廖英勇

罐式集裝箱（以下簡稱“罐箱”）主要用于運輸化學品和食品等貨類。與其他運輸工具相比，罐箱在多式聯(lián)運領域具有顯著優(yōu)勢，行業(yè)應用日益普及，具有廣闊的市場前景。罐箱按結構尺寸可分為國際標準罐箱和非國際標準罐箱。交換箱體罐箱作為一種常見的非國際標準罐箱，具有容積和載貨量較大等優(yōu)點;但正因為容積和載貨量較大，交換箱體罐箱的罐體、支撐結構和載荷傳遞區(qū)的受力情況也更為復雜，在運營過程中容易產(chǎn)生裂紋。本文針對國內(nèi)某物流公司的某批次交換箱體罐箱在運營過程中產(chǎn)生裂紋的情況，通過分析交換箱體罐箱的載荷傳遞區(qū)、支撐結構和運營工況，探討交換箱體罐箱裂紋產(chǎn)生的主要原因，并提出相應的預防措施，以期為交換箱體罐箱設計和維修提供參考。

1 交換箱體罐箱設計參數(shù)

該批次交換箱體罐箱結構如圖1所示。從設計參數(shù)（見表1）來看，交換箱體罐箱容積比20英尺國際標準罐箱容積大46%，甚至超過30英尺國際標準罐箱容積，導致運營過程中罐體和支撐結構承受的載荷也相應增大。

2 交換箱體罐箱裂紋情況

該批次交換箱體罐箱投入使用一段時間后，底部支撐結構出現(xiàn)不同程度裂紋，部分裂紋延伸至罐體，導致液體貨物泄漏（見圖2）。

該批次交換箱體罐箱前后兩端設有2對載荷傳遞區(qū)，用以將罐箱載荷傳遞至運輸車輛縱梁，并通過車輪傳遞至地面?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)：載荷傳遞區(qū)底部與運輸車輛縱梁接觸位置發(fā)生局部變形（見圖3），最大變形量約2 mm，且罐體支撐結構和罐體裂紋與載荷傳遞區(qū)變形處位于同一平面。

3 交換箱體罐箱裂紋產(chǎn)生原因

3.1 載荷傳遞區(qū)分析

根據(jù)ISO 668：2020《系列1集裝箱 分類、尺寸和額定質(zhì)量》附錄B的規(guī)定：20英尺國際標準罐箱可不設載荷傳遞區(qū)，30英尺國際標準罐箱應設置至少5對載荷傳遞區(qū)。然而，該批次交換箱體罐箱僅設置2對載荷傳遞區(qū)，無其他底部載荷傳遞結構。在實際運營過程中，該批次交換箱體罐箱的底端梁作為載荷傳遞區(qū)最先產(chǎn)生裂紋，其中部分裂紋延伸至罐體，最終導致罐體泄漏。

3.2 罐體支撐結構分析

交換箱體罐箱底部結構見圖4?，F(xiàn)場切開支撐結構檢查后發(fā)現(xiàn)：支撐結構直接焊接在罐體上，兩者之間未設置過渡墊板。這種焊接結構的焊縫處往往存在殘余應力，而焊縫處又是載荷集中區(qū)域;因此，焊縫處極易產(chǎn)生裂紋。

3.3 運營工況分析

如圖5所示，交換箱體罐箱的載荷傳遞區(qū)位于2條寬度為375 mm的載荷傳遞帶內(nèi)。載荷傳遞區(qū)距離底角件底面高度為13～15 mm，符合載荷傳遞區(qū)底面應高于底角件底面11.0～17.5 mm的規(guī)定[1]。

