船舶重大件货物绑扎方案研究分析

2021-03-24梅中明王应强李大飞林德齐

广东造船 2021年1期

梅中明王应强李大飞林德齐

摘要：重大件货物是指超长、超宽、超高和超重的货物。船舶运输重大件货物时，需要特别注意运输过程中的安全性与稳定性，其绑扎方案的设计显得尤为重要。本文以两个绑扎案例为基础，对绑扎方案设计遇到的重点和难点进行研究分析，并将设计过程中的经验进行总结，供有关设计人员参考。同时，对如何提高海上重大件货物的运输安全提出一些建议。

关键词：重大件货物;绑扎方案;经验总结;建议

中图分类号：U698.3 文献标识码：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

對于重大件货物没有一个明确的定义，一般是指重量或尺寸较大并且不能进行分割运输的货物。重大件货物运输风险高、难度大，对绑扎方案要求严格。运输重大件货物时，需要进行单独的绑扎方案设计，并需要进行有效验证，以确保其安全性。目前，对于半潜船重大件货物运输过程中的绑扎方案问题研究较少。本文以两个重大件货物绑扎案例为基础，研究分析方案设计过程中遇到的重点、难点问题，并把经验总结出来供有关设计人员参考。同时，对如何提高海上重大件货物运输安全提出一些建议。

2 绑扎方案系固计算

2.1 外力计算

2.2 安全性校核

绑扎方案设计完成后，需要进行安全性校核。校核的内容包括：横向滑动、横向翻转和纵向滑动。一般情况下，横向滑动是校核的重点，横向翻转时依靠货物自身的作用其稳性基本达到要求，而纵向滑动时的加速度相对横向滑动较小。

（1）横向滑动

（2）纵向滑动

（3）横向滑动

绑扎方案选取过程中，考虑了半潜船垂线间长、船宽、稳性高度、风力、飞溅力和货物的影响，以及货物绑扎的位置和空间大小;校核时除了依靠经验，还进行了一些有限元计算。

3 绑扎方案实例分析

半潜船运输货物与普通船有所不同，通过下面两个绑扎案例的分析和计算，可为同类半潜船运输货物提供依据。

3.1 案例1

3.1.1基本资料

半潜船在无限航区内运输一艘货物船A1，两船的船首方向一致，并且货物船A1居中放置在主甲板上。

半潜船的垂线间长为212 m、船宽43 m、服务航速14 kn、初稳性高度14.97 m;货物船A1的重量为3500 t、船长134 m、船宽16 m、重心为82、0、18.98 m。

3.1.2绑扎方案设计的重点、难点

（1）货物船A1的螺旋桨和球鼻首底部不能直接放置在甲板上，需要设计边墩支撑：由于货物船A1的重心高度增加，在校核横向翻转时翻转力臂增大，需要更大的抵抗力矩;

（2）对于重大件货物绑扎方案，刚性系固是首选。本案例使用刚性系固;

（3）绑扎方案的设计、校核与修改，是一个不断循环的过程，直到方案通过并得到船级社的认可;

（4）绑扎方案校核需采用直接计算的方法。

3.1.3 绑扎方案设计与校核

海上运输重大件货物时，通常使用圆钢或者角钢等把半潜船和货物焊接成一个整体，使运输过程中货物不会出现横向滑移、纵向滑移和翻转运动。

方案1：采用34组圆钢，圆钢通过垫板支撑货物，如图1所示;

方案2：采用34组工字钢，工字钢通过垫板支撑货物，如图2所示。

方案1是两边受力，可以满足校核要求。但这种直接焊接的方法，有可能会对货物造成伤害，故不采用;方案2是单边受力，经过有限元计算也满足校核要求，并且该方案不会对货物造成伤害，故最终采用方案2。

（1）根据货物船重心与货物船尾垂线的距离X与船长L的比值X/L，从表1中查得的甲一层横向、纵向和垂向基本加速度为6.1、2.9、4.391 m/s2;

（2）船长和航速的修正系数，由公式（2）计算得出为0.585;船宽与初稳性高度的比值为2.9，查阅表2使用外插值法得出修正系数取为1.92;经过修正后，横向、纵向和垂向加速度取值为6.852、1.697、2.569 m/s2;

（3）校核横向翻转：翻转力臂取5.98 m、稳定力臂取5.25 m，货物依靠自身作用的稳性满足要求;

（4）校核纵向滑移：摩擦系数取0.3，货物自身的摩擦力满足要求;

（5）校核横向滑移：单个工字钢需要承受的力为

，其中n为34;然后采用有限元计算工字钢最大应力为149MPa（如图3），小于标准180 MPa，故横向滑移满足要求;对于工字钢，一般不必进行校核，本文用有限元方法进行校核更加安全可靠。

3.2 案例2

3.2.1基本资料

半潜船在无限航区内运输7艘重量150 t～1 500 t的货物船A2—A8。

半潜船的垂线间长为145 m、船宽36 m、服务航速13.5 kn、初稳性高度14.5 m;货物船的主要参数见表3。

3.2.2 绑扎方案设计的重点、难点

（1）货物船一共有7个，占用了半潜船甲板很大的空间，并且有些货物超出了半潜船的宽度。如果选择刚性系固，则没有那么多空间来布置绑扎装置。故本文选用柔性系固，占用的空间较小，可在有限的空间内完成绑扎，如图4所示;

图4 绑扎方案俯视图

（2）绑扎方案设计时，钢丝绳尽量布置在主甲板的强结构上。由于钢丝绳数量较多较密，故半潜船的结构强度需要进行校核。

3.2.3绑扎方案设计与校核

（1）货物船A2

① 绑扎方案：18组钢丝绳加10组标准加固件（尾部），如图5所示;货物船A2的尾部与货物船A7比较贴近，这一侧没有布置钢丝绳，需对其垂向转动进行校核;

② 基本加速度：ax=2.9、ay=6.1、az=4.65;船长与航速相关的修正系数为0.742、船宽与初稳性高度相关的修正系数为1.96、修正后加速度为ax=2.15、ay=8.87、az=3.45;A2的高度为1.8 m，故忽略风力和飞溅力;Fx为967.5 kN、Fy为3 991.5 kN、Fz为1 552.5 kN;

③ 横向滑动校核：

，计算得3 991.5 kN < 5 043.75 kN，故橫向滑动满足要求;

④ 横向翻转校核：

，即3 991.5 kN·m < 83 697.48 kN·m;

⑤ 纵向滑动校核：

，即967.5 < 3 374.77 kN，故纵向滑动满足要求;

⑥ 垂向转动校核：货物船A2尾部均匀布置5组标准加固件，单个标准加固件可以承受60 t的作用力，如图6所示。加固件提供的力矩>横向力产生的垂向力距，即83 202 kN·m > 79 830 kN·m，故垂向转动满足要求。

3.2.4绑扎区域强度校核

绑扎方案布置时某些区域的钢丝绳较密集，用传统的经验方法不能判断，需要对该区域的强度进行校核。根据系泊点，采用单点载荷的型式施加到眼板在船舶的焊接位置，如图7所示。根据普通钢的屈服应力235 MPa的衡准来校核，绑扎区域的结构强度满足要求。

4 绑扎方案经验总结和建议

（1）首先要明确半潜船和货物的各个主要参数的含义，并确定其数值;

（2）根据货物的尺寸以及绑扎位置是否充足，选择刚性系固或者柔性系固。对于重大件货物，首选是刚性系固，根据需要也可以两种结合;