陳倫忠,　劉國兵

(中海工業(yè)(江蘇)有限公司， 江蘇 揚(yáng)州 225211)

大型船舶壁掛式登船梯設(shè)計(jì)理念

陳倫忠,劉國兵

(中海工業(yè)(江蘇)有限公司， 江蘇 揚(yáng)州 225211)

摘要:介紹一種大型船舶碼頭登船梯——壁掛式登船梯的設(shè)計(jì)過程。將安全性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性和通用性作為切入點(diǎn)，把井式梯架、中間段、登乘段、棧橋和過渡平臺(tái)整合。為沿海、沿江船廠尋找一種適應(yīng)潮汐落差的碼頭登船梯解決方案。

關(guān)鍵詞:登船梯； 潮汐落差； 安全性； 舒適性； 通用性

0引言

目前，國內(nèi)船廠在建造20萬t及以上大型船舶時(shí)，登船梯設(shè)計(jì)普遍采用傳統(tǒng)的平臺(tái)與活絡(luò)斜梯組合的型式，少數(shù)采用了井式電梯與斜梯的組合。平臺(tái)與活絡(luò)斜梯組合的登船梯具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)即針對(duì)性強(qiáng)。對(duì)于同一種型深的船舶該類型登船梯可以通用，但當(dāng)型深相差(大于或小于)2 m以上時(shí)，缺點(diǎn)明顯。這是由于沿海和長江下游適于建造大型船舶的船廠碼頭水位均受海洋潮汐的影響。長江下游與沿海每天的潮汐落差在±(1.5~2.5)m，夏季洪水與冬季枯水平均落差接近4 m。為適應(yīng)潮水落差，設(shè)計(jì)斜梯時(shí)盡可能增加斜梯長度，但在實(shí)踐中，斜梯長度>13 m時(shí)其穩(wěn)定性變差，多人在斜梯上通過時(shí)晃動(dòng)明顯，因此斜梯長度一般控制在13 m以內(nèi)。斜梯角度每天大約會(huì)產(chǎn)生12°~16°變化，為適應(yīng)該變化，斜梯踏步一般設(shè)計(jì)成弧形，當(dāng)水位變化>2 m時(shí)，活絡(luò)斜梯的角度便會(huì)<30°或>55°。合適的斜梯角度普遍認(rèn)為在30°~55°，但弧形斜梯踏步很難適應(yīng)如此大角度的變化，行走舒適性較差，上下通行有很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。不同型深的船舶，型深相差>2 m或碼頭水位相差>2 m時(shí)，這種類型的登船梯不可以通用，船廠制作3~4部高度不等的平臺(tái)備用，以滿足不同型深船舶的需要。登船平臺(tái)隨潮水的變化更換，一艘船碼頭周期約為3個(gè)月，至少需要更換一次。

為消除傳統(tǒng)登船梯缺陷，滿足現(xiàn)代化造船需求，對(duì)碼頭登船梯進(jìn)行改造，使其具有舒適性、安全性、通用性的特點(diǎn)，且使用方便、造價(jià)低。經(jīng)過走訪上海與江蘇沿江地區(qū)相關(guān)船廠，并搜集國內(nèi)外船廠相關(guān)資料，在韓國某船廠資料圖片上發(fā)現(xiàn)了一種塢邊使用的壁掛式登船梯，將該登船梯理念用于舾裝碼頭登船梯設(shè)計(jì)，可有效滿足需求。

1解決方案

1.1方案構(gòu)成

船舷邊懸掛井式登船梯架，掛點(diǎn)與舷頂列板之間用木楔隔開，在承重的上甲板上墊以木板。舾裝碼頭安放1個(gè)過渡平臺(tái)，過渡平臺(tái)與井式登船梯架下口的登乘段用鉸接式棧橋聯(lián)接，人員從井式登船梯頂部通過登船斜梯踏上甲板面(見圖1)。

1.2設(shè)計(jì)要求

該方案的設(shè)計(jì)要求見圖2。

(1) 井式登船梯架內(nèi)設(shè)置的斜梯角度≤45°， 斜梯凈寬≥800 mm；

(2) 棧橋變化角度控制在-5°~15°；

(3) 井式登船梯架(簡稱井式梯架)與碼頭上的門座式起重機(jī)外輪廓間隙>0.15 m。

(4) 井式梯架下方設(shè)若干個(gè)中間段，數(shù)量視船舶型深配置而定；中間段高度2 740 mm，可靈活拆卸重新組合，最下口為登乘段;中間段上口與井式梯架的下口用螺栓連接，中間段下口與登乘段的上口用螺栓連接;用增減中間段的方法適應(yīng)不同型深的船舶。

2設(shè)計(jì)參數(shù)選擇

1) 為滿足通用性要求，壁掛式登船梯寬度應(yīng)小于箱式船兩箱柱間凈空，艏艉留0.15 m吊裝間隙，厚度能滿足內(nèi)部斜梯寬度800 mm，同時(shí)兼顧與碼頭門座式起重機(jī)外輪廓的間隙。

圖1　壁掛式登船梯方案構(gòu)成(mm)