目前國內(nèi)通常采用半掛車運輸罐箱。圖4中，交換箱體罐箱的載荷傳遞區(qū)恰好落在半掛車的縱梁上。半掛車縱梁腹板的縱向直線度公差在任意長度內(nèi)為2 mm[2]，即允許有2 mm/m的上拱偏差;而現(xiàn)場實測后發(fā)現(xiàn)，半掛車縱梁上翼面高出基準面13 mm。如圖6所示：在半掛車載運空罐箱的情況下，罐箱載荷傳遞區(qū)與掛車縱梁上翼面的間距小于2 mm，罐箱4個底角件與車架完全接觸，罐箱自身質(zhì)量通過底角件傳遞至車架。當罐箱裝滿貨物后，罐體兩端簡支梁在重力作用下呈弧形下凹變形，此時載荷傳遞區(qū)隨著整個罐箱下沉并與半掛車縱梁接觸，導致罐箱主要載荷通過載荷傳遞區(qū)傳遞至車

架;或當半掛車縱梁存在上拱變形時，載荷傳遞區(qū)與半掛車縱梁接觸，導致罐箱主要載荷通過載荷傳遞區(qū)傳遞至車架。由此可知：在運營過程中，交換箱體罐箱的載荷傳遞區(qū)因往復受力而承受疲勞載荷，加之支撐結構與罐體之間未設置過渡墊板，導致該載荷通過支撐結構直接傳遞至罐體。

4 交換箱體罐箱裂紋預防措施

綜上所述，如果僅對裂紋進行挖補修理而不改善罐箱受力狀況，后續(xù)運營過程中罐箱還會再次產(chǎn)生裂紋。為了預防交換箱體罐箱產(chǎn)生裂紋，可在設計罐箱或維修罐箱時采取以下措施。

4.1 在罐體與支撐結構之間增加焊接墊板

通過設計計算，根據(jù)局部應力值，在罐體與支撐結構之間增加合適尺寸的焊接墊板，從而改善罐體局部應力集中。注意應根據(jù)局部應力值計算確定焊接墊板的大小和厚度，并且墊板厚度不宜大于罐體厚度。[3]

4.2 增設載荷傳遞結構或載荷傳遞區(qū)

（1）增設底部載荷傳遞結構（見圖7），將罐箱兩端底梁受到的半掛車縱梁的部分支撐力通過載荷傳遞結構傳遞至罐體，從而減小罐體原載荷傳遞區(qū)位置的集中力。此方法的優(yōu)點是結構簡單，缺點是緩解罐體集中力的效果略差。在罐箱載質(zhì)量較小且局部應力計算合格的情況下，可采用該方法。

（2）在罐箱左右兩端各增設1對載荷傳遞區(qū)（見圖8），由4對載荷傳遞區(qū)共同將罐箱重力傳遞至半掛車車架，從而改善整個罐體的支撐結構受力。

（3）在罐箱載質(zhì)量較大或應力較為集中的情況下，建議采用如圖9所示的增設載荷傳遞結構和載荷傳遞區(qū)的方法。該方法結合上述2種方法的優(yōu)點，不僅在罐箱左右兩端增設2對載荷傳遞區(qū)，而且將其與端框連接，從而使罐體受力更加均勻，進而提高安全性。

4.3 增加載荷傳遞區(qū)疲勞計算

根據(jù)《國際海運危險貨物規(guī)則》的規(guī)定：罐箱及其系固件在其允許的最大負荷下應當能夠承受其運行方向、與運行方向垂直、垂直向下的2倍于總質(zhì)量乘以加速度的靜力，以及垂直向上的1倍于總質(zhì)量乘以加速度的靜力。[4]以上均為靜態(tài)下的強度計算。就本文討論的交換箱體罐箱而言，根據(jù)其載荷傳遞區(qū)在運營過程中的受力情況，還應當增加載荷傳遞區(qū)疲勞計算，以免載荷傳遞區(qū)發(fā)生疲勞破壞。

參考文獻：

[1] 中國船級社. 集裝箱檢驗規(guī)范2021[S]. 北京：人民交通出版社，2021：40.

[2] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. 半掛車通用技術條件：GB/T 23336—2009 [S]. 北京：新華出版社，2010：2.

[3] 中華人民共和國工業(yè)和信息化部. 鋼制化工容器結構設計規(guī)范：HG/T 20583—2020[S]. 北京：中國石化出版社，2020：33.

[4] International Maritime Organization. International maritime dangerous goods code 2020[S]. London： IMO， 2020： 402-403.

（編輯：張敏 收稿日期：2022-03-28）