內(nèi)河大艙口船舶裝運(yùn)特殊貨物強(qiáng)度與穩(wěn)性探析

王長(zhǎng)安

摘 要：內(nèi)河大艙口船舶的優(yōu)越性能得到了廣泛的認(rèn)同，但因其強(qiáng)度與穩(wěn)性不足、裝載不當(dāng)、超載等原因，船舶斷裂、傾覆等事故接連不斷。本文對(duì)大艙口船舶強(qiáng)度與穩(wěn)性進(jìn)行了分析，對(duì)此類船舶裝運(yùn)重大件及積載因素小于0.56m3/t的高密度貨物時(shí)提出了幾點(diǎn)限制措施。

關(guān)鍵詞：大艙口船舶 強(qiáng)度 穩(wěn)性 特殊貨物

近年來，船舶斷裂、翻沉事故時(shí)有發(fā)生，人員傷亡慘重，造成了巨額經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。在斷裂、翻沉事故的統(tǒng)計(jì)分析中，有3點(diǎn)值得深思：①不泛船齡較小的船舶發(fā)生斷裂、翻沉事故（2005年以后建造）；②斷裂事故多發(fā)生在裝卸過程中及裝載完成時(shí)，翻沉事故多發(fā)生在航行過程中；③船舶動(dòng)力設(shè)備、航行設(shè)備、操舵系統(tǒng)等故障引起的船舶斷裂、翻沉事故比重相對(duì)較小。

船舶強(qiáng)度是否滿足要求，取決于船體結(jié)構(gòu)尺度的正確選擇和船上載荷分布的合理性。對(duì)已投入營(yíng)運(yùn)船舶，只能采取局部加強(qiáng)，通過合理配載來改善船舶的受力情況。因此，正確的使用船舶，充分利用船舶的載貨能力，合理地分布載荷，保證貨物積載滿足船舶強(qiáng)度與穩(wěn)性的要求，對(duì)保證船舶安全運(yùn)輸和延長(zhǎng)船舶使用壽命都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

內(nèi)河大艙口船舶強(qiáng)度與穩(wěn)性分析

1、強(qiáng)度分析

大艙口船舶具有堅(jiān)固的橫向框架來支持船殼板、甲板等，一般船舶的橫向構(gòu)件尺寸與縱向構(gòu)件尺寸相比要大得多，因而，橫向強(qiáng)度一般是夠的，船舶很少因?yàn)闄M向強(qiáng)度不足而發(fā)生橫向結(jié)構(gòu)斷裂的情況。

從船舶積載角度來說，主要要考慮船舶的縱向強(qiáng)度和局部強(qiáng)度。船舶在建造過程中，因各縱向部分的重量差異，會(huì)使得船體各部分重力與浮力的不同，進(jìn)而產(chǎn)生剪力和彎矩，剪力在船首尾1/4處附近最大，約為大艙口船舶的艙口角隅位置，彎矩的最大值則約在船中處。為了減小彎矩，在船舶積載和裝卸貨物時(shí)應(yīng)注意：①保證船體每一段的重力與浮力的分布均衡；②應(yīng)防止裝卸過程中貨物質(zhì)量沿船舶縱向分布不合理；③考慮壓載及船舶總體布置對(duì)船體總縱強(qiáng)度及變形的影響。

局部強(qiáng)度對(duì)大艙口船舶的整體強(qiáng)度而言也是至關(guān)重要的，如艙口角隅、人孔等，船舶主甲板在艙口位置面積突然改變，此處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，所以該部位應(yīng)予以加強(qiáng)。利用有限元分析可知，大艙口船舶在艙口角隅及船中0.4L范圍內(nèi)，應(yīng)力較大，如圖1。局部強(qiáng)度雖然是局部性的，但是有時(shí)局部的破壞，如因大艙口角隅處的裂縫而導(dǎo)致整個(gè)船體斷裂的事故也時(shí)有發(fā)生。

因此，在配積載時(shí)，應(yīng)認(rèn)真校核船舶的縱向強(qiáng)度和局部強(qiáng)度，計(jì)算船體縱向強(qiáng)度及上甲板、中間甲板、底艙的局部強(qiáng)度是否符合要求，防止甲板、艙口圍板或內(nèi)底板受力變形或坍塌等。

2、穩(wěn)性分析

船舶穩(wěn)性不足，會(huì)導(dǎo)致船舶傾覆；穩(wěn)性過大，又會(huì)引起船舶在風(fēng)浪中劇烈的橫搖，引起貨物移位，同樣產(chǎn)生不利的影響，故船舶在整個(gè)航行過程中，都要具有適度的穩(wěn)性。

