許詠斌

摘 要：為避免可倒立柱拉放鋼絲繩在受力前后長(zhǎng)度變化對(duì)木材綁扎系統(tǒng)的不利影響，對(duì)鋼絲繩的每個(gè)典型狀態(tài)進(jìn)行了受力分析，發(fā)現(xiàn)只有少部分鋼絲繩受到很大的拉力。為此，提出了對(duì)受力大的鋼絲繩使用預(yù)張拉技術(shù)，并加放永久伸長(zhǎng)量；對(duì)受力小的鋼絲繩則按理論長(zhǎng)度設(shè)計(jì)的方案，解決了生產(chǎn)中的難題。本文還簡(jiǎn)述了運(yùn)木船木材綁扎系統(tǒng)拉放鋼絲繩長(zhǎng)度設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，在滿足使用要求的前提下，使綁扎系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單、安全和可靠。

關(guān)鍵詞：運(yùn)木船；木材綁扎系統(tǒng)；可倒立柱；預(yù)張拉

中圖分類號(hào)：U667.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： In order to prevent wire ropes length transformation after pulling which is harmful to log lashing system， this paper analyzes the stress for wire ropes on each typical condition and finds only a few are on great strain. Based on this， pre-tensioning wire ropes are used and permanent elongation is added for great strain. For most wire ropes at small force， theoretical length is used in design. This paper also introduces the matters needing attention to design pulling wire ropes for the sake of making the design more simplified， economical， safe and reliable under the premise of satisfying the using requirements

Key words： Log carrier； Log lashing system； Collapsible stanchion； Pre-tensioning wire rope

1 前言

綁扎系統(tǒng)是運(yùn)木船的重要系統(tǒng)，一般認(rèn)為系統(tǒng)中的鋼絲繩受拉力后會(huì)伸長(zhǎng)，所以在訂購(gòu)鋼絲繩時(shí)會(huì)扣掉鋼絲繩的拉伸長(zhǎng)度。但是往往忽視了分析鋼絲繩的受力情況，其實(shí)通過計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)每根鋼絲繩所受到的最大拉力是相差非常大的，大部分鋼絲繩受力都比較小，伸長(zhǎng)量可以忽略。如果我們將每根鋼絲繩都按同樣的伸長(zhǎng)量減少訂貨長(zhǎng)度，將會(huì)導(dǎo)致綁扎系統(tǒng)的鋼絲繩松緊程度不一，使可倒立柱拉放不順，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致可倒立柱出現(xiàn)扭曲變形，影響使用壽命。

本文結(jié)合我司39 800 DWT運(yùn)木船的綁扎系統(tǒng)鋼絲繩長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，分析綁扎立柱在拉放過程中每根鋼絲繩的受力情況。根據(jù)受力計(jì)算結(jié)果，對(duì)于受力較小的鋼絲繩按理論長(zhǎng)度訂貨，而對(duì)于受力較大的鋼絲繩則采用預(yù)張力技術(shù)，并通過計(jì)算預(yù)張拉后鋼絲繩的永久伸長(zhǎng)量，調(diào)整鋼絲繩兩端的眼板位置，從而解決綁扎立柱鋼絲繩在拉放過程中長(zhǎng)度發(fā)生變化的問題。

2 可倒立柱拉放過程中鋼絲繩受力分析

2.1 可倒立柱基本情況

本船3號(hào)貨艙兩側(cè)可倒立柱數(shù)量最多，在拉放時(shí)鋼絲繩需要的拉力最大，故以此貨艙作典型分析，其它貨艙類似。可倒立柱高度9.5 m，每個(gè)立柱重量約1.95t，共計(jì)有8根可倒立柱，見圖1。其中18根拉放用鋼絲繩，每根鋼絲繩長(zhǎng)度均相同，且平行布置。上排鋼絲繩命名為F，中排鋼絲繩命名為T，下排鋼絲繩命名為K，其中僅第一根可倒立柱右側(cè)有三根鋼絲繩。

可倒立柱處于存放狀態(tài)時(shí)的位置設(shè)為初始位置，此時(shí)每根鋼絲繩處于松弛狀態(tài)，均未受力，如圖2。

2.2 可倒立柱拉放狀態(tài)一及鋼絲繩受力計(jì)算

見圖3。

2.3 可倒立柱拉放狀態(tài)二及鋼絲繩受力計(jì)算

見圖4。

當(dāng)?shù)谌傻沽⒅鶆傞_始拉第二根可倒立柱時(shí)，設(shè)為拉放狀態(tài)二。此時(shí)第二根可倒立柱僅下排鋼絲繩處于受力狀態(tài)。根據(jù)力矩平衡原理，計(jì)算此時(shí)鋼絲繩的受力情況如表2。

