超寬工程船遠(yuǎn)洋運輸綁扎固定解決方案

張樂　王南海

摘 要：隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的貨物呈現(xiàn)出大型化和重型化的趨勢，貨物重量也由百噸級上升到千噸甚至萬噸級，因此，海上大件貨物運輸市場應(yīng)運而生。而大件貨物通常采用半潛船干拖的方式遠(yuǎn)洋運輸，因此貨物的綁扎固定尤為重要，其綁扎固定方案的可行性與否，直接關(guān)系到貨物遠(yuǎn)洋運輸航線的安全性和經(jīng)濟性。本文研究并設(shè)計出一套通用且可行的，并適用于超寬工程船的遠(yuǎn)洋運輸綁扎固定解決方案，對特殊類型的貨物遠(yuǎn)洋運輸提供了一定的參考。

關(guān)鍵詞：半潛船；超寬工程船；遠(yuǎn)洋運輸；干拖；綁扎固定

中圖分類號：U674.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）7-0038-02

隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的貨物呈現(xiàn)出大型化和重型化的趨勢，從最初的電氣設(shè)備到現(xiàn)在的自升式平臺、軍艦、工程船、游艇、半潛式平臺、TLP平臺以及其他深水浮式平臺等，貨物重量也由百噸級上升到千噸級甚至萬噸級，因此，海上大件運輸市場應(yīng)運而生。

對于大型工程船等浮體貨物主要采用半潛船干拖的形式進行遠(yuǎn)洋運輸。干拖是指利用半潛船對浮體貨物進行裝載運輸，其前進阻力小，運輸速度較快，特別是通過自航式半潛船進行干拖，運輸速度更快，且受天氣影響較小，能夠明顯節(jié)約時間成本。

對于貨物的遠(yuǎn)洋運輸，其綁扎固定尤為重要，綁扎固定方案的可行性與否，直接關(guān)系到貨物遠(yuǎn)洋運輸航線的安全性和經(jīng)濟性。

1 貨物常規(guī)綁扎固定形式

貨物在海上運輸會隨著船舶一起運動，且受波浪、流、風(fēng)等天氣影響較大。對貨物進行綁扎固定，可以抵抗貨物與船舶之間的相互之間的運動，從而確保貨物的完整性及航行的安全性。根據(jù)貨物的不同類型和外形尺寸等，綁扎固定形式也會不同。下文列舉了比較典型的兩類大件貨物運輸綁扎固定形式。

（1）固定式平臺（導(dǎo)管架及上部模塊）：通常使用筋板和斜拉筋進行焊接固定，斜拉筋連接駁船甲板與上部組塊（或者導(dǎo)管架），見圖1。

（2）大型浮體貨物（工程船）：通常使用固定標(biāo)準(zhǔn)件進行綁扎固定。半潛船裝完貨物就位之后，按照設(shè)計位置在貨物的外側(cè)安裝固定標(biāo)準(zhǔn)件。固定標(biāo)準(zhǔn)件焊接在半潛船甲板上方，減少固定結(jié)構(gòu)與貨物之間的焊接，保持了貨物結(jié)構(gòu)的完整性。典型示意圖，見圖2。

2 超寬工程船綁扎固定解決方案

遠(yuǎn)洋運輸過程中，工程船在半潛船甲板上的布置方式直接影響綁扎固定方案的設(shè)計。對于滿足如下兩種情況的工程船，則劃分到超寬工程船的范疇：

（1）工程船寬度大于或等于半潛船甲板寬度，且工程船長度小于半潛船甲板長度；

（2）工程船寬度小于半潛船寬度，且工程船長度大于或等于半潛船寬度。工程船在干拖時，其長度方向沿著半潛船寬度方向布置。

而對于上述兩種情況的超寬工程船，受到半潛船甲板寬度的限制，在半潛船左右兩舷無法對貨物進行綁扎固定，此時則需要考慮在半潛船甲板船寬方向設(shè)計特殊類型的綁扎固定結(jié)構(gòu)，使其滿足強度和運輸要求。

2.1綁扎固定設(shè)計基本原則

對于超寬工程船遠(yuǎn)洋運輸綁扎固定結(jié)構(gòu)設(shè)計，參考Noble Denton規(guī)范的相關(guān)要求，需遵循以下基本原則：

（1）綁扎固定結(jié)構(gòu)的承載能力，必須足夠抵抗設(shè)計計算得到的貨物極限設(shè)計載荷；

（2）半潛船在波浪載荷的作用下會發(fā)生中拱或中垂，貨物與半潛船甲板之間存在一定的相對運動。因此，綁扎固定結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要滿足相對位移的要求。通常情況下，綁扎固定結(jié)構(gòu)將此部分相對位移進行釋放。