2) 棧橋凈寬900 mm，長度滿足角度變化-5°~15°，上下有4 m的落差，按此要求，棧橋長度為12.8 m,保持一定的強(qiáng)度和剛度。

3) 過渡平臺(tái)高度選定為2.5 m,寬度為1.8 m，注意避免與碼頭門座式起重機(jī)間隙>0.2 m。人員通過平臺(tái)斜梯從碼頭登上過渡平臺(tái)。

由于壁掛式登船梯在國內(nèi)沒有使用先例，因此其安全性是需要考慮的首要問題。校核彎曲強(qiáng)度(見圖3)是本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的前提，按常規(guī)設(shè)計(jì)，井式登船梯架強(qiáng)度安全系數(shù)取5，為確保可靠安全，首次設(shè)計(jì)取≥6。

3危險(xiǎn)剖面強(qiáng)度計(jì)算過程

3.1確定危險(xiǎn)剖面

確定危險(xiǎn)剖面為圖1中的A-A，剖面形狀見圖3，計(jì)算剖面簡化成圖4。

圖2　井式登船梯架設(shè)計(jì)整體方案(mm)

圖3　井式登船梯危險(xiǎn)剖面形狀(mm)

圖4　井式登船梯計(jì)算剖面簡化圖(mm)

3.2求取剖面參數(shù)

危險(xiǎn)剖面高度H=1 200 mm，上平臺(tái)面板厚度H1=8 mm，寬度B1=4 700 mm；側(cè)板厚度Bb2=8 mm，高度H2=1 200 mm；下面板厚度H3=12 mm，寬度B3=300 mm。

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

3.3計(jì)算剖面慣性矩I

(1) 尋找中性軸

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

(2) 件1對(duì)中性軸的慣性矩

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

(3) 件2對(duì)中性軸的慣性矩

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

(4) 件3對(duì)中性軸的慣性矩

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

(5) 總慣性矩為

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

3.4得到該圖形剖面模數(shù)

該圖形的剖面模數(shù)為

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

3.5強(qiáng)度校核

確定載荷：

(1) 井式梯架重23 570 kg;

(2) 棧橋重3 225 kg，假設(shè)梯上均布16人×82.5 kg=1 320 kg;

(3) 假設(shè)井式梯架上均布30人×82.5 kg=2 475 kg;

(4) 總重為P=23 570 kg+[(3 225 kg+1 320 kg)/2]+2 475 kg=28 317.5 kg, 其中使用載荷重為1 320 kg/2+2 475 kg=3 135 kg；

(5) 井式梯架受力計(jì)算

R1=P=28 317.5 kg

R2=R3=P×2 240/8 460=7 498 kg

(6) 危險(xiǎn)剖面彎矩計(jì)算

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

σ=M/W=187.15 kg/cm2

(7) 安全系數(shù)計(jì)算

材料采用Q235-A或CCSA，彈性極限σs=2 350 kg/cm2

安全系數(shù)為

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

強(qiáng)度滿足預(yù)期要求。

4其他因素

碼頭泊位相對(duì)固定，設(shè)施的分布是無規(guī)律可循的，起重機(jī)外側(cè)往往布置有水管、氣管、氣包、閥門、電源箱等。這些狀況使得布置過渡平臺(tái)時(shí)，有時(shí)無法避開碼頭設(shè)施。

為得到一個(gè)靈活的布置方案，將登乘段設(shè)置成前后可登乘的形式，當(dāng)中間段為奇數(shù)或偶數(shù)時(shí)，分別從左側(cè)或右側(cè)登乘，如遇碼頭障礙物而無法從一側(cè)登乘時(shí)，可從登乘段的內(nèi)側(cè)繞至另一側(cè)登乘(見圖5)。

圖5　前后可登乘布置方案

為確保使用安全，壁掛式登船梯使用前必須做強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)載荷為使用載荷的1.5倍。實(shí)際選用6 t的壓載鐵做試驗(yàn)，載荷放置于使用載荷的中心點(diǎn)(見圖2中的P1點(diǎn)，試驗(yàn)時(shí)間為10 min，觀察結(jié)構(gòu)的變形情況。經(jīng)試驗(yàn)觀察，該方案滿足強(qiáng)度要求，結(jié)構(gòu)無損，未發(fā)現(xiàn)明顯變形，安全部門同意投入使用。

5結(jié)語

該方案應(yīng)用于公司首造的10 000 TEU集裝箱船。井式梯架內(nèi)部斜梯固定角度為45°，棧橋受潮汐落差影響，角度在-5°~12°變化，比較平緩，人員上下感覺舒適、安全，普遍反映該方案優(yōu)于傳統(tǒng)方案。

不足之處：

(1) 中間段與上部本體和下部登乘段的螺栓連接比較費(fèi)時(shí)；

(2) 為保證任意兩段順利連接，要求框架有較高的精度，因此必須采用特殊的制作工藝，以保證螺栓孔的位置尺寸控制在一定的精度范圍內(nèi)；

(3) 使用該方案的船舶必須事先選擇合適的舷邊作為登船梯的懸掛點(diǎn)，該位置的舷邊欄桿設(shè)計(jì)成活絡(luò)欄桿，在船舶離開碼頭時(shí)，避免不必要的焊接、打磨和油漆。

參考文獻(xiàn)：

[1]范欽珊，殷雅俊.材料力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

中圖分類號(hào)：U653.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：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