak zorunda kalırlar. Ayrıca boyutlandırmada kullanılan bazı temel büyüklükler belli bir şekilde tanımlanmıştır [5]. Bu bölümde yapısal tasarımla ilgili olarak klas kurallarında kullanılan temel kavramları inceleyeceğiz. 3.2.1. Yapısal Tasarımla İlgili Kavramlar İlk olarak geminin veya açıkdeniz yapısının karşılaşabileceği zorlamalar açısından bir varsayım yapılması gerekmektedir. Bu durumda yapının konumu önem taşıyacaktır ve bu nedenle klas müesseseleri özellikle gemiler için gitmesi muhtemel yerler için sınıflama uygularlar. Bu uygulamaya göre dünya üzerinde herhangi bir yere gitmesi muhtemel gemiler sınırsız sefer yapan gemiler sınıfındadır. Bazı gemiler ise sadece kapalı bir denizde (örneğin Akdeniz veya Karadeniz) dolaşmak amacı ile inşaa edilebilirler. Bu tür gemiler ise yakın sefer yapan gemiler sınıfındadır. Kıyılardan daima sınırlı bir mesafede kalarak çalışan gemiler için kıyı seferleri yapan gemiler sınıfı olarak bilinirler. Kıyı seferleri kendi içinde K50 ve K20 olarak ikiye ayrılırlar ve sefer süresince K20 kıyıdan en fazla 20 mil, K50 de kıyıdan en fazla 50 mil uzaklaşırlar. Son sefer tipi de liman seferi olup adından da anlaşılacağı gibi sadece limanlık bir bölgede çalışan gemilerin yaptığı seferleri kapsar. Liman seferi ile sınırlı gemilere örnek olarak İstanbul boğazı veya İzmit körfezinde çalışan gemiler verilebilir. Bu gurupların boyutlandırılmasında farklılık olması doğaldır ve klas müessesesi kuralları sınırsız sefer için verilir ve diğer sefer tipleri için tasarlanan gemilerde boyutlarda küçültmeler öngörülür. Gemilerin elemanları boyutlandırılırken en önemli parametreler geminin ana boyutlarıdır ve bunları açıkça belirlemek gerekir. Doğal olarak ilk akla gelen temel büyüklük geminin boyudur. Ancak daha önceki gemi geometrisi derslerinden de bilindiği gibi gemi boyu için birden fazla tanım vardır. İlk olarak tam boy (LOA) adını verdiğimiz, baş ve kıç bodoslamaların en uç noktaları arasında kalan boyu ele alabiliriz (Şekil 3.2). Burada tam

Page 48: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

42

boy gösteriliminde baş bodoslamanın en uç noktasının güvertede olduğu klasik bir gemi göz önüne alınmıştır. Ancak modern gemilerde balblar bazı hallerde çok daha uzun olabilmekte ve baş bodoslamanın en uç noktası balbın uç noktası olabilmektedir ve tam boy bu noktadan ölçülmesi gerekir.

Şekil 3.2: Gemiye ait ana boyutların gösterilimi İkinci bir boy da su hattı boyu (LWL) olup geminin yaz yüklü su hattında yüzerken deniz yüzeyinin baş ve kıç bodoslamaları kestiği noktalar arasındaki mesafedir. Bu boy daha ziyade geminin direnç karakteristikleri açısından önem taşır. Geometrik açıdan önem taşıyan ve endaze kesitleri açısından belirleyici olan ise baş ve kıç kaimeler arasındaki uzaklık olarak tanımlanan kaimeler arası (LPP) boydur. Kaimelerden baş kaime geminin baş bodoslaması ile yaz yüklü su hattının kesiştiği noktadan geçen düşey doğru, kıç kaime de dümen bosasının (ve de dümenin) ekseninden geçen düşey doğrudur. Kaimeler arası boy su hattı boyunun %96’sından daha küçük olamaz ve %97’sinden büyük olmasına gerek yoktur. Kaimeler arası boy bu koşulları sağlıyorsa, yani su hattı boyunun %96’sından büyük ve %97’sinden küçük ise gemi elemanlarının hesabında boy (L) olarak kullanılır. Aksi takdirde gemi boyu olarak su hattı boyunun %96’sı ile %97’si arasına düşen uygun bir değer kullanılır. Gemiye ait diğer iki önemli boyut da (B) kalıp genişliği ve (H) kalıp derinliğidir. Kalıp genişliği geminin en geniş kesitinde bir bordadan diğer bordaya olan en büyük uzaklıktır. Kalıp derinliği gemi boyunun ortasına gelen kesitte kaide hattından en üstteki devamlı güvertenin borda boyunca ölçülen mesafedir. Gemi bir kiriş olarak düşünüldüğünde bu kirişin kesit boyutları olan kalıp derinliği ile kalıp genişliğinin gemi mukavemetini belirleyecek en temel büyüklükler olacağı açıktır. Tabiki gemi boyu da kiriş boyu olup gemi kesitlerindeki eğilme momentlerinin büyüklüklerini belirleyecek temel büyüklüktür. Yükleme durumunun belirlenmesi açısından önemli olan diğer bir büyüklük de geminin (T) çektiği sudur. Geminin çektiği su gemi yaz su hattında yüzerken orta kesitte kaide hattından geminin yüzdüğü su hattına kadar ölçülen mesafedir. Bu büyüklük geminin ağırlığını ve bu ağırlığı dengeleyen hidrostatik basıncı belirlediği için gemiyi etkileyen kuvvetlerin önemli bir ölçüsü olur.

Page 49: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

43

Kalıp derinliğinin tanımı yapılırken güverte sayısının tek olmayacağı ve bu güvertelerin değişik nitelikleri olacağı görülmektedir. Bu güvertelerden su geçirmez perdelerin üstünden geçen ve bu perdeler tarafından taşınan güverte perde güvertesidir ve stabilite açısından önemlidir. Ana güverte ise kalıp derinliğinin ölçüldüğü en yüksekteki sürekli güvertedir ve mukavemet açısından en önemli güverte olduğu için mukavemet güvertesi olarak ta bilinir. Ana güvertenin altında gemi boyunca devam eden diğer güverteler alt güverteler olarak, geminin baş ve kıç tarafında kısa bir bölgede var olan güverteler de baş ve kıç kasara güverteler olarak bilinirler. Mukavemet güvertesi ve kasara güverteler çevre koşullarına açık olduklarından açık güverte olarak bilinirler ve boyutlandırılmaları alt güvertelerden farklı olarak ele alınır. Mukavemet karakteristiği açısından önem taşıyan diğer bir büyüklük de (a) posta arası mesafedir. Posta arası mesafe enine sistemdeki iki ardışık posta arasında gemi boyunca ölçülen mesafedir. Boyuna sistemde ise posta arası mesafe iki ardışık tulani arasında gemi enince ölçülen mesafedir. Posta arası mesafe özellikle yerel mukavemet açısından önemli bir parametredir ama kirişin burulması açısından da önem taşımaktadır. Posta arası mesafeler tamamen keyfi seçilemezler ve klas müessesesi kurallarında alt ve üst limitleri belirlenmiştir. Posta arası mesafe genellikle 600 mm’den küçük ve 1000 mm’den alınmaması tavsiye olunur. Mukavemet açısından önemli bir büyüklük de geminin kiriş olarak narinliğinin ölçüsü olan blok katsayısıdır. Blok katsayısı geminin yaz su hattındaki deplasman hacminin gemi boyu, kalıp genişliği ve çektiği su değerlerinin çarpımından oluşan kalıp hacmine oranıdır ve

LBT

CB∇

= (3.1)

şeklinde verilir. Burada ∇ gemi yaz su hattında yüzerkenk hesaplanmış deplasman hacmidir. Son olarak da gemi boyutlandırılmasında dinamik etkiler açısından önemli olan (V) hızını ele alacağız. Geminin ileri hızı gemideki iç yüklerin ivmelenmesi ile ortaya çıkan dinamik yüklerin de hidrodinamik yüklerin de belirlenmesinde rol oynayan en önemli parametredir. Mukavemet açısından hız geminin yaz su hattında yüzerken makinasının maksimum gücünde erişebileceği hızdır. Klas müessesesinin kurallarını uygularken kullanılan ana boyutları tanımladıktan sonra bu boyutların seçimleri konusunda önemli bir noktaya değinmek gerekir. Bu boyutlar genel gemi inşaatı eğilimlerine dayanarak belirlenmekle birlikte geminin kalıp derinliği mukavemet açısından çok önemli olduğu için belirli sınırlamalara tabidir. Gemilerde kalıp derinliğinin gemi boyuna göre küçülmeye başladığında gemi mukavemeti açısından kritikleşme ortaya çıkar ve bu oranın 1/16 değerinin altına düşmemesi gerekir. Ancak gemilerin sınırlı sefer için tasarlanıyorsa bu oranın biraz daha azaltılmasına müsaade edilir ve kıyı seferleri için en az 1/18 liman seferleri için de 1/19’dan büyük kalacak şekilde sınırlanır. Gemi ve açıkdeniz yapıları ile ilgili genel kavramları böylece tanımladıktan sonra boyut tayininde rol oynayan ve sık sık karşımıza çıkacak diğer kavramları inceleyelim. Bu kavramların başında yapı elemanlarının bağlantıları ve bu amaçla kullanılan braketler

Page 50: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

44

gelir. Genel mukavemet derslerinden hatırlanacağı gibi mesnet türlerini basit veya ankastre olarak tanımlarız ve kirişlerde oluşacak gerilmeler bu bağlantı tiplerine bağlı olurlar. Tabiki ankastre ve serbest mesnet kavramları genel mukavemet dersinin idealleştirmeleri olup bunların gemilerdeki bağlantıları yaklaşık olarak temsil ettiklerine dikkat etmek gerekir. Basit mesnetlerde kirişin serbestçe dönebildiği göz önüne alınırsa gemide uç noktaları herhangi bir yere bağlanmayan veya sadece dış kaplama gibi levhalara doğrudan bağlanmış kirişler rahatça dönebilecekleri için basit mesnetli sayılır (Şekil 3.3a). Gemideki kirişlerin uç noktalarında diğer elemanlara bağlantıları ataletleri yeteri kadar büyük olan braketler aracılığı ile yapılmışsa bu tip bağlantılar kirişin mesnetlendiği noktada serbestçe dönmesini büyük ölçüde engellerler. Dolayısı ile braketli bağlantıları ankastre mesnet olarak yorumlamak uygun olur (Şekil 3.3b).

Şekil 3.3: Gemi kirişlerinde bağlantı türleri Braketlerin dönmeyi engelleyebilmelerinin ölçüsü doğal olarak braketlerin ataleti olup kiriş bağlantılarının ankastre kabul edilebilmeleri için boyutlarını uygun olarak belirlemek gerekir. Bu ölçüler braketin ataletini bağlandığı kirişlerin ataletine göre büyük yapacak şekilde belirlenir ve büyük olanlarında alın laması ve flenç kullanılması uygun olur. Kesit ataletleri birbirinden farklı iki kiriş bağlanmakta ise esas alınan atalet momenti küçük kirişin atalet momentidir. Klas kuralları braketlerin boyutlarını belirlemek için genel kurallar vermişlerdir. Bağlantı türleri belirlendikten sonra bağlantısı yapılan kirişlerin desteklenmeyen boylarını ele almak gerekir. Gemilerde yerel mukavemet açısından önem taşıyan kirişler kendilerine etki eden yükleri yapının diğer elemenlerına aktararak yayabilmek için daima mesnetler üzerine oturmaktadır. Örneğin güverte yüklerini taşıyan enine elemenlar genellikle derin tulaniler tarafından taşınmakta ve mesnetlenmektedirler. Genel olarak desteklenmeyen boy bu mesnetler arasındaki mesafeyi ifade eder. Ancak değişik elemenların özel yapılarına bağlı olarak mesnetlenmeyen aralıkları farklılık arz edebilir. Stifner olarak kullanılan elemenlarda bu uzunluk mesnenetlendiği iki elemen arasındaki

Page 51: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

45

uzaklıktır ve burada bağlantı braketlerle de yapılsa desteklenmemiş aralık kirişin iki mesnet arasındaki mesafesi olarak alınır. Enine çerçevelerde, örneğin kemerelerin postalara bağlandıkları yerlerde, braketli bağlantılar yapıldığında desteklenmemiş aralık iki mesnetler arası mesafeyi kısaltarak belirlenir. Bu düzeltme braket boyuna göre klas müessesesinin kurallarında verilmiştir. Desteklenmeyen aralık kavramı tanımlanırken sözü edilen kirişlerin yapısı ile ilgili olarak da bazı açıklamalar yapmak gerekir. Kiriş dendiğinde kesitinin boyutları uzunluğuna göre çok kısa olan elemanlar kast edilmektedir. Gemi yapısındaki kiriş elemanları döşekler, tulaniler, postalar gibi profil karakterli elemanlar olduğu gibi saçlardan kesilmiş derin kemere, derin posta ve derin tulaniler de olabilir. Bu elemanlardan profil karakterli olanlar için kullanılan standart profiller vardır (Şekil 3.4). Bu profillerin mukavemet açısından belirleyici büyüklüğü mukavemet modülü veya kesit atalet momenti ile tarafsız ekseninin konumudur.

Şekil 3.4: Profil tipleri ve karakteristik büyüklükleri Bu profillerden lama Şekil 3.4a’da verilmiş olup atalet momenti lama yüksekliği hw ve lama kalınlığı tw cinsinden belirlidir. Şekil 3.4b’de verilen Hollanda profilini belirleyen boyutları efektif yüksekliği ef, flenç genişliği bf ve profil kalınlığı tw olup atalet momentleri bu boyutların standart değerleri için tablolar halinde verilir. Köşebentlerin atalet momentleri de (Şekil 3.4c) benzer şekilde efektif yüksekliği ef, flenç genişliği bf ve profil kalınlığı tw cinsinden tablolar halinde verilirler. Köşebentler özel olarak efektif yükselikleri ile flenç genişlikleri eşit olması halinde kare köşebent olarak bilinirler. Son olarak da Şekil 3.4d’de T profili verilmiştir. Bu profiller lamaların efektif yükseklikleri ef ve kalınlıkları tw ile flenç genişliği bf ve flenç kalınlığı tf değerleri ile tablolar halinde verilir. Bu profiller genellikle simetrik olmakla birlikte bazı hallerde simetrik olmayanları da kullanılır. Bu durumlarda flençin asimetrisini belirtmek üzere b1 ve b2 uzunluklarını tanımlamak gereklidir. Profillerin atalet momentlerinin tablolardan bulunamaması halinde genel mukavemet bilgileri kullanılarak atalet momentleri yaklaşık olarak hesaplanır. Bunun için profili uygun şekilde dikdörtgen parçalara bölüp düşey duran dikdörtgen kesitlerin kendi tarafsız eksenine göre atalet momentinin

12thI

3

v = (3.2)

yatay duran dikdörtgen kesitlerin kendi tarafsız eksenine göre atalet momentinin

12btI

3

h = (3.3)

Page 52: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

46

ve ortak tarafsız eksene göre toplam atalet momentlerinin v

2vh

2hvht AeAeIII +++= (3.4)

olarak verildiklerinden yararlanırız. Burada eh, Ah, ev ve Av sırası ile yatay ve düşey duran elemanların tarafsız eksene mesafeleri ile kesit alanlarıdır. Bu yaklaşım geminin herhangi bir kesitinin tarafsız eksenine göre atalet momentinin hesabı için de aynen uygulanır. Profillerin mukavemet karakteristiklerini değerlendirirken bir noktaya daha dikkat çekmekte yarar vardır. Herhangi bir levhaya kaynaklanmış olan profillerin zorlamalar altında kısmen kaynaklı olduğu levha ile deforme olduğu gözlenmiştir. Bu durumda profilin kaynaklı olduğu levhanın da mukavemet açısından bir flenç gibi davrandığı varsayılabilir (Şekil 3.5). Burada levhanın etkin kaplama genişliği bm profiller arası mesafesi b’nin %40’ı mertebesinde kabul edilir ve atalet momentinin hesabında bu kısmı da hesaba katmak gerekir. Bazı klas müesseselerinin kural kitaplarında bu düzeltmeler levha kalınlığına bağlı olarak tablolarda verilirler.

Şekil 3.5: Levhaların üzerlerine kaynaklanmış profillerin mukavemetine katkısı Saçlardan kesilerek oluşturulan kirişler genellikle derin elemanlardır ve özellikle dolu döşek gibi elemanlarda hafifletme delikleri de içerirler. Hafifletme deliklerinin olması nedeniyle bu kirişler mukavemet açısından hem kesit atalet momentleriyle hem de kesit alanları ile belirlenirler. Ayrıca bu derin elemanlarda kalınlığa kıyasla yüksekliklerinin oldukça büyük değerler alması bu elemanlarda burkulma tehlikesini ortaya çıkarmaktadır. Bu tür kirişlerde burkulmayı önlemek amacıyla uygun olması halinde alın laması, aksi takdirde kiriş üzerine düşey olarak stifnerler yerleştirilir (Şekil 3.6).

Şekil 3.6: Derin kirişlerin burkulmaya karşı takviyesi Bu tanımlar dış kuvvetler dışında karşımıza sıklıkla çıkacak kavramlardır. Dış kuvvetleri ise hesaplanış şekilleriyle birlikte bir sonraki bölümde ele alacağız.

Page 53: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

47

3.2.2 Klas Müessesesi Kurallarında Kuvvetlerin Hesabı Boyutların belirlenmesinde en önemli etmenlerden birisi de elemenlara etki eden kuvvetlerin belirlenmesidir. Gemi ve açıkdeniz yapılarına etki eden kuvvetlerin hesabı giriş bölümünde kısaca ele alınmış, statik ve dinamik karakterlerinden global ve yerel olma özelliklerinden söz edilmişti. Ancak bu kuvvetler gemi formu ve çevre koşullarına bağlı olacağı için tasarım öncesi bilinmesi olanaksızdır. Dolayısı ile klas müesseselerinin kurallarına göre boyut tayini sırasında bu hesaplar bazı kabullere dayanan ampirik formüller aracılığı ile yapılır. Kuvvetleri hesaplayabilmek için öncelikle dış kuvvetler ve iç kuvvetler olarak iki gurupta ele almak uygun olur. Dış kuvvetler gemiye etki eden su basıncı nedeniyle ortaya çıkan kuvvetlerdir, iç kuvvetler ise gemi içindeki yükün kütlesinden ötürü ortaya çıkan kuvvetlerdir. Dış kuvvetleri ele alırken zorlamaların statiğe yakın olduğu ve dinamik etkilerin görece olarak küçük kaldığı hatırlanırsa basıncın statik ve dinamik olmak üzere iki bileşenden oluştuğu varsayılır ve pt toplam basınç dst ppp += (3.5) olarak verilir. Bunlardan ps statik basıncının derinlikle doğrusal olarak değişeceği, su çekimine bağlı olacağı ve kaide hattından z kadar yükseklikte )zT(gps −ρ= (3.6) şeklinde verileceği aşikardır. Basıncın dinamik bileşeni için bir formülün oluşturulması bu kadar kolay değildir. Genel bazı kabuller yapılarak ve etkili olan bazı büyüklükler cinsinden eldeki verilere regresyon analizi ile ampirik formüller uydurma yoluna gidilir. Gemilerde ve açıkdeniz yapılarında dış yükler açısından en temel büyüklük geminin boyudur. Dinamik yükler genelde dalgalar ile ilgilidir ve dalga boyu büyüdükçe dalganın yaratacağı zorlamalar da büyür. Gemi veya açıkdeniz yapısı ile dalgalar arasındaki etkileşim dalga boyu ile yapının boyu arasındaki uyum ile orantılıdır ve en büyük değerine dalga boyunun yapı boyuna eşit olması halinde erişir. Dalgalar çok büyük ise yapı bu dalgalar üzerinde yüzer, dalga boyu çok küçükse gemiyi etkilemez. Bu durumda gemi boyu arttıkça dalga basıncının da artacağı açıkça gözükmektedir. Boy dışında özellikle gemilerde önem taşıyan bir diğer büyüklük de gemiyi kiriş olarak değerlendirdiğimizde narinliğinin ölçüsü olan blok katsayısıdır. Dinamik basıncı etkileyen üç faktörü göz önüne almak olanaklıdır. İlk olarak geminin veya açıkdeniz yapısının çalıştığı bölgeye bağlı olarak muhtemel dalga yüklerinin şiddetinde farklılıklar olaçağı açıktır. Bu nedenle klas müesseseleri dalga yüklerini hesaplarken bir servis katsayısı kullanırlar. Dalgalar sırasında gemilerin baş ve kıç tarafları sık sık sudan çıkıp hızla tekrar suya girebilirler. Dövünme dediğimiz bu olay sırasında darbe yükleri sonucu geminin baş ve kıç taraflarında dinamik basınçlarda artışlar olur. Bu nedenle klas müesseseleri gemilerin boyunca dinamik basınç için bir dağılım faktörü de kullanırlar. Türk Loydu bu dağılım faktörünü gemiyi baş taraf, gemi ortası ve kıç taraf olmak üzere üç bölgede ve geminin dip tarafıyla bordasında geçerli olmak üzere vermektedir. Geminin yukarıda belirtilen üç bölgesi Şekil 3.7’de tanımlanmıştır. Geminin ortasında dağıtma faktörü hem dip yapısı hem de borda yapısı için sabit olup birim olarak verilmektedir. Geminin kıç tarafında gerek dip yapısı için

Page 54: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

48

gerekse borda yapısı için basınçlar doğrusal olarak değişmekte ve uçlara doğru artmakta orta kısıma ulaştığında da birim değere inmektedir. Baş tarafta ise dip yapısında basınçlar uçlara doğru yine lineer olarak artmakta borda yapısında ise bu artış ikinci dereceden olmaktadır. Son olarak da yapıdaki elemanların tipine göre yüklerden aldıkları payın farklı olacağı varsayımından hareketle bir olasılık faktörü kullanılmaktadır. Dış kaplama gibi elemanların yükden doğrudan etkilendikleri için en büyük payı alacağı, postalar ve tulaniler gibi profil elemanların daha az pay alacağı, daha seyrek kullanıldıkları için de derin posta dolu döşek gibi elemanların da en az pay alacakları varsayılmaktadır. Bu durumda dinamik yükleri genel olarak ( ) fccC,Lpp DSBod = (3.7) Şekline yazabiliriz. Burada po(L,CB) boyutlara bağlı olarak temel dinamik basıncı göstermekte, cRW, cD ve f de sırasıyla servis katsayısını, dağılım faktörünü ve olasılık faktörünü temsil etmektedir.

Şekil 3.7: Mukavemet açısından gemilerdeki değişik bölgelerin tanımı Gemi veya açıkdeniz yapısında taşınmakta olan yüklerden oluşan iç kuvvetleri de ele alırken basıncın statik ve dinamik olmak üzere iki bileşenden oluştuğu varsayılır. Ancak burada esas basıncın yükün ağırlığından kaynaklandığı dinamik bileşenin ise hareket nedeniyle yükte meydana gelen ivmeden dolayı ortaya çıktığını göz önüne alırsak toplam basıncı statik basıncı uygun bir faktörle artırarak hesaplayabiliriz ve pt toplam basınç ( )dst c1pp += (3.8) olarak ifade edilebilir. Bunlardan ps statik basınç cd da dinamik artırma faktörüdür. Buradaki statik basınç yük yoğunluğuna ve yüksekliğine bağlı olup ghps ρ= (3.9) şeklinde verileceği aşikardır. Burada ρ yük yoğunluğu h da yük yüksekliğidir. Genel olarak yük yüksekliği ambar yüksekliği olarak alınır ama özel haller için yük yüksekliği farklı olarak tanımlanabilir. Ayrıca yük yoğunluğunun çok fazla olduğu hallerde yük yüksekliğini uygun şekilde ayarlamak gerekabilir. Elemanların boyutlarının belirlenmesi sırasında bir elemana iki tarafından da yük etki etmesi olasılığı vardır. Örneğin bir bordaya dışarıdan su basıncı içeriden de yük basıncı etki eder. Gerçekte bu basınçlar birbirlerini kısmen dengeleyen basınçlardır ama eleman boyutlarının belirlenmesinde en kritik hal göz önüne alınması gerektiğinden etki eden

Page 55: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

49

kuvvet olarak bu kuvvetlerden sadece bir tanesinin var olması hali göz önüne alınır. Hesaplarda daima daha büyük boyutu verecek olan kuvvet kullanılır. Gemi yapı elemanlarını özellikle de dış kaplamaları geminin çalışma koşulları büyük ölçüde etkiler ve bu elemanlarda zaman içinde korozyon başlar. Örneğin dış kaplama sürekli deniz suyu ile temasta olduğu ve boya zamanla darbeler sonucu zedeleneceği için paslanmaya maruz kalır. Benzer şekilde ambarlarda taşınan yükler arasında korozif maddeler olabileceği gibi sert maddelerin darbeleri sonucu da saçlarda erime ortaya çıkar. Her ne kadar bu tür erimeler uygulanan sörveylerde saptanabilirse de emniyet açısından boyutlandırma sırasında göz önüne alınmalıdır. Bu amaçla klas müesseseleri hesaplanan kalınlıklara kalınlığa bağlı olarak bir artırma uygularlar. Bu artışa korozyon payı denir. Son olarak da yapılan hesaplarda sayıların yuvarlatılmasıyla ilgili olarak izlenmesi gerekli olan kurala değinmek gerekir. Boyutların saptanması için kullanılan ampirik formüller genellikle küsuratlı değerler verir. Oysa piyasada bulunan malzemelerin, özellikle de saçların kalınlıkları belli bir standarttadır. Bu durumda elde edilen küsurlu sayıyı uygun bir değere yuvarlatmak gerekmektedir. Genel olarak izlenen yol saç kalınlıklarını 0.5 mm aralıklarla vermek olduğundan 0.2 mm’den az olan kalınlıklarda küsurat atılır, 0.2mm ile 0.7mm arasındaki küsuratlar 0.5mm’ye, 0.7mm büyük kusuratlar da bir üst tam sayıya yuvarlatılır. Örneğin 7.18 mm olarak hesaplanan bir saç kalınlığı 7mm olarak, 7.38mm veya 7.67 mm olarak hesaplanan bir saç kalınlığı 7.5 mm olarak ve 7.87 mm olarak hesaplanan bir saç kalınlığı da 8 mm olarak belirlenir. Buraya kadar bir gemiye veya açıkdeniz yapısına ait elemanların boyutlandırılmasında önemli rol oynayan kavram ve kabulleri inceledik. Elemanların boyutlandırılmasına geçmeden önce bir de geminin veya açıkdeniz yapısının yapısal tasarımı sırasında göz önüne alınması gerekli olan temel tasarım ilkelerini ele alacağız. 3.3 Yapısal Tasarımın Temel İlkeleri Bir geminin veya açıkdeniz yapısının yapısal elemanlarını boyutlandırmadan önce uygun bir yapısal tasarım oluşturmak gerekir. Bu tasarım boyutlandırma konusunda çok önemli bir rol oynar ve yanlış bir tasarım konstrüksiyon açısından son derece olumsuz sonuçlar verebilir. Yapısal tasarım ilkeleri sadece tasarım için gerekli değildir ve inşaat sırasında da daima hatırlanması gerekir. Zira bir projenin uygulanması sırasında bazı zorunlu değişiklikler yapmak gerekebilir ve bu değişiklikleri yaparken mukavemet açısından yapısal tasarım ilkelerinin göz önünde bulundurulması gerekir. 3.3.1 Yapılarda Bağlantı Sürekliliği Yapısal tasarımın en temel ilkesi yapısal sürekliliğin korunmasıdır. Yapısal süreklilikten söz edildiğinde yapının üzerindeki yükleri ani gerilme değişiklikleri yaratmaksızın iletebilme kapasitesi kastedilmektedir. Bu bağlamda elemanların bağlantı sürekliliği ve elemanların kendi süreklilikleri olmak üzere iki tip süreklilik akla gelmektedir. Bağlantı sürekliliği göz önüne aldığında düşey yüklerin taşınması için bir aralıkta konan elemanların diğer aralıklarda da taşınabilmesini sağlayacak elemanlarla aynı hizaya getirmek esastır. Örneğin üst binaların enine duvarlarının tekne ana yapısına bağlandığı yerlerde bu binaları taşıyacak enine perdelerin veya derin kemerelerin olması gerekir.

