交换箱体罐式集装箱裂纹产生原因及预防措施

廖英勇

罐式集装箱（以下简称“罐箱”）主要用于运输化学品和食品等货类。与其他运输工具相比，罐箱在多式联运领域具有显著优势，行业应用日益普及，具有广阔的市场前景。罐箱按结构尺寸可分为国际标准罐箱和非国际标准罐箱。交换箱体罐箱作为一种常见的非国际标准罐箱，具有容积和载货量较大等优点;但正因为容积和载货量较大，交换箱体罐箱的罐体、支撑结构和载荷传递区的受力情况也更为复杂，在运营过程中容易产生裂纹。本文针对国内某物流公司的某批次交换箱体罐箱在运营过程中产生裂纹的情况，通过分析交换箱体罐箱的载荷传递区、支撑结构和运营工况，探讨交换箱体罐箱裂纹产生的主要原因，并提出相应的预防措施，以期为交换箱体罐箱设计和维修提供参考。

1 交换箱体罐箱设计参数

该批次交换箱体罐箱结构如图1所示。从设计参数（见表1）来看，交换箱体罐箱容积比20英尺国际标准罐箱容积大46%，甚至超过30英尺国际标准罐箱容积，导致运营过程中罐体和支撑结构承受的载荷也相应增大。

2 交换箱体罐箱裂纹情况

该批次交换箱体罐箱投入使用一段时间后，底部支撑结构出现不同程度裂纹，部分裂纹延伸至罐体，导致液体货物泄漏（见图2）。

该批次交换箱体罐箱前后两端设有2对载荷传递区，用以将罐箱载荷传递至运输车辆纵梁，并通过车轮传递至地面。现场检查发现：载荷传递区底部与运输车辆纵梁接触位置发生局部变形（见图3），最大变形量约2 mm，且罐体支撑结构和罐体裂纹与载荷传递区变形处位于同一平面。

3 交换箱体罐箱裂纹产生原因

3.1 载荷传递区分析

根据ISO 668：2020《系列1集装箱 分类、尺寸和额定质量》附录B的规定：20英尺国际标准罐箱可不设载荷传递区，30英尺国际标准罐箱应设置至少5对载荷传递区。然而，该批次交换箱体罐箱仅设置2对载荷传递区，无其他底部载荷传递结构。在实际运营过程中，该批次交换箱体罐箱的底端梁作为载荷传递区最先产生裂纹，其中部分裂纹延伸至罐体，最终导致罐体泄漏。

3.2 罐体支撑结构分析

交换箱体罐箱底部结构见图4。现场切开支撑结构检查后发现：支撑结构直接焊接在罐体上，两者之间未设置过渡垫板。这种焊接结构的焊缝处往往存在残余应力，而焊缝处又是载荷集中区域;因此，焊缝处极易产生裂纹。

3.3 运营工况分析

如图5所示，交换箱体罐箱的载荷传递区位于2条宽度为375 mm的载荷传递带内。载荷传递区距离底角件底面高度为13～15 mm，符合载荷传递区底面应高于底角件底面11.0～17.5 mm的规定[1]。

目前国内通常采用半挂车运输罐箱。图4中，交换箱体罐箱的载荷传递区恰好落在半挂车的纵梁上。半挂车纵梁腹板的纵向直线度公差在任意长度内为2 mm[2]，即允许有2 mm/m的上拱偏差;而现场实测后发现，半挂车纵梁上翼面高出基准面13 mm。如图6所示：在半挂车载运空罐箱的情况下，罐箱载荷传递区与挂车纵梁上翼面的间距小于2 mm，罐箱4个底角件与车架完全接触，罐箱自身质量通过底角件传递至车架。当罐箱装满货物后，罐体两端简支梁在重力作用下呈弧形下凹变形，此时载荷传递区随着整个罐箱下沉并与半挂车纵梁接触，导致罐箱主要载荷通过载荷传递区传递至车

架;或当半挂车纵梁存在上拱变形时，载荷传递区与半挂车纵梁接触，导致罐箱主要载荷通过载荷传递区传递至车架。由此可知：在运营过程中，交换箱体罐箱的载荷传递区因往复受力而承受疲劳载荷，加之支撑结构与罐体之间未设置过渡垫板，导致该载荷通过支撑结构直接传递至罐体。

4 交换箱体罐箱裂纹预防措施

综上所述，如果仅对裂纹进行挖补修理而不改善罐箱受力状况，后续運营过程中罐箱还会再次产生裂纹。为了预防交换箱体罐箱产生裂纹，可在设计罐箱或维修罐箱时采取以下措施。

4.1 在罐体与支撑结构之间增加焊接垫板

通过设计计算，根据局部应力值，在罐体与支撑结构之间增加合适尺寸的焊接垫板，从而改善罐体局部应力集中。注意应根据局部应力值计算确定焊接垫板的大小和厚度，并且垫板厚度不宜大于罐体厚度。[3]

4.2 增设载荷传递结构或载荷传递区

（1）增设底部载荷传递结构（见图7），将罐箱两端底梁受到的半挂车纵梁的部分支撑力通过载荷传递结构传递至罐体，从而减小罐体原载荷传递区位置的集中力。此方法的优点是结构简单，缺点是缓解罐体集中力的效果略差。在罐箱载质量较小且局部应力计算合格的情况下，可采用该方法。

（2）在罐箱左右两端各增设1对载荷传递区（见图8），由4对载荷传递区共同将罐箱重力传递至半挂车车架，从而改善整个罐体的支撑结构受力。

（3）在罐箱载质量较大或应力较为集中的情况下，建议采用如图9所示的增设载荷传递结构和载荷传递区的方法。该方法结合上述2种方法的优点，不仅在罐箱左右两端增设2对载荷传递区，而且将其与端框连接，从而使罐体受力更加均匀，进而提高安全性。

4.3 增加载荷传递区疲劳计算

根据《国际海运危险货物规则》的规定：罐箱及其系固件在其允许的最大负荷下应当能够承受其运行方向、与运行方向垂直、垂直向下的2倍于总质量乘以加速度的静力，以及垂直向上的1倍于总质量乘以加速度的静力。[4]以上均为静态下的强度计算。就本文讨论的交换箱体罐箱而言，根据其载荷传递区在运营过程中的受力情况，还应当增加载荷传递区疲劳计算，以免载荷传递区发生疲劳破坏。

参考文献：

[1] 中国船级社. 集装箱检验规范2021[S]. 北京：人民交通出版社，2021：40.

[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. 半挂车通用技术条件：GB/T 23336—2009 [S]. 北京：新华出版社，2010：2.

[3] 中华人民共和国工业和信息化部. 钢制化工容器结构设计规范：HG/T 20583—2020[S]. 北京：中国石化出版社，2020：33.

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

（编辑：张敏 收稿日期：2022-03-28）