當(dāng)?shù)谌傻沽⒅瓌?dòng)第二根可倒立柱到臨界位置時(shí)，設(shè)為拉放狀態(tài)三。此時(shí)第二根可倒立柱僅下排鋼絲繩處于受力狀態(tài)。根據(jù)力矩平衡理，計(jì)算此時(shí)鋼絲繩的受力情況如表3。

2.5 可倒立柱拉放狀態(tài)四及鋼絲繩受力計(jì)算

見圖6。

當(dāng)?shù)诙傻沽⒅鶆傞_始拉第一根可倒立柱時(shí)，設(shè)為拉放狀態(tài)四。此時(shí)第一、二根可倒立柱僅下排鋼絲繩處于受力狀態(tài)，根據(jù)力矩平衡原理，計(jì)算此時(shí)鋼絲繩的受力情況表4。

2.6 可倒立柱拉放狀態(tài)五及鋼絲繩受力計(jì)算

見圖7。

當(dāng)?shù)诙傻沽⒅瓌?dòng)第一根可倒立柱到臨界位置時(shí)，設(shè)為拉放狀態(tài)五。此時(shí)僅第一根可倒立柱下排鋼絲繩處于受力狀態(tài)，第二根可倒立柱上下兩根鋼絲繩均受力拉緊，根據(jù)力矩平衡原理，計(jì)算此時(shí)鋼絲繩的受力情況如表5。

2.7 可倒立柱拉放狀態(tài)六及鋼絲繩受力計(jì)算

見圖8。

當(dāng)?shù)诙傻沽⒅鶎⒌谝桓傻沽⒅饡r(shí)，設(shè)為拉放狀態(tài)六。此時(shí)第一、二根可倒立柱上、下排鋼絲繩均受力拉緊，根據(jù)力矩平衡原理，計(jì)算此時(shí)鋼絲繩的受力情況如表6。

3 可倒立柱拉放鋼絲繩預(yù)張拉技術(shù)的應(yīng)用

本船綁扎系統(tǒng)選用點(diǎn)接觸鋼絲繩6X37+FC：其中F8選用Φ28 mm，破斷負(fù)荷大于400 kN；其余選用Φ26 mm，破斷負(fù)荷大于353 kN。

對(duì)于F0、T0、T2、T3、T4、T5、T6、T7這八根沒有受力的鋼絲繩和F1、F2這兩根受力較小的鋼絲繩，可以認(rèn)為其在拉放過程中基本沒有伸長(zhǎng)，訂貨時(shí)按理論長(zhǎng)度訂貨即可；但對(duì)于K1、T2、F3、F4、F5、F6、F7這七根鋼絲繩，由于所受拉力從58.6 kN到130 kN跨度很大，其伸長(zhǎng)量也不相同，故很難進(jìn)行計(jì)算。

對(duì)于上述受力較大的七根鋼絲繩，可以采用預(yù)張拉技術(shù)，消除因不同拉力產(chǎn)生不同伸長(zhǎng)而導(dǎo)致的鋼絲繩長(zhǎng)短不一的問題。預(yù)張拉技術(shù)是在一定的張拉循環(huán)次數(shù)和停留時(shí)間下對(duì)鋼絲繩以最小破斷拉力的50%施加載荷（也可特別規(guī)定載荷），它能夠有效消除鋼絲繩的結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)以及鋼絲繩的捻制應(yīng)力，使鋼絲繩中股和鋼絲受力均勻，大大提高鋼絲繩的使用壽命。

鋼絲繩經(jīng)過預(yù)張拉后，可以通過鋼絲繩的永久伸長(zhǎng)率來計(jì)算鋼絲繩的永久伸長(zhǎng)：

永久伸長(zhǎng)率=（L2/L1-1）X100% （3）

式中，L1為鋼絲繩未遭受猛烈拉力影響段的平均捻距值；L2為鋼絲繩遭受猛烈拉力段的平均捻距值。

鋼絲繩永久伸長(zhǎng)率的測(cè)量方法規(guī)定：把鋼絲繩式樣夾緊在拉力試驗(yàn)機(jī)上，施加最小破斷負(fù)荷拉力2%的初負(fù)荷，標(biāo)記好250 mm以上的距離L1為標(biāo)記長(zhǎng)度，然后以不大于50 mm/min的拉伸速度加載到最小破斷拉力的50%（保持10～12s），再卸載到初負(fù)荷，測(cè)出標(biāo)記長(zhǎng)度L2，并按上式（3）計(jì)算永久伸長(zhǎng)率的值。

