Laivojen muodonmuutokset

Olen ollut omana aikanaan Suomen suurimmalla laivalla töissä (pit. 280 m) ja kovassa vasta-aallokossa ajettaessa huomasin että laivan joustoa voi tarkkailla katsomalla baijeria pitkin torpalta keulaan. Noin silmämääräisesti metrin luokkaa saattoi liike olla.

Yhdestä julkaisusta olen lukenut laivojen rakenneanalyysiohjelmistosta (en muista kummankaan nimeä) ja siinä oli analysoitu VLCC tankkerin murtumiseen johtava sagging (laiva taipuu keskeltä notkolle): 7 metrin poikkeama 300 metrin matkalla!

Iso Panamax-risteilijä (n. 290 m) voi taipua kovahkossa kelissä max. puoli metriä.

laivojen elämisessä on paljonkin eroja. esim joku rorokalikka elää enemmän kuin esim matkustajaholkki. esim. ison bulkkerin/tankkerin ja myös pienemmänkin saa katkeamaan lastaamalla sen väärin. rollikasssa kovassa merenkäynnissä on aika hurjan näköistä kun runkoon tulee twistiä ja elämisen näkee hyvin... varsinkin tyhjänä ajettaessa!

Kaikki materiaalit ovat elastisia. Laivan runko on kuin taivutuspalkki, jonka lujuusomisnaisuudet vaihtelevat pitkin matkaa. Keskilaiva-alue on kokonaislujuuden kannalta kriitillisin kohta, koska siihen kohdistuu tavallisesti suurin taivutusmomentti.

Runkoa (kokonaisuutena) rasittaa ensinnäkin nk. tyynenvedenmomentti, joka aiheutuu siitä, ettei uppuman noste tue runkoa tasaisesti rungon ja lastin painojakautuman ja muodon mukaan. Siksi tyypilisesti laivan kapenevat ääripäät ovat kantavuudeltaan vähäisempiä verrattuna keskilaiva-alueeseen. Päihin, useasti juuri peräpäähän on kuitenkin keskittynyt painoa kuten rahtilaivoissa kansirakennus ja koneisto. Siksi erityisesti tyhjän laivan runko on tyynessä kuin 'kissanselkä', jota kutsutaan merenkulkualalla hogging-tilaksi. Vastaavasti keskilaiva-alueelle keskittyvä lastin paino saa laivan rungon taipumaan mutkalle alaspäin, sagging-tilaan.

Toisaksi runkoa rasitaa merenkäynnissä allokon aiheuttama taivutus ja vääntö. Laivan ollessa pitkän aallon pohjassa tai aallon harjalla runkoon kohdistuu suuri taivuttava momentti. Vinossa aallokossa kulkiessa runkoon aiheutuu myös vääntymistä. Pitkän tankkilaivan kulkiessa vinossa pitkässä allokossa komentosillalta voi havaita laivan rúngon taipuilevan ja sen keulan kiertyvän perään nähden. Keulassa sijaitseva valomasto voi olla hieman kallellaan vasemmalle kun laivan peräosa on kallellaan oikealle. Tällaiset muodonmuutokset ovat kuitenkin suhteellisen pieniä, ja ne voi havaita vain pitkässä suuressa laivassa, jossa on jokin vertailupinta, tasainen kansi tai vaikkapa pystysuora valomasto.

Lisäksi runkoa rasittavat vähäisemmät kuormitukset: laivan liikkeiden aiheuttamat hitausvoimat (laiva siirtyilee kolmen eri pääakselinsa suunnassa enemmän tai vähemmän ja kiertyy samaten kolmen pääakselinsa suhteen, joista jokainen tunnistaa parhaiten keinunnan), allokon paineiskutn pohjaan ja laitoihin, potkurin paineiskut runkoon, virtausten aiheuttamat voimavaikutukset, paikallisia kuormituksia massakeskittymistä kuten tankkien sisällöistä ja niiden liikkeistä, kansivarustelusta, jne.

Se miten paljon runko 'elää', taipuu tai kiertyy, riippuu kuormitusten suuruudesta ja rakenteiden jäykkyydestä sekä materiaalin lujuudesta. Nykyisin yleisesti käytettävät erikoislujat teräkset säästävät materiaalia ja painoa, mutta sietäessään suurempia jännityksiä niistä konstruoidut rakenteet elävät myös enemmän.

Laivan runko suunnitellaan yksilöllisesti joko rajoittamatonta liikennöintiä tai tiettyä merialuetta varten. Myös suunnittelukriteerinä voi olla tietty väsymisikä, joka vastaa laivan teknistä käyttöikää ja jonka mentyä voidaan odottaa metallin väsymisestä aiheutuvia murtumia, jos alukseen on kohdistunut odotetun kaltaisia ja suuruisia vaihtelevia kuormituksia.

Vaikka onkin suuri jouko tiettyjä yleisiä suunniteluperusteita, suunnitellaan erikoislaivat niille ominaisten rakenteien mukasiesti. On avoimia runkorakenteita (esim. konttilaivat), jotka ovat vääntöjäykkyydeltään huonoja ja toisaalta 'kapselimaisia' eheitä tankkilaivanrunkoja, jotka suunnitellaan pääasiassa taivutuslujuutyensa suhteen. Ei voida sanoa mitään absoluuttisia mittoja tai määriä siitä, miten paljon laivan runko taipuu. On myyöskin eri asia kuinka paljon laivan runko on taipunut ennen katkeamistaan kuin se, kuinka suuri taipuma on kovassa merenkäynnissä, jonka laivan on määrä kestää oikealla tavalla lastattuna. Kuulostaa legendalta, että suuren tankkerin runko "taipuu 7 metriä ennen katkeamistaan" - hyvinkin näin voi olla, mutta ei suuren laivan kuulu katketa pahimmasakaan myrskyssä oikein lastattuna ja hyvän merimiestavan mukaan ajettuna. Pari- kolmesataametrinen laiva kuin laiva taipuilee normaalisti ehkä puolesta metristä yhteen metriin kovassa merenkäynnissä, päämittoihinsa nähden sen verran vähän, ettei mallikko sitä juuri huomaa. Rungon elastine käyttäytymisen huiomaa kuitenki parhaiten vaikkapa matkustajalaivassa, kun 'paikat kitisevät ja natisevat', eli kun sisustuksen rakenteet, hytit, putkistot yms. hinkkautuvat tois´tensa suhteen rungon eläessä. Että semmoisia.