Page 56: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

50

Perdelerin veya derin kemerelerin üst bina duvarlarının altına getirilmemesi durumunda ara güvertelerde ani gerilme yığılmaları oluşacağından mukavemet açısından istenmeyen bir durumla karşılaşılır. Benzer bir durum güverteleri taşıyan punteller için de geçerlidir. Üst güverteyi taşımak amacı ile üst güverte ile ara güverte arasına konan punteller mutlaka ara güverteyi taşıyan ve ara güverte ile çift dip arasındaki puntellerin üstüne denk getirilmelidir. Herhangi bir nedenle bu sürekliliği sağlamanın olanağı yoksa bağlantıların yapıldığı noktalarda ortaya çıkacak gerilme yığılmasını dağıtmak amacıyla özel olarak derin elemanlardan oluşan uygun bir yapı oluşturulmalıdır. Gemilerde vinç gibi büyük yükler taşıyan güverte donanımlarının da güverte altında uygun bir şekilde desteklenmesi gerekmektedir. Vinçlerin güvertede bağlandıkları noktalar mutlaka ambarlar arasındaki enine perdelerin üstüne getirilmelidir. Vinç yükleri çok büyük boyutlara ulaşabileceği için bu yükün yayılabilmesi için sadece perde yeterli olmaz ve çok daha karmaşık bir takviye sistemi gerekli olur (Şekil 3.8).

Şekil 3.8: Gemilerde vinç yükünü dağıtmak üzere tasarlanmış bir yapı Vinçi doğrudan ana güverte üzerine koymak yerine bu bölgede yapılan ve yükü güverte üzerine yaymayı amaçlayan bir üst yapının üstüne oturtulur. Bu üst yapının efektif olabilmesi için tasarımında yükü dağıtacak boyuna bir perde ve derin tulaniler kullanılır. Yükün düşey doğrultuda da etkin bir şekilde dağıtılabilmesi için üst yapıdaki perde alt güvertelerde de yeterince devam ettirilir. Bu perde çift dibe kadar uzanmadığı takdirde alt güvertedeki perdelerin stifnerlerine braketler aracılığı ile bağlanarak sürekliliğin devamı sağlanır. Nihayet alt güverte perde stifnerleri çift dipte orta iç tulaniye braketle bağlanır ve bu civarda orta iç tulani stifnerle burkulmaya karşı takviye edilir. Bu tür yaklaşım yapısal süreksizliklerin zorunlu olarak ortaya çıktığı yerlerde de uygulanır. Elemanların devamlılığını sağlamak mukavemet açısından sürekliliğin sağlanmasında gerekli olmasına karşın yeterli sayılmayabilir. Örneğin bir tulaninin daha farklı bir tulaniyle aynı hizaya getirilmesi yeterli olmaz. Aradaki boyut farklılığı nedeniyle doğrudan bağlamak bağlantı civarında gerilme yığılmasına ve dolayısı ile bir süreksizlik

Page 57: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

51

yaratabilir. Bunu önlemek amacıyla daha yüksek olan elemanı tedricen alçak olan elemanla aynı yüksekliğe indirmek yolu seçilir veya bağlantı yapılan yerde yükseklik farkı braket yardımıyla giderilir (Şekil 3.9a). Vinç altındaki boyuna perdedeki tedrici azalma da bu uygulama ile aynı düşüncelerden kaynaklanmaktadır. Ayrıca kasara güvertelerin ani yükseklik farkı nedeniyle bordo kaplamasında ortaya çıkaracağı süreksizlik ve olası yüksek gerilme yığılması dış kaplamayı eğrisel olarak düzenleyerek önlenir (Şekil 3.9b).

Şekil 3.9: Farklı boyutlardaki kirişlerin süreklilik açısından uygun bağlanışları 3.3.2 Yapı Elemanlarının Sürekliliği Bağlantı sürekliliği ile ilgili örnekleri daha da artırmak olanaklıdır ancak genel ilkenin uygulanmasında herhangi bir farklılık olmaz. Bu nedenle bağlantı sürekliliğini burada noktalayıp bundan sonra elemanların sürekliliği ilkesini ele alacağız. Elemanların sürekliliğinden söz ettiğimizde elemanda var olan delikleri kast etmekteyiz. Bu delikler bir fonksiyonu görmek için açılmış makro boyutlu delikler olabileceği gibi malzemede imalat sırasında oluşmuş mikro boyutlu delikler de olabilirler. Büyük boyutlu delikler için en bariz örnek ambar ağızlarıdır. Diğer örneklerden bazıları da dolu döşeklerdeki hafifletme delikleri, çeşitli boru kablo veya benzeri elemanların geçişleri için açılan delikler ve makine kaportası olarak sıralanabilir. Bu tip açıklıkların esas olarak iki olumsuz etkisi vardır. Bunlardan ilki uygulanan açıklığın doğrudan doğruya elemanın kesit alanının daralmasına neden olması sonucu elemanın kesitine etki eden gerilmenin artmasıdır. İkinci sorun ise kesiklerde ortaya çıkan gerilme artışıdır. Herhangi bir elemanda düzgün yayılı bir gerilme varsa bu elemana bir delik veya çentik açıldığında bu süreksizlik civarında gerilme yığılması ortaya çıkar. Bu gerilme yığılmasının büyüklüğü açılan deliğin köşelerindeki eğrilik yarıçapına bağlı olur ve eğrilik yarıçapı büyüdükçe gerilme yığılmasının büyüklüğü azalır. Delik ve çentiklerde gerilme artışının bunların boyutları ile elemanın boyutlarının oranına bağlı olarak değiştiği gerilme konsantrasyonu eğrilerinden gözükmektedir (Şekil 3.10). Şekil 3.10a’da eğilmeye zorlanan bir kirişte açılan deliğin etkisi verilmektedir ve bu etkinin delik çapının kiriş çapına göre artmasyla gerilme konsantrasyonu düşmektedir. Öte yandan çentikleri tam bir yarım daire olarak açmak gerekmediğinden iki belirleyici parametre ortaya çıkar ve bu nedenle çok sayıda eğri elde edilir (Şekil 3.10b). Bunlardan biri iki çentik arası mesafe d ile kiriş genişliği D’nin oranı diğeri de çentik yarıçapı r ile kiriş genişliği D’nin oranıdır. Şekilden çentik büyüklüğünün kiriş büyüklüğüne oranı arttıkça yine gerilme konsantrasyonu hızla azalmaktadır. Ayrıca çentiklerin birbirlerine

Page 58: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

52

yaklaşması sonucu kesit azalacağından gerilme miktarında ek artış olmaktadır. Dikdörtgen kesiklerde köşelerde eğrilik yarıçapı sıfıra çok yakın olduğu için köşeli deliklerde gerilme yığılmasının çok büyük değerlere ulaşacağı ve zamanla yorulma çatlaklarının ortaya çıkacağı açıktır. Bu nedenle gemilerde açılan deliklerin köşeli olmamasına özel olarak özen gösterilir.

Şekil 3.10: Delik civarında gerilme yığılması Bütün bu açıklıklar gemide gerekli bir fonksiyonu yerine getirmek amacı ile uygulandığından dolayı kaçınılmazdır. Ancak gerilme yığılmalarına karşı konstrüksiyon açısından uygun önlemler almak mutlaka gereklidir. Alınması gereken ilk önlem asal mukavemet elemanlarında delik açılmaması ve açılması gerekli deliklerin yerini mukavemet açısından kritik elemenlardan uzağa yerleştirmelidir. Ancak ambar ağızları gibi ana güverteden başka bir yere nakletmek olanağı olmayan açıklıklarda özel konstrüksiyon önlemleri alınır (Şekil 3.11). En önemli önlem güvertedeki açıklığın uçlarında boyuna ve enine derin tulaniler ve derin kemereler ile desteklenmesine dikkat etmektir. Ayrıca açıklığın köşelerinde güverte saçlarının köşeli olmasına müsamaha edilmez ve buralarda güverte saçı mutlaka yuvarlak olarak kesilir. Bunu yapabilmek için ambar ağzının sınırlarına armoz veya sokra denk getirmemek gerekir. Ayrıca armoz ve sokraları tulani ve kemerelere de denk getirmemek gerekir çünkü bu armoz ve sokraların kaynağının düzgün olarak yapılabilmesini de engeller. Bu durumda Köşelere gelen saçların derin kemere ve derin tulaniden her iki tarafa doğru en az derin kemereler arası kadar devam ettirilmesi uygun olur (Şekil 3.11a).

Şekil 3.11: Ambar ağzı tasarımında alınması gerekli önlemler Ayrıca bu tür açıklıklarda kesit alanı kaybı sonucu ortaya çıkan gerilmenin diğer elemanlara doğru yayılmasını sağlayabilmek için derin tulaniler ve derin kemereler

Page 59: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

53

tamamen yeterli olmaz. Bu nedenle ve aynı zamanda ambarlardan içeri su girmesini önleyebilmek için ambar ağzı mazerna ile takviye edilir (Şekil 3.11b). Mazerna saçının gerilmeler altında burkulmaya maruz kalmaması için düşey desteklerle takviye edilmesi gerekir. Bu takviyeler de gelişi güzel yerleştirilmeyip kemere ve tulanilere denk getirilmesi istenir. Ayrıca mazerna saçını boyuna stifnerlerle de takviye etmek gerekir. Mazernanın üst kısmına hem ambar kapaklarını taşımak hem de mukavemeti artırmak için alın lamaları da konur (Şekil 3.12a).

Şekil 3.12: Mazerna konstrüksiyonu ve ambar sonu tulani ve kemere bağlantısı Ayrıca ambar ağzı köşelerinde derin tulanilerle derin kemerelerin kesişme noktalarında da özel takviye gerekir. Bu noktalarda derin elemanların alın lamalarını yuvarlatmak zor olacağı ve ayrıca bu noktalarda genellikle putreller konacağı için uyfun şekilde kesilmiş ve kalınlığı alın lamalarına kıyasla daha büyük olan taban saçı yerleştirilir (Şekil 3.12b). Gemilerde daha küçük boyutlarda bu tür birçok süreksizlik ile karşılaşmak olanaklısdır. İlk akla gelen örnek dolu döşeklerde veya yan iç omurgalardaki hafifletme delikleridir. Bu delikleri açarken ilk dikkat edilecek husus deliklerin köşelerini olabildiği kadar büyük yarıçaplı daireler şeklinde tasarlamaktır. Böylece delik nedeniyle aşırı gerilme yığılması önlenerek yorulma çatlaklarının oluşmasına karşı tedbir alınmış olur. Dolu döşek ve yan iç omurgalardaki hafifletme delikleri civarında kesitin azalması sonucu kesme ve burkulma olması olasılığı artar. Bu nedenle delik boyutları kesmeye karşı yeterli mukavemeti gösterecek şekilde tasarlanırken bu deliklerin yan taraflarına düşey doğrultuda stifnerler konur.

Şekil 3.13: Kemere ve tulanilerdeki delikler ve takviyeleri

Page 60: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

54

Hafifletme deliklerine benzer bir başka açıklık tipi de kemerelerde boru veya kablo geçişleri için zorunlu olarak açılan deliklerdir. Bu deliklerin açılışında ilk dikkat edilmesi gereken nokta bu delikleri olabildiğince gerilmelerin en az olduğu yerlere açmaya çalışmaktır. Bu gerçekleştirilebilse dahi deliğin boyutlarını içinden geçecek boru veya kabloların boyutları belirleyeceği için kesitin aşırı zayıflayarak yerel yükler altında eğilmeye maruz kalması olasıdır (Şekil 3.13a). Bu durumda bu tür delikleri tasarlarken önlem almak gerekebilir. Bu önlemleri üç gurupta toplamak olanağı vardır. Bunlardan ilki açıklığın etrafına bir dablin saçı koyarak kesit alanını ve dolayısı ile kesitin eğilmeye karşı mukavemetini artırmaya yöneliktir (Şekil 3.13b). Bu çözüm uygulaması kolay olmakla birlikte ağırlık açısından maliyeti yüksek olur. Ağırlık açısından daha ucuz ama uygulama açısından daha güç olan bir alternatif ise açıklığın çevresine alın laması uygulamaktır (Şekil 3.13d). Bu iki çözüm ancak nispeten dar olan açıklıklara uygulanabilir. Açıklık zorunlu olarak geniş seçilmiş ise bu iki çözüm de yeterli mukavemeti sağlamayabilir. Böyle hallerde açıklık civarında elemanın derinliğini artırmak çözüm yolu olur (Şekil 3.13c). Zorunlu olarak açılan makro boyutlu açıklıkların yanı sıra imalat sırasında istenmeksizin mikro boyutlu delikler oluşabilir. Bunlar çoğunlukla kaynaklı imalat sırasında ortaya çıkan kaynak hatalarından ötürü oluşmakla birlikte kesme işlemi sırasında da oluşabilir. Bu tip kesme işlemlerinde de köşeli kesiklerden olabildiğince sakınmak gerekir ve kaçınılmaz hallerde bu tip kesikleri yüksek ve değişken gerilmeleri oluştuğu yerlerden uzak tutmalıdır. Örneğin şiyer sırasına su tahliyesi veya gemiye giriş merdiveni için açılan iyi bir uygulama değildir. Şiyer sırası saçlar yoğun olarak işaret değiştiren yüklere maruz kaldığından kesik köşelerinde yorulma çatlaklarının ortaya çıkması ve hızla ilerlemesi muhtemeldir (Şekil 3.14a). Şiyer sırasında bu tür zorunlu açıklıklar kullanmak gerektiğinde mutlaka bir dablin saçı kullanılması ve şiyer sırasını alt ve üst taraflarında stifnerlerle desteklemek uygun olur (Şekil 3.14b).

Şekil 3.14: Şiyer sırasındaki saçların kesiklerinde oluşan yorulma çatlakları Bazı hallerde belli bir doğrultudaki yüklerin başka doğrultularda yayılması istenmeyebilir. Örneğin boyuna inşa edilmiş olan gemilerde tulani elemanların taşıdığı yükün dolu döşeklere iletilmesi dolu döşeklerde burkulmaya neden olabileceği için istenmez. Bu durumda tulaniler sürekli olarak konur ve döşeklerde uygun şekilde boşluk açılarak bağlantı burkulmaya neden olmayacak şekilde düzenlenir. (Şekil 3.15a)

Page 61: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

55

Şekil 3.15: Dip yapısında tulanilerin dolu döşekleri geçiş tipleri Burada açılan deliklerin köşelerini yuvarlatarak gerilme yığılmasının önlenmesine özen gösterildiği gibi kaynak sonlarında boşluk kalmasını önlemeye de dikkat edilmiştir. Sonlardaki boşluklarda kaynak yapmak daha kolay olacağı ve iki taraftan gelen kaynakların birbirine erişmeleri garanti edileceğinden dolayı kaynakta boşluk kalması engellenmiş olur. Dolu döşeklerin tank sonlarında su geçirmezlik gerektirdiğinde bu delikler dablin saçları kullanılarak kapatılır (Şekil 3.15b). Bütün bu tasarım çabalarına karşın bazı çatlakların oluşumu engellenemiyebilir. Bir çatlak oluştuğu andan itibaren de bir gerilme yığılmasını beraberinde getirdiği için çoğu zaman hızla yayılır ve bazen bir geminin ikiye bölünmesine kadar gidebilir. Tasarım sırasında bu tür çatlakların oluşabileceği düşünülen kritik yerlerde bazen ek önlem olarak çatlak ilerlemesini engelleyecek düzenekleri kullanmak mümkündür (Şekil 3.16). Bu düzeneklerden ilki belirli bölgelerde kaynaklı imalat yerine perçinli imalat kullanmak veya iki saç sırasının birleştirilmesinde perçinli bir levha kullanmaktır (Şekil 3.16a). Ancak bu tip uygulama oldukça eski olup artık uygulanmamaktadır.

Şekil 3.16: Yorulma çatlaklarını önleyici tedbirler Daha sonraları perçinli levha uygulamasından esinlenerek benzer şekilde iki saç sırası arasında daha dar ve yüksek mukavemetli bir saç şerit kaynatarak kaynaklı çatlak engelleyicileri geliştirilmiştir (Şekil 3.16b). Yaygın olarak kullanılan bu sistemde çatlağın

Page 62: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

56

kaynak sırasına kadar ilerlese dahi çatlak ilerlemesine karşı direnci çok daha yüksek olan yüksek mukavemetli çelik şeritte ilerlemesi çok daha zor olur ve çatlak ilerlemesi engellenmiş olur. Daha seyrek uygulanan diğer iki tip çatlak engelleyicisi sırası ile oluk tipi (Şekil 3.16c) ve stifner tipi (Şekil 3.16d) olarak geliştirilmiştir. Oluk tipinde çatlağın oluğa erişmesiyle birlikte yön değiştirip oluk boyunca ilerlemesiyle zararını sınırlamayı hedeflenmektedir. Stifner tipi çatlak engelleyicilerde ise çatlak üzerindeki gerilmelerin stifnerlere aktarılarak etkisini azaltmak ve böylece çatlağın ilerlemesini önlemek esas alınmaktadır. 3.4 Gemi Yapısının Temel Blokları Gerek açıkdeniz yapıları ve gerekse gemiler çok karmaşık yapılar olup yapısal tasarımları oldukça zordur. Bu zorluk bu yapıların sadece mukavemet açısından tasarlanmayıp bir de dalgalar arasında stabilitesi gibi gereksinmeleri ele almayı gerektirir. Bu iki sorunun yanısıra yapının işlevine bağlı olarak yük taşıma kapasitesi, hızı, bakım onarım kolaylığı gibi birçok sınırlamaları da göz önüne almak gerekebilir. Bütün bu zorluklar göz önüne alındığında bu yapıları tasarlarken oldukça esnek bir strateji izlemek gerekir. Bu bölümde bir geminin yapısal tasarımını yaparken izlenecek yol ele alınacaktır. Yapısal tasarıma başlarken geminin ön dizaynının tamamlandığı ve geminin boyu, genişliği derinliği, hızı, formu ve genel yerleştirme planı gibi ana verilerin seçildiği varsayılmaktadır. Yapısal tasarım için gemi yapısını oluşturan yapı elemanlarının boyutlandırılması ve bu boyutların boyuna kesit, karakteristik enine kesitler, dış kaplama ve güverte resimleri üzerinde gösterilmesini gerektirir. Tasarım için elde olan veriler çok sınırlı olduğu için bu işlem sıra ile yapılacak bazı hesaplardan oluşmayıp çeşitli kararlar için sınama yanılma yolu ile hesap yapılır. Ancak tasarımın belirli bir disiplin içersinde yapılabilmesi için konstrüksiyon elemanlarını gruplar içersinde ele almakta yarar vardır. 3.4.1 Dış Kaplama Gemilerdeki en temel eleman dış kaplamadır ve sızdırmazlığı temin etmenin yanısıra mukavemete de önemli ölçüde katkıda bulunur. Dış kaplama sintine dönümüne kadar dip kaplaması, sintine dönümünden itibaren de bordo kaplaması olarak anılır. Dış kaplamada mukavemete katkıları açısından üç önemli saç sırası vardır. Bunlardan ilki geminin dibinde ve ortasına isabet eden kısmında olan levha omurgadır. İkinci önemli saç sırası ortası sintine hattı ile çakışan sintine saçı sırasıdır. Son olarak bordo kaplamasının güverteye komşu olan en üst sırası olan şiyer saçı sırasıdır. Klas müessesesi kuralları bu saç sıralarının sahip olması gereken minimum genişliği gemi boyutlarına bağlı olarak verir ve bu saçların genişliğinin gemi boyunca daraltılmasına müsade etmez. Diğer saç sıralarının genişliklerinin seçimi ise herhangi bir kuralla belirlenmemiş olup tamamen tasarımcıya bırakılmıştır. Uygulamada ise saçların genişlikleri seçilen diğer saçlardan çok farklı olmamak üzere kaynak boyunu minimumda tutacak şekilde seçilmelidir. Ayrıca armozların güverteler veya tulani elemanlarla sokraların da perde veya posta gibi arzani elemanlarla çakışmamalarına dikkat edilmelidir. Dış kaplama elemanlarının belirtilebilmesi için dış kaplama açınımının çizilmesi gerekir. Bu geminin kesitlerinin taban düzlemi üzerine açılması işlemini gerektirir (Şekil 3.17a).

Page 63: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

57

Burada bütün kesitler bu şekilde açılıp uç noktaları bir leştirildiğinde dış kaplamanın çevresi ortaya çıkar (Şekil 3.17b). Bu dış kaplama açınımı üzerinde ilk olarak belli oldukları için üç önemli saç sırası, güverteler, arzani ve tulani elemanlar işaretlenir. Bundan sonra aradaki armozlar ve sokralar uygun şekilde çizilir.

Şekil 3.17: Dış kaplama açınımının çizilişi sırasında izlenen yol Armoz ve sokraların çiziminde saç genişlikleri sabit tutulmaya çalışılır ve armozlar çoğunlukla birbirlerine paralel olacak şekilde seçilmeye çalışılır. Ancak geminin özellikle kruzlu kısımlarına geldikçe bunu yapmak olanaksızlaşır. Bu durumda saçları uçlara doğru daraltmak gerekir. Ancak saç genişliklerinin çok küçülerek üçgen elemanların oluşması da istenmeyen bir durumdur çünkü nokta şeklinde biten saçlarda kaynak hatalarının ortaya çıkması çok daha yaygındır. Bu nedenle saçların bu şekilde bitmemesi için iki yol izlenir. Birinci yöntemde saç sıraları üst taraftaki saç sıralarına paralelliği koruyacak şekilde seçilir ve genişlik belli bir değerin altına düştükten sonra iki sıra birleştirilerek devam edilir (Şekil 3.17c). Diğer yönteme göre ise saç sıraları alt taraftaki saç sıralarına paralelliği koruyacak şekilde seçilir ve genişlik belli bir değerin altına düştükten sonra sıra bitirilerek alt sıraya geçilir (Şekil 3.17d). Bir örnek Şekil 3.18a’da verilmiştir. Sokraların yerlerini belirtirken dış kaplama açınımının sadece enine doğrultuda yapıldığını ve boyuna doğrultuda yapılmadığına dikkat etmek gerekir. Boyuna açınım yapılmadığı için resimdeki boyuna mesafeler aslında dış kaplama boyutlarının orta simetri düzlemindeki izdüşümü olup gerçek saç boyutlarından daha kısa olurlar. Bu nedenle sokra boylarını seçerken standart saç boylarına bağlı olarak bir emniyet payı bırakmakta yarar vardır. Bu emniyet payı su hattının o yükseklikteki eğimine bağlı olur.

Page 64: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

58

Şekil 3.18: Dış kaplama ve güverte açınımlarının boyutlandırılması için bir örnek

Page 65: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

59

Dış kaplamaya etki eden basınç yükünün gemiye dışından etki eden hidrodinamik basınçlar ile içinden etki eden yük basınçlar olacağı açıktır. Muhtemel en büyük yüke göre tasarım yapmamız gerektiğinden, bu iki yükün ters yönlerde etki ettiği de göz önüne alındığında, en kritik hal yüklerden birinin etki etmesi halidir. Geminin yüzebilmesi için de bu iki yükün birbirlerine eşit olması gerektiği düşünülürse belirleyici yükün denizdeki su basıncı olması gerekir. Dış kaplama saçlarının kalınlığı iki ayrı zorlama türüne göre belirlenir. Bunlardan ilki geminin bir kiriş olarak zorlanması halinde levhalarda ortaya çıkan burkulma yüküne göre boyutlandırmadır. İkinci tip yük ise levhalara etki eden yerel basınç yüküne göre kalınlık tayinidir. Genel olarak burkulma zorlamasına göre elde edilen saç kalınlığı daha büyük çıkar. Ancak bazı hallerde tasarımın şekline bağlı olarak yerel basınca mukavemet edebilecek saç kalınlığı daha büyük olabilir. Boyutlandırma sırasında her iki yönteme göre hesap yapılır ve sonuçta hesaplanan en büyük kalınlık değeri seçilir. Hesaplar sonucu genel olarak saç kalınlıkları küsüratlı çıkar. Örneğin bir saçın kalınlığını 12.78 mm olarak hesaplamak mümkündür. Ancak gemi saçları kalınlıkları standart olarak imal edildiğinden saçları bu standartlara uygun olarak boyutlandırmak gerekir. Uygulamada, standart saçlar tam sayı ve buçuklu sayılar olduğundan (8.0, 8.5, 9.0, 9.5 vs., gibi), küsüratı 0.7’den büyük ve 0.2’den küçük olan kalınlıklar tam sayı kalınlıklara küsüratı 0.2’den büyük ve 0.7’den küçük olan kalınlıklar buçuklu sayı kalınlıklarına irca edilirler. Yani 7.8 mm hesaplanan kalınlık 8.0 mm, 8.3 mm hesaplanan kalınlık da 8.5 mm olarak boyutlandırılr. 3.4.2 Güverteler Gemilerde sızdırmazlığı sağlamak için dış kaplamayı tamamlayan kısım güvertedir. Bunların bordo saçları ile birleştikleri kenar sıraları özel bir sıra olup güverte stringer sırası olarak bilinir. Bu saç sırası diğer saç sıralarına göre daha büyük önem taşır ve genellikle daha kalın seçilir. Güvertede ambarlara ulaşabilmek için kaçınılmaz olarak süreksizlik yaratılır. Bu süreksizliklerin olduğu yerlerde saç sıraları genellikle boyuna olarak düzenlenirler (Şekil 19a). Ambar ağızlarının olmadığı yerlerde ise saç sıraları çoğunlukla enine olarak süzenlenirler (Şekil 19b). Ancak her iki tip düzenlemede de stringer sırası saçları boyuna düzenlenirler.

Şekil 3.19: Güverte açınımlarının düzenlenişinde uygulanan sistemler Dış kaplama ile birlikte güverte geminin mukavemet yanısıra sızdırmazlığını temin eden dış kabuğunu oluşturur. Güvertede de boyutlandırma için saç kalınlıkları belirlenir ve bu iş için de dış kaplama için uygulanan prensiplere benzer prensipler uygulanır. Yalnız

Page 66: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

60

güverte dendiği zaman dış kaplamayı tamamlayan ana güverte dışında ara güverteler de bulunmaktadır. Ana güverte deniz koşullarına açık olduğu ve aynı zamanda yük de taşıdığı için burada iki yüke göre de hesap yapılıp daha büyük olan kalınlık seçilir. Ara güvertelerde ise deniz koşullarından etkilenme olmadığı için hesapları sadece ambar yükünden gelen zorlamalara göre yapmak yeterli olur. Dış kabukta geminin boyuna veya enine sistemde tasarlanmış olması herhangi bir değişiklik getirmez. Bu değişiklikler kabuğun içindeki takviyelerle ilgilidir ve ilerideki bölümlerde ele alınacaktır. Ancak güverteleri dış kabuğun geri kalan kısımlarından ayıran önemli bir özelliği vardır ve bu özelliği üzerinde ayrıca durmak gerekir. Bu özellik güvertelerde, yükleme işlemi için, zorunlu olarak açıklık bırakma gerekliliğidir. Bu açıklık yüklemenin etkin bir şekilde yapılabilmesi için olabildiğince büyük ama mukavemet açısından da olabildiğince küçük olmalıdır. Bu nedenle ambar genişliğini kesit mukavemet özelliklerini çok zayıflatmayacak şekilde ama yüklemenin de kolaylıkla yapılabileceği boyutlarda seçmek gerekir. Ambar ağzı boyutları belirlendikten sonra bazı noktalar önem taşır. Birincisi ambar ağzının köşelerini bu noktalarda gerilme yığılmasını önlemek açısından uygun bir şekilde eğriselleştirmektir. Bir ikinci nokta da bu köşelerde eğriselleştirmeye rağmen bir gerilme artışı kaydedileceğinden bu köşelerde dablin saçı kullanılarak önlem alınır. Son olarak da ambar ağzından ötürü mukavemet güvertesinde ortaya çıkan boyuna mukavemet kaybını kısmen de olsa telafi etmek amacı ile ambar ağzını mazerna ile takviye etmek gerekir. 2.4.3 Dip Yapısı Dip yapıları dış kaplamanın dip tarafında kalan kısmını takviye etmek amacı ile oluşturulan yapıdır. Bu yapı tek dip ve çift dip olmak üzere iki tipte olur. Tek dip ahşap gemi geleneğinden çelik teknelere geçişte oluşan klasik dip yapısıdır ve günümüzde özel tip tekneler dışında hemen hemen tamamen terk edilmiştir. Tek dip yapısının farkı sadece ambarları dip yapısından ayırarak balast veya yakıt alınabilecek hacimler yaratabilen bir iç dip kaplamasının olmaması şeklinde ortaya çıktığından burada özel olarak ele alınmayacaktır. Dip yapıları ahşap gemi geleneğinin bir uzantısı olarak ilk başta enine sisteme göre tasarlanmıştır. Bu yapıları oluşturan temel konstrüksiyon elemanları orta iç omurga, yan iç omurgalar, iç dip kaplaması, dolu ve boş döşekler, marjin levhası ve marjin braketinden oluşurlar (Şekil 3.20). Dış kaplama daha evvelce ele alındığından burada göz önüne alınmamıştır.

