大型船舶壁挂式登船梯设计理念

陈伦忠,　刘国兵

(中海工业(江苏)有限公司， 江苏 扬州 225211)

大型船舶壁挂式登船梯设计理念

陈伦忠,刘国兵

(中海工业(江苏)有限公司， 江苏 扬州 225211)

摘要:介绍一种大型船舶码头登船梯——壁挂式登船梯的设计过程。将安全性、舒适性、经济性和通用性作为切入点，把井式梯架、中间段、登乘段、栈桥和过渡平台整合。为沿海、沿江船厂寻找一种适应潮汐落差的码头登船梯解决方案。

关键词:登船梯； 潮汐落差； 安全性； 舒适性； 通用性

0引言

目前，国内船厂在建造20万t及以上大型船舶时，登船梯设计普遍采用传统的平台与活络斜梯组合的型式，少数采用了井式电梯与斜梯的组合。平台与活络斜梯组合的登船梯具有结构简单、造价低的优点，缺点即针对性强。对于同一种型深的船舶该类型登船梯可以通用，但当型深相差(大于或小于)2 m以上时，缺点明显。这是由于沿海和长江下游适于建造大型船舶的船厂码头水位均受海洋潮汐的影响。长江下游与沿海每天的潮汐落差在±(1.5~2.5)m，夏季洪水与冬季枯水平均落差接近4 m。为适应潮水落差，设计斜梯时尽可能增加斜梯长度，但在实践中，斜梯长度>13 m时其稳定性变差，多人在斜梯上通过时晃动明显，因此斜梯长度一般控制在13 m以内。斜梯角度每天大约会产生12°~16°变化，为适应该变化，斜梯踏步一般设计成弧形，当水位变化>2 m时，活络斜梯的角度便会<30°或>55°。合适的斜梯角度普遍认为在30°~55°，但弧形斜梯踏步很难适应如此大角度的变化，行走舒适性较差，上下通行有很大的安全风险。不同型深的船舶，型深相差>2 m或码头水位相差>2 m时，这种类型的登船梯不可以通用，船厂制作3~4部高度不等的平台备用，以满足不同型深船舶的需要。登船平台随潮水的变化更换，一艘船码头周期约为3个月，至少需要更换一次。

为消除传统登船梯缺陷，满足现代化造船需求，对码头登船梯进行改造，使其具有舒适性、安全性、通用性的特点，且使用方便、造价低。经过走访上海与江苏沿江地区相关船厂，并搜集国内外船厂相关资料，在韩国某船厂资料图片上发现了一种坞边使用的壁挂式登船梯，将该登船梯理念用于舾装码头登船梯设计，可有效满足需求。

1解决方案

1.1方案构成

船舷边悬挂井式登船梯架，挂点与舷顶列板之间用木楔隔开，在承重的上甲板上垫以木板。舾装码头安放1个过渡平台，过渡平台与井式登船梯架下口的登乘段用铰接式栈桥联接，人员从井式登船梯顶部通过登船斜梯踏上甲板面(见图1)。

1.2设计要求

该方案的设计要求见图2。

(1) 井式登船梯架内设置的斜梯角度≤45°， 斜梯净宽≥800 mm；

(2) 栈桥变化角度控制在-5°~15°；

(3) 井式登船梯架(简称井式梯架)与码头上的门座式起重机外轮廓间隙>0.15 m。

(4) 井式梯架下方设若干个中间段，数量视船舶型深配置而定；中间段高度2 740 mm，可灵活拆卸重新组合，最下口为登乘段;中间段上口与井式梯架的下口用螺栓连接，中间段下口与登乘段的上口用螺栓连接;用增减中间段的方法适应不同型深的船舶。

2设计参数选择

1) 为满足通用性要求，壁挂式登船梯宽度应小于箱式船两箱柱间净空，艏艉留0.15 m吊装间隙，厚度能满足内部斜梯宽度800 mm，同时兼顾与码头门座式起重机外轮廓的间隙。

图1　壁挂式登船梯方案构成(mm)

2) 栈桥净宽900 mm，长度满足角度变化-5°~15°，上下有4 m的落差，按此要求，栈桥长度为12.8 m,保持一定的强度和刚度。

3) 过渡平台高度选定为2.5 m,宽度为1.8 m，注意避免与码头门座式起重机间隙>0.2 m。人员通过平台斜梯从码头登上过渡平台。

由于壁挂式登船梯在国内没有使用先例，因此其安全性是需要考虑的首要问题。校核弯曲强度(见图3)是本项目设计的前提，按常规设计，井式登船梯架强度安全系数取5，为确保可靠安全，首次设计取≥6。

3危险剖面强度计算过程

3.1确定危险剖面

确定危险剖面为图1中的A-A，剖面形状见图3，计算剖面简化成图4。

图2　井式登船梯架设计整体方案(mm)

