艙內(nèi)裝載超寬、超高臺架集裝箱時船艙格柵受力分析

何榮杰 李升奇 孔河清 張前先 伍國權(quán)

臺架集裝箱允許采用吊裝、滾裝、叉裝等多種方式裝卸貨物，適用于裝運重型裝備。超寬、超高臺架集裝箱的外形尺寸一般為？？4 344 mm，其長度與40英尺超高集裝箱長度相同，寬度和高度均為40英尺超高集裝箱的1.5倍。由于超寬、超高臺架集裝箱為非標準集裝箱且總質(zhì)量較大，當此類臺架集裝箱裝載于艙內(nèi)運輸時，不同的堆碼組合方式導致船艙格柵受力情況不同。本文列舉超寬、超高臺架集裝箱裝載于艙內(nèi)的堆碼組合方式，并分析每種堆碼組合方式下船艙格柵的受力情況，從而為船艙格柵強度安全校核提供參考。

1 超寬、超高臺架集裝箱裝載于艙內(nèi)的堆碼組合方式

超寬、超高臺架集裝箱裝載于艙內(nèi)的堆碼組合方式如下：組合一，超寬、超高臺架集裝箱單獨堆碼（見圖1a））;組合二，超寬、超高臺架集裝箱與40英尺超高集裝箱混合堆碼，并且40英尺超高集裝箱位于上層（見圖1b））;組合三，超寬、超高臺架集裝箱與40英尺超高集裝箱混合堆碼，并且超寬、超高臺架集裝箱位于上層（見圖1c））;組合四，超寬、超高臺架集裝箱與40英尺超高集裝箱混合堆碼，并且40英尺超高集裝箱的上層至少堆放2個超寬、超高臺架集裝箱（見圖1d））。

2 單個超寬、超高臺架集裝箱裝載于艙內(nèi)的受力分析

當集裝箱船舶發(fā)生橫搖時，船艙格柵對裝載于艙內(nèi)的集裝箱有橫向阻擋作用。本文采用靜力學分析方法中的隔離法分析單個超寬、超高臺架集裝箱在船舶橫搖30暗募薰た魷碌氖芰η榭觶？）。設(shè)集裝箱高度方向為x軸，寬度方向為y軸，船艙格柵與集裝箱寬度方向接觸的部分長2 438 mm。此時集裝箱受到的外力有重力G、船艙格柵對集裝箱上下端梁的作用力Fy'和Fy"以及下層集裝箱或船艙底板對集裝箱底角件的作用力Fx'和Fx"。根據(jù)牛頓第三運動定律可知，船艙格柵對集裝箱上下端梁的作用力Fy'和Fy"與船艙格柵承受的壓力大小相等且方向相反。設(shè)Fx和Fy分別為集裝箱在x軸和y軸方向上所受的合力（不包括重力），根據(jù)牛頓第一運動定律、受力平衡原理和向量計算方法可知，集裝箱所受合力為0，外力對A點的力矩為0，即且∑MA=0。

3 艙內(nèi)裝載超寬、超高臺架集裝箱時船艙 格柵受力分析

基于對單個超寬、超高臺架集裝箱裝載于艙內(nèi)的受力分析，本文提供一種簡單通用的計算方法，根據(jù)集裝箱受到的重力即可計算出不同堆碼組合方式下船艙格柵的受力。以下分析均以船舶橫搖30暗募薰た鑫跫<偕？0英尺超高集裝箱受到的重力為G1，超寬、超高臺架集裝箱受到的重力為G2。

3.1 組合一堆碼情況下船艙格柵受力分析

組合一堆碼情況下船艙格柵受力分析見圖3。由于頂層集裝箱重心位于A點左側(cè)，集裝箱沒有繞A點向右側(cè)傾倒的趨勢，故頂層集裝箱頂角件對船艙格柵的壓力F1，y'=0，底角件對船艙格柵的壓力F1，y"=0.5G2;下層集裝箱對船艙格柵的施力情況與頂層集裝箱相同。據(jù)此分別計算船艙格柵上各點所受的合力。