船舶穩(wěn)性衡準(zhǔn)計(jì)算依賴于對(duì)船舶裝載全面和準(zhǔn)確的掌握。然而，在實(shí)際工作中，船員對(duì)裝載狀態(tài)掌握的及時(shí)性與準(zhǔn)確性往往受到限制。為滿足船舶的穩(wěn)性要求，船舶駕駛員應(yīng)根據(jù)自己知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，做到以下三點(diǎn)：①測(cè)定橫搖周期推算初穩(wěn)性高度；②測(cè)定船舶靜傾角推算船舶初穩(wěn)性高度；③熟知船舶穩(wěn)性不足的征兆，如船舶受到較小的外力矩作用就發(fā)生明顯的橫傾，且橫搖過程很緩慢，即可斷定船舶初穩(wěn)性不足。

特殊貨物特性分析

船舶配載，應(yīng)充分了解其所托運(yùn)貨物性質(zhì)，要對(duì)貨物的適裝性進(jìn)行評(píng)估。對(duì)內(nèi)河大艙口船舶而言，特殊貨物是指：危險(xiǎn)品（易燃、易爆、易腐蝕、易揮發(fā)有毒氣體、易吸水、易流態(tài)化等）、積載因素較小貨物、重大件貨物。

1、積載因素較小貨物

積載因素小的貨物具有密度大、單位質(zhì)量占據(jù)體積小、部分貨物還具有易吸水、易流動(dòng)等特點(diǎn)，如金屬礦石。積載因素小的貨物在裝載時(shí)，易造成船舶重心降低，GM較大，船舶受風(fēng)浪時(shí)橫搖周期加快，減少船舶適航性，因此，配載時(shí)應(yīng)特別考慮對(duì)船舶強(qiáng)度和穩(wěn)性的影響。對(duì)船舶運(yùn)輸而言，易吸水、易流態(tài)化也是易使船舶傾覆的危險(xiǎn)貨物。易流態(tài)化貨物的“流動(dòng)水分點(diǎn)”，是指這類貨物達(dá)到發(fā)生流態(tài)化特性時(shí)的含水量，即該貨物達(dá)到這個(gè)含水量就會(huì)發(fā)生流動(dòng)，如精礦粉，因其含有水分，在船舶運(yùn)輸過程中可能發(fā)生流化現(xiàn)象而引起貨物移動(dòng)，有些貨物易有水分遷移，貨物表面呈干燥狀，但內(nèi)部仍有可能發(fā)生流化而不被發(fā)現(xiàn)，造成貨物移動(dòng)，從而導(dǎo)致船舶傾斜，穩(wěn)性降低，甚至發(fā)生船舶的沉船事故。如遭遇惡劣氣象條件，則更加危險(xiǎn)，船上人員往往來不及自救甚至求救，船舶已經(jīng)沉沒。

2、重大件貨物

重大件貨物是指單件質(zhì)量或尺度超過規(guī)定限額的貨物，如大型設(shè)備、卷板、巨型石塊等。重大件貨物在裝運(yùn)過程中，其與艙底板的接觸面積小，局部壓強(qiáng)大。此外，部分重大件貨物，還具有滾動(dòng)、滑移等特點(diǎn)，如鋼材卷板。我國(guó)規(guī)定，我國(guó)沿海運(yùn)輸中凡單件質(zhì)量超過5t或單件長(zhǎng)度超過9m的貨物均屬于重大件貨物。

以馬鋼生產(chǎn)的卷鋼為例，長(zhǎng)1160毫米，重4515千克，在貨艙堆放且無襯墊時(shí)，對(duì)艙底板產(chǎn)生的壓力為P=F/S，按接觸面積10毫米寬計(jì)算，對(duì)艙底的局部壓力為2765.4kPa。底艙允許均布負(fù)荷Pd是底艙高度與設(shè)計(jì)時(shí)假定貨物的裝載率確定。

縱向強(qiáng)度校核

內(nèi)河大艙口船舶因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，雙層底縱橫向構(gòu)件密度大，因而船舶重心較低，穩(wěn)性充裕。在實(shí)際裝載過程中，應(yīng)主要校核大艙口船舶的縱向強(qiáng)度。

