船舶重大件貨物綁扎方案研究分析

梅中明 王應強 李大飛 林德齊

摘? ? 要：重大件貨物是指超長、超寬、超高和超重的貨物。船舶運輸重大件貨物時，需要特別注意運輸過程中的安全性與穩(wěn)定性，其綁扎方案的設計顯得尤為重要。本文以兩個綁扎案例為基礎，對綁扎方案設計遇到的重點和難點進行研究分析，并將設計過程中的經(jīng)驗進行總結，供有關設計人員參考。同時，對如何提高海上重大件貨物的運輸安全提出一些建議。

關鍵詞：重大件貨物;綁扎方案;經(jīng)驗總結;建議

中圖分類號：U698.3? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： Heavy cargo is super long， super wide， super high and super heavy cargo. When transporting heavy cargo by sea， special attention should be paid to the safety and stability of the transportation process， and the design of the lashing scheme is particularly important. Based on two lashing cases， this paper studies and analyzes the key points and difficulties encountered in the design of lashing scheme， for the reference of other designers， and puts forward some suggestions on how to improve the safety of maritime heavy cargo transportation.

Key words： Heavy cargo; Lashing scheme; Experience summarization; Advice

1? ? ?前言

對于重大件貨物沒有一個明確的定義，一般是指重量或尺寸較大并且不能進行分割運輸?shù)呢浳?。重大件貨物運輸風險高、難度大，對綁扎方案要求嚴格。運輸重大件貨物時，需要進行單獨的綁扎方案設計，并需要進行有效驗證，以確保其安全性。目前，對于半潛船重大件貨物運輸過程中的綁扎方案問題研究較少。本文以兩個重大件貨物綁扎案例為基礎，研究分析方案設計過程中遇到的重點、難點問題，并把經(jīng)驗總結出來供有關設計人員參考。同時，對如何提高海上重大件貨物運輸安全提出一些建議。

2? ? ?綁扎方案系固計算

2.1? ?外力計算

2.2? ?安全性校核

綁扎方案設計完成后，需要進行安全性校核。校核的內(nèi)容包括：橫向滑動、橫向翻轉和縱向滑動。一般情況下，橫向滑動是校核的重點，橫向翻轉時依靠貨物自身的作用其穩(wěn)性基本達到要求，而縱向滑動時的加速度相對橫向滑動較小。

（1）橫向滑動

（2）縱向滑動

（3）橫向滑動

綁扎方案選取過程中，考慮了半潛船垂線間長、船寬、穩(wěn)性高度、風力、飛濺力和貨物的影響，以及貨物綁扎的位置和空間大小;校核時除了依靠經(jīng)驗，還進行了一些有限元計算。

3? ? 綁扎方案實例分析

半潛船運輸貨物與普通船有所不同，通過下面兩個綁扎案例的分析和計算，可為同類半潛船運輸貨物提供依據(jù)。

3.1? ?案例1

3.1.1基本資料

半潛船在無限航區(qū)內(nèi)運輸一艘貨物船A1，兩船的船首方向一致，并且貨物船A1居中放置在主甲板上。

半潛船的垂線間長為212 m、船寬43 m、服務航速14 kn、初穩(wěn)性高度14.97 m;貨物船A1的重量為3500 t、船長134 m、船寬16 m、重心為82、0、18.98 m。

3.1.2綁扎方案設計的重點、難點

（1）貨物船A1的螺旋槳和球鼻首底部不能直接放置在甲板上，需要設計邊墩支撐：由于貨物船A1的重心高度增加，在校核橫向翻轉時翻轉力臂增大，需要更大的抵抗力矩;

（2）對于重大件貨物綁扎方案，剛性系固是首選。本案例使用剛性系固;

（3）綁扎方案的設計、校核與修改，是一個不斷循環(huán)的過程，直到方案通過并得到船級社的認可;

（4）綁扎方案校核需采用直接計算的方法。

3.1.3 綁扎方案設計與校核

海上運輸重大件貨物時，通常使用圓鋼或者角鋼等把半潛船和貨物焊接成一個整體，使運輸過程中貨物不會出現(xiàn)橫向滑移、縱向滑移和翻轉運動。

方案1：采用34組圓鋼，圓鋼通過墊板支撐貨物，如圖1所示;

方案2：采用34組工字鋼，工字鋼通過墊板支撐貨物，如圖2所示。

方案1是兩邊受力，可以滿足校核要求。但這種直接焊接的方法，有可能會對貨物造成傷害，故不采用;方案2是單邊受力，經(jīng)過有限元計算也滿足校核要求，并且該方案不會對貨物造成傷害，故最終采用方案2。

（1）根據(jù)貨物船重心與貨物船尾垂線的距離X與船長L的比值X/L，從表1中查得的甲一層橫向、縱向和垂向基本加速度為6.1、2.9、4.391 m/s2;

（2）船長和航速的修正系數(shù)，由公式（2）計算得出為0.585;船寬與初穩(wěn)性高度的比值為2.9，查閱表2使用外插值法得出修正系數(shù)取為1.92;經(jīng)過修正后，橫向、縱向和垂向加速度取值為6.852、1.697、2.569 m/s2;

