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        艙內(nèi)裝載超寬、超高臺(tái)架集裝箱時(shí)船艙格柵受力分析

        2019-10-18 14:18:38何榮杰李升奇孔河清張前先伍國(guó)權(quán)
        集裝箱化 2019年6期
        關(guān)鍵詞:堆碼船艙臺(tái)架

        何榮杰 李升奇 孔河清 張前先 伍國(guó)權(quán)

        臺(tái)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(yùn)重型裝備。超寬、超高臺(tái)架集裝箱的外形尺寸一般為??4 344 mm,其長(zhǎng)度與40英尺超高集裝箱長(zhǎng)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(tái)架集裝箱為非標(biāo)準(zhǔn)集裝箱且總質(zhì)量較大,當(dāng)此類臺(tái)架集裝箱裝載于艙內(nèi)運(yùn)輸時(shí),不同的堆碼組合方式導(dǎo)致船艙格柵受力情況不同。本文列舉超寬、超高臺(tái)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(qiáng)度安全校核提供參考。

        1 超寬、超高臺(tái)架集裝箱裝載于艙內(nèi)的堆碼組合方式

        超寬、超高臺(tái)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(tái)架集裝箱單獨(dú)堆碼(見(jiàn)圖1a));組合二,超寬、超高臺(tái)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(jiàn)圖1b));組合三,超寬、超高臺(tái)架集裝箱與40英尺超高集裝箱混合堆碼,并且超寬、超高臺(tái)架集裝箱位于上層(見(jiàn)圖1c));組合四,超寬、超高臺(tái)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(gè)超寬、超高臺(tái)架集裝箱(見(jiàn)圖1d))。

        2 單個(gè)超寬、超高臺(tái)架集裝箱裝載于艙內(nèi)的受力分析

        當(dāng)集裝箱船舶發(fā)生橫搖時(shí),船艙格柵對(duì)裝載于艙內(nèi)的集裝箱有橫向阻擋作用。本文采用靜力學(xué)分析方法中的隔離法分析單個(gè)超寬、超高臺(tái)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?yàn)閤軸,寬度方向?yàn)閥軸,船艙格柵與集裝箱寬度方向接觸的部分長(zhǎng)2 438 mm。此時(shí)集裝箱受到的外力有重力G、船艙格柵對(duì)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(duì)集裝箱底角件的作用力Fx'和Fx"。根據(jù)牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律可知,船艙格柵對(duì)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(yùn)動(dòng)定律、受力平衡原理和向量計(jì)算方法可知,集裝箱所受合力為0,外力對(duì)A點(diǎn)的力矩為0,即且∑MA=0。

        3 艙內(nèi)裝載超寬、超高臺(tái)架集裝箱時(shí)船艙 格柵受力分析

        基于對(duì)單個(gè)超寬、超高臺(tái)架集裝箱裝載于艙內(nèi)的受力分析,本文提供一種簡(jiǎn)單通用的計(jì)算方法,根據(jù)集裝箱受到的重力即可計(jì)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(tái)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(jiàn)圖3。由于頂層集裝箱重心位于A點(diǎn)左側(cè),集裝箱沒(méi)有繞A點(diǎn)向右側(cè)傾倒的趨勢(shì),故頂層集裝箱頂角件對(duì)船艙格柵的壓力F1,y'=0,底角件對(duì)船艙格柵的壓力F1,y"=0.5G2;下層集裝箱對(duì)船艙格柵的施力情況與頂層集裝箱相同。據(jù)此分別計(jì)算船艙格柵上各點(diǎn)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(jiàn)圖4。由于各層集裝箱重心均位于A點(diǎn)或B點(diǎn)左側(cè),集裝箱沒(méi)有繞A點(diǎn)或B點(diǎn)向右側(cè)傾倒的趨勢(shì),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(jì)算各個(gè)集裝箱對(duì)船艙格柵的壓力,然后分別計(jì)算船艙格柵上各點(diǎn)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(diǎn)右側(cè),集裝箱有繞A點(diǎn)向右側(cè)傾倒的趨勢(shì),故頂層集裝箱頂角件對(duì)船艙格柵的壓力F1,y'≈0.13G2,底角件對(duì)船艙格柵的壓力F1,y''≈0.37G2;由于下層集裝箱重心位于B點(diǎn)左側(cè),集裝箱沒(méi)有繞B點(diǎn)向右側(cè)傾倒的趨勢(shì),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(jì)算各個(gè)集裝箱對(duì)船艙格柵的壓力,然后分別計(jì)算船艙格柵上各點(diǎn)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(diǎn)或B點(diǎn)右側(cè),集裝箱沒(méi)有繞A點(diǎn)或B點(diǎn)向左側(cè)傾倒的趨勢(shì),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(jì)算各個(gè)集裝箱對(duì)船艙格柵的壓力,然后分別計(jì)算船艙格柵上各點(diǎn)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(tái)架集裝箱重心位于A點(diǎn)左側(cè),集裝箱沒(méi)有繞A點(diǎn)向右側(cè)傾倒的趨勢(shì),故頂層超寬、超高臺(tái)架集裝箱頂角件對(duì)船艙格柵的壓力F1,y'=0,底角件對(duì)船艙格柵的壓力F1,y''=0.5G2,下層超寬、超高臺(tái)架集裝箱對(duì)頂層超寬、超高臺(tái)架集裝箱的支撐力F1,x'=0.14G2,下層超寬、超高臺(tái)架集裝箱頂角件對(duì)頂層超寬、超高臺(tái)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(tái)架集裝箱重心位于B點(diǎn)右側(cè),集裝箱有繞B點(diǎn)向右側(cè)傾倒的趨勢(shì),故下層40英尺超高集裝箱對(duì)上層超寬、超高臺(tái)架集裝箱的支撐力F2,x'=0,船艙格柵對(duì)超寬、超高臺(tái)架集裝箱的橫向力F2,y'=0.26G2,底角件對(duì)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(diǎn)左側(cè),集裝箱沒(méi)有繞C點(diǎn)向右側(cè)傾倒的趨勢(shì),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(jì)算各個(gè)集裝箱對(duì)船艙格柵的壓力,然后分別計(jì)算船艙格柵上各點(diǎn)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(diǎn)或B點(diǎn)右側(cè),集裝箱沒(méi)有繞A點(diǎn)或B點(diǎn)向左側(cè)傾倒的趨勢(shì),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(jì)算各個(gè)集裝箱對(duì)船艙格柵的壓力,然后分別計(jì)算船艙格柵上各點(diǎn)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(yǔ)

        本文針對(duì)艙內(nèi)裝載超寬、超高臺(tái)架集裝箱的情況,介紹一種簡(jiǎn)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(jià)值:(1)便于用戶對(duì)船艙格柵進(jìn)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(jì)提供一定參考。

        (編輯:張敏 收稿日期:2019-04-15)

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