图3　井式登船梯危险剖面形状(mm)

图4　井式登船梯计算剖面简化图(mm)

3.2求取剖面参数

危险剖面高度H=1 200 mm，上平台面板厚度H1=8 mm，宽度B1=4 700 mm；侧板厚度Bb2=8 mm，高度H2=1 200 mm；下面板厚度H3=12 mm，宽度B3=300 mm。

剖面简化后，b1=4 700 mm，h1=8 mm；b2=16 mm，h2=1 200 mm；b3=600 mm，h3=12 mm。

3.3计算剖面惯性矩I

(1) 寻找中性轴

[b1×h1×(-0.4)+b2×h2×60+b3×h3×120.6]/(b1×h1+b2×h2+b3×h3)=31.33 cm

(2) 件1对中性轴的惯性矩

I1=(b1×h13/12)+ (b1×h1×31.72)=377 858.69 cm4

(3) 件2对中性轴的惯性矩

I2= (b2×h23/12)+(b2×h2×28.72)=388 548.48 cm4

(4) 件3对中性轴的惯性矩

I3= (b3×h33/12)+ (b3×h3×89.32)=574 171.92 cm4

(5) 总惯性矩为

I=I1+I2+I3=1 340 579.09 cm4

3.4得到该图形剖面模数

该图形的剖面模数为

W=I/hmax=1 340 579.09÷89.9=14 911.89cm3

3.5强度校核

确定载荷：

(1) 井式梯架重23 570 kg;

(2) 栈桥重3 225 kg，假设梯上均布16人×82.5 kg=1 320 kg;

(3) 假设井式梯架上均布30人×82.5 kg=2 475 kg;

(4) 总重为P=23 570 kg+[(3 225 kg+1 320 kg)/2]+2 475 kg=28 317.5 kg, 其中使用载荷重为1 320 kg/2+2 475 kg=3 135 kg；

(5) 井式梯架受力计算

R1=P=28 317.5 kg

R2=R3=P×2 240/8 460=7 498 kg

(6) 危险剖面弯矩计算

M=R1×61.8 cm+R3×138.8 cm=2 790 743.9 kg·cm

σ=M/W=187.15 kg/cm2

(7) 安全系数计算

材料采用Q235-A或CCSA，弹性极限σs=2 350 kg/cm2

安全系数为

n=σs/σ=2 350 kg/ cm2÷187.15 kg/ cm2=12.56

强度满足预期要求。

4其他因素

码头泊位相对固定，设施的分布是无规律可循的，起重机外侧往往布置有水管、气管、气包、阀门、电源箱等。这些状况使得布置过渡平台时，有时无法避开码头设施。

为得到一个灵活的布置方案，将登乘段设置成前后可登乘的形式，当中间段为奇数或偶数时，分别从左侧或右侧登乘，如遇码头障碍物而无法从一侧登乘时，可从登乘段的内侧绕至另一侧登乘(见图5)。

图5　前后可登乘布置方案

为确保使用安全，壁挂式登船梯使用前必须做强度试验，试验载荷为使用载荷的1.5倍。实际选用6 t的压载铁做试验，载荷放置于使用载荷的中心点(见图2中的P1点，试验时间为10 min，观察结构的变形情况。经试验观察，该方案满足强度要求，结构无损，未发现明显变形，安全部门同意投入使用。

5结语

该方案应用于公司首造的10 000 TEU集装箱船。井式梯架内部斜梯固定角度为45°，栈桥受潮汐落差影响，角度在-5°~12°变化，比较平缓，人员上下感觉舒适、安全，普遍反映该方案优于传统方案。

不足之处：

(1) 中间段与上部本体和下部登乘段的螺栓连接比较费时；

(2) 为保证任意两段顺利连接，要求框架有较高的精度，因此必须采用特殊的制作工艺，以保证螺栓孔的位置尺寸控制在一定的精度范围内；

(3) 使用该方案的船舶必须事先选择合适的舷边作为登船梯的悬挂点，该位置的舷边栏杆设计成活络栏杆，在船舶离开码头时，避免不必要的焊接、打磨和油漆。

参考文献：

[1]范钦珊，殷雅俊.材料力学[M].北京：清华大学出版社，2004.

中图分类号：U653.91

文献标志码：A

Design Idea of Wall Hanging Embarkation Ladder for Large Ships

ChenLunzhong1,LiuGuobing2

(China Shipping Industry (Jiangsu) Co., Ltd, Yangzhou 225211, China)

Abstract:The design process of an embarking ladder of wall hanging type for large ships is introduced. The design integrates well type ladder frame, intermediate block, embarking block, trestle bridge and transition platforms as a complete system to achieve the design objectives: safety, confortability, economy and versatility. The system is a solution for shipyards on the coast or at riverside where the water level changes due to the tide.

Key words:embarking ladder; tide range; safety; comfortability; versatility