（3）校核橫向翻轉：翻轉力臂取5.98 m、穩(wěn)定力臂取5.25 m，貨物依靠自身作用的穩(wěn)性滿足要求;

（4）校核縱向滑移：摩擦系數(shù)取0.3，貨物自身的摩擦力滿足要求;

（5）校核橫向滑移：單個工字鋼需要承受的力為

，其中n為34;然后采用有限元計算工字鋼最大應力為149MPa（如圖3），小于標準180 MPa，故橫向滑移滿足要求;對于工字鋼，一般不必進行校核，本文用有限元方法進行校核更加安全可靠。

3.2? 案例2

3.2.1基本資料

半潛船在無限航區(qū)內(nèi)運輸7艘重量150 t～1 500 t的貨物船A2—A8。

半潛船的垂線間長為145 m、船寬36 m、服務航速13.5 kn、初穩(wěn)性高度14.5 m;貨物船的主要參數(shù)見表3。

3.2.2? 綁扎方案設計的重點、難點

（1）貨物船一共有7個，占用了半潛船甲板很大的空間，并且有些貨物超出了半潛船的寬度。如果選擇剛性系固，則沒有那么多空間來布置綁扎裝置。故本文選用柔性系固，占用的空間較小，可在有限的空間內(nèi)完成綁扎，如圖4所示;

圖4? 綁扎方案俯視圖

（2）綁扎方案設計時，鋼絲繩盡量布置在主甲板的強結構上。由于鋼絲繩數(shù)量較多較密，故半潛船的結構強度需要進行校核。

3.2.3綁扎方案設計與校核

（1）貨物船A2

① 綁扎方案：18組鋼絲繩加10組標準加固件（尾部），如圖5所示;貨物船A2的尾部與貨物船A7比較貼近，這一側沒有布置鋼絲繩，需對其垂向轉動進行校核;

② 基本加速度：ax=2.9、ay=6.1、az=4.65;船長與航速相關的修正系數(shù)為0.742、船寬與初穩(wěn)性高度相關的修正系數(shù)為1.96、修正后加速度為ax=2.15、ay=8.87、az=3.45;A2的高度為1.8 m，故忽略風力和飛濺力;Fx為967.5 kN、Fy為3 991.5 kN、Fz為1 552.5 kN;

③ 橫向滑動校核：

，計算得3 991.5 kN < 5 043.75 kN，故橫向滑動滿足要求;

④ 橫向翻轉校核：

，即3 991.5 kN·m < 83 697.48 kN·m;

⑤ 縱向滑動校核：

，即967.5 < 3 374.77 kN，故縱向滑動滿足要求;

⑥ 垂向轉動校核：貨物船A2尾部均勻布置5組標準加固件，單個標準加固件可以承受60 t的作用力，如圖6所示。加固件提供的力矩>橫向力產(chǎn)生的垂向力距，即83 202 kN·m > 79 830 kN·m，故垂向轉動滿足要求。

3.2.4綁扎區(qū)域強度校核

綁扎方案布置時某些區(qū)域的鋼絲繩較密集，用傳統(tǒng)的經(jīng)驗方法不能判斷，需要對該區(qū)域的強度進行校核。根據(jù)系泊點，采用單點載荷的型式施加到眼板在船舶的焊接位置，如圖7所示。根據(jù)普通鋼的屈服應力235 MPa的衡準來校核，綁扎區(qū)域的結構強度滿足要求。

4? ? ?綁扎方案經(jīng)驗總結和建議

（1）首先要明確半潛船和貨物的各個主要參數(shù)的含義，并確定其數(shù)值;

（2）根據(jù)貨物的尺寸以及綁扎位置是否充足，選擇剛性系固或者柔性系固。對于重大件貨物，首選是剛性系固，根據(jù)需要也可以兩種結合;

（3）計算貨物受到的外力，大體選擇綁扎裝置的規(guī)格和數(shù)量，進行綁扎方案的布置。盡量布置在半潛船的強結構上，然后進行校核;

（4）校核不通過時，可以修改綁扎裝置的規(guī)格，例如從圓鋼改為工字鋼，或者鋼絲繩選用安全工作負荷更大的配置;也可以修改裝置的綁扎位置和角度;

（5）綁扎裝置盡量選用相同的類型;裝置的尺寸規(guī)格，也盡量選取相同或相近的;

（6）根據(jù)綁扎方案的特點，綁扎校核時有時需進行一些特殊的校核，如垂向轉動校核和半潛船結構強度校核;

（7）貨物種類較多和復雜時，應該采用直接計算的方法進行校核。

對于如何提高海上重大件貨物的運輸安全，提出以下建議：

（1）首先，貨物盡量布置在船舶的中間位置，此時貨物受到的外力最小;

（2）需要給綁扎留下足夠的空間，方便綁扎方案的設計;

（3）綁扎裝置盡量選用相同的規(guī)格和相當?shù)拈L度;方案完成后，請經(jīng)驗豐富的人員復核并提交船級社審核。

參考文獻

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