Şekil 3.20: Enine sistem gemilerde dip yapısının elemanları

Page 67: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

61

Dip yapılarındaki en temel boyuna mukavemet elemanları orta ve yan iç omurgalardır. Bu elemanlar düşey düzlemde oldukları için ve tarafsız eksenden uzakta tüm gemi boyunca uzadıklarından boyuna mukavemete önemli katkısı bulunan elemanlardır. Yan iç omurgaların sayısı gemi genişliğine bağlı olarak klas müessesesi kurallarında verilir. Ancak bunların nasıl dağıtılacağı konusunda herhangi bir kural yoktur. Bunlar olabildiğince düzgün aralıklarla düzenlenmeli ve gemi boyunca orta iç omurgaya paralel kalmalıdırlar. Dip yapısının uçlara doğru daralmasıyla yan iç omurga sayısı azalmaktadır. Yan iç omurgaların boylarını olabildiğince uzun tutabilmek amacıyla en dıştaki boşluğu daha büyük bırakmak uygun olur. Yan iç omurganın geminin daralması sonucu bitirilmesi gerektiğinde bunu bir dolu döşekte bitirmek uygun olur. Yan iç omurgaların sayısı ve bunların yerleştşirilme aralıklarının seçimi gemi boyutları açısından çok belirleyici olmaktadır. Yan iç omurgalar arası mesafe boyuna giden elemanlar arasındaki takviye elemanlarının arasındaki mesafelerin de belirlenmesi demektir. Gerçekten de boyuna giden elemanlar da eşit aralıklı olarak düzenlenmeli ve ve yan iç omurgalar arasında düzgün olarak yerleştirilmelidir. Ayrıca bu ölçüler enine takviye elemanlarının da ölçülerini belirlemekte önemli rol oynarlar. Enine takviye elemanlarının aralarındaki mesafenin seçimi konusunda da klas kuralları oldukça esnektir. Kullanılacak döşek sayısı verilmemekle birlikte döşekler arasındaki mesafe için müsaade edilen bir aralık verilmektedir. Seçim yapılırken verilen aralıkta kalmak kaydıyla yan iç omurgalar arası mesafeden çok farklı olmasına dikkat edilir. Orta ve yan iç omurgaların boyutlandırılması bunların yüksekliklerinin ve kalınlıklarının belirlenmesini gerektirir. Yüksekliklerin belirlenmesinde önemli olan kesit atalet momentine yapması gerekli katkıdır. Ancak omurgaların yüksekliklerinin minimum bir değerin altına düşmemesine de müsaade edilmez. Bu sınırlama çift dipte insanların dolaşabilmesine ve çalışma yapabilmelerine olanak vermesi açısından gereklidir. Yan iç omurgalar boyuna mukavemete katkı yaptıkları için kalınlıkları boyuna zorlama yüküne göre boyutlandırılır. Dip yapısındaki diğer önemli boyuna mukavemet elemanı da dip yapısını kenarlardan sınırlayan marcin levhasıdır. Bu levhayı düşey olarak yerleştirmek olanaklı olduğu gibi meyilli de yapmak mümkündür. Dip yapısı marcin yapısına da marcin braketi adını verdiğimiz büyükçe bir braket ile bağlarız. Bu bağlantının ve marcin levhasının düzenlenişine ait iki yöntem Şekil 3.21’de gösterilmektedir.

Şekil 3.21: Enine sistem gemilerde dip yapısının bordo yapısına bağlanışı

Page 68: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

62

Şekil 3.21a’da marcin levhası dik olarak düzenlenmiş marcin braketi de ayrı parça olarak kesilip profil postaya kaynatılmıştır. Şekil 3.21b’de ise marcin levhası eğik olarak tasarlanmış marcin braketi de derin posta ile aynı saçtan kesilip alın lamasıyla takviye edilmiştir. Marcin braketleri süreklilik açısından mutlaka bir döşeğe denk getirilir ve döşeğin boş döşek olması halinde marcin levhası iç taraftan bir stifnerle takviye edilir. Marcin levhası da boyuna mukavemete katkı yaptığı için kalınlığı boyuna zorlama yüküne göre boyutlandırılır. Dip yapısını iç taraftan sınırlayan eleman iç diptir ve bütün gemi boyunca uzadığı için bu da boyuna mukavemet elemanıdır. Ancak bu eleman boyuna mukavemet açısından daha ziyade yan eğilme zorlamalarına mukavemet eder. Boyuna mukavemet açısından taşıdığı yüklerin nispeten az olması nedeniyle yerel zorlamaların önemini arttırmakta ve boyutlandırılması yerel yüklere göre yapılmaktadır. Tek dipli gemilerde iç dip kaplaması kullanılmamaktadır. İç dip kaplamasına etki eden üç tip zorlama bulunmaktadır. Bu zorlamalardan ilki iç dip seviyesindeki deniz suyu basıncıdır. İç dip kaplaması her ne kadar doğrudan deniz ile temas halinde değilse de dip yapısındaki takviyeler aracılığıyla deniz suyu basıncına maruz kalmaktadır. İkinci bir zorlama tipi de çift dibe alınan balast suyundan dolayı ortaya çıkabilecek basınçtır. İlk bakışta balast basıncının iç dip kaplamasına önemli bir etki uygulamayacağı düşünülebilir. Ancak balast tanklarında taşıntı borularının olması zaman zaman balast tanklarındaki basıncın yüksek değerlere ulaşmasına neden olabilmekte ve bu zorlama tipini de göz önüne almak gerekmektedir. Son zorlama tipi de ambar içindeki yükün basıncıdır. Genel olarak basıncı yükün homojen olarak yayıldığını varsayıp yük yüksekliğine bağlı olarak belirleriz. Yük yüksekliğini, ambarın tamamen dolu olduğu varsayılarak ambar yüksekliği olarak seçmek uygun olur. Burada dikkat edilecek nokta göz önüne alınacak ambarın sadece en alt ambar olmasıdır, zira daha üstteki ambarların yükünü o ambarların alt sınırını oluşturan ara güverteler taşır. İç dip kalınlığını bu üç basınçtan en büyük olanına göre belirleriz. Dip yapısında enine olarak yerleştirilmiş ve asal görevi yerel zorlamalara mukavemet olan elemanlar döşeklerdir. İki tip döşek kullanılır. Bunlardan dolu döşekler saçlardan kesilir ve normal koşullarda hafifletme delikleri açılarak fazla mukavemet kaybetmeden yapının hafiflemesi sağlanır. Ancak su geçirmezliğin gerektiği ambar sonlarındaki su geçirmez perdelerin altına denk gelen döşekler de su geçirmez olmaları gerekir ve bunlara hafifletme deliği açılmaz. Hafifletme delikleri aynı zamanda gemi dibinde bakım tutum gibi işler için dolaşabilmeye de olanak verirler. Dolu döşeklerin boyutlandırılması da yüksekliği ve kalınlığının belirlenmesini gerektirir. İç dip kaplaması döşeklerinin üst sınırını oluşturduğu için omurga yüksekliklerinin belirlenmiş olması döşeklerin yüksekliğini de belirlemiş olur ve belirlenmesi gerekli olan tek büyüklük kalınlık olarak kalır. Kalınlık dip yapısında kullanılan diğer takviye elemanlarından çok farklı bir kalınlıkta olmayacak şekilde belirlenir. Bu şekilde belirlenen dolu döşekler gerekli olan mukavemet değerinin çok üstüne geçerler. Burada amaç dolu döşeklere hafifletme delikleri açılabilmek ve böylece çift dibte her yere kolayca ulaşabilme olanağını yaratmaktır. Ancak delik boyutları keyfi seçilmezler ve klas

Page 69: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

63

müesseseleri delik boyutlarının tayini için mukavemet temellerine dayalı bazı kurallar geliştirmişlerdir. Bu kurallar dolu döşeği bir kiriş gibi modellemek suretiyle elde edilirler. Bir an için Şekil 3.22a’da verilen dolu döşeği düşünelim. Bu döşek alttan yukarı doğru yönlenmiş deniz basıncına, üstten ise aşağı doğru yönlenmiş yük basıncına maruzdur. Döşeğin taşımakta olduğu net yük ise iç yük ile dış yük arasındaki fark olup en kritik hal ise bu yüklerden en büyüğünün tek başına etki etmesi halidir. Döşeğin bu yük altında serbestçe hareket etmesini engelleyen yapılar ise geminin bordolarıdır. Bu durumda döşeği düzgün yayılı yüke maruz bir kiriş olarak modellemek uygun olur (Şekil 3.22b).

Şekil 3.22: Dolu döşeklerin boyutlandırılmas için modellenmesi Döşeğin düzgün yayılı yük olduğunu varsayarken göz önüne aldığımız yükün ya denizdeki su basıncı veya ambar içindeki yükün basıncı olacağını ve her iki yük şeklinin de homojen olduğunu hatırlamakta yarar vardır. Bu noktada bir hususa dikkat çekmekte yarar vardır. Hatırlanacağı gibi döşeği zorlayan yükler derken basınçlardan söz ediyoruz. Basınçlar alan başına düşen kuvvetlerdir ama kirişlerdeki yayılı yükler birim boya isabet eden kuvvetlerdir ve bu bir uyumsuzluk gibi gözükmektedir. Bu sorunu çözmek için her döşeğe isabet eden bir yük genişliği tanımlarız. Bütün döşeklere yükün homojen bir şekilde dağıldığını kabul etmek akla yatkın olduğundan bir döşeğe iki tarafından döşek arası mesafenin yarısı kadar yük gelir. Böylece bu dolu döşekler arası mesafeyi yük genişliği olarak alırız. Doğal olarak bu aralık derin postalar arası mesafeye eşit olur ve aynı zamanda postalar arası mesafenin de katı olur. Döşek üzerinde yük düzgün yayılı olduğu için kesme kuvveti bir mesnette en büyük değerinden diğer mesnetteki en küçük değerine doğrusal olarak değişir (Şekil 3.22c). Eğilme momenti ise parabolik bir eğri olup en büyük değerine gemi ortasında erişir ve mesnetlerde sıfıra gider (Şekil 3.22d). Bu durumda ortada döşek deliklerinin boyutları eğilmeye göre tayin edilir ama kenarlarda kesme kuvvetine göre tayin edilmelidir. Klas müessesesi kurallarında delikler çıkartıldıktan sonra kesitte kalması gerekli döşek kesit alanı kesitin bordodan mesafesine bağlı olarak verilir (Şekil 3.23).

Page 70: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

64

Şekil 3.23: Dolu döşek kesitlerinde gerekli minimum kesit alanı Bu modellemeyi yaparken geminin bordolarının ataletinin döşeğe kıyasla çok büyük olduğunu ve bu nedenle bordo yapısını mesnet olarak değerlendirebileceğimizi düşünüyoruz. Burada döşek açıklığını mesnetler arası olan gemi genişliği olarak almamız doğaldır. Öte yandan geminin boyuna perdeleri olması halinde bu durum değişmektedir. Boyuna perdeler de ataletleri bordo yapıları ile aynı mertebede olması nedeniyle birer mesnet olarak düşünülebilirler. Bu durumda döşek boyutlandırılması sırasında taşınmayan aralık perdeler arası mesafelerin en büyüğü olarak seçilmelidir. Bu noktaya kadar ele alınan yapı elemanlarının hepsi gerek enine sistemle gerekse boyuna sistemle inşa edilmiş olsun aynı şekilde hesaplanırlar ve aynı şekilde düzenlenirler. Burada aynı şekilde hesaplanmaktan kastimiz izlenen hesaplama yönteminin aynı olmasıdır. Bu hiçbir şekilde elemanların boyutlarının aynı çıkacağı anlamına gelmez. Bu noktadan sonra dip yapısında kalan tek takviye boş döşeklerdir ve bunlar geminin inşa sistemine bağlı olarak farklı şekillerde düzenlenirler ve bu farklı düzenlemeler nedeniyle hesaplarda bazı değişiklikler ortaya çıkar. Boş döşekler enine sistemde de, boyuna sistemde de dip kaplaması ile iç dip kaplamasına çift dibin içinde kalacak şekilde karşılıklı olarak kaynatılması ile ortaya çıkarlar. Bunlardan enine sistemdekiler birbirlerine ve iç omurgalara (Şekil 3.24a) boyuna sistemdekiler ise birbirlerine ve dolu döşeklere dar levha braketlerle (Şekil 3.24b) bağlanırlar. Bazı hallerde boş döşeklerin taşınmayan aralığının çok büyük olması halinde iki profil birbirlerine orta noktada düşey bir profil ile de bağlanabilir.

Şekil 3.24: Boş döşeklerin boyutlandırılmas için modellenmesi

Page 71: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

65

Boş döşeklerin boyutlandırılması için de dolu döşeklerin boyutlandırılması için izlenene benzer bir yol izlenir ve mukavemet düzgün yayılı yüke maruz kirişler şeklinde modellenirler. Sadece burada dipteki profil ile iç dipteki profil birbirlerinden ayrı olarak değerlendirilir ve boyutlandırılmaları eğilme zorlamasına göre yapılır. Taşınmayan aralık ise derin elemanlar arasındaki mesafe, yük genişliği döşekler arasındaki mesafe olup dipteki profile deniz basıncının iç dipteki profile de yük basıncının etki ettiğini varsayıyoruz. Bu hesaplar yapılırken profillerde herhangi bir şekilde kesitin zayıflamasına müsaade edilmediği için kesmeye karşı kontrola gerek olmaz. Dip yapısında gemi boyunca mukavemet açısından bazı değişiklikler uygulamakta yarar vardır. Gemi baş ve kıç taraflara doğru hem yük hacmi hem de sephiye hacmi azalmakta olduğu için buralarda statik yükler azalmaya başlar. Fakat statik yüklerde azalma olmasına karşın bu yörelerde yapının dalga etkileriyle tamamen sudan çıkarak tekrar suya girişi sırasında darbe yüklerine maruz kalacağı için dinamik yüklerde artış olur. Bu durumda toplam zorlamada yüksek frekanslı yerel yükler daha büyük bir etkinliğe sahip olacağı için baş ve kıç taraflarda dip yapısını bunu göz önüne alarak değiştirmekte yarar vardır. Baş ve kıç taraflarda dinamik yüklerin artmasıyla saç kalınlıkları da artmaya başlar. Oysa buralarda eğilme momentleri ve kesme kuvvetleri az olacağından gerçekte boyuna mukavemete katkısı önemli olan saç kalınlıklarının artırılmasına gerek yoktur. Önemli olan yerel mukavemet olduğu için buralarda takviye aralıklarını azaltarak saç kalınlıklarının gereksiz yere artması önlenir. Benzer bir sorun da makine dairesinde yaşanır. Geminin dip yapısına en sürekli dinamik etki geminin makinalarından gelir. Makinalar gemiye dip yapısı aracılığıyla bağlandıkları için dip yapısına makinanın çalışma frekansına bağlı olarak sürekli bir dinamik yükleme yaparlar. Bunlar da yerel yüklemenin artmasına neden olduğu için dikkat gerektirir. Her şeyden önce bütün dip yapısı elemanlarının bu yükleri karşılamak için kalınlıkları artırılır. Diğer bir önlem de takviyeler arası mesafeyi azaltmaktansa her takviyeyi derin takviye olarak seçmek yolu seçilir.

Şekil 3.25 Dip yapılarının orta kesit resimlerinde ölçülendirilmeleri Dip yapısına ait ölçüler iki resimde belirtilmek durumundadır. Bunlardan en önemlisi enine kesit resmidir ve değişik karakteristikler arz eden her kesit için verilmeleri gerekir. Şekil 25a’da enine sistemde inşa edilmiş bir dip yapısının dolu döşeğe rastlayan bir

Page 72: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

66

kesitinde ölçülendirme gözükmektedir. Şekil 25b’de de boyuna sistemde inşa edilmiş bir dip yapısının yine dolu döşeğe rastlayan bir kesitinde ölçülendirme gözükmektedir. Boyuna sistemde inşa edilen gemi çift cidarlı olduğu için burada marcin braketi yerine dolu döşek doğrudan derin postaya bağlanmaktadır. Dip yapısının gösterildiği ikinci resim de geminin boyuna kesitidir ve burada genel olarak dolu ve boş döşeklerin düzenlenmeleri ile saç kalınlıkları esas belirtilen ölçüler olur. Burada verilen ölçülerimn ve düzenlemelerin dış kaplama resmi ile uyumlu olması gerekmektedir. 3.4.4 Bordo Yapısı Gemilerde bordaların yerel yüklere ve burkulmaya karşı mukavemetini artırmayı amaçlayan elemanların toplamı gemideki bordo takviye sistemini oluşturur. Bordo takviye sisteminde düşey doğrultudaki elemanlara posta adı verilir. Bunlardan birincil takviye elemanları olanlar derin posta adını alır ve gerek boyuna gerekse enine sistemde inşa edilen gemilerde kullanılır. Derin postalar genellikle saçlardan kesilir ve boşta kalan kenarlarına alın laması kaynatılarak derin postanın burkulmaya maruz kalması önlenir. İkincil takviye elemanı olan normal postalar ise sadece enine sistemde kullanılır ve profillerden bordonun düşey kesitine uygun olarak bükerek imal edilirler. Bordo yapısında boyuna giden birincil takviye elemanlarına stringer denir ve aynen derin postalar gibi gerek boyuna gerekse enine sistemde inşa edilen gemilerde kullanılır. Stringerler dehemen hemen daima saçlardan kesilir ve burkulmaya maruz kalmasını önlemek amacıyla boşta kalan kenarlarına alın laması kaynatılarak imal edilir. Stringerler derin postalar kadar yaygın kullanılmayabilirler ve bazı gemilerde ambar yüksekliklerinin küçük olması halinde kullanılmayabilirler. Boyuna giden ikincil takviye elemanlarına ise boyuna posta denir ve sadece boyuna sistemde inşa edilen gemilerde kullanılır. Boyuna postalar da normal postalar gibi profillerden bordonun su hattı kesitine uygun olarak bükerek imal edilirler. Bordo takviyeleri de dip yapılarında olduğu şekilde incelenerek boyutlandırılırlar. Yani takviye elemanları kiriş olarak kabul edilir ve gelen dış yükler altındaki zorlama türlerine göre boyutlandırmaya gidilir. Ancak burada yükleme durumları için dip yapısına kıyasla farklılık vardır. Dip yapısına etki eden yükler denizdeki su basıncı ile ambar içindeki yük basıncı idi. Bordo yapısına ise ambar içerisindeki yükün bir etkisi olmaz zira bu yük ağırlıktan kaynaklandığı için düşey doğrultudadır. Dolayısı ile bordo yükü sadece denizdeki su basıncından kaynaklanmaktadır. Ancak farklılık bununla da sınırlı kalmaz. Dip yapısına etki eden basınç her yerde aynıdır ama bordo yapısında bu basınç değişiklik göstermektedir. Bordo yapısında basınç yüksekliğe bağlı olarak değişir. Statik basınç sadece su altındaki bölgeyi etkiler ve serbest su yüzeyinde sıfırdan başlayıp derine doğru lineer olarak artar. Dinamik basınç ise dalganın en yüksek noktasında en büyük değerinden başlamak üzere derinlikle üstel bir azalma gösterir. Dolayısı ile bordo yapısındaki enine elemanlara etki eden yükler oldukça karmaşık bir değişim gösterir ve böylesine karmaşık bir yüke maruz bir kirişin zorlanmasını incelemek çok kolay değildir. Yani gerçekte enine postalar ve derin postalar üzerinde karmaşık bir yapıdaki yayılı yüke zorlanan bir kiriş olarak modellemek gerekir. Ancak bu model hesapları gereksiz yere karmaşıklaştıracağından

Page 73: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

67

ötürü yükü düzgün yayılı olarak varsayıp değerini de ambarın yüksekliği doğrultusunda orta noktadaki değerine eşit olarak almayı tercih ederiz (Şekil 3.26).

Şekil 3.26 Bordodaki enine posta ve derin postaların modellenmesi Değişik seviyelerdeki ambarların posta veya derin postaları ekonomi açısından ayrı ayrı boyutlandırılmalıdır. Şekil 3.26’dan görüldüğü gibi üst ambardaki ortalama yük alt ambardakinden daha azdır. Bu durumda bütün boyutlandırma tek yüke göre yapılacak olursa emniyet açısından en büyük yükü kullanmak gerekeceğinden üst ambardaki postalar gereksiz yere daha büyük boyutlarda olur. Postaları boyutlandırırken kesitlerde gerekli olan mukavemet modülünü maksimum eğilme momentine göre belirleriz. Elbette maksimum eğilme momenti değeri alt ve üst ambar için ayrı ayrı belirlenmektedir. Öte yandan profil için gerekli kesit alanı kesme kuvvetine göre tespit edilir. Kesme kuvveti kesitin ortalarına doğru küçüldüğü için bu bölgelerde eğilmeye göre seçilmiş profilin kesit alanları da yeterli olur. Ancak postanın uç kısımlarına doğru kesme kuvveti maksimuma ulaştığı için buralarda kullanılması gereken braketlerin kesit alanlarını kesme kuvvetine göre belirlemek gerekir. Burada ambarın alt ucu ile üst ucundaki net kuvvetler ortalama kuvvetlerden farklı olduğu için iki uçta gerekli minimum alan farklı olarak hesaplanmalıdır. Stringerler ve boyuna postalar için de benzer bir analiz yöntemi kullanılır ve bu elemanlar da düzgün yayılı yüke maruz kirişler olarak mukavemet modülleri maksimum eğilme momentine göre elemanın uç noktalarında gerekli kesit alanı ise kesme kuvvetine göre belirlenir. Burada takviye elemanları boyuna gittikleri için bir su geçirmez perdede başlayıp bir sonrakinde biter ve bu aralıkta aynı yükseklikte kalır. Boyuna takviye elemanları gemi boyunca aynı yükseklikte kaldıklarından göz önüne alınan düzgün yayılı yük o yükseklikteki gerçek değerine sahiptir. Bu nedenle iki uçta da gerekli kesit alanı aynı değere sahip olur. Bu sistem geminin baş ve kıç taraflarına doğru dinamik yüklerin boyuna doğrultuda da değişmesi sonucu farklılık gösterebilir. Ancak bu bölgeler zaten

Page 74: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

68

farklı olarak ele alınmakta olan bölgelerdir ve bu bölgelerde yapının özelliğine göre değişik stratejiler izlenebilir. Enine ve boyuna sistemlerde tasarlanmış olan bordo yapılarının dem derin takviyeli hem de normal kesitlerde ölçülendirilişi Şekil 3.27’de gösterilmektedir. Şekil 3.27a enine sistemde inşa edilmiş bir geminin Şekil 3.27b de boyuna sistemde inşa edilmiş bir geminin bordo yapısının orta kesit resminde ölçülendiriliş şeklini göstermektedir. Her iki sistemde de derin postalar sağ tarafta verilmekte normal postalar ise sol tarafta gösterilmektedir. Şekil 3.27a ii enine sistemi gösterdiği için enine posta gösterilmekte boyuna postaya ise rastlanmamaktadır ama stringerler vardır. Boyuna sistemin verildiği Şekil 3.27b ii’de ise enine posta gösterilmemekte oysa boyuna posta ve stringerler vardır.

Şekil 3.27 Bordodaki enine ve boyuna sistemdeki elemanların orta kesitte ölçülendirilişi 3.4.5 Güverte Yapısı Gemilerde güverteleri taşıyan ve yerel mukavetlerini artıran birincil takviye elemanları boyuna giden güverte altı derin tulanileri, ve enine giden derin kemerelerden oluşur. Bu elemanlar hem enine hem de boyuna sistemde inşa edilmiş gemilerde bulunurlar. Bu takviye elemanları taşıdıkları yükü bordolar ve su geçirmez perdeler aracılığı ile geminin tamamına yayarlar ancak taşınmayan aralıkların çok büyük olması halinde güverteler arasında payandalar kullanılarak derin elemanların boyutlarının aşırı büyümeleri engellenir. Güvertedeki derin takviyelerin ambar ağzı açıklıkları nedeniyle gemideki diğer takviye elemanlarına kıyasla önemli bir farklılığı vardır. Özellikle enine takviye elemanları, yani derin kemereler iki değişik tip olarak karşımıza çıkar. Ambar açıklıklarının dışındaki derin takviye sistemleri gemideki diğer takviye gibi iki mesnet arasında kesintiye uğramadan uzanan elemanlardır. Oysa ambar ağzı açıklığına denk düşen yerlerde kemereler bir mesnetten ambar ağzına kadar uzanır ve ambar ağzında kesintiye uğrar. Bu tüe takviye elemanlarına konsol takviye elemanı diyoruz ve bu tip yapıları boyutlandırırken farklı bir yol izlemekteyiz. Ambar ağzının varlığının getirdiği önemli bir değişiklik de derin takviyelerin kullanılış yerlerini belirlemek açısındandır. Ambar ağızlarının kenarları boyunca gerek enine

Page 75: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

69

doğrultuda gerekse de boyuna doğrultuda mutlaka derin takviyeler kullanılmalı ve yapısal süreklilik açısından da bunların dip yapısındaki derin elemanlarla aynı hizada olmaları gereklidir. Sürekli olan bu derin takviye elemanları da daha evvelce ele alınan takviye elemanları gibi modellenir ve benzer şekilde boyutlandırılırlar. Taşınmayan aralık için ardışık iki düşey taşıyıcı eleman arasındaki mesafe alınır. Etki eden yükleri göz önüne alırken güverte saçlarının kalınlıklarını belirlerken izlediğimiz düşünce tarzı izlenir. Ambar ağzı açıklığına rastlayan ve konsol takviye elemanı olarak adlandırdığımız yapıları iki ucu basit mesnetli yapılar olarak ele almak olanaksızdır. Ayrıca bu yapılar düşey takviye elemanlarına ankastre olarak bağlandıkları için bu elemanlarla yük alışverişinde de bulunurlar. Bu nedenle konsol takviye elemanların boyutlandırılmasında bu elemanların bağlandıkları düşey takviye sistemiyle birlikte ele alınıp değerlendirilmesi gerekir (Şekil 3.28). Şekil 3.28a’da bir ana güvertesi bir de ara güvertesi olan enine sistemde inşa edilmiş bir gemide ambar ağzına denk gelen konsol derin kemereler görülmektedir.

Şekil 3.28 Konsol kemerelerin mukavemet açısından modellenmeleri Çerçeve sisteminin modellenişi sırasında göz önüne alınan şeylerin başında derin kemere ve derin postaların yaklaşık olarak aynı atalete sahip oldukları dolu döşeklerin ataletinin ise çok daha fazla olduğu varsayımı gelir. Böylece posta ile kemereler hiperstatik bir sistem oluşturmakta ve bu yapının boyutlandırılması eğilme momentine göre yapılır. Eğilme momentleri konsol kemerelere tekil yük etki ettiği varsayımıyla belirlenir. Üst güverteye etki eden P1 yükünün yaratacağı eğilme momenti dolu siyah çizgiler, alt güverteye etki eden P2 yükünün yaratacağı eğilme momenti kesikli kırmızı çizgiler ile gösterilmektedirler. Konsol kemerelerin boyutlandırılması bu momentlerin uygun şekilde birleştirilmesi sonucu belirlenir.

Page 76: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

70

Normal kemerelerin boyutlandırılmalarına gelince bunların ataletlerinin derin kemerelere göre çok daha küçük oldukları göz önüne alarak bunların iki ardışık derin eleman arasında uzandığı ve bu derin elemanlarda basit mesnetli oldukları varsayılarak boyutlandırılır. İkincil takviye elemanları için boyutlandırma ambar ağzı aralığında da aynı şekilde yapılır, çünkü bu aralıkta da takviye elemanları derin takviye elemanlarında son bulmaktadır. Güverte taşıyıcı sisteminin son elemanı da yükü üst güvertelerden alt güvertelere aktaran payandalardır. Bu elemanlar kimi kaynaklarda punteller olarak anılırlar ve derin takviye elemanlarının taşınmayan aralıklarını azaltmak amacıyla kullanılırlar. Bu elemanlar şu ana kadar ele alınmış olan tüm takviye elemanlarından farklı olarak boyutlandırılır çünkü bu elemanlar basınç yüküne maruz olduklarından kritik zorlama burkulma şeklinde ortaya çıkar. Burkulmayı belirleyen faktörler sırası ile basınç kuvvetinin büyüklüğü, payandanın boyu, payandanın kesit karakteristikleri ve payandanın uçlarının bağlanış şeklidir.