3.2 組合二堆碼情況下船艙格柵受力分析

組合二堆碼情況下船艙格柵受力分析見圖4。由于各層集裝箱重心均位于A點或B點左側(cè)，集裝箱沒有繞A點或B點向右側(cè)傾倒的趨勢，故可按照組合一堆碼情況下船艙格柵受力分析方法，首先計算各個集裝箱對船艙格柵的壓力，然后分別計算船艙格柵上各點所受的合力。

3.3 組合三堆碼情況下船艙格柵受力分析

3.3.1 船體右傾

如圖5a）所示：由于頂層集裝箱重心位于A點右側(cè)，集裝箱有繞A點向右側(cè)傾倒的趨勢，故頂層集裝箱頂角件對船艙格柵的壓力F1，y'≈0.13G2，底角件對船艙格柵的壓力F1，y''≈0.37G2;由于下層集裝箱重心位于B點左側(cè)，集裝箱沒有繞B點向右側(cè)傾倒的趨勢，故可按照組合一堆碼情況下船艙格柵受力分析方法，首先計算各個集裝箱對船艙格柵的壓力，然后分別計算船艙格柵上各點所受的合力。

3.3.2 船體左傾

如圖5b）所示：由于各層集裝箱重心均位于A點或B點右側(cè)，集裝箱沒有繞A點或B點向左側(cè)傾倒的趨勢，故可按照組合一堆碼情況下船艙格柵受力分析方法，首先計算各個集裝箱對船艙格柵的壓力，然后分別計算船艙格柵上各點所受的合力。

3.4 組合四堆碼情況下船艙格柵受力分析

3.4.1 船體右傾

如圖6a）所示：由于頂層超寬、超高臺架集裝箱重心位于A點左側(cè)，集裝箱沒有繞A點向右側(cè)傾倒的趨勢，故頂層超寬、超高臺架集裝箱頂角件對船艙格柵的壓力F1，y'=0，底角件對船艙格柵的壓力F1，y''=0.5G2，下層超寬、超高臺架集裝箱對頂層超寬、超高臺架集裝箱的支撐力F1，x'=0.14G2，下層超寬、超高臺架集裝箱頂角件對頂層超寬、超高臺架集裝箱底角件的反作用力F1，x''=0.73G2;由于頂層下方超寬、超高臺架集裝箱重心位于B點右側(cè)，集裝箱有繞B點向右側(cè)傾倒的趨勢，故下層40英尺超高集裝箱對上層超寬、超高臺架集裝箱的支撐力F2，x'=0，船艙格柵對超寬、超高臺架集裝箱的橫向力F2，y'=0.26G2，底角件對船艙格柵的壓力F2，y''=0.24G2;由于下層40英尺超高集裝箱重心位于C點左側(cè)，集裝箱沒有繞C點向右側(cè)傾倒的趨勢，故可按照組合一堆碼情況下船艙格柵受力分析方法，首先計算各個集裝箱對船艙格柵的壓力，然后分別計算船艙格柵上各點所受的合力。

3.4.2 船體左傾

如圖6b）所示：由于各層集裝箱重心均位于A點或B點右側(cè)，集裝箱沒有繞A點或B點向左側(cè)傾倒的趨勢，故可按照組合一堆碼情況下船艙格柵受力分析方法，首先計算各個集裝箱對船艙格柵的壓力，然后分別計算船艙格柵上各點所受的合力。

3.5 小結(jié)

根據(jù)以上分析可知：在組合一、組合二和組合三堆碼情況下，船艙格柵承受的最大壓力均為0.5G2;在組合四堆碼情況下，船艙格柵承受的最大壓力為0.76G2。

4 結(jié)束語

本文針對艙內(nèi)裝載超寬、超高臺架集裝箱的情況，介紹一種簡單通用的船艙格柵受力分析方法。該方法具有以下應(yīng)用價值：（1）便于用戶對船艙格柵進行安全性校核;（2）提示用戶合理堆碼集裝箱，例如，盡量避免組合四堆碼情況;（3）為相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計提供一定參考。

（編輯：張敏 收稿日期：2019-04-15）