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

        2015-04-13 14:57:02王長安
        中國水運 2015年3期
        關(guān)鍵詞:穩(wěn)性強度

        王長安

        摘 要:內(nèi)河大艙口船舶的優(yōu)越性能得到了廣泛的認同,但因其強度與穩(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。本文對大艙口船舶強度與穩(wěn)性進行了分析,對此類船舶裝運重大件及積載因素小于0.56m3/t的高密度貨物時提出了幾點限制措施。

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

        近年來,船舶斷裂、翻沉事故時有發(fā)生,人員傷亡慘重,造成了巨額經(jīng)濟財產(chǎn)損失。在斷裂、翻沉事故的統(tǒng)計分析中,有3點值得深思: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,翻沉事故多發(fā)生在航行過程中;③船舶動力設(shè)備、航行設(shè)備、操舵系統(tǒng)等故障引起的船舶斷裂、翻沉事故比重相對較小。

        船舶強度是否滿足要求,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。對已投入營運船舶,只能采取局部加強,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度與穩(wěn)性的要求,對保證船舶安全運輸和延長船舶使用壽命都具有重要的現(xiàn)實意義。

        內(nèi)河大艙口船舶強度與穩(wěn)性分析

        1、強度分析

        大艙口船舶具有堅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,橫向強度一般是夠的,船舶很少因為橫向強度不足而發(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度和局部強度。船舶在建造過程中,因各縱向部分的重量差異,會使得船體各部分重力與浮力的不同,進而產(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船體總縱強度及變形的影響。

        局部強度對大艙口船舶的整體強度而言也是至關(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。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。局部強度雖然是局部性的,但是有時局部的破壞,如因大艙口角隅處的裂縫而導(dǎo)致整個船體斷裂的事故也時有發(fā)生。

        因此,在配積載時,應(yīng)認真校核船舶的縱向強度和局部強度,計算船體縱向強度及上甲板、中間甲板、底艙的局部強度是否符合要求,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,會導(dǎo)致船舶傾覆;穩(wěn)性過大,又會引起船舶在風(fēng)浪中劇烈的橫搖,引起貨物移位,同樣產(chǎn)生不利的影響,故船舶在整個航行過程中,都要具有適度的穩(wěn)性。

        船舶穩(wěn)性衡準計算依賴于對船舶裝載全面和準確的掌握。然而,在實際工作中,船員對裝載狀態(tài)掌握的及時性與準確性往往受到限制。為滿足船舶的穩(wěn)性要求,船舶駕駛員應(yīng)根據(jù)自己知識和經(jīng)驗,做到以下三點:①測定橫搖周期推算初穩(wěn)性高度;②測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)充分了解其所托運貨物性質(zhì),要對貨物的適裝性進行評估。對內(nèi)河大艙口船舶而言,特殊貨物是指:危險品(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、易流動等特點,如金屬礦石。積載因素小的貨物在裝載時,易造成船舶重心降低,GM較大,船舶受風(fēng)浪時橫搖周期加快,減少船舶適航性,因此,配載時應(yīng)特別考慮對船舶強度和穩(wěn)性的影響。對船舶運輸而言,易吸水、易流態(tài)化也是易使船舶傾覆的危險貨物。易流態(tài)化貨物的“流動水分點”,是指這類貨物達到發(fā)生流態(tài)化特性時的含水量,即該貨物達到這個含水量就會發(fā)生流動,如精礦粉,因其含有水分,在船舶運輸過程中可能發(fā)生流化現(xiàn)象而引起貨物移動,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,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,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。重大件貨物在裝運過程中,其與艙底板的接觸面積小,局部壓強大。此外,部分重大件貨物,還具有滾動、滑移等特點,如鋼材卷板。我國規(guī)定,我國沿海運輸中凡單件質(zhì)量超過5t或單件長度超過9m的貨物均屬于重大件貨物。

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

        縱向強度校核

        內(nèi)河大艙口船舶因結(jié)構(gòu)簡單,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。在實際裝載過程中,應(yīng)主要校核大艙口船舶的縱向強度。

        強度曲線圖可定性和定量分析船舶總縱強度,如圖2。圖中點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)時的靜水彎矩的中拱和中垂邊界;實線是規(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,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對船中力矩的絕對值的交點位置,判斷船舶的受力情況,交點落在虛線之間為允許狀態(tài),交點在實線之外為船舶應(yīng)力危險狀況,應(yīng)盡量避免。endprint

        限制措施

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

        1、合理裝卸

        嚴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,盡量降低貨物落艙高度,以減小貨物對艙底板局部強度影響;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。

        2、平艙措施

        當(dāng)船舶裝運積載因素為0.56m3/t或以下高密度固體散貨時,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。在強度允許的前提下,應(yīng)盡可能裝滿,并進行合理平艙;要減少散裝貨物在營運途中移動的危險,貨物應(yīng)平整至貨艙邊界,對于船長為100米以下的船舶尤為如此;對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。

        4、增設(shè)艙口蓋或艙口蓋布

        要防止船舶在營運過程中,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、其水分滲出,其表面形成可流動狀態(tài)(表層流態(tài)化的貨物在風(fēng)浪中搖擺時會流向一舷、而船舶回搖時貨物卻不能完全流回,如此往復(fù),將會使船舶逐漸傾斜而傾覆)。

        參考文獻:

        [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)性的計算及調(diào)整.大連海事大學(xué)學(xué)報.2003.2

        (作者單位:安徽省滁州市地方海事局)endprint

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