Şekil 3.29 Kesit ölçülerinin gösterilişi için bir örnek Payandalara etki eden kuvveti belirlerken güverte yükünün komşu payandalar arasında eşit olarak paylaşıldığı varsayılır. Bu durumda herhangi bir payandanın yük alanı boyuna

Page 77: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

71

ve enine payandalar arası mesafelerin üzerine kurulmuş olan dikdörtgenin alanına eşittir ve payandalar yükü aşağı doğru aktardıklarından alttaki payandalar üstteki payandaların da yükünü taşırlar. Payandaların boyu ile kesit ataleti arasındaki oran kesitin narinliğini olarak bilinir ve burkulmanın önemli bir parametresidir. Payanda boyu uzadıkça veya kesit ataleti küçüldükçe narinleşir ve burkulmaya daha müsait hale gelir. Kesit uçlarının bağlanış şekli de bu bağlantıda braket kullanılıp kullanılmamasıyla ilgilidir ve kullanılan braketlerin boyutları büyütüldükçe burkulma olasılığı azalır. Güverte takviye elemanları ve boyutlandırılmaları konusu ile birlikte geminin asal yapısal elemanları tamamlanmış oldu. Bu elemanların ölçüleri dış kaplama, güverte kaplaması, enine kesit resimleri ve boyuna kesit resminde belirtilir. Şekil 3.29 makine dairesindeki iki kesite ait ölçüleri vermektedir. Gemi yapısı simetrik olduğu için sol tarafta bir derin posta sağ tarafta ise normal bir posta verilmiştir. Makine dairesinde döşeklerin hepsi dolu olduğu için iki kesitte farklılık gözükmemektedir. Ancak güverte yapısının da iki kesitte farklı oldukları gözükmektedir. Gemiye ait bir boyuna kesit resmi Şekil 3.30a’da verilmektedir. 3.4.6 Su Geçirmez Perdeler Gemilerde iç sızdırmazlığı temin eden en önemli elemanlar su geçirmez perdelerdir. Bu perdelerin kullanılmasındaki en temel neden geminin yaralanması halinde yaralı bölmeyi geminin diğer kısımlarından ayırarak geminin batmasını önlemektir. Ancak bu işlevinin yanısıra bir de burulma mukavemeti açısından da önemli bir elemandır. Ancak bu işlevi burulma momentini tamamen alarak yerine getirmek yerine gemi boyunca burulmaya karşı mesnetler oluşturarak oluşan burulma momentlerinin küçülmesini sağlayarak yapar. Bu nedenle su geçirmez perdelerin boyutlandırılması burulma yüklemesine göre yapılmaz. Su geçirmez perdeler için iki tip yükleme çok önemlidir. Bunlardan ilki yük basıncı nedeniyle perdede ortaya çıkabilecek eğilmelerdir. Bu etki de saç kalınlıklarının belirlenmesinde esas rolü oynar. Özellikle akışkan yüklerde hidrostatik basınç derine inildikçe arttığından saç kalınlıkları alt taraftan üste doğru gidildikçe azalırlar. Gerçekte perdenin görevinin su sızdırmazlık olduğu göz önüne alınırsa en kritik durumun yaralanma halinde su dolmasıyla ortaya çıkacağı açıktır. Bu durumda söz konusu ambar su dolmuştur ve etki eden basıncın hidrostatik basınç olacağı açıktır. Bu durum göz önüne alındığında perdelerin saç kalınlıklarını hidrostatik basınca göre belirlemelidir. Ancak su geçirmez perdeler için en kritik yükleme eğilme yüklemesi olmayıp burkulma yüklemesidir. Gerçekten de su geçirmez perdeler hem düşey doğrultuda hem de yanal doğrultuda basınç kuvvetlerine maruz kalırlar ve bu nedenle burkulma açısından kritik hale gelirler. Ancak levha kalınlığını burkulmaya karşı belirlemeye çalışmak kaçınılmaz olarak levha kalınlıklarının çok aşırı artmasına neden olacağı için eğilmeye karşı belirlenmiş saç kalınlığını değiştirmeden perdeleri burkulmaya karşı hem enine hem de yüksekliğine olmak üzere iki doğrultuda stifnerlerle uygun şekilde takviye etmek yolu seçilir. Su geçirmez perdelerin takviyelerinin boyutlandırılması ise burkulmayı önleyecek şekilde belirlenir. Bu şekilde tasarlanıp boyutlandırılmış su geçirmez perdeler ve bu perdelerin ölçülendirilişi ile ilgili iki örnek Şekil 3.30b’de verilmektedir.

Page 78: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

72

Şekil 3.30 Boyuna kesit ve perde ölçülerinin gösterilişi için örnekler

Page 79: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

73

Su geçirmez perdeler arasında ikisinin ayrıca önemi vardır. Bu iki perdeden biri geminin en baş tarafında olan ve baş piki ambarlardan ayıran baş pik perdesi diğeri de kıç piki makina dairesinden ayıran kıç pik prdesidir. Bu perdeler geminin baş ve kıç tarafındaki son perdeler olup çatışma olasılığının en yüksek olduğu yerlerde bulunmaları nedeniyle çatışma perdeleri olarak da bilinirler. Bu bölgelerde çatışmalara karşı bu perdeleri ayrıca ön taraflarına konan birçok boyuna takviye elemanıyla korumaya ve desteklemeye almak uygun olur.

Şekil 3.31 Baş ve kıç pik ve bu bölgelerdeki perdeler. Şekil 3.31a’da baş pik perdesi ve takviye yapıları görülmektedir. Baş pik perdesini korumak amacıyla ana güvertenin alt tarafında kalmak üzere boyuna bir perde kullanmak oldukça yaygın bir uygulamadır. Bunun yanısıra baş pik içerisinde daha sık aralıklarla stringerler kullanılmakta ve bunlar ile baş pik yapısını ve bodoslamayı güçlendirmek amaçlanmaktadır. Çoğu zaman baş pik perdesinin ön tarafında zincirlik olur ve bu da baş pik perdesinin mukavemetini artırmaya yöneliktir. Kıç pikte de benzer bir yapı kullanılmaktadır (Şekil 3.30b). Kıç pik perdesinin makina dairesi tarafında genellikle bir koferdam ve kıç pik tarafında ana güvertenin alt tarafında kıç bodoslamaya kadar uzanan bir boyuna perde bulunur. Kıç pikteki boyuna perdenin görevi kıç pik perdesini desteklemenin yanısıra kasarada bulunan dümen makinasını da taşımaktır. Kıç pik perdesinden kıç bodoslamaya kadar olan döşekler de özel döşeklerdir ve pervane şaftının geçtiği şaft kovanının hiç bir şekilde hareketine müsade etmeyecek şekilde tasarlanmalıdırlar. 3.4.7 Değişik Gemi Tiplerinde Yapısal Tasarım Uygulamaları Daha önceki bölümlerde gemilerde kullanılan yapı elemanların boyutlandırılmalarında kullanılan yöntemleri ve bu elemanların biraraya getirilirken dikkat edilmesi gerekli noktaları göz önüne aldık. Enine ve boyuna inşa sistemlerinin dip, bordo ve güverte yapılarında uygulanış şekillerini ele aldık. Ancak bu ilkeler kesitlerin ne şekilde düzenlenmesi konusunda çok net sonuçlar vermemektedir. Bu bölümde değişik gemi tiplerinde zaman içinde gelişen kesit düzenlemelerini inceleyeceğiz.

Page 80: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

74

Bu bölüme kadar ele alınan gemi konstrüksiyomları çoğunlukla klasik genel kargo gemileri olup bunlara ilişkin yeterli örnek verildiğinden bu tip gemiler üzerinde durmak gerekmemektedir. Burada daha ziyade zaman içinde ortaya çıkan özel tip yüklerin taşınmasına uygun tasarımlardır. İlk olarak maden cevheri taşınmasında kullanılmak üzere geliştirilen değişik tasarımları ele alacağız. Maden cevheri çoğu zaman oldukça yüksek yoğunluğa sahip olabilir ve bu nedenle normal gemilerde ambarın daha yarısı bile dolmadan gemi yüklü su hattına kadar batar. Bu geminin ağırlık merkezinin çok aşağıya çekilmesine ve dolayısıyla yalpa frekansının yükselerek dalgalarda dip yapısının aşırı zorlanmasına neden olur. Bir ikinci sorun da ambarların boş kalması ve geminin aşırı yalpa yapması sonucu ambarlarda yük kaymaları ihtimali artmaktadır. Yük kaymaları stabilite kaybına neden olmanın yanısıra ağır madenlerin bordo yapısını zedelemesi olasılığını da taşımaktadır. Yukarıdaki sorunları göz önüne alarak maden cevheri taşıyacak gemilerde konstrüksiyon şeklinde zaman içinde bazı değişiklikler getirilmiştir. Her şeyden önce maden cevheri dökme yük olduğu için istifleme sorunu yoktur ve ara güverte kullanmaya gerek kalmaz. Ara güvertelerin kaldırılması boyuna mukavemette ortaya çıkan zaafı örtmek için önlemler almayı gerektirir. Bu önlemlerden bazıları yan iç omurgaların ve stringerlerin sayılarının artırılması ve boyuna perde konulması şeklinde ortaya çıkar. Şekil 3.32a’da bu önlemler açık bir şekilde gözükmektedir. Burada boyuna perdenin ana güverteye kadar yükselmediğini belirtmekte yarar vardır.

Şekil 3.32 Maden cevheri gemilerinde değişik yapısal tasarım stratejileri. Şekil 3.32a’da ayrıca dip yapıda meyilli perdeler konulmuş ayrıca bordo ve güverte bağlantısı ambar tarafında da meyilli olarak oluşturulmuştur. Dipteki meyilli perdelerin amacı maden cevherini ambar ortasında stabilize etmek ve dip taraf hacmini küçülterek

Page 81: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

75

ağırlık merkezini yukarı çekmektir. Ayrıca bu yapı gemi boyunca sürekli olduğundan boyuna mukavemete de belirli ölçüde katkıda bulunur. Ambarın üst tarafında yaratılan kanat meyli de yoğunluğu daha düşük maden cevheri alınması halinde üst bölümlerde yükün stabilize edilmesini amaçlar. Yukarıda verilen örnek boyuna sistemde düzenlenmiş bir gemi olup boyutları büyük olan gemilerde tercih edilir. Ancak küçük boyutlu gemilerde enine sistem kullanılması yeterli görülmektedir (Şekil 3.32b). Bu gemide boyuna perde kullanılmamış ve yönlendirici perde ile kanat meylinin olduğu bölgeler balast tankları olarak tanımlanmışlardır. Bu yaklaşım taşınan yükün yoğunluğunda daha büyük esneklik sağlamaktadır. Daha yoğun madenler taşınırken balast kanat tankına alınarak ve aşağıdaki ek balast tankı boş tutularak ağırlık merkezi yukarı çekilir. Hafif yüklerde ise balast alımı tam tersine uygulanarak ağırlık merkezinin çok yükselmesi önlenir. Bu yapıda ayrıca maden cevherinin doğrudan bordo yapısıyla temasını önlemek amacıyla ambar kenarlarında gemi boyunca giden geçitler kullanılır. Bu geçitler de geminin boyunun önemli bir kısmında devamlı olduğu için boyuna mukavemete de önemli bir katkısı olur.

Şekil 3.33 Maden cevheri gemilerinde modern yapısal tasarım stratejileri. Maden cevheri taşımak amacıyla yapılan gemilerde daha değişik yapısal tasarım stratejileri de uygulanmıştır. İlk karışık inşa sistemi, dip ve güverte yapılarında boyuna bordo yapılarında da enine sistem kullanılmasıyla, maden cevheri taşıyan gemilerde kullanılmıştır (Şekil 3.33a). Bu tasarım stratejisinde güverte ve dip yapısında enine derin takviyeler de ayrıca gösterilmiştir. Daha sonraları ambarlarının boyuna perdeler yardımıyla iyice daraltılıp gereğinden çok daha yüksek iç omurgalar kullanılmasıyla yükü yükseltmek ve yük hacmini küçültmek yoluna gidilmiştir (Şekil 3.33b). Bu sistemde ana güvertenin hemen altında kalan kısımlarda balast tankı ve ambarlara ulaşım için kullanılacak geçitler olmasına rağmen büyük hacimlerin boş kalması yapılan ilk yatırımın oldukça yüksek olmasına neden olmuştur. Ayrıca bu stratejide taşınabilecek yük yoğunluğu konusundaki esneklik büyük ölçüde kaybedilmektedir. Bu durum daha sonraları gemi inşaatında daha değişik bir taşıma kavramının ortaya çıkmasına neden olmuştur.

Page 82: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

76

Modern maden cevheri gemilerinde büyük boyutlarda boş hacimlerin ortaya çıkması değişik yoğunluklu yüklerin birlikte taşınması fikrini getirmiş ve bu fikir üzerine genel dökme yük gemileri ortaya çıkmıştır. Bu gemilerde yapısal tasarım açısından önemli bir fark yoktur ama hacimlerin kullanılış tarzı ve yükleme boşaltma sistemleri açısından farklılıklar gösterirler (Şekil 3.34).

Şekil 3.34 Değişik yoğunluklu dökme yük gemilerinde yapısal tasarım stratejileri. Şekil 3.34a’da boyuna iki perde ile kesiti üç bölgeye ayıran bir sistem görülmektedir. Burada yan ambarların üst tarafında balast için kanat tankları da bulunabilir. Burada ağır yük taşındığında sadece orta ambara yük alınmakta eğer taşınan yük ağır değilse hem orta ambar hem de kenarlara yük alınır. Bazen hafif yük olarak petrol de taşınmış ve bu tip gemilere OBO (oil – bulk - oil) adı verilmiştir. Boyuna perde yerine hacmi ara güverte aracılığıyla bölmek de değişik yoğunluklu yük taşınmasında kullanılmıştır (Şekil 3.34b). Bu sistem genel kargo gemisi kavramına yakın olmakla birlikte taşınan yüklerin dökme yük olması açısından farklılığını korur. İlk zamanlarda farklı yükler birbirlerinden tamamen ayrılmış olan ambarlarda taşınmışlar ama zamanlar ambarlar arasında belirli ölçüde bağlantı tesis etmek yoluna gidilmiştir. Bunlardan ilki dip tarafa konan kapaklar vasıtasıyla sağlanan bağlantıdır (Şekil 4.34c). Burada ağır yük taşınması halinde ambarlar arasındaki bağlantı kapaklar aracılığıyla önlenmekte ve sadece orta ambar yüklenmekte taşınacak yükün hafif olması halinde kapaklar açılarak her üç ambara da yük alınmaktadır. En gelişmiş sistemlerde ise aradaki kapak sistemi kaldırılmış ve boyuna perdeler yükün hareket serbestliğini kısıtlayacak şekilde kullanılmaya başlanmıştır (Şekil 4.34d). Ağır yük alındığında boyuna perdedeki açıklığın sınırlı olması nedeniyle yükün kenar ambarlara yayılması büyük ölçüde sınırlanmış olur. Ambarlar arası ilişki olduğu zamanlarda yükseğe balast alabilmek için kanat tankları da kullanılmaktadır. Taşıdığı yük açısından özellik arz eden diğer bir gemi tipi de ham petrol ve petrol ürünleri taşıyan tankerlerdir. Her şeyden önce tankerler genel olarak büyük boyutlarda oldukları için yaygın olarak boyuna sistemde inşa edilirler. Ancak tankerlerin özellikleri

Page 83: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

77

büyük boyutlarıyla da sınırlı kalmayıp taşıdığı yükün akışkan olup kolayca yüklenip boşaltılabilmesi ve yanıcı olması çözülmesi gereken önemli sorunlar yaratmaktadır. Bu sorunlardan en önenlilerini aşağıdaki gibi özetleyebiliriz

• Sıvı yükler yük hacimlerini tamamen doldurmadıklarında dalgalarda geminin hareketleri sonucu ambarlarda serbest su yüzeyinde hareketlilik ortaya çıkar ve bu hareketlilik hem stabilite kaybı hem de ambar sınırları üzerindeki basınçların artmasına neden olur.

• Tankerler seferleri sırasında çok uzun mesafeler katetmesi ve iklimi çok farklı yerlere gitmesi sonucu çok farklı sıcaklıklara maruz kalır ve yükü genişleyerek ambar içinde basıncın artmasına neden olur. Basıncın artışı hem tank cidarlarını zorlar hem de tanklardan sızması halinde yangın tehlikesi yaratır.

• Tankerlerde yük tahliye işleminin çok efektif olması limanda harcanan zamanı olağanüstü kısaltır ve bu da seyir süresinin de kısaltılmasını zorunlu kılar. Bu da ancak tankerlerin hızlarının da normal gemi hızları ile aynı mertebelere getirilmesini gerektirir.

• Bir de özellikle ham petrol olmak üzere tankerleri taşıdığı yükler çok büyük boyutlarda korozyon problemi yaratmakta ve saçların çok hızlı olarak yıpranmasına neden olmaktadır.

Bu tür sorunlardan ötürü tankerlerin konstrüksiyonunda bazı değişiklikler yaparak çözüm aranmıştır. İlk olarak sıvı yüklerin çalkantısı sonucu ortaya çıkabilecek sorunların çözümü için bölmeleme stratejilerinde bazı önlemler alınmıştır. Her şeyden önce enine perdeler daha sık kullanılmak suretiyle tank boyları kısaltılmış ve enine daha fazla sayıda perde kullanılarak enine doğrultuda çalkalanmaları da sınırlama yoluna gidilmiştir. Tankerlerde en az bir boyuna perde kullanılmakta, tanker boyutlarının büyümesiyle bu sayı iki hatta üç boyuna perdeye kadar çıkmaktadır (Şekil 3.35). Ayrıca sıcaklık değişmeleri sonucu ortaya çıkan genişlemeyi serbest su yüzeyi sorunu yaratmayacak şekilde bir genişleme tankı ilave edilir (Şekil 3.35a).

Şekil 3.35 Tankerlerde değişik bölmeleme stratejileri. Perdeleme sayısının artmasıyla bütün tankların üzerinde genişleme hacmi sağlamaya çalışmak ortadaki tankın bütün genişliğince bir serbest su yüzeyi yaratılır veya her tank üzerinde ayrı bir genişleme hacmi oluşturarak bir süreksizliğe ve mukavemet açısından başka sorunlara neden olunur. Bu durumda tankların tamamını doldurmaktan vaz geçerek genişleme hacmini her tankın üst tarafında bırakmak yoluna gidilir (Şekil 3.35b,c).

Page 84: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

78

Tankerler yükünün özelliği sonucu çoğu zaman bir yönde dolu ters yönde ise boş olarak seyretmek zorunda kalırlar. Bu nedenle oldukça uzun süreler balastlı olarak seyretmek durumundadırlar. Bu tankerlerde bazı avantajlar sağlamaktadır. Şöyleki, balast çift dip yerine tanklar boşaldığında bu tanklara alınabilir ve seyir sırasında uygun bir şekilde tanklar arasında transfer yapılarak hem balastlamayı sağlarken hem de tankların kısmen de olsa temizliği yapılarak korozyon problemini tamamen çözememekle birlikte etkisini azaltmak mümkün olur. Bu durumda zaten boyuna sistemde inşa edilen tankerler çok sayıda da boyuna perde ile donatıldıklarından çif dibi kaldırmakla mukavemet açısından kritik duruma düşmeyeceklerinden tankerlerde yakın zamana kadar çift dip kullanımı terk edilmişti (Şekil 3.36). Şekil 3.36a’da iki boyuna perdesi olan bir tankerin üç boyutlu görünümü Şekil 3.36b de derin kemereli bir kesitin ölçülendirilişini göstermektedir.

Şekil 3.36 Boyuna sistemde inşa edilmiş iki boyuna perdeli bir tanker Tankerlerde çift dibin ortadan kalkması ve boyutlarının büyümesi bunların kalıp derinliğinin ve kalıp derinliğine bağlı olarak fribordun azalmasına neden olmuştur. Fribordun azalması gemiyi mukavemet açısından olumsuz etkileyeceği açıktır. Tankerlerin kapasitelerini büyütmek için bütün boyutları aynı oranda büyütmek su çekiminin aşırı büyümelerine ve girebilecekleri limanlar açısından sınırlanmalarına neden olacağı için su çekimini keyfi artıramayız. Bu nedenle bu sorunu çözebilecek önlemler düşünmek gerekmiştir ve sonuçta güverte ile bordo saçlarının birleştirildiği köşeleri yuvarlatmanın olumlu katkısının olacağına karar verilmiştir. Gerçekten de bu köşelerde bordo ve güverte saçlarının birbirlerine dik olarak bağlanması süreksizlik ve buna bağlı olarak gerilme yığılması yaratmaktadır. Bunun yanısıra fribordun da azalmış olması bu köşelerde yapıyı mukavemet açısından kritik hale getirmektedir. Bu köşelerde yuvarlatma ile süreksizlik ortadan kaldırılarak kritik bölgeden uzaklaşmak mümkün olur. Fribordu azaldığı için güverte – bordo bağlantılarının yuvarlatılarak tasarlandığı üç boyuna perdeli bir tankerin kesitine ait konstrüksiyon resmi Şekil 3.37’de verilmiştir. Şekil 3.37a’da derin elemanlardan oluşan bir kesit Şekil 3.37b’de de normal bir kesit

Page 85: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

79

verilmektedir. Bu tanker tamamen boyuna sistemde tasarlanmış bir tanker olup en kenar tanklardaki derin kemereler birbirlerine üç atkı ile, onların yanındaki tanklardaki derin kemereler de birbirlerine tek bir atkı ile bağlanmışlardır. Kenar tanklardaki üst ve alt kemerelerde ortaya çıkan süreksizliğin etkisini azaltmak amacıyla da onların yanındaki tankların derin kemereleri bu kenarlara büyük braketlerle bağlanmışlardır.

Şekil 3.37 Boyuna sistemde inşa edilmiş üç boyuna perdeli bir tankerin kesit işçiliği Tankerlerde taşınan yükün yanıcılığı ve bundan kaynaklanan yangın tehlikesi karşısında alınan önlem zaten çeşitli başka nedenlerle geminin kıç tarafına alınan makina dairesini kesinlikle kıç tarafta tutmak şeklinde gelişmiştir. Bu oldukça büyük sıcaklıkların ortaya çıktığı makina dairesinin yük tanklarıyla sadece tek yüzeyden sınır olacak şekilde sınırlamıştır. Böylece izolasyon yapılması gereken yüzey miktarını sınırlamış olur ayrıca bu izolasyonu makina dairesinin ön tarafında bütün sınır yüzeyi kapsayacak şekilde ve bir iki posta arası kadar uzanan bir tatlı su tankıyla kolayca yapmaya olanak verir. Bütün bu gelişmelerden sonra yakın zamanlarda yaşanan tanker kazaları sonucunda kıyılarda ortaya çıkan kirlenmeler ve çevrenin korunması konusunda artan bilinçlenme tankerlerde çift dibin ortadan kalkmasının sorgulanmasını gündeme getirmiştir. Gerçekte yüklü su hattı civarından giden ama yüklü su hattının üstüne çıkmayan bir sızdırmaz güverte konması halinde tek dipli bir geminin yaralanması ile çevreye herhangi bir zarar verilmesi söz konusu değildir. Alt ambardaki yükün yüksekliği deniz suyu ile aynı seviyede olduğu ve yoğunluğu da deniz suyuna göre daha küçük olduğu için açılan deliğin dış tarafındaki basınç daima daha yüksek olacak ve içerden dışarıya sızma olması önlenecektir. Bu görüş özellikle Japonlar tarafından geliştirilmiş ancak denizcilik çevrelerinde kabul görmemiştir. Sızdırmaz güverte önerisine alternatif olarak çift cidarlı gemi kavramı geliştirilmiş ve bu öneri çok daha yaygın kabul gördüğü için standart olarak uygulanmasına karar verilmiştir. Çift cidarlı gemi konstrüksiyon açısından çok büyük bir farklılık arz etmez ve derin elemanların iç tarafta kalan ve normalde alın laması kaynatılan yüzüne ikinci bir

Page 86: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

80

cidarın kaynatılması ve bu cidarın dış kaplama tarafındaki yüzünün boyuna elemanlarla takviye edilmesiyle oluşturulur. Bu şekilde inşa edilmiş çift cidarlı bir geminin ölçülendirilmiş bir kesiti Şekil 3.38’de görülmektedir. Bu şekilde gerçekten de tek farklılığın iç cidar ile bu cidardaki boyuna takviyeler olduğu gözükmektedir.

Şekil 3.38 Çift cidarlı ve boyuna tek perdeli bir tankerin kesit ölçüleri Çift cidarlı tanker kesitinde görülen bir diğer garklılık da ortadaki boyuna perdenin de iki cidarlı oluşu ve her iki cidarın da boyuna takviyelerle desteklenmesidir. Ancak bu genelde standart bir uygulama olmayıp yük simetrisini sağlayabilmek tasasıyla bu şekilde dizayn edilmiş olabileceği düşünülmektedir. Bu bölümde gemilerin tasarımı konusu incelenerek değişik dizayn stratejileri tarihsel gelişimi içinde ele alınmış ve gemi dizaynı konusuna yaklaşım felsefesi oluşturulmasına çalışılmıştır. Bu felsefe burada verilen bilgilerle sınırlı kalmayıp her dizayn için yeni yaklaşımların oluşturulması gerekir.

Page 87: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

81

4. GEMİ VE AÇIKDENİZ YAPILARINDA DONANIM VE TEÇHİZAT 4.1. Gemilerde Donanım Gemilerde donanımı oluşturan unsurlar üç ana gurupta incelenebilir. Bu gurupları şu şekilde sıralayabiliriz:

• Kapak sistemleri • Yükleme sistemleri • Manevra sistemleri

Bu bölümde bu sistemleri ele alıp kısaca özetleyeceğiz. 4.1.1 Kapak Sistemleri Gemilerde birçok açıklık vardır ve bunların geminin güvenirliliği açısından sızdırmazlıkları çok önemli rol oynar. Gemilerde sızdırmazlık açısından en kritik yerler ambar ağızlarıdır ve bunların iyi bir şekilde kapatılması büyük önem arzetmektedir. Bu o kadar önemli bir sorundur ki geminin fribordu ambar kapaklarının tipine bağlı olarak artırılabilir veya azaltılabilir. Gemilerdeki klasik ambar kapakları ponton tipi denen ve tersanelerde imal edilen kapaklardır (Şekil 4.1). Bu kapaklar ambarın bir kenarından diğer kenarına kadar uzanan çelik kutulardan oluşur ve gemilerdeki vinçler ile ambar üzerine yerleştirilerek ambar kapatılır. Ayrıca sızdırmazlığı artırmak için kapakların üzerine branda örtülüp ambar mazernalarındaki bağlantı yerlerine bağlanarak ponton aralarından sızma olmasına karşı tedbir alınır. Şekil 4.1a’da ambar ağzının boyuna doğrultuda alınmış olab B - B kesiti görülmektedir. Burada pontonların mukavemetini artırmak amacı ile her bir pontonun enine doğrultusunda hafifletme delikleri açılmış saç stifnerler kaynatılmıştır. Bu stifnerler ambar ağzının boyu doğrultusuna paralel olup alt taraflarına alın lamaları kaynatılır. Ambar kapağının üst tarafında saç kaplama olmasına karşın ambarın içine bakan alt tarafında bu alın lamaları ile yetinilir (Şekil 4.1b). Bu şekilde görülen enine atkılar pontonlar arasından sızdırmaya engel olmak için pontonların alt keyüzeylerinde kullanılan enine atkılardır. Bir pontonun boyuna kesiti ambarın genişliği doğrultusunda alınan A – A kesiti ile verilmektedir (Şekil 4.1c). Bu kesitte enine eğilmeye karşı kullanılan stifnerler de gözükmektedir. Bu tip ambar kapakları imalatları açısından kolay ve ucuz olmasına karşılık yükleme boşaltma işlemleri sırasında çalıştırılması zaman alan ve kolaylıkla hata yapmaya açık bir sistem olup modern gemilerde pek kullanılmamaktadır.

Page 88: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

82

Şekil 4.1: Ambar kapağı olarak kullanılan pontonların düzenlenişi Modern gemilerde çok yaygın olarak patent ile imal edilen kapak sistemleri kullanılmaktadır. Bu sistemler 1966 yükleme konvansiyonu ve klas müesseselerinin gerekli koşullarını sağlamakta klas müesseseleri tarafından sörvey edilmektedirler. Bu patentli kapak sistemleri gelişmeleri açısından genel olarak iki guruba ayrılabilirler. İlk gurupta katlanan, tek yönlü çekme ve doğrudan çekme tipi ambar kapaklarını sayabiliriz (Şekil 4.2). Bu kapaklardan katlanan ambar kapakları dört parçadan oluşmaktadır. Bu dört parça ikişer ikişer birbirlerine menteşeli olup ambar üzerine tekerlekler vasıtasıyla oturmaktadır. Bu kapaklar ambar mazernasının baş ve kıç taraflarındaki hidrolik pompalar aracılığı ile kontrol edilir. Hidrolik sistem basınçlı yağ bastığı zaman iki uca menteşeli olan ambar kapakları uçlara doğru yaklaşarak ve kalkarak ambarın açılmasını sağlar. Bazı gemilerde hidrolik yerine elektrik motorlu açma sistemleri de kullanılmaktadır (Şekil 4.2a). Bu sistem çalışması açısından çok iyi bir sistem olmasına karşın kapakların dik vaziyette durması yük elleçlerken görüşün ve vinçlerin hareketlerinde kısıtlanma ortay çıkmaktadır. Sistemin bu sorununu çözebilmek amacıyla tek yönlü çekmeli ambar kapatma sistemi geliştirilmiştir.