強(qiáng)度曲線圖可定性和定量分析船舶總縱強(qiáng)度，如圖2。圖中點(diǎn)劃線為船體受力理想狀態(tài)，其彎矩為零，船舶無中拱、中垂變形；兩條虛線為船體靜水彎矩等于空船狀態(tài)時(shí)的靜水彎矩的中拱和中垂邊界；實(shí)線是規(guī)范允許船舶所能承受最大靜水彎矩的中拱和中垂邊界線。船舶在裝載時(shí)，應(yīng)根據(jù)船舶某一裝載狀態(tài)下的平均型吃水與船舶裝載時(shí)對(duì)船中力矩的絕對(duì)值的交點(diǎn)位置，判斷船舶的受力情況，交點(diǎn)落在虛線之間為允許狀態(tài)，交點(diǎn)在實(shí)線之外為船舶應(yīng)力危險(xiǎn)狀況，應(yīng)盡量避免。endprint

限制措施

對(duì)內(nèi)河船舶而言，裝運(yùn)大件貨物和積載因素較小貨物情況較多，這種潛在的危險(xiǎn)不易察覺，因此需特別引起注意。重大件運(yùn)輸需要對(duì)擬裝艙室進(jìn)行強(qiáng)度校核，此外裝運(yùn)體積較小的重大件時(shí)還要使用襯墊，以增大貨物的接觸面積，降低甲板的實(shí)際載荷，襯墊物的走向應(yīng)與骨材垂直，且應(yīng)盡量跨過多道骨材；對(duì)易滾動(dòng)貨物，要進(jìn)行必要的系固，避免貨物發(fā)生移動(dòng)，造成船舶傾斜；對(duì)艙口角隅、艙底板等部位進(jìn)行局部加強(qiáng)，防止該部位的變形或撕裂；裝卸時(shí)要保持船舶水平，使貨件能同時(shí)著落貨起離甲板。大艙口船舶裝運(yùn)積載因素較小的散裝貨物運(yùn)輸，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：

1、合理裝卸

嚴(yán)格遵循船舶裝卸流程，保證裝卸過程中貨物質(zhì)量沿船舶縱向的合理分布，防止在裝卸過程中船舶出現(xiàn)中拱或中垂現(xiàn)象；裝載時(shí)，盡量降低貨物落艙高度，以減小貨物對(duì)艙底板局部強(qiáng)度影響；采用合理的裝卸速度，防止出現(xiàn)貨艙結(jié)構(gòu)的局部損壞；防止貨物裝卸過程中，貨物移位、滾動(dòng)。

2、平艙措施

當(dāng)船舶裝運(yùn)積載因素為0.56m3/t或以下高密度固體散貨時(shí)，應(yīng)特別注意貨物質(zhì)量的分配，避免船體產(chǎn)生過大的應(yīng)力。在強(qiáng)度允許的前提下，應(yīng)盡可能裝滿，并進(jìn)行合理平艙；要減少散裝貨物在營(yíng)運(yùn)途中移動(dòng)的危險(xiǎn)，貨物應(yīng)平整至貨艙邊界，對(duì)于船長(zhǎng)為100米以下的船舶尤為如此；對(duì)于靜止角小于或等于30°的非粘性散貨，由于其具有與散裝谷物一樣的散落性，因此還應(yīng)遵守谷物裝載的有關(guān)規(guī)定。

3、穩(wěn)性補(bǔ)償

增設(shè)頂邊艙和底邊艙，通過壓載方式（頂邊艙打入壓載水，底邊艙排出壓載水），提高裝貨重心，以達(dá)到減小船舶的初穩(wěn)性高度，減輕船舶在風(fēng)浪中的劇烈橫搖晃，增大搖晃周期；此外頂邊艙和底邊艙的設(shè)置，還可以使得貨物集中在船中部位，有效防止貨物移動(dòng)。

4、增設(shè)艙口蓋或艙口蓋布

要防止船舶在營(yíng)運(yùn)過程中，因甲板上浪、雨水、結(jié)冰等導(dǎo)致貨物移位、船舶超載；此外，要保證貨艙部位排水通暢，防止貨艙積水；要防止含水量較大貨物在航行中因船舶顛簸、振動(dòng)、其水分滲出，其表面形成可流動(dòng)狀態(tài)（表層流態(tài)化的貨物在風(fēng)浪中搖擺時(shí)會(huì)流向一舷、而船舶回?fù)u時(shí)貨物卻不能完全流回，如此往復(fù)，將會(huì)使船舶逐漸傾斜而傾覆）。

參考文獻(xiàn)：

[1]范育軍.船舶原理與積載.哈爾濱工程大學(xué)出版社.2008.8

[2]徐邦禎，姜華.重大件貨物裝卸中船舶穩(wěn)性的計(jì)算及調(diào)整.大連海事大學(xué)學(xué)報(bào).2003.2

（作者單位：安徽省滁州市地方海事局）endprint