梅中明 王應(yīng)強(qiáng) 李大飛 林德齊

摘? ? 要：重大件貨物是指超長(zhǎng)、超寬、超高和超重的貨物。船舶運(yùn)輸重大件貨物時(shí)，需要特別注意運(yùn)輸過(guò)程中的安全性與穩(wěn)定性，其綁扎方案的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。本文以?xún)蓚€(gè)綁扎案例為基礎(chǔ)，對(duì)綁扎方案設(shè)計(jì)遇到的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行研究分析，并將設(shè)計(jì)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，供有關(guān)設(shè)計(jì)人員參考。同時(shí)，對(duì)如何提高海上重大件貨物的運(yùn)輸安全提出一些建議。

關(guān)鍵詞：重大件貨物;綁扎方案;經(jīng)驗(yàn)總結(jié);建議

中圖分類(lèi)號(hào)：U698.3? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(duì)于重大件貨物沒(méi)有一個(gè)明確的定義，一般是指重量或尺寸較大并且不能進(jìn)行分割運(yùn)輸?shù)呢浳?。重大件貨物運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)高、難度大，對(duì)綁扎方案要求嚴(yán)格。運(yùn)輸重大件貨物時(shí)，需要進(jìn)行單獨(dú)的綁扎方案設(shè)計(jì)，并需要進(jìn)行有效驗(yàn)證，以確保其安全性。目前，對(duì)于半潛船重大件貨物運(yùn)輸過(guò)程中的綁扎方案問(wèn)題研究較少。本文以?xún)蓚€(gè)重大件貨物綁扎案例為基礎(chǔ)，研究分析方案設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題，并把經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)供有關(guān)設(shè)計(jì)人員參考。同時(shí)，對(duì)如何提高海上重大件貨物運(yùn)輸安全提出一些建議。

2? ? ?綁扎方案系固計(jì)算

2.1? ?外力計(jì)算

2.2? ?安全性校核

綁扎方案設(shè)計(jì)完成后，需要進(jìn)行安全性校核。校核的內(nèi)容包括：橫向滑動(dòng)、橫向翻轉(zhuǎn)和縱向滑動(dòng)。一般情況下，橫向滑動(dòng)是校核的重點(diǎn)，橫向翻轉(zhuǎn)時(shí)依靠貨物自身的作用其穩(wěn)性基本達(dá)到要求，而縱向滑動(dòng)時(shí)的加速度相對(duì)橫向滑動(dòng)較小。

（1）橫向滑動(dòng)

（2）縱向滑動(dòng)

（3）橫向滑動(dòng)

綁扎方案選取過(guò)程中，考慮了半潛船垂線(xiàn)間長(zhǎng)、船寬、穩(wěn)性高度、風(fēng)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(shí)除了依靠經(jīng)驗(yàn)，還進(jìn)行了一些有限元計(jì)算。

3? ? 綁扎方案實(shí)例分析

半潛船運(yùn)輸貨物與普通船有所不同，通過(guò)下面兩個(gè)綁扎案例的分析和計(jì)算，可為同類(lèi)半潛船運(yùn)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(wú)限航區(qū)內(nèi)運(yùn)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(xiàn)間長(zhǎng)為212 m、船寬43 m、服務(wù)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(zhǎng)134 m、船寬16 m、重心為82、0、18.98 m。

3.1.2綁扎方案設(shè)計(jì)的重點(diǎn)、難點(diǎn)

（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(shè)計(jì)邊墩支撐：由于貨物船A1的重心高度增加，在校核橫向翻轉(zhuǎn)時(shí)翻轉(zhuǎn)力臂增大，需要更大的抵抗力矩;

（2）對(duì)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(shè)計(jì)、校核與修改，是一個(gè)不斷循環(huán)的過(guò)程，直到方案通過(guò)并得到船級(jí)社的認(rèn)可;

（4）綁扎方案校核需采用直接計(jì)算的方法。

3.1.3 綁扎方案設(shè)計(jì)與校核

海上運(yùn)輸重大件貨物時(shí)，通常使用圓鋼或者角鋼等把半潛船和貨物焊接成一個(gè)整體，使運(yùn)輸過(guò)程中貨物不會(huì)出現(xiàn)橫向滑移、縱向滑移和翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

方案1：采用34組圓鋼，圓鋼通過(guò)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(guò)墊板支撐貨物，如圖2所示。

方案1是兩邊受力，可以滿(mǎn)足校核要求。但這種直接焊接的方法，有可能會(huì)對(duì)貨物造成傷害，故不采用;方案2是單邊受力，經(jīng)過(guò)有限元計(jì)算也滿(mǎn)足校核要求，并且該方案不會(huì)對(duì)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(xiàn)的距離X與船長(zhǎng)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(zhǎng)和航速的修正系數(shù)，由公式（2）計(jì)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(guò)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(zhuǎn)：翻轉(zhuǎn)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(mǎn)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(mǎn)足要求;