Şekil 4.2: İlk geliştirilen patentli ambar kapatma sistemleri

Page 89: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

83

Tek yönlü çekmeli kapama sistemleri birbirine temas halindeki bir dizi kapaktan oluşmaktadır. Bu kapaklar tekerlekler aracılığıyla mazerna üstünde hareket edebilmekte olup birbirlerini topluca iterek veya çekerek ambarın açılıp kapanmasını sağlamaktadır. Sistemin hareketi en baştaki kapaktaki bir elektrik motoru aracılığı ile sağlanmakta olup mazernayı aşan kapaklar düşey vaziyette istiflenir (Şekil 4.2b). Bu sistemde kapaklar görüşü ve vinçlerin haraket kapasitelerini sınırlamaz. Ancak son kapak ta istiflendikten sonra ambarı kapama işlemine geçilebilmesi için ilk kapağın tekrar vinç ile mazerna üzerine oturtulması gerekmektedir. Bu işlem oldukça sıkıntılı bir işlem olup zaman almakta ve deneyimli personel gerektirmektedir. Bu sorunu çözebilmek amacı ile doğrudan çekmeli ambar kapama sistemi geliştirilmiştir.

Şekil 4.3: Doğrudan çekmeli sistemle çalışan bir ambar kapatma sistemi Doğrudan çekmeli sistemde tek yönlü çekmeli sistemden farklı olarak kapaklar birbirlerine menteşeli olup hareketleri ilk kapaktaki bir elektrik motoru yerine kapak istif bölgesinin arkasındaki bir özel bir vinç aracılığı ile sağlanmaktadır (Şekil 4.2c). Bu sistemde istifleme şekli ve özel olarak tasarlanmış hareket vinci aracılığıyla sağlanan hareket ambar kapaklarının açıldığı kadar kolayca kapanmasını da sağlamaktadır. Bu sisteme ait bir uygulama Şekil 4.3’te görülmektedir. Burada şu noktayı belirtmek gerekir ki çekmeli sistemlerde kapakları istiflemek için gerekli olan güverte alanı ambar ağızlarının da kısıtlanmasına neden olmaktadır. Dolayısı ile ambar kapaklarının seçiminde her tasarımın özgün koşulları belirleyici olur. Burada anlatılan kapak sistemleri en yaygın olarak kullanılan kapak sistemleri olmakla birlikte son zamanlarda geliştirilmiş olan iki modern sistem de giderek daha yaygın olarak uygulama alanı bulmaktadır. Bu sistemlerden ilki Şekil 4.4a’da şematik olarak gösterilen döner ambar kapaklarıdır. Bu kapaklar düşey olarak istiflenmek yerine açıldıkça dönerek rulo haline gelir. Bu sistemde de kapaklar birbirlerine menteşeli olup elektrik motoru ile tahrik edilen bir tamburun etrafında rulo olmaktadır. Ambarı kapatmak için elektrik motorunun tamburu ters yönde döndürmesi yeterli olur. Döner ambar kapaklarının bir uygulaması da Şekil 4.5’te verilmiştir.

Page 90: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

84

Şekil 4.4: Son zamanlarda geliştirilen yeni tip patentli ambar kapatma sistemleri Yeni geliştirilen ambar kapak sistemlerinden birisi de domuz sırtı ambar kapağı (piggy back hatch cover) olarak bilinen sistemdir. Bu sistemde ambar kapakları enine değil boyuna uzanan kapaklardan oluşur ve yan tarafa doğru açılırlar. Ambar dört adet kapakla kapanır ve bunlardan ikisi sancak tarafa diğer ikisi de iskele tarafa doğru açılırlar. Bu sistemde ambarın açılması üç etapta oluşur. Şekil 4.4b-i ambarın bir tarafının kapalı halini göstermektedir. İlk etapta hidrolik pompa aracılığı ile en kenardaki kapak yükseltilir (Şekil 4.4b-ii). Bir sonraki etapta orta taraftaki kapak yükseltilmiş olan kapağın altına getirilir ve yükseltilmiş olan kapak alta kayan kapağın üzerine oturtulur (Şekil 4.4b-iii). Son etapta ise iki kapak birden raylar üzerinde ambar mazernası ile gemi bordası arasındaki bölgeye kaydırılarak ambar kapaklarının tamamen açılması sağlanır (Şekil 4.4b-iv). Ambarın kapanması için ise aynı işlemler ters sıra ile tekrarlanırlar. Bu sistemler daha yeni geliştirilmiş sistemler olup yaygın olarak kullanılması daha bir süre alacak, klasik sistemlerin kullanımı daha uzun süre devam edecek gibi gözükmektedir.

Şekil 4.5: Döner ambar kapatma sistemlerinin bir uygulaması

Page 91: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

85

Ambar kapaklarının yanısıra sızdırmazlık açısından önem taşıyan birçok kapı vardır. Bunlar arasında en önemli iki tanesi üst binaların dış kapıları ile ambarlardaki su geçirmez perdelere uygulanan kapılardır. Bu bölgede kullanılmak üzere geliştirilmiş olan kapılar iki ayrı grupta ele alınabilirler. Bunlardan daha eski olup yaygın olarak kullanılan tipi elle açılıp kapanan menteşeli tip kapılardır (Şekil 4.6). Bu tip kapılarda sızdırmazlığı sağlayabilmek için kapı sınırında kalın ve esnek bir conta kullanılır ve conta üzerinde homojen bir biçimde basınç uygulamak amacıyla çok sayıda kapama kolu kullanılır.

Şekil 4.6: Elle açılıp kapanan su geçirmez kapıların ayrıntıları İkinci tip kapılar elektrik motoruyla tahrikli hidrolik bir sistem aracılığıyla çalışan mekanik kapılardır. Bu sistem daha ziyade ambarlara uygulanmakta olup Şekil 4.7’de gösterilmektedir. Bu tip kapılar Ro-Ro tipi gemilerde gemiye karadan ulaşım kapılarında da kullanılır. Bu uygulamaya ait örnekler yükleme sistemlerinde ele alınacaktır.

Şekil 4.7: Mekanin olarak açılıp kapanan su geçirmez kayan kapılar

Page 92: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

86

4.1.2 Yükleme Sistemleri Gemilerde yükleme ve boşaltma genellikle vinçler aracılığı ile yapılır. Çoğu limanlarda yükleme ve boşaltma için çeşitli kapasite ve değişik tiplerde vinçler ve kreynler olmasına karşılık gemilerde de çoğunlukla yük elleçlemek için araçlar olması gerekir. Bu araçların en önemlisi vinçlerdir. Vinçler bir ana direk ile bu ana direğe bir mafsal aracılığıyla bağlanmış olan bir bumba ve bu bumba aracılığı ile yük kaldırma işlemini gerçekleştiren donanımdan oluşur. Ana direğin tepe noktası ile bumbanın tepe noktası arasındaki AB mesafesi açıklık olarak bilinir ve kaldırılacak yük kapasitesini belirlemek açısından önemli bir büyüklüktür. Donanımdan kasit yükü kaldıran halatlar ve bunların daha efektif çalışmasını sağlayan makaralar ve bu halatların hareketini sağlayan vinç motorlarıdır. Gemilerdeki vinç sistemleri için örnekler Şekil 4.8’de verilmiştir.

Şekil 4.8: Gemilerdeki yükleme boşaltma sistemleri ve bu sistemlere etki eden kuvvetler Vinçlerin kaldırması istenen W yükü verildiği varsayılır ve de B noktasında kullanılacak makara sistemi seçildiğinden halatlardaki kuvvetlerin dengesinden F3 hesaplanır. Bu iki kuvvetin bileşkesi B noktasındaki makaranın ve onun bağlantısına etki toplam kuvveti verir ve makaya ile bağlantısı bu kuvvetlere dayanacak şekilde belirlenir. C noktasında sistemin dengesinden vinçe giden halattaki kuvvetlerin de F3 olacağı ve bunların bileşkesi olan RC kuvvetinin de C noktasındaki makara ve bağlantısının boyutlandırılmasında kullanılacağı gözükmektedir. Bumbanın boyutlandırılması için vinçle kaldırılan ağırlığın bumba doğrultusundaki bileşeni RBC kullanılmalıdır. Ancak bu değer emniyet açısından ağırlığın bir artım ile düzeltilmesinden kullanılması uygun olur. Bumbanın kesiti bu

Page 93: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

87

şekilde hesaplanan RBC burkulma yüküne göre hesaplanır. Kesitleri belirlenen bumbalar eksiz imal edilmiş üç çelik tüpten oluşur. Bu tüplerden ortadaki daha büyük çaplı seçilir ve diğer ikisi orta tüpün içine sıkı geçtikten sonra kaynaklanır. Orta tüpün daha kalın seçilmesi diğer iki tüpün orta tüpe sıkı geçmesini sağlamaktan çok burkulma zorlamasının yanısıra eğilmeye de zorlanmakta olan bumbanın yeterli mukavemete sahip olmasını sağlamak içindir. Emniyet katsayısı ile düzeltilmiş ağırlığın bumbaya dik doğrultudaki bileşeni F1 aynı zamanda AB açıklığını kontrol eden kablo sistemine etki eden kuvvete eşittir. Bu kablo sistemi ve makaralar belirli olduğu için açıklığı kontrol için gerekli F2 kuvveti belirlenmiş olur. Ana direğin A tepe noktasına F1 ve F2 kuvvetlerinin RA bileşkesi etki etmektedir. Bu kuvvet hem A noktasındaki makara ve bağlantısının hem de ana direğin boyutlandırılması için kullanılır. Bu kuvvetin hem düşey hem de yatay bileşeni olduğu için ana direkler hem burkulmaya hem de eğilmeye zorlanır ve boyutlandırma her iki zorlamayı da göz önüne almak zorundadır. Ana direkler genellikle kısa boylu yekpare tüplerin tersanede birbirlerine kaynatılması suretiyle elde edilir. Bu tüplerin çapları ve et kalınlıkları tabandan yukarı doğru gidildikçe azalır. Bunun nedeni ana direğin taban civarında daha büyük gerilmelere maruz olması ve yukarılara doğru gerilme miktarının azalmasıdır. Ana direğin imalatında çoğunlukla yüksek gerilmeli çelikler kullanılır ve bu sayede ana direk boyutlarının daha küçük olması sağlanır. Böylece gemide yüksek yerlerde ağırlık artışına engel olunmuş olur. Ayrıca ana direğe donanımların bağlandığı yerde mapaları doğrudan ana direğe kaynatmak yerine dablin saçları kullanılır. Gemilerde vinçler tek başlarına kullanılabilecekleri gibi iki vinç daha büyük yükleri kaldırabilmek için birlikte de çalıştırılabilirler. Tek başına kullanılan bir vinçte bumba ile ana direk arasındaki mesafe açıklık olarak bilinir (Şekil 4.9a). Açıklık arttıkça vinçin kaldırma kapasitesi düşmektedir. Açıklığın artması sonucu düşen kaldırma kapasitesini artırmak amacı ile yan yana olan iki vinç birlikte kullanılabilirler. Vinçlerin bumbaları aynı tarafta olacak şekilde düzenlenmesi halinde buna ortak donanım (Şekil 4.9b) ve bumbaların ters taraflara yönlendirilmesi ile oluşan sisteme de kelebek donanım denir (Şekil 4.9c).

Şekil 4.9: Gemilerdeki yükleme boşaltma sistemlerinin kullanılış şekilleri Gemilerde tiplerine bağlı olarak yük elleçlemesi için daha başka araçlar da bulunabilir. Örneğin Ro-Ro’larda vinç sistemleri yerine tekerlekli taşıyıcılar ve bunların gemiye yüklenmesine aracı olan kapak sistemleri vardır (Şekil 4.10a). Bu kapak sistemleri daha önce ele alınan sızdırmaz kapaklarda uygulanan sızdırmazlık uygulamalarına sahip

Page 94: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

88

olmanın yanısıra teleskopik yapısı sonucu farklı yapılardaki limanlara yanaşması sağlanır.

Şekil 4.10: Ro-Ro tipi gemilerde yükleme boşaltma düzenekleri ve işlemleri Ayrıca ambar içerisinde yük elleçlenmesinde kullanılmak üzere özel tipte forkliftler bulunur. Bu forkliftler gerektiğinde kamyonların çekicileri olmaksızın yüklerin gemiye yüklenmesini sağlarlar. Ayrıca ambarın değişik güverteleri arasında yük transferi amacıyla yük asansörü de bulunmaktadır. Şekil 4.10b yükleme sırasında izlenilen stratejiyi göstermektedir. İlk yük asansöre eriştiğinde ikinci yük gemiye girer ve ilk yük asansör aracılığı ile başka bir güverteye aktarılır. Yükleme sırasında stabilitenin korunabilmesi açısından yüklerin yerleştirilmeleri uygun şekilde yapılır ve ayrıca balast tankları arasında balast transferi ile ortaya çıkan meyil asgariye indirilmeye çalışılır. Sıvı yük taşıyan gemilerde yükleme ve boşaltma ve yükleme makine dairesi önünde olan pompa dairesinden kontrol edilen pompalar ve tanklara giden boru sistemleri aracılığıyla yapılır (Şekil 4.11). Pompa dairesindeki pompa devreleri by-pass devreleri ve valfler aracılığı ile hem yükleme hem boşaltma yapabilecek şekilde düzenlenmiştir. Aynı anda birden fazla tankın boşaltılmasının veya doldurulabilmesinin sağlanabilmesi için birden fazla pompa ve boru devresi kullanılır. Arızalanmaları halinde veya bakımları sırasında çözüm olması için pompalar birbirleriyle bağlantılı olarak düzenlenirler.

Şekil 4.11: Tankerlerde yükleme düzenekleri ve boşaltma işlemleri

Page 95: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

89

4.1.3 Manevra Sistemleri Gemilerde manevra sistemleri denince ilk akla gelen şey dümenler ve dümen makinalarıdır. Klasik dümenler gemilerin kıç tarafında ahşap levhalar olarak başlamış ancak çelik gemilere geçilip boyutların büyümesi sonucu önem kazanmış ve tasarımında verimlilik ilkeleri önemli rol oynamaya başlamıştır. Modern dümenler iki ana tipte imal edilmektedirler. Bunlardan daha klasik olanı topuklu dümenlerdir (Şekil 4.12a). Bu dümenler kıç üstünden omurganın bir uzantısı olan topuğa kadar uzanan bir şaft ile gemiye bağlanırlar ve bu şaft etrafında dönerler. Daha modern olan ikinci tipte topuk yoktur ve dümen sadece kıç üstünün alt tarafından gemiye asılır ve askı dümen adını alırlar (Şekil 4.12b).

Şekil 4.12: Modern gemilerde kullanılan temel dümen tipleri Dümenlerin iskelete döküm veya bazen kaynaklı olarak imal edilirle ve sonradan üstleri saç levhalar kaynatılarak imal edilirler. Günümüzde dümenlerin kesitleri düz levhalar olmaktan çıkmış ve akım hatlı profillerden seçilmeye başlanmıştır. İlk dümenlerde şaft bu profillerin giriş ucundan geçecek şekilde tasarlanmış ancak bu dümeni döndürmek için gerekli kuvvetin çok artmasına neden olduğundan bu yaklaşım kısa sürede terk edilmiştir. Şaft konumu için daha sonraları profilin alan merkezi seçilmiş böylece dümeni döndürmek için çok küçük bir kuvvete gerek olmuştur. Ancak bu da dümenin kolaylıkla konumundan sapmasına neden olmasından ötürü sorun yaratmaya başlamıştır. Bu sorunun çözümü için şaft merkezini profilin alan merkezinden küçük bir mesafeye taşımak gerekmektedir. Mukavemet açısından ele alınan iki sistem arasında fark vardır ve bu mesnetlenme şekillerindeki farklılık nedeniyle yapıya etki eden iç kuvvetlerdeki değişikliklerden ötürüdür. Topuklu dümene ait zorlamalar Şekil 4.13a’da görülmektedir. Burada dümen

Page 96: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

90

düşey doğrultuda değişikliğe uğramadığı için dümen basıncı düzgün olarak yayılmaktadır. Maksimum eğilme momenti bosa yatağında ortaya çıkar ve diğer yataklar eğilme momenti taşımazlar. Bütün yayaklar kesme kuvvetine zorlanmakta birlikte maksimum kesme zorlanması da bosa yatağında ortaya çıkar.

Şekil 4.13: Değişik dümen tiplerine etki eden dış ve iç zorlamalar Askı dümene ait zorlamalar ise Şekil 4.13b’de görülmektedir. Burada dümen düşey doğrultuda değişikliğe uğradığı için dümen basıncı düzgün olarak yayılmayıp askı yatağının altında ve üstünde iki farklı değer almaktadır. Eğilme momenti bu tip dümenlerde sadece bosa yatağında ortaya çıkmayıp askı yatağında da ortaya çıkmaktadır. Ayrıca maksimum moment bosa yatağı yerine genellikle askı yatağında ortaya çıkar ve aynı mertebedeki yükler için askı dümendeki maksimum eğilme momentinden küçük olur. Bu tip dümenlerde de bütün yayaklar kesme kuvvetine zorlanmakta birlikte maksimum kesme zorlanması da askı yatağında ortaya çıkar. Gemilerde manevra düzeneği olarak dümenlerin yanısıra baş taraf pervaneleri kullanılmaya başlanmıştır (Şekil 4.14). Bunlar geminin baş tarafında dairesel kesitli bir tüp içinde çoğunlukla elektrik motoru ile tahrik edilen bir pervaneden oluşmaktadır. Son zamanlarda bu sistemler geminin kıç tarafında da uygulanmaya başlamıştır. Burada amaç yan itme oluşturup geminin daha dar bir yerde dönebilmesini sağlamaktır. Baş pervanelerinin verimi geminin ileri hızı yükselmeye başladığı zaman hızla düşer. Bu nedenle baş pervaneleri sadece geminin liman içi manevralarında etkin olarak kullanılabilir ama normal seyir halinde manevra yapmasına herhangi bir katkısı düşünülemez.

Page 97: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

91

Şekil 4.14: Gemilerde liman manevralarında kullanılan baş ve kıç taraf pervaneleri Gemilerde manevra açısından ortaya çıkan en son gelişme döner podlu sevk sisterleridir (azimuthing podded propulsers). Bu sistemler genellikle elektrik motoru ile tahrik edilen ve gemilerde dümenlerin konduğu yerde uygulanan ve ekseni etrafında 360o dönebilen sevk sistemleridir Şekik 4.15). Bu sistemlerde dümen tamamen ortadan kalkmış olur ve dönme pervanenin itme yönünün değiştirilmesiyle sağlanır. Ayrıca bazı sistemlerde elektrik motorunu taşıyan ve pervane kovanının üstünde oturan kısım yapı itibariyle dümen yapısına benzemekte olup sevk sistemiyle birlikte döndüğü için dümen gibi de çalışmaktadır. Bu sistemlerin şaftın ortadan kalkması, makina dairesinde önemli ölçüde yerden tasarruf ve sevk sistemi veriminde artış sağlaması nedeniyle avantajlı gözükmektedir. Ancak alışılmış sistemlerde değişikliğin çok yavaş kabul görmesi ve bu sevk sistemlerine ilişkin yaygın bilginin olmaması ve ilk maliyetinin yüksekliği dezavantajlarını oluşturmaktadır.

Şekil 4.15: Gemilerde hem sevk hem manevra sistemi olarak kullanılan podlu pervaneler 4.2. Gemilerde Teçhizat Gemilerde teçhizat daha ziyade geminin bağlanması ile ilgili yapılardan oluşur. Bu yapıların en önemlileri

Page 98: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

92

• Geminin demiri • Geminin zinciri • Geminin halatları • Babalar ve loçalar

olarak sıralanabilirler. Bu büyüklükler klas müessesesi kurallarında teçhizat numarası olarak bilinen bir değere bağlı olarak verilir. Gemilerin bağlanması veya demirlenmesi sırasında maruz kaldığı kuvvetler genellikle akıntılar ve rüzgar kuvvetleri olup geminin akıntı ve rüzgarlara açık olan yüzey alanı üzerinde etkili olurlar. Bu nedenle doğal olarak teçhizat numarası bu yüzey alanının fonksiyonu olarak

10AhB2E 3

2

N ++Δ= (4.1)

şeklinde verilir. Burada Δ geminin deplasmanını, B geminin genişliğini h geminin yaz yüklü su hattından üst binaların en üst noktasına kadar olan toplam yüksekliği A da yaz su hattından üst binaların en üst noktasına kadar giden yapının gemi boyunca kesitinin toplam alanını göstermektedir. Bu büyüklükler göz önüne alındığında sağ taraftaki ilk terim su altı alanının bir ölçüsü ve hidrodinamik sürükleme kuvvetlerine ilişkin bir büyüklüğe karşı gelir. Diğer iki büyüklük de sırasıyla gemiye boyu ve yan tarafından gelen rüzgar etkileri ile ilgili ilgili büyüklüklerdir. Gemi çapaları genellikle şaft denilen bir kiriş ile buna bağlı tırnak tabir edilen bir tür yüzeyden oluşmaktadır. Yüzeyle kirişin birbirlerine bağlanış şekline göre dört tip çapa vardır (Şekil 4.16). Bunlardan en yaygın ve en eski olanları kanca tipi çapalardır ve ağır bir şaft ile yine ağır fakat dar bir tırnakdan oluşmaktadır. Bu çapaların en yaygın olarak kullanılan iki tipi Şekil 4.16a’da görülmektedir. Burada çapanın şaftı ve tırnağının dar ve ağır olmasından amaç çapanın deniz dibinde zemine işleyerek sürüklenme kuvvetlerine karşı yüksek direnç gösterebilmektir.

Şekil 4.16: Gemilerde kullanılan değişik çapa tipleri

Page 99: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

93

İkinci tip çapa pulluk tipi olup çalışma prensipleri tarımda kullanılan pulluklara çok benzer. Burada çapa yüzeyi daha hafif ve daha yaygın olup şaft ile açısı çapaya kuvvet uygulandıkça çapa yüzeyi deniz dibine daha derinlemesine işleyecek şekilde tasarlanır. Bu tip çapalar için bir örnek Şekil 4.16b’de verilmiştir. Şekilden de görülebileceği üzere gemi halatlar aracılığı ile çapayı sürüklemek isterse tek parça olan tırnak eğrisel yüzeyi nedeniyle toprağın içine doğru dalacaktır. Üçüncü tip çapa geniş tırnaklı çapa tipi olup çalışma prensipleri pulluk tipi çapalara çok benzer. Burada iki tırnak kullanılmakta ve yüzeyleri çok daha geniş ve daha hafif olur. Şaft da genellikle hafif olur ve tırnaklar çapaya kuvvet uygulandıkça çapa deniz dibine daha derinlemesine işler. Bu tip çapalar için bir örnek Şekil 4.16c’de verilmiştir. Son tip çapa çok tırnaklı paraşüt tipi çapa olup demirlemeyi hem deniz dibindeki sürtünme hem de su direnci aracılığı ile temin eder. Burada tırnaklar şafta dik olup şafta sabitlenmişlerdir. Gemi çapaya kuvvet uygulandıkça çapa deniz dibine sürtünerek geminin hareketine engel olur. Deniz dibindeki sürtünme direncin sadece bir kısmını oluşturur. Bu sürtünme yanısıra önemli bir miktar direnç de bu tırnaklardan saçılan çevriler sonucu ortaya çıkar. Bu tip çapalar için bir örnek Şekil 4.16d’de verilmiştir. Çapaların gemi ile arasındaki bağlantıyı zincirler sağlar. Zincirlerin tek amacı bu bağlantının sağlanması değil aynı zamanda geminin yerinde kalabilmesi için gerekli kuvvetin bir kısmını da oluşturmaktır. Her gemi için gerekli zincir tipi ve miktarı teçhizat numarasına göre klas müessesesi kurallarında belirtilmiştir. Zincirler bakla adı verilen elemanların bir araya getirilmesiyle oluşturulur. Normal olarak baklalar bir standart bir de kalın bakla olarak iki çeşittir. Her standart boyun son halkası ise normal baklalardan farklı olarak imal edilirler ve seri sonu bakla olarak bilinirler.

Şekil 4.17: Zincirler ve bağlantı düzenekleri Standart uzunluktaki zincirler birbirlerine ve çapa veya gemiye bazı standart elemanlarla bağlanırlar. Bu malzemelerden en yaygın olarak kullanılan kilit çapa kilididir. Bu kilit manüel olup ucu vidalı bir pim aracılığıyla iki zinciri veya zincir ile çapayı birbirine bağlar. Öte yandan bir diğer kilit de yaylı bir mekanizma aracılığıyla kilitlemeyi sağlayan kenter kilididir. Bu elemanların dışında iki zincir parçasının birbirine göre rahatça

Page 100: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

94

dönmesini sağlamak ve burulma momentinin ortaya çıkması veya aşırı büyümesini önlemek için fırdöndü kullanılır. Fırdöndüler standart bağlantı elemanı olarak kullanılabilecekleri gibi kilit olarak da kullanılmaları olanaklıdır. Gemi zincir sistemini oluşturan bu elemanlar Şekil 4.17’de verilmiştir. Gemiye ait diğer teçhizat da bağlama ile ilgili olanlardır. Bunlardan halatlar çelik ve sentetik olmak üzere iki gurupta toplanabilirler. Bunlara ait bilgiler ve boyut seçimi teçhizat numarasına göre klas müessesesi kuralları ile verilirler. Bağlama ile ilgili olan diğer elemanlar ise gemide halatların bağlandığı babalar ve dışarıdan gelen halatları babalara yönlendiren loçalardır. Loçalar döküm yoluyla imal edilebilecekleri gibi geminin dış kaplamasında açılan yuvalardan yararlanılarak da imal edilebilirler. Bu teçhizatın gemi üzerindeki örnekleri Şekil 4.18a’da verilmiştir.

Şekil 4.18: Gemilerin bağlanma sistemleri ve teçhizatı Bağlama ve demirleme teçhizatlarının hiç şüphesiz en önemlisi ırgattır. Irgat hem zincirin hem de halatların verilmesi ve toplanmasında kullanılır. Irgat bir motor ve tamburlardan oluşmaktadır ve motorun çalışmasıyla tamburlar dönerek üzerlerindeki halat veya zincirleri toplar veya gevşetirler. Irgatın temel elemanları Şekil 4.18b’de zincir atmada çalışma prensibi de Şekil 4.19’da görülebilir.

Şekil 4.19: Gemilerde demirleme sistemlerinin çalışması Gemilerde kullanılan donatım ve teçhizatın önemli olanları böylece tamamlanmış olur.

Page 101: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

95

5. GEMİ VE AÇIKDENİZ YAPILARINDA BOYUNA MUKAVEMET 5.1 Problemin modellenmesi Statik yükleme durumunda boyuna mukavemet problemi gemi veya açıkdeniz yapısını bir kiriş gibi kabul ederek yapıya etki eden statik yüklerin sözkonusu yapı boyunca yarattığı kesit tesirlerinin (kesme kuvveti ve eğilme momenti dağılımları) hesaplanması, bu kesit tesirlerine dayanabilecek kesitin belirlenmesi ve belirlenen kesitler kullanıldığında yapı boyunca ortaya çıkacak deformasyonların saptanması olarak tanımlanabilir. Daha evvelce de değinildiği gibi gemilerin ve açıkdeniz yapılarının deniz ortamında maruz kaldığı zorlamalar nadiren statik olurlar. Ancak sakin suda veya çok uzun periyotlu dalgalarda yapının hareketleri çok yavaş olup da ortaya çıkan dinamik yükler ihmal edilebilecek düzeyde kaldığından yüklemeler statik varsayılabilirler. Bu nedenle gemilerin ve açıkdeniz yapılarının boyuna mukavemetini ele alırkan yüklerin sadece statik olduğu halleri de göz önüne almakta da yarar vardır. Gemi veya açıkdeniz yapısına etki eden statik yükler bileşenlerini şöyle sınıflamak uygun olur.

• Geminin veya açıkdeniz yapısının ağırlığı: Bu yük bileşeni çıplak tekne, ana ve yardımcı makinalar, taşınan yükler veya balasttan oluşur. Bu bileşen daima mevcuttur ve konstrüksiyon resmi verildiğinde belirlenmiş olur. Tasarımın ilk safhalarında konstrüksiyon resmi tam belirlenmemişken ampirik yollardan hesap yapılır.

• Geminin veya açıkdeniz yapısının sephiyesi: Geminin veya açıkdeniz yapısının formunun belli olması ile hidrostatik hesaplardan sephiye belli olur. Bu da ağırlık gibi her zaman mevcut olan bir yüktür.

• Nokta yükler: Bu yükler denize indirme veya karaya oturma sırasında oluşan yüklerdir ve ancak bu tür problemleri incelemek için göz önüne alınır.