（3）綁扎固定結(jié)構(gòu)只允許承受單方向的正向壓力；

（4）貨物在垂直方向不設(shè)計綁扎固定結(jié)構(gòu)，在垂直方向僅由枕木支撐，枕木使用固定結(jié)構(gòu)固定在半潛船甲板上方；

（5）工程船的綁扎固定結(jié)構(gòu)，通常設(shè)計在底部，其設(shè)計載荷只考慮工程船的水平運動載荷，而彎矩載荷不予考慮；

（6）綁扎固定結(jié)構(gòu)通常做成標(biāo)準(zhǔn)件的形式，根據(jù)工程船極限設(shè)計載荷計算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)件單件的設(shè)計承載力進行數(shù)量和類型組合。單個標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計承載力不能太大，需滿足工程船和半潛船對結(jié)構(gòu)局部強度的要求，同時也需滿足對焊接強度的要求。

2.2橫向綁扎固定結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計

綜合上述基本原則，工程船橫向固定標(biāo)準(zhǔn)件，可以設(shè)計成上、下組合的結(jié)構(gòu)形式，同時可以節(jié)省一定的空間。見圖4和圖5。

為了確保貨物和半潛船的結(jié)構(gòu)強度滿足設(shè)計要求，對于圖4中橫向綁扎固定標(biāo)準(zhǔn)件的單件承載力，其設(shè)計能力不能太大，最大設(shè)計為200噸/個。橫向固定標(biāo)準(zhǔn)件結(jié)構(gòu)尺寸的選擇，按照規(guī)范手算的方式進行，主要包含以下幾個方面：圓管橫截面抗壓能力計算，方形剪切板的抗剪、抗拉、組合應(yīng)力和屈曲能力驗算，方形剪切板與工程船（或半潛船）焊接處的焊縫強度驗算。

根據(jù)工程船的類型、重量及外形尺寸輪廓，參考圖5的方式，可以將橫向綁扎固定標(biāo)準(zhǔn)件按照相應(yīng)的角度和數(shù)量進行組合，從而進行橫向綁扎固定結(jié)構(gòu)設(shè)計。固定標(biāo)準(zhǔn)件組合時，按照以下幾點基本要求進行：

（1）同一組的綁扎固定標(biāo)準(zhǔn)件組合，其圓管軸線必需保證在同一條水平線上。如果綁扎固定方向的貨物外形尺寸輪廓變化，上半部分的固定標(biāo)準(zhǔn)件剪切板按照實際情況進行放樣；

（2）同一組固定標(biāo)準(zhǔn)件中，與半潛船甲板進行焊接的下半部分固定標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)量，較與工程船底部焊接的上半部分固定標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)量多一個；

（3）工程船底部空間有限，如果每側(cè)單獨設(shè)計一組固定標(biāo)準(zhǔn)件，其數(shù)量不能滿足設(shè)計要求：可以在每側(cè)設(shè)計多組組合的形式，每組之間進行交錯設(shè)計，確保焊接工作的可行性和焊接強度即可。

按照上述方式進行工程船橫向綁扎固定結(jié)構(gòu)設(shè)計，其結(jié)構(gòu)形式可以同時抵抗左、右舷兩個方向的的載荷，起到限制工程船橫向運動的目的。

2.3縱向綁扎固定結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計

工程船縱向固定結(jié)構(gòu)，可以直接使用如下形式的固定標(biāo)準(zhǔn)件進行設(shè)計。

出于同樣的考慮，對于圖6中所示縱向綁扎固定標(biāo)準(zhǔn)件的單件承載力，其設(shè)計能力不能太大，最大設(shè)計為150噸/個?？v向固定標(biāo)準(zhǔn)件結(jié)構(gòu)尺寸的選擇，按照規(guī)范手算+有限元校核的方式進行。

適配器結(jié)構(gòu)尺寸，根據(jù)工程船底部外形尺寸輪廓進行實際放樣，適配器與固定標(biāo)準(zhǔn)件接觸位置設(shè)計為平板結(jié)構(gòu)，并在平板結(jié)構(gòu)端面增加橡膠襯板，通過橡膠襯板與固定標(biāo)準(zhǔn)件之間的相互擠壓來達(dá)到限制工程船運動的目的。由于圖6所示縱向綁扎固定結(jié)構(gòu)，只可以抵抗單一方向的水平運動載荷；同時，半潛船在海上航行時，船舶的運動不是確定的，決定了其運載的工程船運動方向的不確定性。因此，需要同時在工程船首部和尾部（半潛船船長方向）設(shè)計類似結(jié)構(gòu)，從而滿足運輸要求。

3 結(jié)論

本文以超寬工程船遠(yuǎn)洋運輸為研究目標(biāo)，研究并設(shè)計出一套通用且可行的，并適用于超寬工程船的遠(yuǎn)洋運輸綁扎固定解決方案。

此綁扎固定解決方案，在常規(guī)結(jié)構(gòu)物綁扎固定方案的基礎(chǔ)上進行了延伸設(shè)計，滿足相關(guān)規(guī)范的設(shè)計要求，同時也滿足了貨物結(jié)構(gòu)完整性以及半潛船結(jié)構(gòu)強度的要求，對特殊貨物的遠(yuǎn)洋運輸提供了一定的參考。

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