集裝箱內重件貨物固定方法優(yōu)化

郭靜+白響恩+吳善剛

集裝箱船舶在航行過程中受風、浪、流等作用的影響產生首尾搖、橫搖、縱搖、垂蕩等運動，不利于集裝箱貨物運輸安全，尤其是密度和質量較大的重件貨物（如卷鋼等），在船舶搖蕩過程中不僅容易移位，而且可能破壞集裝箱，造成嚴重的經濟損失。[1]本文應用結構力學原理分析并比較不同情況下集裝箱骨架結構的受力狀態(tài)，在此基礎上提出集裝箱內重件貨物固定方法優(yōu)化建議。文中采用彎矩和剪力判定集裝箱骨架受力情況，其中，彎矩為使桿件發(fā)生彎曲變形甚至折斷的矢量，剪力為使桿件發(fā)生剪切破斷的矢量。

1集裝箱結構力學分析

1.1力學模型

集裝箱骨架結構如圖1所示。將集裝箱的角柱、頂梁等主要部件單獨提取出來，每個部件的結構相當于兩端固結的3次超靜定結構。

圖1集裝箱骨架結構

1.2基本情況力學分析

將支架或貨物的著力點置于頂梁或角柱中間，其受力模型如圖2所示。以下設該力的大小為F，梁的長度為l。

圖2單個力作用于梁中部的受力模型

對該情況應用力法進行分析。該結構為3次超靜定結構，去掉多余聯(lián)系，其基本體系如圖3所示。

圖3單個力作用于梁中部的基本體系

對該結構進行力學分析：若X3不為0，則該體系無法處于平衡狀態(tài)；因此，X3＝0，該體系可視為2次超靜定結構。根據(jù)虛功原理，列出該結構的力法典型方程為

式中：11，12，1p分別為X1＝1，X2＝1及載荷F分別作用于基本結構上時X1處沿X2方向的轉角； 21，22，2p分別為X1＝1，X2＝1及載荷F分別作用于基本結構上時X2處沿X2方向的轉角。

基于虛功原理，上述方程中的未知數(shù)分別為

11＝

22＝

12＝21＝

應用圖乘法求解，得11＝，22＝，12＝ 21＝，1p＝2p＝。將上述結果代入方程中，得X1＝X2＝，其中：E為材料的彈性模量，根據(jù)梁的材料確定；I為桿件截面慣性矩，根據(jù)梁的橫截面積確定。

基于上述結果，該結構的彎矩和剪力分別如圖4和圖5所示。

圖4單個力作用在梁中部的彎矩

圖5單個力作用在梁中部的剪力

1.3受力情況力學分析

1.3.1情況一：單個力作用于梁的一側

將支架或貨物的著力點置于頂梁或角柱的一側，其受力模型如圖6所示。選取梁經常所處的受力狀態(tài)，將集中力置于距離梁左側l/4處。此種受力模型的彎矩和剪力分別如圖7和圖8所示。

圖6單個力作用于梁一側的受力模型

圖7單個力作用于梁一側的彎矩

圖8單個力作用于梁一側的剪力

1.3.2情況二：多個力均勻作用于梁的兩側

將支架或貨物的著力點均勻置于頂梁或角柱的兩側，其受力模型如圖9所示。將力平均分為2個分力，且分別作用于距離梁左側l/3和2/3處。此種受力模型的彎矩和剪力分別如圖10和圖11所示。

圖9多個力均勻作用于梁兩側的受力模型

圖10多個力均勻作用于梁兩側的彎矩

圖11多個力均勻作用于梁兩側的剪力

1.4不同情況下的彎矩、剪力對比

1.4.1基本情況與情況一對比

（1）彎矩對比雖然情況一的一端彎矩明顯小于基本情況中的彎矩，但其另一端彎矩略大于基本情況中的彎矩；因此，情況一較基本情況更易達到極限彎矩，使梁受損。

（2）剪力對比情況一中的最大剪力大于基本情況中的剪力，即情況一更易達到梁的極限剪力，使梁受損。

1.4.2基本情況與情況二對比

（1）彎矩對比情況二中梁各部位的彎矩均小于基本情況下的彎矩。

（2）剪力對比盡管基本情況中的剪力與情況二中的剪力大小相等，但在基本情況中，剪力作用于梁中部，變化幅度較大，容易造成梁損壞。

2集裝箱內重件貨物固定方法優(yōu)化

集裝箱內重件貨物的固定不僅應確保貨物在穩(wěn)定條件下不發(fā)生位移，而且應確保貨物在船舶劇烈搖蕩導致的巨大慣性力的作用下不發(fā)生位移，并滿足集裝箱強度要求。

（1）貨物固定應當以支撐為主、填充為輔。

（2）在支撐貨物時，應將支撐點置于集裝箱骨架結構上，不得置于集裝箱壁上，并注意：①集裝箱梁上的支撐點應當平均分布，即相鄰支撐點間距相等；②盡可能多設支架，增加支撐點數(shù)量。

（3）在填充集裝箱時，應當盡量選擇面積較大的填充物，以免損壞集裝箱壁。

參考文獻：

[1] 邱冬琪. 裝箱技術與集裝箱海運貨損[J]. 交通建設與管理，2006（9）：61-63.

（編輯：張敏收稿日期：2014-03-04）