• Termal Yükler: Özellikle arktik ve antarktik civarında buzulların olduğu yerlerde seyreden gemiler deniz suyunun soğukluğu nedeni ile gerilmelere maruz kalırlar. Bu yükler pratik açısından önemsiz varsayıldığı için bu dersin kapsamında ihmal edileceklerdir.

5.1.1 Kesit Tesirlerinin Hesaplanması Herhangi bir geminin veya bir açıkdeniz yapısının denizde denge halinde yüzerken ağırlık dağılımının w(x) sephiye dağılımının da b(x) olarak bilindiğini varsayalım.

Page 102: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

96

Yapının denge halinde olabilmesi için ağırlığı ve sephiyesi ve bunların sabit bir noktaya göre momentleri birbirlerine eşit olmalıdır. Yani

∫ −=∫ −

∫=∫L

0o

L

0o

L

0

L

0

dx)x(b)xx(dx)x(w)xx(

dx)x(bdx)x(w (5.1)

Birinci denklem ağırlığın sephiyeye eşit olduğunu ikinci koşul da ağırlık ile sephiyenin bir xo noktasına göre alınmış momentlerini gösterir. Eğer bu koşullar sağlanmıyorsa yapı dengede değildir ve dengeye gelene kadar draft ve trimi değişir. Burada verilen w(x) ağırlık ve b(x) sephiye dağılımlarının (5.1) koşullarını sağladığını ve yapının denizde denge halinde olduğunu varsayıyoruz. Ancak bu koşullar ağırlık ve sephiye dağlımları arasında yerel olarak eşitliği garanti etmezler. Bu durumda da gemi veya açıkdeniz yapısı boyunca dengelenmemiş bir yük dağılımı ortaya çıkar ve yapıda kesme kuvvetleri ve eğilme momentleri yaratırlar. Ortaya çıkan durumu mukavemet açısından incelemek için göz önüne aldığımız yapıyı idealleştirip sephiye ile ağırlık etkisindeki bir kiriş olarak modelleriz (Şekil 5.1).

Şekil 5.1: Bir gemiye etki eden statik kuvvetler ve bunların bir kesitte yarattıkları tesirler Problemin ilk aşaması gemi boyunca dengelenmemiş kuvvet q(x) dağılımını hesaplamaktır. Bu geminin w(x) ağırlığı ile b(x) sephiyesi arasındaki farklılıktır ve q(x) = b(x) – w(x) (5.2) şeklinde hesaplanır. Gemi veya açıkdeniz yapısı boyunca dengelenmemiş kuvvet q(x)in yapının herhangi bir kesitinde yaratacağı Q(x) kesme kuvvetini ve M(x) eğilme momentini kesitteki bu tepkiler ile kesite kadar olan yüklerin dengede olması koşulundan tayin ederiz. Düşey doğrultuda kuvvetlerin dengede olması gerektiği göz önüne alınırsa

[ ] ∫ ξξ=∫ ξξ−ξ=x

0

x

0d)(qd)(w)(b)x(Q (5.3)

elde edilir. Bu bize yapının herhangi bir kesitindeki kesme kuvvetinin yapıya etki eden dengelenmemiş kuvvetlerin yapı boyunca söz konusu kesite kadar integrasyonuna eşit

Page 103: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

97

olacacağını belirtmektedir. İkinci olarak yapıya etki eden kuvvetlerin sabit bir noktaya göre momentlerinin de dengede olması gerekeceğinden

[ ] ∫ ξξξ−=∫ ξξ−ξξ−=x

0

x

0d)(q)x(xQd)(w)(b)x(xQ)x(M

elde ederiz. Yukarıdaki denklemde integrali kısmi entegrasyonla integre edip (5.3) denkleminden de yararlamırsak kesitteki eğilme momentini

∫ ξξ=x

0d)(Q)x(M (5.4)

Şekil 5.2: Gemiye etki eden dış kuvvetlerin yarattığı kesit tesirleri olarak elde ederiz. Bu denklemden de herhangi bir kesitteki eğilme momentinin yapıya etki etmekte olan kesme kuvvetinin söz konusu kesite kadar integrasyonuna eşit olacağı gözükmektedir. Ağırlık dağılımı ve formu, dolayısı ile sephiye dağılımı, belirli olan herhangi bir geminin veya açıkdeniz yapısının kesit tesirleri (3.3) ve (3.4) integrasyonlarından elde edilir ve gemi boyunca çizilir (Şekil 5.2). Sonuçlar genel olarak yapının sakin suda dalga tepesinde veya dalga çukurunda olmasına bağlı olarak belirli karakteristikler gösterir. Kesit tesirleri belli olduktan sonra geminin veya açıkdeniz yapısının kesitlerinin yeterli mukavemete sahip olup olmadığı belirlenebilir. 5.1.2 Kesit Performansının Değerlendirilmesi Boyuna mukavemet hesaplarında geminin veya açıkdeniz yapısının bir kiriş gibi davrandığı varsayılarak kesitlerini gelen zorlamalara dayanabilecek şekilde belirlemek amaçlanır. Genel mukavemet derslerinden hatırlanacağı gibi böyle bir yapıda göz önüne aldığımız zorlamalar sonucu kesmeli eğilme hali ortaya çıkar. Ancak kirişlerin derinliğinin boya göre çok küçük olduğu hallerde kesme etkisinin tamamen önemsiz olduğuna ilişkin bir hayli teorik ve deneysel gözlemler olduğundan dikkatli olmak kaydıyla basit eğilme teorisini uygulayabiliriz. Şimdi incelediğimiz yapının basit eğilme sonrası elemanter bir parçasını göz önüne alalım (Şekil 5.3).

Page 104: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

98

Şekil 5.3: Basit eğilmeye maruz kalan bir açıkdeniz yapısına ait kesit Kesitin tarafsız ekseninden y kadar uzaklıktaki bir noktadaki genlemeyi

Ry

RdRdd)yR(

θ−θ+=ε

şeklinde elde ederiz. Bu ilişkiden açıkça görüleceği gibi genleme kesitin yüksekliği boyunca doğrusal olarak değişmektedir. Buradan gerilme ile genleme arasındaki oranın sabit ve orantı sabitinin Young modülü olduğunu hatırlarsak gerilmenin de kesit yüksekliğince doğrusal değişeceği ve bunu

REyE =ε=σ (5.5)

olarak ifade edebileceğimiz açıkça gözükür. Herhangi bir kesiti göz önüne aldığımızda bu kesitte normal kuvvet olmadığı için kesit üzerinde normal gerilmelerin integralinin sıfır olması gerekir ve

0ydSREdS

SS=∫∫=∫∫ σ

bulunur. Yani tarafsız eksen kesitin alan merkezinden geçmek zorundadır. Öte yandan kesite etki eden eğilme momenti gerilmelerin tarafsız eksene göre momentlerinin kesit üzerinde integrasyonuna eşit olacağı için

REIdSy

REdSyM

S

2

S=∫∫=∫∫ σ= (5.6)

bulunur. Burada (3.5) denkleminden yararlanır ve kesit mukavemet modülünü W = I /ym olarak tanımlarsak herhangi bir kesitteki maksimum gerilmeyi

WM

IMy

m =σ⇒=σ (5.7)

olarak hesaplarız. Burada ym kesitin tarafsız eksenden en uzak noktasını göstermektedir ve kesitin yeterli mukavemete sahip olabilmesi için maksimum gerilme σm kullanılan malzemenin emniyet gerilmesi σem’den daha küçük olması gerekir.

Page 105: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

99

5.1.3 Kesit Atalet Momentinin Hesabı Kesit mukavemet modülünün hesaplanabilmesi için kesitin tarafsız eksenini belirlemek ve bu eksene göre atalet momentini hesaplamayı gerektirir. Herhangi bir gemi veya açıkdeniz yapısının kesiti çok sayıda konstrüksiyon elemanını içeren oldukça karmaşık bir geometriye sahiptir. Bu denli karmaşık geometriler için tarafsız ekseni veya kesit atalet momentini yukarıda belirtilen analitik yollardan hesaplamak olanaksızdır. Bu nedenle hesapları yaparken kesiti oluşturan elemanların her biri için hesaplar ayrı ayrı yapılır ve kesit için değerler bunların toplanması ile elde edilir. İlk olarak tarafsız eksenin yerini hesaplamak gerekir. Bunun için de bir referans ekseni seçmek gerekir. Örneğin herhangi bir kesit için referans ekseni taban hattı olarak seçilsin ve kesiti oluşturan N elemanın alanları An ve alan merkezlerinin taban hattına olan uzaklıkları yn biliniyor olsun. Bu durumda kesite ait tarafsız eksenin referans ekseni olarak seçilen taban hattına mesafesi y

∑=

=

=N

1nn

N

1nnn

A

Ayy (5.8)

şeklinde hesaplanır. Tarafsız eksen bu şekilde hesaplandıktan sonra elemanların tarafsız eksene göre kesit atalet momentlerini hesaplamak ve bunları toplamak gerekir. Burada dikkat edilecek husus her bir eleman için bir kendi tarafsız eksenine bir de kesitin tarafsız eksenine göre iki atalet momenti vardır ve bunlar birbirinden farklıdır. Eğer bir kesitin kendi tarafsız eksenine göre atalet momenti nI′ olarak biliniyorsa bu elemanın alan merkezinin taban hattına mesafesinin yn olduğu hatırlanarak kesit tarafsız eksenine göre atalet momenti In n

2nnn A)yy(II −+′= (5.9)

şeklinde hesaplanır. Kesitin tarafsız eksene göre atalet momenti de bütün elemanların tarafsız eksene göre bu şekilde hesaplanmış atalet momentlerinin toplamıdır. 5.1.4 Gemi veya Açıkdeniz Yapılarında Sehimlerin Hesabı Kesit tesirleri belli olduktan sonra kesit tesirlerini kullanarak gemide meydana gelen sehimleri (Deformasyon) de hesaplayabiliriz. Yukarıdaki (3.6)’daki R değerinin eğrilik yarıçapı olduğu ve eğrilik yarıçapı ile yapının deformasyonu arasındaki ilişkinin

( )

δ ′′≈δ′+δ ′′

= 2/321R1

olduğu göz önüne alınırsa yapıda meydana gelecek sehimleri

)x(EI)x(M)x( −=δ ′′ (5.10)

denklemini integre ederek hesaplayabiliriz. Sehimin ikinci türevi belli olduğuna göre iki kere integrasyonla sehimi hesaplayabiliriz. İlk integrasyon sonucunda

Ad)(M)(iEI1)x(

x

0+∫ ξξξ−=δ′

elde edilir. Burada

Page 106: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

100

⊗ −=δ ′′=EI

)x(M)x(i)x()x(i

I)x(I

tariflerini kullandığımızı ve ⊗I değerinin karakteristik bir kesitin atalet momenti olduğunu belirtmekte yarar vardır. İntegrasyonu ikinci defa yaparsak

BAxdd)(M)(iEI1)x(

x

0 0++∫ ∫ ξηηη−=δ

ξ

olur. Burada A ve B integrasyon sabitleri olup x = 0 ve x = L noktalarında çökme olmadığını varsayarak tayin edilir. Bu koşullar altında

0Bdd)(M)(iEI

1AL

0 0=∫ ∫ ξηηη=

ξ

olacağı açıkça gözükmektedir. Böylece herhangi bir geminin veya açıkdeniz yapısının belli bir eğilme momentine maruz kaldığında uğrayacağı deformasyonu

∫ ∫ ξηηη+∫ ∫ ξηηη−=δξ

ξ

L

0 0

x

0 0dd)(M)(i

EIxdd)(M)(i

EI1)x( (5.11)

denkleminden elde ederiz. Bu integrasyonları uyguladığımızda elde edilen sehim eğrisi Şekil 5.4’de verilmektedir.

Şekil 5.4: Gemi ve açıkdeniz yapılarında moment dağılımı ve sehim arasındaki ilişki 5.2 Gemi veya Açıkdeniz Yapıları İçin Ağırlık Hesabı Gemi veya açıkdeniz yapılarında ortaya çıkan kesit tesirlerini hesaplayabilmek için öncelikle yapının ağırlık ve sephiye dağılımının bilinmesi gerekmektedir. Bu bölümde göz önüne aldığımız yapının ağırlık dağılımının belirlenmesini ele alacağız. Ağırlık dağılımının hesabını yaparken ağırlıkları iki gurupta ele almakta yarar vardır. Bu iki grup çıplak gemiye ait ağırlık (lightship) ve taşınan ağırlık (deadweight) olarak ele alınır ve her biri kendi içinde gruplanabilir. Bunlardan çıplak gemiye ait ağırlıklar

• Çelik tekne ağırlığı • Makine ağırlığı • Donanım ağırlığı • Yardımcı makina ağırlığı • Yakıt ağırlığı • Yağlama yağı ağırlığı • Tatlı su ağırlığı

Page 107: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

101

• Mürettebat ağırlığı (Gıda vs. Gibi ihtiyaçları dahil) olarak sınıflanabilirler. Bu ağırlıkların her tasarım tamamlandığında belli olur ancak ön dizayn safhasında daha ziyade yaklaşık ampirik formüller kullanılır. Burada formüllerden bazılarını ele alacağız. 5.2.1 Çelik Tekne Ağırlığı (Ws) Çelik konstrüksiyon ağırlığı aslında sürekli bir dağılım değildir. Örneğin gemi veya açıkdeniz yapılarında sızdırmazlığı temin eden perdeler ve derin kemere, derin posta gibi çok daha kısa mesafelere isabet eden ana taşıyıcı elemanlar vardır. Bu tip elemanların tek bir eleman için ağırlıkları oldukça büyüktür ve gemi boyu göz önüne alındığında noktasal yüklermiş gibi düşünülebilir. Ancak bu yükler toplam yükle kıyaslandığında çok küçük olduklarından ortaya çıkacak süreksizlik çok önemsiz olacakdır. Bu durumda gemi veya açıkdeniz yapısı, konstrüksiyonu ve yükleme koşulları belli olduğu takdirde, boyu doğrultusunda olukça sık aralıklara bölünür. Her aralıktaki çelik konstrüksiyon elemanlarının toplam ağırlığı hesaplanarak o aralığa düzgün olarak yayılır. Böylece bütün aralıklarda çelik ağırlığı dağılımı hesaplandığında yapının çelik ağırlığı dağılımı belirlenmiş olur.

Şekil 5.5: Gemilerde çelik tekne ağırlığının dağılımı için amprik yaklaşım Bu tür bir ağırlık hesabı için geminin veya açıkdeniz yapısının tasarımı tamamen belirlenmiş olması gerekmektedir. Her zaman bu kadar ayrıntılı bilgi olmayabilir. Örneğin ön dizayn safhasında geminin boyuna mukavemetini hesaplamak gerekebilir. Böyle hallerde çelik konstrüksiyon ağırlığı

( )

[ ] HBLN12HL025.01Nlog026.021.0C

LW

wLl

Ll

4.017.0C321NCW

s

ss

21Bss

××=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+−=

=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡++⎥⎦

⎤⎢⎣⎡ −+=

formülünden ampirik olarak belirlenir ve dağılımı blok katsayısına bağlı olarak değişen bir poligon olarak verilir (Şekil 5.5). Burada l1 bordodan bordoya uzanan l2 de bordodan bordoya uzanmayan üst bina uzunluklarının toplamını belirtmektedir.

Page 108: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

102

5.2.2 Makine Ağırlığı (WM) Bu sistemde ana makine ağırlığı da makinenin yerleştirildiği bölgede düzgün yayılı yük olarak göz önüne alınır. Kullanılacak makinenin ayrıntıları imalatçı firma tarafından verilmişse bu ağırlık makinenin yerleştirildiği yere uygulamak gerekir. Genellikle bu tür ayrıntılar çok nadir olarak vardır. Böyle hallerde kullanılacak makinenin ağırlığı, makine imalatçısının web sitesinden alınır veya gücü ve devir sayısına bağlı olarak,

M

MM

84.0

MWw

NP12W

l=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

ampirik formülleri yardımıyla bulunup yerine düzgün yayılı yük olarak dağıtılır. Bu formülde P kW olarak makina gücü, N makinenin dakikadaki devir sayısı ve lM makinenin boyudur. Eğer makina gücü kesin olarak belirlenmemişse servis hızı Vo, Δ deplasmanı ve Lpp kaimeler arası boy cinsinden

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

Δ=

opp

3o

3/2

V75L7.3

VP

ampirik formülü yardımıyla belirlenebilir. Eğer kullanılacak makinenin devir sayısı belirlenmemişse düşük hızlı dizeller için N = 110, orta hızlı dizeller için N = 450 ve yüksek hızlı dizeller için N = 850 alınabilir. 5.2.3 Donanım Ağırlığı (WO) Donanım ağırlığı dendiğinde yükleme boşaltma sistemleri, güverte makinaları baş ve kıç bodoslama ve dümen donanımları gibi elemanlar akla gelmektedir. Bu sistemlerin dağılımı oldukça karmaşık olmakla birlikte baş ve kıç kasaralarla gemi vinçlerinin taşıyıcı yapılarının bulunduğu bölgelere düzgün yayılı yük olarak dağıtmak uygun olur. Donanım elemanlarının ayrıntıları imalatçı firma tarafından verilmişse bu ağırlıklar kullanılır. Bu ayrıntıların belli olmadığı hallerde donanım ağırlığı gemi boyutları ve tipine bağlı olarak

⎪⎩

⎪⎨

⎧===

Konteyner050.0kerTan045.0

oargK065.0c

lW

wHBLcW OO

OO

3.08.03.1ppOO

ampirik formülleri yardımıyla hesaplanabilirler. Bu formülde lO dağıtımın yapıldığı üst yapıların toplam boyudur. 5.2.4 Yardımcı Makine Ağırlığı (WA) Bu sistemde yardımcı makinelerin ağırlığı da makine dairesinde düzgün yayılı yük olarak göz önüne alınabilir. Kullanılacak makinelerin ayrıntıları imalatçı firma tarafından verilmişse bu ağırlıklar kullanılır. Bu ayrıntıların belli olmadığı hallerde yardımcı makinelerin ağırlığı, gücüne bağlı olarak

⎪⎩

⎪⎨

⎧==⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

Konteyner65.0kerTan59.0

oargK56.0c

Ww

3P4cW A

A

AA

7.0

AA l

Page 109: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

103

ampirik formülleri yardımıyla bulunup makine dairesine düzgün yayılı yük olarak dağıtılır. Bu formülde P kW olarak ana makina gücü lA makina dairesi boyudur. 5.2.5 Yakıt, Yağlama Yağı ve Tatlı Su Ağırlıkları Dağılımı Yakıt, yağlama yağı ve tatlı su gibi yükler yoğunluğu ve genel planda yerleri belli olan sıvı yükler olduklarından bu yükleri aynen sıvı yüklerde olduğu gibi genel planda belirtilen tankların bulundukları bölgelere dağıtırız. Boş gemi için yapılan hesaplar sırasında bu ağırlıkları ve özellikle de yakıtı aldığımız miktar ve tanklar geminin trimini asgariye indirecek şekilde seçilir. Ancak bütün bu ağırlıklar tankların tam dolu olmasını sağlayacak şekilde dağıtılır. 5.2.6 Mürettebat Ağırlığı Dağılımı Mürettebat ağırlığı belirtilmemiş ise ampirik olarak

c

cccPR

WwN29.0W

l==

formülü yardımı ile belirlenir ve mürettebatın yaşam mahallinde olduğu göz önünde tutularak yaşam mahallinin olduğu bölgeye düzgün olarak dağıtılır. Burada Nc mürettebat sayısı olup lc de mürettebat mahallinin uzunluğudur. Geminin taşımakta olduğu ağırlık da gemi tasarımında sabit olarak belirlenmemiş olup

• Yük ağırlığı • Ballast ağırlığı

gibi guruplardan oluşur. 5.2.7 Yük Ağırlığı Dağılımı Yükler genellikle sadece gemilere uygulanır. Ancak FPSO tipi ürettiği petrolü bir süre depolamak durumunda olan açıkdeniz yapıları için de yük dağılımının hesabı söz konusudur. Genel veya konteyner türü yüklerin dağılımının nasıl olacağını, bu tür yüklerin yoğunluklarındaki aşırı değişkenlik nedeniyle, kestirebilmek hemen hemen olanaksızdır. Bu durumda her ambara kapasitesi kadar yükü düzgün yayılı yük olarak dağıtılır. Ancak yoğunlukları belli olan ve tamamen konuldukları ambarın şeklini aldıkları bilinen sıvı veya dökme yükler ambar kesit alanının yapının boyunca değişimine ve yükün yoğunluğuna bağlı olarak dağıtılır. Burada çok önemli bir nokta, özellikle maden cevheri gibi yoğunluğu yüksek olan yüklerde, ambarları tamamen doldurup yük yoğunluğu nedeni ile ambar kapasitesini aşmamaya dikkat etmek gerekir. Ayrıca tam dolu halde yük miktarı toplam deplasman ile çıplak gemiye ait ağırlık arasındaki farktan belirlenir. Bu yükün dağılımı için ise yine geminin an az trim yapmasını sağlamak hedeflenir. Ayrıca mukavemet açısından uygun bir dağılım da sağlamak amacıyla her ambara mümkün olduğunca eşit yük dağıtarak net kuvveti de asgaride tutmaya çalışmakta yarar vardır. 5.2.8 Ballast Dağılımı Balast, yakıt, yağlama yağı ve tatlı su gibi yoğunluğu ve genel planda yerleri belli olan sıvı yüklerdendir ve aynen sıvı yüklerde olduğu gibi genel planda belirtilen tankların bulundukları bölgelere dağıtırız. Burada da ballast dağılımını trimi asgariye indirecek şekilde yapmak gerekmektedir.

Page 110: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

104

5.3 Sephiyenin Hesabı Gemi veya açıkdeniz yapısının sephiyenin hesabı o yapının deniz yüzeyi altında kalan hacminin hesabı demektir. Dolayısı ile bu hesabı yapabilmek için iki temel bilgiye gereksinim vardır. Bunlardan birincisi yapının boyunca kesit alanlarının değişimi (Bon-Jean alan eğrileri) diğeri de deniz yüzeyinin tanımı. İlk olarak deniz yüzeyinin ve Bon-Jean alan eğrilerinin bilindiğini varsayarak sephiye dağılımını hesaplayalım. 5.3.1 Sephiye Dağılımının Hesabı Gemi veya açıkdeniz yapısına ait Bon-Jean alan eğrileri ve geminin yüzeyi tanımlanmış olsun. Bu durumda gemi hidrostatiği dersinden hatırlanacağı gibi her kesitte deniz yüzeyinin altında kalan alanın değerini kesite ait Bon-Jean eğrisinden elde edebiliriz (Şekil 5.6a). Bu değerleri bütün kesitler için tekrarlayarak yapının verilmiş deniz yüzeyinin altında kalan hacminin yapı boyunca değişimini gösteren sephiye değişimini elde ederiz (Şekil 5.6b). Ancak burada sephiye dağılımını hesaplarken deniz yüzeyinin gemiye göre konumunu bildiğimizi varsaydık. Gerçekte bu bilgiye sahip değiliz ama geminin ağırlığını bildiğimiz ortalama draftı tespit edebiliriz. Eğer deniz yüzeyinin simetri eksenini bu ortalama draftla çakışacak şekilde seçecek olursak göz önüne aldığımız yapının hidrostatik dengede olacağını varsayarak hesapları yapabiliriz. Ancak bu varsayım genelde doğru olmayıp kontrol edilmesi gereklidir.

Şekil 5.6: Bon-Jean alan eğrilerini kullanarak sephiye dağılımının hesabı Buradan integrasyon ile seçilen dalga altında kalan sephiyeyi ve sephiye merkezini şu şekilde elde ederiz.

∫Δ

=∫=ΔL

0oB

L

0o dx)x(xb1xdx)x(b (5.12)

Geminin denge halinde yüzüyor olabilmesi için Δo sephiyesi Wo ağırlığına ve xB sephiye merkezinin boyuna konumu da xG ağırlık merkezinin boyuna konumuna eşit olması gerekir. Oysa genellikle bu koşullar sağlanmaz ve sephiye ile ağırlık arasında bir farklılık olur. Bu sonuçlar başlangıç değerleri olarak alınıp aradaki farklılık sıfıra inene dek

Page 111: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

105

ortalama draftta ve trimde değişiklik yapılır. İlk düzeltme için δ paralel batması ve δ' trimi

m1

t

oBoG

WL

oo

MxWx

gAW Δ−

=δ′ρ

Δ−=δ (5.13)

denklemlerinden hesaplanabilir. Burada m1tM 1m trim yapma momenti olup

LBM~

LGM

M LoLom1t

Δ=

Δ=

şeklinde hesaplanacağı hatırlanmalıdır. Burada GML ile BML arasındaki farkın küçük olduğunu ve trim değişiminin yaklaşık olarak hesabının yeterli olacağını göz önünde tutuyoruz. Ortalama su hattında bu düzeltmeler yapıldıktan sonra sephiye hesapları tekrarlanır ve ağırlık ile sephiye arasındaki farklılık seçilen hata mertebesinin altına indikten sonra sephiye dağılımı belli olmuş olur. 5.3.2 Deniz Yüzeyi ve Dalga Türleri Sephiyenin belirlenebilmesi için öncelikle deniz yüzeyinin belirlenmesi gerekir. Deniz yüzeyinin belirlenebilmesi için iki çevre koşulu göz önüne almak gerekir. Birinci hal olarak sakin suda seyir hali ikinci hal ise dalgalı denizde seyir haline karşı gelir. Ayrıca yapının dalgalı denizde karşılaşabileceği iki ekstrem hal vardır. Bunlardan birincisi dalga tepesinin açıkdeniz yapısının ortasına geldiği ve gemideki deformasyonların sarkma şekline ortaya çıktığı haldir. İkinci halde ise dalga çukuru açıkdeniz yapısının ortasına gelir ve açıkdeniz yapısında deformasyon çökme şeklinde olur. Gemi ve açıkdeniz yapılarında deniz yüzeyine bağlı olarak ortaya çıkan sephiye dağılımları ve zorlanma türleri Şekil 5.7’de verilmektedir.

Şekil 5.7: Açıkdeniz yapılarında sarkma ve çökme halleri Gemi ve açıkdeniz yapıları inşaatında genellikle iki türlü dalgadan söz etmek mümkündür. En yaygın olarak kullanılan dalga türü sinusoidal dalga türüdür ve H dalga yüksekliği ve λ dalga boyuna bağlı olarak

Page 112: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

106

Lx0)x2(Cos2Hy ≤≤φ+

λπ

= (5.14)

şeklinde verilir. Burada φ faz farkı olup φ = π için dalga tepesi açıkdeniz yapısının ortasında φ = 0 için de dalga çukuru açıkdeniz yapısının ortasında olur. İkinci tür dalga ise trokoid dalga olup θ parametresi cinsinden dalga yüksekliğine ve boyuna bağlı olarak şöyle verilir.

)(Cos2HySin

2H

2x φ+θ−=θ+θ

πλ

= (5.15)

Burada da φ faz farkı olup φ = π için dalga tepesi açıkdeniz yapısının ortasında φ = 0 için de dalga çukuru açıkdeniz yapısının ortasında olur. Trokoidal şekil itibari ile gerçek dalgalara daha yakın olmakla birlikte denklemleri sağlamazlar. Oysa sinusoidal dalgalar teorik denklemleri sağlarlar ve daha yüksek mertebe çözümleri kullanıldıkça şekil itibari ile de gerçek dalgalara yaklaşırlar. Trokoid dalgalar ile sinusoidal dalgalar arasındaki farklılık Şekil 5.8’de gösterilmiştir.

Şekil 5.8: Sarkma ve çökme hallerine karşı gelen trokoidal ve sinüsoidal dalgaların kıyaslanması Dalga yüzeylerinin belirlenebilmesi için dalga boyu λ ve dalga yüksekliği H değerlerinin seçilmesi gerekir. Hesaplar sırasında dalga boyu gemi boyuna eşit almak uygun görülmektedir. Gerçekten de eğer dalga boyu gemi boyuna nazaran çok uzun olursa gemi boyunca değişim o kadar az olur ki bu sakin su halinden pek farklı olmaz. Öte yandan dalga boyu gemi boyuna nazaran çok küçük olursa bu kez dalga gemi çok fazla tekrarlandığı için sephiye dağılımı yine sakin su dağılımına doğru yaklaşır. Burada dalga yüksekliklerinin dalga boylarına göre çok daha küçük olduklarından dalga boyunun küçülmesi halinde dalga yükseklikleri iyice küçük hale geleceklerini unutmamak gerekir.