（5）校核橫向滑移：?jiǎn)蝹€(gè)工字鋼需要承受的力為

，其中n為34;然后采用有限元計(jì)算工字鋼最大應(yīng)力為149MPa（如圖3），小于標(biāo)準(zhǔn)180 MPa，故橫向滑移滿(mǎn)足要求;對(duì)于工字鋼，一般不必進(jìn)行校核，本文用有限元方法進(jìn)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(wú)限航區(qū)內(nèi)運(yùn)輸7艘重量150 t～1 500 t的貨物船A2—A8。

半潛船的垂線(xiàn)間長(zhǎng)為145 m、船寬36 m、服務(wù)航速13.5 kn、初穩(wěn)性高度14.5 m;貨物船的主要參數(shù)見(jiàn)表3。

3.2.2? 綁扎方案設(shè)計(jì)的重點(diǎn)、難點(diǎn)

（1）貨物船一共有7個(gè)，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(méi)有那么多空間來(lái)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(shè)計(jì)時(shí)，鋼絲繩盡量布置在主甲板的強(qiáng)結(jié)構(gòu)上。由于鋼絲繩數(shù)量較多較密，故半潛船的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需要進(jìn)行校核。

3.2.3綁扎方案設(shè)計(jì)與校核

（1）貨物船A2

① 綁扎方案：18組鋼絲繩加10組標(biāo)準(zhǔn)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(cè)沒(méi)有布置鋼絲繩，需對(duì)其垂向轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行校核;

② 基本加速度：ax=2.9、ay=6.1、az=4.65;船長(zhǎng)與航速相關(guān)的修正系數(shù)為0.742、船寬與初穩(wěn)性高度相關(guān)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(fēng)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(dòng)校核：

，計(jì)算得3 991.5 kN < 5 043.75 kN，故橫向滑動(dòng)滿(mǎn)足要求;

④ 橫向翻轉(zhuǎn)校核：

，即3 991.5 kN·m < 83 697.48 kN·m;

⑤ 縱向滑動(dòng)校核：

，即967.5 < 3 374.77 kN，故縱向滑動(dòng)滿(mǎn)足要求;

⑥ 垂向轉(zhuǎn)動(dòng)校核：貨物船A2尾部均勻布置5組標(biāo)準(zhǔn)加固件，單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)動(dòng)滿(mǎn)足要求。

3.2.4綁扎區(qū)域強(qiáng)度校核

綁扎方案布置時(shí)某些區(qū)域的鋼絲繩較密集，用傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)方法不能判斷，需要對(duì)該區(qū)域的強(qiáng)度進(jìn)行校核。根據(jù)系泊點(diǎn)，采用單點(diǎn)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(yīng)力235 MPa的衡準(zhǔn)來(lái)校核，綁扎區(qū)域的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

4? ? ?綁扎方案經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和建議

（1）首先要明確半潛船和貨物的各個(gè)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(duì)于重大件貨物，首選是剛性系固，根據(jù)需要也可以?xún)煞N結(jié)合;

（3）計(jì)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(jìn)行綁扎方案的布置。盡量布置在半潛船的強(qiáng)結(jié)構(gòu)上，然后進(jìn)行校核;

（4）校核不通過(guò)時(shí)，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(fù)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(lèi)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(diǎn)，綁扎校核時(shí)有時(shí)需進(jìn)行一些特殊的校核，如垂向轉(zhuǎn)動(dòng)校核和半潛船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核;

（7）貨物種類(lèi)較多和復(fù)雜時(shí)，應(yīng)該采用直接計(jì)算的方法進(jìn)行校核。

對(duì)于如何提高海上重大件貨物的運(yùn)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(shí)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(shè)計(jì);

（3）綁扎裝置盡量選用相同的規(guī)格和相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度;方案完成后，請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)豐富的人員復(fù)核并提交船級(jí)社審核。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈華. 重大件貨物單元慣性力計(jì)算[C].大連海事大學(xué)校慶暨中國(guó)高等航海教育90周年論文集（航海技術(shù)分冊(cè)）.大連海事大學(xué)出版社，1999.37-41.

[2] 沈華.重大件貨物剛性系固中的外力計(jì)算[J].中國(guó)航海，2000（2）：28-33.

[3] 沈華. 船舶穩(wěn)性與強(qiáng)度計(jì)算[M]. 大連海事大學(xué)出版社，2001.

[4] 沈江.重大件貨物系固中的計(jì)算方法[J].大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)， 2008， 34（z1）：54-56.

[5] 中國(guó)船級(jí)社.貨物系固手冊(cè)編制指南.[M].北京：人民交通出版社，2015.

[6] 趙彩鳳.淺談16 000總噸客滾船的車(chē)輛系固.[J].船舶設(shè)計(jì)通訊，2004.

[7] 船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè) 舾裝分冊(cè). [M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2013.