Page 113: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

107

Her ne kadar en kritik dalga boyunun gemi boyu ile aynı olması gerekmediği deneyimlerle sabit olsa dahi boyları gemi boyuna eşit dalgalar kritik bölgeye yeteri kadar yakın olur. Dalga yüksekliği için ise henüz tam olarak hangi değerin seçilmesi gerektiği tam olarak belli değildir. Herşeyden önce H/λ değerinin derin su kırılma limiti olan 1/14 değerinden küçük olması gerekir. Bir süre bu değer H/λ = 0.05 olarak kullanılmıştır. Daha sonraları dalga boylarının artması ile dalgaların dikliklerinde bir azalma olduğu gözlenmiş ve Lloyd Register tarafından dalga diklikleri için önceleri H/λ = 1.1/λ0.5 şeklinde daha sonra da H/λ = 1.1/λ0.7 şeklinde amprik formüller önermişlerdir. Bu değişik dalga yüksekliklerinin dalga boyuna göre değişimleri Şekil 5.9’de gösterilmiştir. Dalga yüksekliklerinde henüz evrensel bir değer üzerinde uzlaşılamamıştır ve değişik klas müesseseleri farklı dalga yüksekliği tanımları önermektedir. Bu ders kapsamında dalganın fribordu aşmamak ve kırılmamak kaydı ile değerinin 3.075.3H λ≈ olarak seçilmesi en uygunudur.

Şekil 5.9: Değişik dalga yüksekliklerinin ve dalga dikliklerinin karşılaştırılması 3.4 Kesme kuvveti ve eğilme momentinde yaklaşık düzeltme: Gemi veya açıkdeniz yapısı denizde serbestçe yüzdüğü için boyuna mukavemeti açısından uç noktalarında herhangi bir iç zorlama taşımazlar. Yani uç noktalarında gerek kesme kuvveti gerekse eğilme momenti sıfır olmak zorundadır. Her iki kesit tesiri de integrasyon ile hesaplandığı için başlangıç noktasında hem kesme kuvvetini hem de eğilme momentini keyfi olarak sıfır alabileceğimiz için bu noktada gerekli koşulu doğrudan sağlamış oluruz. Ancak integrasyonun üst limiti olan diğer uç noktasında

Page 114: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

108

kesme kuvveti de eğilme momenti de integrasyon sonucu olarak elde edilir. Daha evvelce sephiye ve ağırlığı dengelerken yapılan yaklaşık hesaplar sonucu kesme kuvveti ile eğilme momentinde bazı hatalar kaçınılmaz olur. Bu hataların yanısıra sayısal integrasyon sırasında da hatalar yapılacağından geminin uç noktalarında sıfırdan farklı kesme kuvvetleri ve eğilme momentleri ortaya çıkar. Bu hataların mertebesi belirli bir değerin altında kalıyorsa bunları yaklaşık yöntemlerle düzeltme olanağı vardır. Önce bu düzeltmeyi kesme kuvveti için verelim. 3.4.1 Kesme kuvvetinde yaklaşık düzeltme Dengelenmemiş kuvvetin integrasyonu sonucu elde edilen Q(x) kesme kuvveti alt limitte sıfır olarak başlamakla birlikte üst limitte sıfırdan farklı küçük bir δQ değerine ulaşıyor olsun (Şekil 5.10). Eğer hata miktarı δQ maksimum kesme kuvvetine oranla %3’ün altında kalıyorsa bu hatayı yapı boyunca lineer olarak dağıtmak olanaklıdır.

maxQ03.0QQLx)x(Q ≤δδ=δ iken (5.16)

Eğer hata mertebesi δQ maksimum kesme kuvvetinin %3’ünden daha büyük çıkıyor ise bu ağırlık ile sephiye arasındaki dengeyi sağlarken yapılan hatanın kabul edilemeyecek kadar büyük olduğunu gösterir ve tekrar (5.13) denklemlerine dönerek dengelemeyi daha hassas yapmak gerekecektir.

Şekil 5.10: Kesme kuvvetindeki hata ve hatanın yapı boyunca dağılımı 3.4.2 Eğilme Momentinde yaklaşık düzeltme Kesme kuvvetinin hesabında ortaya çıkan hataya benzer bir hata eğilme momentinde de ortaya çıkabilir (Şekil 5.10). İntegrasyon aralığının alt limitinde eğilme momenti sıfır seçilmesine rağmen üst limitte sıfırdan farklı bir δM moment değeri elde edilir. Eğer bu üst limit değeri δM hesaplanan maksimum moment değeri Mmax’ın %6’sından küçük değer alıyorsa sonuçlara kesme kuvvetine uygulanana benzer yaklaşık bir düzeltme uygulanabilir. Ancak bu düzeltme doğrudan lineer bir düzeltme olmayıp sephiyeyi uygun

Page 115: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

109

şekilde değiştirerek uygularız. Sephiye eğrisi daha evvelce de gördüğümüz gibi dalga çukuru için diğer iki halden farklı olduğu için bu halde sephiye kaydırmasını uygularken daha farklı bir yol izleriz (Şekil 5.11). Öncelikle dalga tepesinde veya sakin suda yüzmekte olan bir gemiyi veya açıkdeniz yapısını göz önüne alalım. Hesaplanmış olan sephiye dağılımına uygun bir düzeltme verecek e(x) kaydırmasını uyguladığımızı düşünelim. Burada e(x) herhangi bir x noktasındaki kayma miktarı e de sephiye merkezinin kayma miktarı olsun. Bu sephiye kaydırılması sonucunda ortaya çıkacak δb(x) sephiye değişiminin birinci ve ikinci integralleri δQ’(x) ve δM’(x) ek kesme kuvveti ve eğilme momenti oluşacaktır. Yapılan sephiye kaydırmasının hataları ortadan kaldırabilmesi için bunların değerlerinin üst limitde kesme kuvveti ve eğilme momenti hatalarına eşit ve ters işaretli olmaları gerekir.

Şekil 5.11: Dalga çukurunun veya dalga tepesinin ortada olması halinde sephiye kaydırması Yani

∫ ξξ′δ=′δ∫ ξξδ=′δx

0

x

0d)(Q)x(Md)(b)x(Q (5.17)

Bu denklemlerin yanısıra e << L (örneğin e = L/30) ise şu yaklaşımları yapabiliriz.

dx

)x(dbe)x(bdx

)x(dbe

)x(b)x(e)x(b

≈δ⇒≈δ

≈δ

Bu yaklaşımları yukarıdaki denklemlerde yerine koyarsak aşağıdaki sonuçları elde edriz.

∫ ξξ=′δ=′δΔδ

−=x

0o

d)(be)x(M)x(eb)x(QMe (5.18)

Buradan açıkça gözükmektedirki momentte düzeltme yapmak için sephiyeyi kaydırmaya gerek kalmamıştır ve düzeltme doğrudan uygulanabilir. Buradaki kesme kuvveti

Page 116: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

110

düzeltmesinin ilk düzeltmeye ilave olduğunu ve bu düzeltmenin sephiye kaydırmanın sonucu olduğunu belirtmek gerekir. Yukarıda anlatılan uygulamayı dalga çukuruna uyarlamak olanaklı değildir zira dalga çukuru halinde sephiye eğrisinde orta civarında bir çökme vardır ve bu nedenle δQ’(x) değişimi işaret değiştirir. Bu durumda dQ’(x) değişimi için q sonradan belirlenmek üzere

)L

x2Cos1(q)x(Q π−=′δ (5.19)

şeklinde yazabiliriz. Eğilme momentinin kesme kuvvetinin integrali olduğu göz önüne alınırsa şu ifadeler bulunur.

∫ ξ

πξ−

δ−=′δ

π−

δ−=′δ

δ−=

x

0d)

L2Cos1(

LM)x(M)

Lx2Cos1(

LM)x(Q

LMq

(5.20)

Burada da sephiye eğrisi üzerinde herhangi bir düzeltmeye gerek kalmaksızın kesme kuvveti ve eğilme momenti düzeltmelerini uygulayabiliriz. 5.5 Kayma gerilmelerinin kesit tesirlerine ve sehimlere etkisi Gemilerde ve açıkdeniz yapılarında kesitlerin performansını incelerken gerçekte bu yapıların kesmeli eğilmeye maruz kaldığını ancak kesit yüksekliklerinin boylarına nispeten küçük olduğu için gemi ve açıkdeniz yapılarının boyuna mukavemetini basit eğilme olarak ele almıştık. Eğilme sırasında da ortaya çıkan sehimin de sadece basit eğilmeden kaynaklandığını düşünerek hesaplamıştık. Bu bölümde kayma gerilmelerini göz önüne alıp bu gerilmelerin boyuna mukavemete etkilerini inceleyeceğiz. 3.5.1 Kesitlerde Kayma Gerilmesinin Dağılımı Herhangi bir kesitte kayma gerilmesini hesaplamak için en basit yol o kesitteki kesme kuvvetini kesitin alanına bölmektir. Ancak bu yöntemle ortalama bir değer elde edilir ve kesitte herhangi bir noktada bu ortalama değerin aşılması muhtemeldir. Özellikle kesit derinliklerinin tamamen önemsiz olmayabileceği halleri göz önüne aldığımızı düşünecek olursak kayma gerilmelerinin kesit içi değişimlerini biraz daha dikkatlice incelemekte yarar vardır. Şekil 5.12’deki kiriş parçasında x ile x+dx arasında, tarafsız eksenden y kadar mesafedeki dy kalınlıklı tabakayı göz önüne alalım. Bu tabakaya basit eğilme nedeniyle etki etmekte olan δF kuvvetini tabaka kalınlığını b olarak kabul etmek suretiyle

( )[ ] bdxdydxdbdydbdydF σ

=σ=σ−σ+σ=δ (5.21)

şeklinde yazabiliriz. Buradaki σ eğilme gerilmesi için (5.5) ve (5.6) denklemlerinden yararlanarak kesit eğilme momenti cinsinden değerini yazarsak tabakaya etki eden kuvvet

dxdyI

QybdxdyI

ybdxdMF ==δ

buluruz.

Page 117: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

111

Şekil 5.12: Kesmeli eğilmeye maruz kalan bir kesitteki kesit tepkileri ve gerilmeleri Bu kuvvetleri elde ederken göz önüne aldığımız tabakanın kalınlığını ym üst sınırına kadar kalınlaştıracak olursak bu kalın tabaka

∫==∫=mm y

y

y

yybdydx

IQybdydx

IQF M

M

gibi bir dengelenmemiş kuvvete maruz kalacaktır. Kesitin bu iç kuvvetler etkisinde dengede kalabilmesi için AB düzleminde bir iç kuvvetle dengelenmelidir. Bu iç kuvvet de AB düzlemi içindeki τ kayma gerilmesinden ötürü ortaya çıkar. Genel mukavemet dersinden bilindiği gibi bir düzlemdeki kayma gerilmesi o düzleme dik olan düzlemdeki kayma gerilmesine eşit olur. Böylece gemi veya açıkdeniz yapısının boyunca herhangi bir x noktasındaki kayma gerilmesini

Ib

QM=τ (5.22)

şeklinde hesaplayabiliriz. Burada M bir tür kesit momenti olup hesabındaki integrasyon limitinin değişken olması nedeniyle kesitin kalınlığına bağlı olur. 3.5.2 Kayma Gerilmesinin Eğilmeye Etkisi Kesmeli eğilme problemi genel mukavemetten bilindiği gibi son derece karmaşık bir problemdir ve çok basit birkaç hal dışında tam olarak çözümü yoktur. Gemilerin ve açıkdeniz yapılarının kesmeli eğilmesinde de, karmaşık yapıları göz önüne alındığında, tam bir çözümün bulunamayacağı açıktır. Dolayısı ile kayma gerilmelerinin eğilmeye olan etkisi yaklaşık olarak ele alınır. Önce bu bölümde (5.7) denklemi ile verilen σ basit eğilme gerilmesine (5.22) denklemi ile verilen τ kayma gerilmesinin etkisini inceleyelim. Gemi veya açıkdeniz yapısı boyunca bir bölümünü bir kutu kiriş gibi göz önüne alalım. Bu kiriş üzerindeki bir ABCDE düz kesiti yapı kesmeli eğilmeye maruz kaldığı için A’B’CD’E’ eğrisel yüzeyine deforme olur (Şekil 5.13). Bu deformasyonun orta simetri düzlemine izdüşümünü göz önüne alalım. Doğrusal olarak değişmesi gereken bu deformasyondaki farklılık τ kayma gerilmesinden kaynaklanmakta ve

Page 118: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

112

=ε′ (5.23)

ilave genlemesini yaratmaktadır. Kesitin tarafsız eksenden y uzakluğındaki herhangi bir düzlemini göz önüne aldığımızda bu noktadaki ε’ genleme artışının genlemenin düşey doğrultudaki türevine eşit olacağını görebiliriz.

Şekil 5.13: Gemi veya açıkdeniz yapılarında eğilme gerilmesinde kesme etkisi

Gyτ

=∂

ε∂ (5.24)

Kutu kiriş boyunca deformasyonların sürekli olarak değiştiği düşünülürse ABCDE düzleminden küçük bir dx mesafesi ileride de benzer bir deformasyon eğrisi elde edilir. Ancak bu yeni deformasyon eğrisi üzerindeki genlemelerde belirli bir artış olur ve bu artış da kayma gerilmesinden kaynaklanan eğilme gerilmesi artışını oluşturur. Bu artışı şu şekilde vermek olanaklıdır.

∫∫ =∂∂

∫ =τ

∂∂

=∂

ε∂=σ′ dy

bIGEqdy

GIbQ

xEdz

GxE

xE MM

Burada q dengelenmemiş yük dağılımını göstermektedir. Bu durumda kesmeli eğilme hali için gerilmenin değeri

∫−=σ dybIG

EqI

My M (5.25)

şeklinde düzeltilir. Kesmeli eğilme haline ait gerilme hesabında son bir düzeltme yapmak gerekecektir. Eğer (5.25) denklemi ile verilen gerilme değeri kullanılarak hesap yapacak olursak eğilme momentinde kayma gerilmelerinden kaynaklanan bir δM eğilme momenti azalması olacaktır. Bu moment

dSdyb

yIGEqdSyM

sS∫∫ ⎥⎦

⎤⎢⎣⎡∫∫∫ =σ′=δ

M

olup dış kuvvetlerle dengenin bozulmasına neden olacaktır. Bu dengenin tekrar tesis edilebilmesi için gerilme değerinde kesit yüksekliğince doğrusal olarak değişen ve momenti dM değerine eşit artış yapmak gerekir. Bu durumda kesit içersindeki gerilme dağılımı

Page 119: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

113

∫−∫∫ ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡∫+=σ dy

bIGEqdSdy

by

GIEqy

IMy

s2

MM (5.26)

değerini alır. Kayma gerilmesinin normal gerilmeye etkisi olduğu kadar sehime de etkisi olur. Bir sonraki kısımda bu konu göz önüne alınacaktır. 5.5.3 Kayma Gerilmesinin Sehime Etkisi Daha önce de belirttiğimiz gibi gemideki deformasyonu hesaplarken sadece eğilmeyi göz önüne almıştık. Oysa gemi ve açıkdeniz yapılarında eğilme hiç bir zaman tek başına ortaya çıkmaz ve daima kesme ile birlikte ortaya çıkarlar. Kesmeli eğilmeye maruz kalan gemilerin ve açıkdeniz yapılarının sehimlerinde geminin yüksekliği ile boyu arasındaki orana bağlı olarak bu faklılık önemli olabilir veya ihmal edilebilir. Göz önüne alınan yapıda bu oran H/L<1/14 olması halinde önemsizdir ama H/L>1/14 olması halinde kesmenin etkisi önem kazanmaya başlar. Yukarıda kesme kuvvetine bağlı olarak kesitteki kayma gerilmesini

Ib

QM=τ

olarak elde etmiştik. Diğer taraftan ortalama kayma gerilmesi ile açısal dönme arasında γ=τ Gm

şeklinde bir ilişki vardır. Burada G kayma modülü ve γ da açısal dönmedir. Kayma açısının genelde küçük olduğu göz önüne alınarak geometrik yorumlarla

xG

x m Δτ

=Δγ=δΔ

olacağı görülür. Diğer taraftan basit kesme halini göz önüne aldığımızda

SQcm =τ

olduğu bilinmektedir. Burada c(x) kesit içinde kayma gerilmesinin dağılımına bağlı bir sabit, S(x) de kesit alanıdır. Yukarıdaki ortalama kayma ve kesme kuvveti formüllerinden düşey yer değiştirme için

Gx

S)x(cQ Δ

=δΔ (5.27)

elde edilir. Burada Δδ değerini hesaplayabilmek için sadece c(x) değerini hesaplamak gerekir. Onun için de kesme kuvvetinin kesit üzerinde yaptığı iş ile kayma gerilmesinin enerjisinin dengesini yazmak gerekir.

∫∫Δ

=∫∫ τΔ

=δΔ)x(S

22

22

)x(S

22

dSbI

QG2xdF

G2x

Gx

S2cQQ

21 M

Bu denklemlerde kesme kuvvetinin sıfırdan başlayarak zaman içinde çok yavaş değiştiği varsayıldığı için yaptığı işin önünde ½ katsayısı vardır. Burada dS = b(x,y)dy olduğu göz önüne alınır ve denklemler düzenlenirse

∫==−

2

1

h

h

2

2dy

bI1

Sca M (5.28)

elde edilir.Yukarıdaki integralle verilen a(x) değeri hesaplandığında bunun x’e bağlı olarak pratikte pek değişmediği gözükür ve sehim artışı ao orta kesitte hesaplanan a(x) değeri olmak üzere

Page 120: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

114

MGa

d)(QGa

QdxGa

d

ox

0

o

o

2

∫ =ξξ=δ

=δ (5.29)

olarak hesaplanır. Burada δ(x) sehiminin sadece kayma gerilmesinden kaynaklanan bir artım olduğunu ve bu artımın (5.11) denklemi ile verilen esas sehim değerine ilave edilmesi gerekmektedir. 5.6: Özel Dış Yük Halleri: Denize İndirme ve Karaya Oturma Gemilerin dalgalar arasında maruz kaldığı zorlamalar kadar hatta bazı hallerde daha fazla zorlamalara maruz kaldığı bazı özel haller vardır. Bu hallerden biri denize indirme halinde ortaya çıkar bir diğeri de geminin ya da açıkdeniz yapısının karaya oturması halinde karşılaşılır. İlk olarak denize indirme halinde yapıda ortaya çıkan kesit tesirlerini göz önüne alalım. 5.6.1 Denize İndirne Sırasında Kesit Tesirleri Gemi veya açıkdeniz yapısı denize indirilirken dış zorlamalar açısından denizde yüzerkenki halinden farklı olarak kızak basıncından da etkilenir. Ayrıca bütün dış zorlamalar yapının hareketi nedeniyle sürekli değer değiştirir. Ancak denize inme sırasındaki ivmeler oldukça küçük kalırlar ve kuvvetlerdeki dinamik değişiklikler ihmal edilebilir. Örneğin ivmeden ötürü ortaya çıkan atalet kuvveti ağırlığa göre, denizdeki hidrodinamik basınç sephiyeye kıyasla ihmal edilebilirler. Bu durumda dış zorlamaları meydana getiren kuvvet bileşenlerini şu şekilde hesaplarız. Öncelikle yapının ağırlığı sadece çıplak tekne ağırlığı olacağından bu yük Şekil 5.5’de verildiği gibi hesaplanır. Sephiye hesabı ise yapının kızakta aşağıya kaydıkça çeşitli su derinliklerinde su altında kalan kesitlerini integre ederek yapılır. Sephiye kuvveti gemi veya açıkdeniz yapısının kıç bodoslaması ile deniz seviyesinin kesiştiği noktadan başlayıp deniz seviyesinin omurga ile kesiştiği noktaya kadar devam eder. Yapı denize doğru ilerledikçe sephiye kuvveti hem artar hem de, omurga ile deniz seviyesinin kesişme noktası daha baş tarafa ilerlediği için, daha uzun bir bir alana yayılır. Herhangi bir anda gemi ağırlığı ile sephiye kuvveti arasındaki fark da kızakta oluşan tepki ile karşılanır. Denize indirmenin başlangıcında gemi veya açıkdeniz yapısı sabit kızak üzerindeki boyunca sabit kızakla temas halindedir. Bu durumda kızak tepkisi yayılı yük şeklindedir ve gerçek dağılımı tam olarak belli değildir. Genelde bu dağılımı üçgen veya trapezoid olarak kabul etmek mümkündür. Burada gemilerin veya açıkdeniz yapılarının denize indirme sırasında sabit kızakla doğrudan temasta olmadıklarını ve arada yapının üzerine oturduğu kayıcı bir kızak olduğunu hatırlatmakta yarar vardır. Bu durumda kızak basıncı sabit kızağın ucundan başlayıp kayıcı kızağın uç noktasına kadar devam eder. Bu durum sephiye kuvvetinin kayıcı kızağın baş ucuna göre momentinin ağırlığın aynı noktaya göre momentini aşana kadar devam eder. Bu hale ilişkin zorlamalar ve oluşan kesit tesirleri Şekil 5.14a’da verilmektedir.

Page 121: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

115

Şekil 5.14: Denize indirme sırasında oluşan zorlamalar ve kesit tesirleri.

Page 122: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

116

Gemi veya açıkdeniz yapısı kızak boyunca bir süre kaydıktan sonra kazandığı sephiyenin kayıcı kızağın baş ucuna göre momentinin ağırlığın aynı noktaya göre momentini aştığı andan itibaren yapı dönme yapar ve kızağa sadece bir noktadan, kayıcı kızağın baş ucundan temas eder. Böylece kızak tepkisi yayılı yük olmaktan çıkıp bir tekil yüke dönüşür. Bu durumda gerek dış kuvvetlerin gerekse mesnet tepkilerinin karakterinde değişiklik olur (Şekil 5.14b). 5.6.2.Karaya Oturma Sırasında Kesit Tesirleri Gemi veya açıkdeniz yapısı herhangi bir nedenle karaya oturursa yapıya etki eden ağırlık ve sephiye kuvvetlerine ilaveten bir de dipte temas noktasından etki eden ve sephiye ile aynı yönde olan bir tepki kuvveti oluşur (Şekil 5.15). Karaya oturma sırasında gemi veya açıkdeniz yapısının ağırlığında herhangi bir değişme olmaz ancak sephiye değişir. Sephiyenin değişmesi iki şekilde olabilir. Eğer oturma sırasında yapı hasar görmemişse sephiye sadece su çekiminde meydana gelen değişiklik nedeniyle ortaya çıkar. Bu durumda sephiye dağılımı gemi boyunca süreklidir. Eğer yapı yaralanmış ise bu bölgede gemi su alacağından bu bölgedeki sephiyesini yaralanan bölgeye bağlı olarak tamamen veya kısmen yitirir. Bu halde de geminin su çekiminde bir değişme söz konusu olur.

Şekil 5.15: Karaya oturma sırasında oluşan zorlamalar ve kesit tesirleri Gemi veya açıkdeniz yapısının karaya oturmasıyla ortaya çıkan yeni su çekiminde sephiye dağılımını varsa yaralı bölmelerdeki sephiye kaybını da göz önüne alarak hesapladığımızda toplam sephiyenin gemi ağırlığından az olduğunu görürüz. Bu fark oturma kuvvetini verir. Yani

Page 123: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

117

∫∫ −=L

0

L

0ko dx)x(bdx)x(wF (5.30)

olur. Gerçekte bu tepki bir tekil yük olmayıp dar bir aralıkta yayılmış bir yüktür ve tekil yük olarak alınması bir basitleştirmedir. Dolayısı ile tam olarak hangi noktadan etki ettiği geometrik yorumlarla belirlenemez. Bunu belirlemek için ağırlık, sephiye ve oturma kuvvetlerinin moment dengesinden yararlanılır. Tepkinin xf konumu

( ) ∫∫ −−−=−L

0o

L

0okoof dx)x(b)xx(dx)x(w)xx(Fxx (5.31)

denkleminden belirlenir. Burada oturma kuvveti aynen bir mesnet tepkisi gibi göz önüne alınmalıdır. Bu durumda tepkinin olduğu noktada kesme kuvvetinnde bir süreksizlik ortaya çıkar (Şekil 5.15). Bu süreksizlik eğilme momentine sivri bir uç olarak yansır. Burada kesme kuvveti ile eğilme momentinin karakteri denize indirmede geminin yüzmeye başladığı ikinci fazdaki kesit tesirlerine benzediğine dikkat etmekte yarar vardır. 5.7: Çözülmüş örnekler 1: Boyu L = 40.0m, genişliği B = 8.0m ve yüksekliği H = 5.0m olan dikdörtgen kesitli bir dubanın çıplak tekne ağırlığı Ws = 500 tondur. Eşit boyda 4 bölmeden oluşan dubanın baştan ikinci bölmesinde Wy = 156 ton taşınmaktadır. Bu dubada, sakin suda yüzerken oluşacak kesme kuvveti ile eğilme momenti dağılımlarını hesaplayıp çiziniz. Dubanın boyuna kesiti Şekil 5.16’de gösterilmiştir. Bütün yüklerin homojen dağıldığını ve deniz suyunun yoğunluğunun ρo = 1.025 tonm-3 olduğunu varsayın. Çözüm: Deplasman = Toplam Ağırlık: yS WWLBd +=ρ

m0.2840025.1

156 500LB

WWd yS =

××+

+=

Bu duba homojen kesitli olmasına rağmen yükü homojen dağıtılmadığı için sabit draftta yüzmeyecek ve trim yapacaktır. Bu trimi hesaplamak için trim momentini dengeleyecek draft değişimini bulmak gerekir. Dubanın dönme merkezi yani su hattı alan merkezi dubanın ortasında ve yük ortadan başa doğru olduğu için ortadaki draft d = 2 m iken baştaki draft db = 2 + δ m kıçtaki draft da dk = 2 – δ m olacaktır (Şekil 5.16). Bu durumda trimi yaratan moment yükün mastoriye göre momenti olup 7805156M t =×= ton m değerindedir. Bu moment başta ve kıçta oluşan ve birbirine eşit olan iki üçgen hacim tarafından karşılanacaktır. Dolayısı ile

356.0

84040025.17806

BLM6

3LB

2L

212M

2t

t

=×××

×=

ρ×

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ×δ×××ρ××=

olur. Su hattı x = 0’da dk’dan ve x = L’de db’den geçen bir doğru olup draft değişimi d(x)

Page 124: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

118

40x0644.1x01785.0)x(d ≤≤+= şeklinde bir doğrudur. Bu durumda sephiye

[ ] [ ] 40x0m/ton4808.13x14596.0644.1x01785.0B)x(b o ≤≤+=+ρ= şeklinde elde edilir.

Şekil 5.16: Dubanın boyuna kesiti, yükleme durumu ve su çekimi Ağırlık eğrisi w(x) çelik ağırlığını bütün duba boyunca, yük ağırlığını dolu tank boyunca düzgün dağıtmak suretiyle

⎪⎩

⎪⎨

≤≤≤≤

≤≤=

40x3050.1230x2010.28

20x050.12)x(w ton/m

şeklinde elde ederiz. Buradan net kuvvet dağılımı q(x) = b(x) - w(x) [ ]

[ ][ ]⎪

⎪⎨

≤≤+≤≤−

≤≤+=

40x309808.0x14596.030x206192.14x14596.0

20x09808.0x14596.0)x(q ton/m

Kesme Kuvveti dağılımı

ξξ= ∫ d)(q)x(Qx

0

integralinden hesaplanır. Burada kesme kuvvetinin hesabında net kuvvetin kısmen sürekli olduğunu dikkate alarak hesap yapmak gerekir. Bu durumda birinci bölgede

[ ] ξ+ξ= ∫ d9808.014596.0)x(Qx

0

1

Page 125: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

119

şeklinde yazılırken ikinci bölgede

[ ] [ ]

[ ]∫

∫∫

ξ−ξ+=

ξ−ξ+ξ+ξ=

x

20

1

x

20

20

0

2

d6192.1414596.0)20(Q

d6192.1414596.0d9808.014596.0

)x(Q

yazılır. Üçüncü bölge için de benzer şekilde

[ ]∫ ξ++=x

30

23 d9808.0x14596.0)30(Q)x(Q

İşlemler tamamlandığında kesme kuvveti aşağıdaki gibi elde edilir.

⎪⎩

⎪⎨

−++−

+=

718.156x9808.0x07298.0282.311x6192.14x07298.0

x9809.0x07298.0)x(Q

2

2

2

ton

Eğilme Momenti dağılımı

ξξ= ∫ d)(Q)x(Mx

0

integralinden hesaplanır. Kesme kuvveti de parçalı sürekli olduğu için eğilme momentinin hesabı da benzer şekilde yapılmalıdır. Burada birici bölge için

Şekil 5.17: Sonuçların grafik gösterilimi

[ ]∫ ξξ+ξ=x

20*

21 d9808.007298.0)x(M

Yazılır ama ikinci bölgede

Page 126: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

120

[ ]∫ ξ+ξ−ξ+=x

20

212 d282.3116192.1407298.0)20(M)x(M

şeklinde yazmak gerekir. Üçüncü bölge için de benzer şekilde

[ ]∫ ξ−ξ+ξ+=x

30

223 d718.1569808.007298.0)30(M)x(M

yazar ve integrasyonları yaparsak eğilme momenti için de

40x3030x2020x0

36.3914x718.156x4904.0x02433.064.3105x282.311x3096.7x02433.0

x4904.0x02433.0)x(M

23

23

23

≤≤≤≤

≤≤

⎪⎩

⎪⎨

+−+−+−

+= ton.m

buluruz. Sonuçların grafik gösterilimi Şekil 5.17’de verilmiştir. 2: Boyu L = 40.0m, genişliği B = 8.0m ve yüksekliği H = 5.0m olan dikdörtgen kesitli bir dubanın çıplak tekne ağırlığı Ws = 656 tondur. Dubayı sevk edebilmek için Wm = 82 ton ağırlığında bir makine ile donatılmıştır. Eşit boyda 4 bölmeden oluşan dubanın baştan ikinci bölmesi de yoğunluğu 0.615 tonm-3 sıvı yükle tamamen doldurulmuştur. Bu dubada, yüksekliği H = 2.0m ve boyu λ = 40.0m olan üçgen bir dalganın çukurunda otururken oluşacak kesme kuvveti ile eğilme momenti dağılımlarını ve deformasyonlarını hesaplayıp çiziniz. Dubanın boyuna kesiti ve dalganın dubaya göre konumu Şekil 5.18’de gösterilmiştir. Bütün yüklerin homojen dağıldığını, deniz suyunun yoğunluğunun ρo = 1.025 tonm-3 ve Young Modülü ile atalet momenti EI = 7.6x107 Nm2 olduğunu varsayın. Çözüm: Sıvı yük miktarı: VWy ρ=

ton246 5810615.0Wy =×××= Deplasman = Toplam Ağırlık: yMS WWWLBd ++=ρ

LB

WWWd yMS

ρ

++=

m0.3840025.1246 82 656d =

××++

=

Tekne ağırlığı homojen olduğu için trim olacaksa bu makine ve sıvı yük etkisi ile olur. Bunların duba orta kesitine göre momentlerini alırsak: [ ] 02465823210WlWl yyMM =×−×++=− Sakin suda trim oluşmadığı ve duba geometrisi orta kesite göre simetrik olduğu için üçgen dalga çukurunda da trim oluşmaz. Deniz yüzeyinin sırası ile (-L/2,H/2), (0,-H/2) ve (L/2,H/2) noktalarından geçen doğrular olduğu göz önüne alınırsa sephiye eğrisi b(x):

( ) [ ]

( ) [ ]⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

≥≥+=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −+ρ

≤≤−+−=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +−ρ

=0x20m/ton4.16x82.0Lx4

L2HdB

0x20m/ton4.16x82.0Lx4L2

HdB)x(b

o

o

Page 127: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

121

olur. Sephiye eğrisinin integralinin ağırlığa eşit olduğu ve orta kesite göre momentinin integralinin sıfır olacağını göstermek mümkündür. Yani bu sephiye ağırlık ile dengededir.

Şekil 5.18: Dubanın boyuna kesiti, yükleme durumu ve dalgaya göre konumu Ağırlık eğrisi w(x) çelik ağırlığını bütün duba boyunca, sıvı yük ağırlığını dolu tank boyunca ve makine ağırlığını makine boyunca düzgün dağıtmak suretiyle

⎪⎪⎪

⎪⎪⎪

≤≤≤≤

≤≤−−≤≤−−≤≤−

=

20x10m/ton40.1610x0m/ton00.41

0x12m/ton40.1612x18m/ton07.3018x20m/ton40.16

)x(w

şeklinde elde ederiz. Buradan net kuvvet dağılımı q(x) = b(x) - w(x) Kesme Kuvveti dağılımı

ξ∫ ξ=−

d)(q)x(Qx

20

integralinden hesaplanır. Burada kesme kuvvetinin hesabında net kuvvetin kısmen sürekli olduğunu dikkate alarak hesap yapmak gerekir. Bu durumda birinci bölgede

[ ] ξ∫ ξ−=−

d82.0)x(Qx

20

1

şeklinde yazılırken ikinci bölgede

[ ][ ]

[ ][ ]

[ ]⎪⎪⎪

⎪⎪⎪

≤≤≤≤−≤≤−−

−≤≤−−−−≤≤−−

=

20x10m/tonx82.010x0m/ton6.24x82.00x12m/tonx82.0

12x18m/ton67.13x82.018x20m/tonx82.0

)x(q

Page 128: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

122

[ ] [ ] [ ]∫ ξ−ξ−+−=∫ ξ−ξ−+ξ∫ ξ−=−−

x

18

1x

18

18

20

2 d67.1382.0)18(Qd67.1382.0d82.0)x(Q

yazılır. Diğer bölgeler için de benzer şekilde

∫ ξξ−+−=−

x

12

23 d82.0)12(Q)x(Q

[ ]∫ ξ−ξ+=x

0

34 d6.2482.0)0(Q)x(Q

∫ ξξ+=x

10

45 d82.0)10(Q)x(Q

İşlemler tamamlandığında kesme kuvveti aşağıdaki gibi elde edilir.

⎪⎪⎪

⎪⎪⎪

≤≤−≤≤+−

≤≤−+−−≤≤−−−−

−≤≤−+−

=

20x1002.164x41.010x098.81x6.24x41.0

0x1298.81x41.012x1806.82x67.13x41.0

18x20164x41.0

)x(Q

2

2

2

2

2

Eğilme Momenti dağılımı

ξ∫ ξ=−

d)(Q)x(Mx

20

integralinden hesaplanır. Kesme kuvveti de parçalı sürekli olduğu için eğilme momentinin hesabı da benzer şekilde yapılmalıdır. Burada birici bölge için

[ ]∫ ξ+ξ−=x

20*

21 d16441.0)x(M

Yazılır ama ikinci bölgede

[ ]∫ ξ−ξ−ξ−+−=−

x

18

212 d06.8267.1341.0)18(M)x(M

şeklinde yazmak gerekir. Diğer bölgeler için benzer şekilde

[ ]∫ ξ+ξ−+−=−

x

18

223 d98.8141.0)12(M)x(M

[ ]∫ ξ+ξ−ξ+=x

0

234 d98.816.2441.0)0(M)x(M

[ ]∫ ξ−ξ+=x

10

245 d02.16441.0)10(M)x(M

yazılır. Sonuç olarak eğilme momenti için aşağıdaki değerler bulunur.

⎪⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪⎪

≤≤+−

≤≤++−

≤≤−++−

−≤≤−−−−−

−≤≤−++−

=

20x102186x02.164x341.0

10x0367.956x98.81x3.12x341.0

0x12367.956x98.81x341.0

12x18873.27x06.82x267.13x

341.0

18x202187x164x341.0

)x(M

3

23

3

23

3

Page 129: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

123

Eğilme Momenti dağılımı hesaplandıktan sonra (5.11) denkleminden eğilme momentini iki kez integre ederek sehim eğrisini elde ederiz. İntegrasyonu iki etapta yapmak gerekir. İlk etapta

ξ∫ ξ=δ′−

d)(MEI1)x(

x

20

integralinden hesaplanır. Eğilme momenti de parçalı sürekli olduğu için bu integralin hesabı da kesme kuvveti ve eğime momentine benzer şekilde yapılmalıdır. Burada birici bölge için

∫ ξ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +ξ+ξ−=δ′

x

20*

31 d2187164

341.0

EI1)x(

Yazılır ama ikinci bölgede

∫ ξ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −ξ−ξ−ξ−+−δ′=δ′

x

18

2312 d873.2706.82

267.13

341.0

EI1)18()x(

şeklinde yazmak gerekir. Diğer bölgeler için de

∫ ξ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +ξ+ξ−+−δ′=δ′

x

12

323 d367.95698.81

341.0

EI1)12()x(

∫ ξ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +ξ+ξ−ξ+δ′=δ′

x

0

2334 d367.95698.813.12

341.0

EI1)0()x(

∫ ξ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +ξ−ξ+δ′=δ′

x

10

345 d218602.164

341.0

EI1)10()x(

yazılır. Sonuç olarak eğilme momenti için aşağıdaki değerler bulunur.

⎪⎪⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪⎪⎪

≤≤⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ++−

≤≤⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +++−

≤≤−⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +++−

−≤≤−⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +−−−−

−≤≤−⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +++−

=δ′

20x1072.2949x2186x01.82x1241.0

EI1

10x072.7049x367.956x99.40x1.4x1241.0

EI1

0x1272.7049x367.956x99.40x1241.0

EI1

12x1876.3112x873.27x03.41x667.13x

1241.0

EI1

18x2016400x2187x82x1241.0

EI1

)x(

24

234

24

234

24

Son olarak benzer şekilde

ξ∫ ξδ′=δ−

d)()x(x

20

integraline bir integrasyon daha uygularsak birinci bölge için

∫ ξ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +ξ+ξ+ξ−=δ

x

20*

241 d16400218782

1241.0

EI1)x(

daha sonraki bölgeler için de

∫ ξ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +ξ−ξ−ξ−ξ−+−δ=δ

x

18

23412 d76.3112873.2703.41

667.13

1241.0

EI1)18()x(

Page 130: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

124

∫ ξ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +ξ+ξ+ξ−+−δ=δ

x

12

2423 d72.7049367.95699.40

1241.0

EI1)12()x(

∫ ξ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +ξ+ξ+ξ−ξ+δ=δ

x

0

23434 d72.7049367.95699.401.4

1241.0

EI1)0()x(

∫ ξ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +ξ+ξ−ξ+δ=δ

x

10

2445 d72.2949218601.82

1241.0

EI1)10()x(

yazılır. Sonuç olarak eğilme momenti için aşağıdaki değerler bulunur (Şekil 5.19).

⎪⎪⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪⎪⎪

≤≤⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +++−

≤≤⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ++++−

≤≤−⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ++++−

−≤≤−⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ++−−−−

−≤≤−⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ++++−

20x1097.49734x72.2949x1093x301.82x

6041.0

EI1

10x097.39484x72.7049x2367.956x

399.40x

41.4x

6041.0

EI1

0x1297.39484x72.7049x2367.956x

399.40x

6041.0

EI1

12x1809.27674x76.3112x937.13x303.41x

2467.13x

6041.0

EI1

18x2067.87466x16400x33.1093x3

82x6041.0

EI1

)x(

235

2345

235

2345

235

Şekil 5.19: Sonuçların grafik gösterimi 3. Boyu L = 40.0m, genişliği B = 8.0m ve yüksekliği H = 5.0m olan dikdörtgen kesitli bir dubanın çıplak tekne ağırlığı Ws = 656 tondur. Dubayı sevk edebilmek için Wm = 82 ton ağırlığında bir makine ile donatılmıştır. Eşit boyda 4 bölmeden oluşan dubanın baştan

Page 131: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

125

ikinci bölmesi de yoğunluğu 0.615 tonm-3 sıvı yükle tamamen doldurulmuştur. Dubanın boyuna kesiti ve dalganın dubaya göre konumu Şekil 5.20’de gösterilmiştir. Bu dubada, yüksekliği H = 2.0m ve boyu λ = 40.0m olan üçgen bir dalganın tepesinde otururken oluşacak kesme kuvveti ile eğilme momenti dağılımlarını hesaplayıp çiziniz. Bütün yüklerin homojen dağıldığını ve deniz suyunun yoğunluğunun ρo = 1.025 tonm-3 ve Young Modülü ile atalet momenti EI = 7.6x107 Nm2 olduğunu varsayın. Problemin çözümü Şekil 5.21’de verilmiştir.

Şekil 5.20: Dubanın boyuna kesiti, yükleme durumu ve dalgaya göre konumu

Şekil 5.21: Sonuçların grafik gösterimi

Page 132: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

126

4: Boyu L = 40.0m, genişliği B = 8.0m ve yüksekliği H = 5.0m olan dikdörtgen kesitli bir dubanın çıplak tekne ağırlığı Ws = 656 tondur. Dubayı sevk edebilmek için Wm = 82 ton ağırlığında bir makine ile donatılmıştır. Eşit boyda 4 bölmeden oluşan dubanın baştan ikinci bölmesi de yoğunluğu 0.615 tonm-3 sıvı yükle tamamen doldurulmuştur. Dubanın boyuna kesiti ve dalganın dubaya göre konumu Şekil 5.22’de gösterilmiştir. Bu dubada, yüksekliği H = 2.0m ve boyu λ = 40.0m olan sinüzoidal bir dalganın tepesinde otururken oluşacak kesme kuvveti ile eğilme momenti dağılımlarını ve deformasyonlarını hesaplayıp çiziniz. Bütün yüklerin homojen dağıldığını deniz suyunun yoğunluğunun ρo = 1.025 tonm-3 ve Young Modülü ile atalet momenti EI = 7.6x107 Nm2 olduğunu varsayın. Çözüm: Sıvı yük miktarı: VWy ρ=

ton246 5810615.0Wy =×××= Deplasman = Toplam Ağırlık: yMS WWWLBd ++=ρ

LB

WWWd yMS

ρ

++=

m0.3840025.1246 82 656d =

××++

=

Tekne ağırlığı homojen olduğu için trim olacaksa bu makine ve sıvı yük etkisi ile olur. Bunların duba orta kesitine göre momentlerini alırsak: [ ] 02465823210WlWl yyMM =×−×++=− Sakin suda trim oluşmadığı ve duba orta kesite göre simetrik geometriye sahip olduğu için sinüzoidal dalga tepesinde de trim oluşmaz.

Şekil 5.22: Dubanın boyuna kesiti, yükleme durumu ve dalgaya göre konumu

Page 133: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

127

Bu dubanın ağırlık eğrisi w(x)

⎪⎪⎪

⎪⎪⎪

≤≤≤≤

≤≤−−≤≤−−≤≤−

=

20x10m/ton40.1610x0m/ton00.41

0x12m/ton40.1612x18m/ton07.3018x20m/ton40.16

)x(w

3

3

3

3

3

şeklinde verilir. Sephiye eğrisi b(x) için de

20x20m/tonx20

cos2.86.24x2cos2HdB)x(b 3

o ≤≤−⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ π

+=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

λπ

+ρ=

yazılabilir. Sephiye eğrisinin integralinin ağırlığa eşit olduğu ve orta kesite göre momentinin integralinin sıfır olacağını göstermek mümkündür. Bu durumda net kuvvet dağılımı q(x) = b(x) - w(x)

⎪⎪⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪⎪⎪

≤≤⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ π

+

≤≤⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ π

+−

≤≤−⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ π

+

−≤≤−⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ π

+−

−≤≤−⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ π

+

=

20x10x20

cos12.8

10x0x20

cos22.8

0x12x20

cos12.8

12x18x20

cos2.847.5

18x20x20

cos12.8

)x(q

olur. Kesme kuvvetinin hesabında net kuvvetin kısmen sürekli olduğunu dikkate alarak hesap yapmak gerekir. Bu durumda birinci bölgede

ξ∫ ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ξ

π+=

−d

20cos12.8)x(Q

x

20

1

şeklinde yazılırken ikinci bölgede daha önceki problemlerde olduğu gibi

∫ ξ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ξ

π+−+−=

x

18

22 d20

cos2.847.5)18(Q)x(Q

yazılır. Benzer şekilde üçüncü bölge için

∫ ξ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ξ

π++−=

x

12

23 d20

cos12.8)12(Q)x(Q

dördüncü bölge için

∫ ξ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ξ

π+−+=

x

0

34 d20

cos22.8)0(Q)x(Q

ve beşinci bölge için de

∫ ξ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ξ

π++=

x

10

45 d20

cos12.8)10(Q)x(Q

yazılır. Yukarıdaki integrasyon işlemleri tamamlandığında kesme kuvveti aşağıdaki gibi elde edilir.

Page 134: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

128

⎪⎪⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪⎪⎪

≤≤−⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ π

π+

≤≤+⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ π

π+−

≤≤−+⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ π

π+

−≤≤−−⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ π

π+−

−≤≤−+⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ π

π+

=

20x1002.164x20

sin20x2.8

10x098.81x20

sin20x22.8

0x1298.81x20

sin20x2.8

12x1806.82x20

sin164x47.5

18x20164x20

sin20x2.8

)x(Q

Kesme kuvveti de parçalı sürekli olduğu için eğilme momentinin hesabı da benzer şekilde yapılmalıdır. Burada birici bölge için

ξ∫⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

+⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ξ

ππ

+ξ=−

d16420

sin202.8)x(Mx

20

1

Yazılır ama ikinci bölgede

∫ ξ⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

−⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ξ

ππ

+ξ−+−=−

x

18

12 d06.8220

sin16447.5)18(M)x(M

şeklinde yazmak gerekir. Benzer şekilde üçüncü bölge için

∫ ξ⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

+⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ξ

ππ

+ξ+−=−

x

12

23 d98.8120

sin202.8)12(M)x(M

dördüncü bölge için

∫ ξ⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

+⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ξ

ππ

+ξ−+=x

0

34 d98.8120

sin2022.8)0(M)x(M

beşinci bölge için

∫ ξ⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

−⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ξ

ππ

+ξ+=x

10

45 d02.16420

sin202.8)10(M)x(M

yazılır. Sonuç olarak eğilme momenti için aşağıdaki değerler bulunur.

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪

≤≤+−⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π−

≤≤++⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π−−

≤≤−++⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π−

−≤≤−−−⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π−−

−≤≤−++⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π−

=

20x101307x164x20

cos202

x2.8

10x077x82x20

cos20x2.8

0x1277x82x20

cos202

x2.8

12x18907x06.82x20

cos32802

x47.5

18x201308x162x20

cos202

x2.8

)x(M

22

22

22

2

2

22

Page 135: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

129

Eğilme Momenti dağılımı hesaplandıktan sonra sehim meyillerini integre ederek hesaplarız. Eğilme momenti de parçalı sürekli olduğu için bu integralin hesabı da kesme kuvveti ve eğime momentine benzer şekilde yapılmalıdır. Birici bölge için

∫ ξ⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

+ξ+⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ξ

π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π−

ξ=δ′

x

20*

22

1 d130816220

cos202

2.8EI1)x(

yazılır. Benzer şekilde ikinci bölgede

∫ ξ⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

−ξ−⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ξ

π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π−

ξ−+−δ′=δ′

x

182

2

12 d90706.8220

cos32802

47.5EI1)18()x(

üçüncü bölgede

∫ ξ⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

+ξ+⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ξ

π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π−

ξ+−δ′=δ′

x

12

22

23 d778220

cos202

2.8EI1)12()x(

dördüncü bölgede

∫ ξ⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

+ξ+⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ξ

π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π−ξ−+δ′=δ′

x

0

22

34 d778220

cos202.8EI1)0()x(

beşinci bölgede

∫ ξ⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

+ξ−⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ξ

π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π−

ξ+δ′=δ′

x

10

22

45 d130716420

cos202

2.8EI1)10()x(

yazılır. Sonuç olarak eğilme momenti için aşağıdaki değerler bulunur.

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪

≤≤⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

−−−⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π−

≤≤⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

−++⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π−−

≤≤−⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

−++⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π−

−≤≤−⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

−−−⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π−−

−≤≤−⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

+++⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π−

=δ′

20x109163x1307x82x20

sin206x2.8

EI1

10x05064x77x41x20

sin203x2.8

EI1

0x125064x77x41x20

sin206x2.8

EI1

12x189000x907x41x20

sin202.86

x47.5EI1

18x204287x1308x81x20

sin206x2.8

EI1

)x(

233

233

233

233

233

Son olarak benzer şekilde sehim meyillerini integre ederek

∫ ξ⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

+ξ+ξ+⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ξ

π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π−

ξ=δ

x

20*

233

1 d428713088120

sin206

2.8EI1)x(

∫ ξ⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

+ξ−ξ−⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ξ

π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π−

ξ−+−δ=δ

x

18

233

12 d90009074120

sin202.86

47.5EI1)18()x(

Page 136: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

130

∫ ξ⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

−ξ+ξ+⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ξ

π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π−

ξ+−δ=δ

x

12

233

23 d5064774120

sin206

2.8EI1)12()x(

∫ ξ⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

−ξ+ξ+⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ξ

π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π−

ξ−+δ=δ

x

0

233

34 d5064774120

sin203

2.8EI1)0()x(

∫ ξ⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

−ξ−ξ−⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ξ

π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π−

ξ+δ=δ

x

10

233

45 d916313078220

sin206

2.8EI1)10()x(

yazılır. Sonuç olarak eğilme momenti için aşağıdaki değerler bulunur (Şekil 5.23).

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪

≤≤⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

−−−−⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π+

≤≤⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

−−++⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π+−

≤≤−⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

−−++⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π+

−≤≤−⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

−+−−⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π+−

−≤≤−⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

++++⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡ξ

π⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π+

20x1036062x9163x2

1307x3

82x20

cos2024x2.8

EI1

10x046312x5064x2

77x341x

20cos20

12x2.8

EI1

0x1246312x5064x2

77x341x

20cos20

24x2.8

EI1

12x1858124x9000x2

907x341x

20cos202.8

24x47.5

EI1

18x201669x4827x654x381

20cos20

24x2.8

EI1

)x(

2344

2344

344

344

2344

Şekil 5.23: Sonuçların grafik gösterimi 5: Boyu L = 40.0m, genişliği B = 8.0m ve yüksekliği H = 4.0m olan dikdörtgen kesitli bir dubanın çıplak tekne ağırlığı Ws = 480 tondur. Eşit boyda 5 bölmeden oluşan dubayı sevk

Page 137: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

131

edebilmek için Wm = 88 ton ağırlığında bir makine ile donatılmıştır. Makina kıçtan ikinci bölmede iki uçtan da 1 m uzakta olacak şekilde yerleştirilmiş ve oluşacak trimi ortadan kaldırmak amacı ile baştan ikinci bölmeye de tatlı su alınmıştır. Geminin boyuna kesiti Şekil 5.24’de gösterilmekte ve ağırlıkların homojen yayıldığı varsayılmaktadır. Bu dubada, yüksekliği H = 1.8 m ve boyu λ = 40.0m olan sinüzoidal bir dalganın çukurunda otururken oluşacak kesme kuvveti ile eğilme momenti dağılımlarını ve deformasyonları hesaplayıp çiziniz. Bütün yüklerin homojen dağıldığını deniz suyunun yoğunluğunun ρo = 1.025 tonm-3 ve Young Modülü ile atalet momenti EI = 7.6x107 Nm2 olduğunu varsayın.

Şekil 5.24: Dubanın boyuna kesiti, yükleme durumu ve dalgaya göre konumu

Şekil 5.25: Sonuçların grafik gösterimi

Page 138: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

132

6: Yukarıdaki problemdeki kesme kuvvetini ve eğilme momentini sayısal olarak hesaplayınız ve sonuçları grafik olarak gösteriniz. Çözüm: Problemin sayısal çözümü için izlenecek yol net kuvvetin belirlenmesine dek aynı olur ve net kuvvet

⎪⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪⎪

≤≤π

+

≤≤π

+−

≤≤π

+

≤≤π

+−

≤≤π

+

=

40x32x20

cos38.74.4

32x24x20

cos38.76.6

24x15x20

cos38.74.4

15x9x20

cos38.727.10

9x0x20

cos38.74.4

)x(q

olarak belirlenmiştir. Bu noktadan itibaren sayısal çözüm için {xn} n = 1,2,3,…,N noktalarını seçmemiz gerekir. Bu seçimi yaparken dikkat etmemiz gereken nokta net kuvvetin bölgelerin sınırında süreksizlik gösterdiğidir. Bu durumda her bir bölge değişik aralıklarda bölünür ve bölge sınırlarının da bu noktalar içerisinde olmaları sağlanır. Bu şekilde seçilen x noktalarından oluşan bir excell hesap tablosu aşağıda verilmiştir. Burada birinci kolonda seçilen x değerleri girilmiştir. Net kuvvetin sınır değerlerinde süreksizlik olduğu için sınır noktaları her iki bölgede de tekrarlanmıştır. İkinci kolonda net kuvvetinin bu noktalardaki hesaplanmış değerleri yazılmıştır. Net kuvvetteki süreksizlik tabloda da grafik olarak da açıkça gözükmektedir (Şekil 5.25a). Üçüncü kolonda net kuvveti integre ederek elde edilen kesme kuvveti değerleri verilmektedir. İlk noktada duba serbestçe hareket edebildiğinden herhangi bir kesme kuvveti oluşmaz ve bu nedenle Q(0) = 0 yazılır. Daha sonraki noktalarda ise integrasyon trapez yöntemi ile

2)xx()qq(

QQ i1ii1ii1i

−×++= ++

+

şeklinde yapılır. Burada dikkat edilecek nokta yeni bir bölgeye geçildiğinde bir önceki bölgenin sınırındaki değeri başlangıç değeri olarak almak gerektiğidir. Dördüncü kolonda da kesme kuvvetini integre ederek hesaplanmış olan eğilme momenti değerleri verilmektedir. Burada da integrasyonda kesme kuvveti için uygulanan yöntem kullanılmış ve moment değerleri

2)xx()QQ(MM i1ii1i

i1i−×+

+= +++

formülünden hesaplanmıştır. Burada da duba serbestçe dönebildiğinden x = 0 noktasında eğilme momenti de sıfırdır. Bölge sınırlarında eğilme momenti değerlerinin de taşındığına dikkat çekmekte yarar vardır. Bu şekilde hesaplanan kesme kuvveti ve eğilme momenti diyagramları sırası ile Şekil 5.26b ve Şekil 5.26c’de verilmektedirler. Burada bir uyarı yapmakta yarar vardır. Duba serbestçe hareket ettiğinden x = 40 m’de de kesme kuvveti ve eğilme momenti oluşmaması gerekir. Ancak tabloda bu noktalarda

Page 139: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

133

sıfırdan farklı değerler vardır ve kesme kuvveti ile eğilme momenti gözükmektedir. Öte yandan bu değerler yakından incelendiğinde çok küçük değerler olup sayısal hesaptaki hatalardan kaynaklanmaktadır. Çok küçüktür derken artan kesme kuvveti değeri maksimum kesme kuvveti değerinin %3’den artan eğilme momenti de maksimum eğilme momentinin %6’dan daha küçüktür. Bu hatalar bölüm 5.4’de anlatıldığı gibi düzeltilebilirler ama bu örnekte bu düzeltmeler ele alınmamıştır. Bu düzelmeleri bir sonraki bölümde gemi için uygulama yaparken ayrıntılı olarak inceleyeceğiz.

x q(x) Q(x) M(x) 0.00 11.780 0.000 0.000 3.00 10.976 34.134 51.200 6.00 8.738 63.704 197.957 Bölge 1 9.00 5.555 85.143 421.228 9.00 -9.115 85.143 421.228 11.00 -11.424 64.604 570.975 13.00 -13.620 39.560 675.139 Bölge 2 15.00 -15.488 10.452 725.150 15.00 -0.818 10.452 725.150 18.00 -2.619 5.297 748.772 Bölge 3 21.00 -2.889 -2.965 752.269 24.00 -1.571 -9.656 733.338 24.00 -12.571 -9.656 733.338 26.00 -10.939 -33.165 690.517 28.00 -8.881 -52.985 604.367 Bölge 4 30.00 -6.601 -68.468 482.914 32.00 -4.320 -79.389 335.057 32.00 6.680 -79.389 335.057 34.00 8.737 -63.973 191.695 36.00 10.370 -44.866 82.856 Bölge 5 38.00 11.418 -23.078 14.912 40.00 11.780 0.121 -8.045

Şekil5.26: Sonuçların grafik sunumu

Page 140: Gemi ve Açıkdeniz Yapıları Elemanları

134

6: KAYNAKLAR [1] Mustafa İnan, Cisimlerin Mukavemeti, İTÜ Vakfı Yayınları No:25, İstanbul, 2001

[2] William Muckle, Strength of Ships’ Structures, Edward Arnold Publishers, Londra,

1967

[3] Robert L. Norton, Machine Design: An Integrated Approach, Prentice Hall Inc., New

Jersey, 1998

[4] D. J. Eyres, Ship Construction 5th Ed., Butterworth – Heinemann, London, 2001

[5] Türk Loydu Kural Kitabı, Türk Loydu, İstanbul 2007

[6] N. Barabanov, Structural Design of Sea-going Ships, Peace Publishers, Moscow 1966

[7] Russell C. Hibbeler, Structural Analysis 4th Ed., Prentice Hall Inc., New Jersey, 1999

[8] Teoman Özalp, Gemi Elemanları II, İstanbul Teknik Üniversitesi Yayınları 677,

İstanbul, 1966

[9] Masaki Mano, Yasuhisa Okumoto, Yu Takeda Practical Design of Hull Structures,

Senpaku Gijutsu Kyoukai, Tokyo, 2000

[10].Amelio M. D’arcangelo (Ed.), Ship Design and Construction, SNAME, Newyork

1969