4 可倒立柱鋼絲繩永久拉伸量計(jì)算

由于F8鋼絲繩一端是自由端，與甲板吊吊鉤連接，不需要考慮在拉放過程中鋼絲繩的延伸率。針對(duì)K1、T2、F3、F4、F5、F6、F7這七根鋼絲繩采用預(yù)張拉工藝，施加最小破斷拉力的50%即176 kN后，鋼絲繩的伸長(zhǎng)量ΔL=L2-L1=δ*L1=18 mm （L1= 2 566 mm，δ=6.88‰）。

由于綁扎系統(tǒng)的7根鋼絲繩做了預(yù)張拉處理而產(chǎn)生了18 mm的永久伸長(zhǎng)量，其長(zhǎng)度將會(huì)由目前的2566 mm變?yōu)? 584 mm?？傻沽⒅O(shè)計(jì)過程中，需要修改這7根鋼絲繩兩端眼板的位置來適應(yīng)變長(zhǎng)了的鋼絲繩。

5 其它注意事項(xiàng)

在定購(gòu)鋼絲繩過程中，需要注意以下問題：

（1）由于鋼絲繩兩端有鋁套壓接，導(dǎo)致整條鋼絲繩索具的破斷負(fù)荷有0.1倍的折減系數(shù)。因此在預(yù)張拉施加載荷時(shí)，應(yīng)該以折減后整條鋼絲繩的破斷負(fù)荷的50%施加載荷，以免發(fā)生安全事故。

（2）訂貨時(shí)要求廠家按要求先試生產(chǎn)一條，按要求預(yù)張拉后檢查鋼絲繩的伸長(zhǎng)度是否為18 mm，以檢驗(yàn)計(jì)算是否準(zhǔn)確。

（3）對(duì)于預(yù)張拉的鋼絲繩，需要在繩頭兩端的鋁套壓接上做預(yù)張拉標(biāo)記，并注明預(yù)張拉的拉力，以免和其它鋼絲繩混淆使用。

（4）在給船東的完工資料上需注明哪些鋼絲繩是需要預(yù)張拉的，預(yù)張拉的拉力是多少，以便船東更換鋼絲繩時(shí)不會(huì)出現(xiàn)問題。

6 結(jié)束語

近年來，我司共計(jì)制造了四型運(yùn)木船，在如何確定鋼絲繩的長(zhǎng)度方面做了多種嘗試。最初的32500DWT船，是利用一套工裝鋼絲繩來做拉放調(diào)試，拉放合格后測(cè)量最終的鋼絲繩長(zhǎng)度，再將此長(zhǎng)度減去15 mm的拉伸量給廠家制作鋼絲繩。此方法嚴(yán)重影響生產(chǎn)周期，且出現(xiàn)大量鋼絲繩被拉得太緊，影響可倒立柱和鋼絲繩的使用壽命。

隨后在37 000 DWT船我們通過優(yōu)化眼板布置，將鋼絲繩全部設(shè)計(jì)成相同的長(zhǎng)度，并采用了鏈條代替鋼絲繩，效果良好，但是采購(gòu)成本偏高，且熱鍍鋅的鏈條在使用過程中容易銹蝕。

在后續(xù)的39 000 DWT船我們?nèi)赃x用了鋼絲繩，鋼絲繩的長(zhǎng)度是按照理論計(jì)算長(zhǎng)度減去5 mm，再要求廠家按最大公差-10 mm制作鋼絲繩。但是在調(diào)試過程中還是出現(xiàn)了鋼絲繩有長(zhǎng)有短的情況，只能通過現(xiàn)場(chǎng)修改眼板的位置來解決問題。

后來我們對(duì)39 000 DWT船的拉放過程做受力分析和計(jì)算，發(fā)現(xiàn)每根鋼絲繩在拉放過程中所受到的最大拉力相差非常大，大部分鋼絲繩受力很小或者不受力，但是訂購(gòu)鋼絲繩時(shí)也將其長(zhǎng)度減少了，這非常不合理。因此在后續(xù)的39 800 DWT船設(shè)計(jì)時(shí)，我們對(duì)少數(shù)受拉力很大的鋼絲繩采用預(yù)張拉技術(shù)，有效地消除了后續(xù)船拉放過程中鋼絲繩的伸長(zhǎng)問題。采用此方案后，不僅為船廠節(jié)約了成本，縮短了安裝調(diào)試周期，也有利于船舶的后續(xù)運(yùn)營(yíng)和維護(hù)，大大提高鋼絲繩的使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1]顏慧珍.鋼絲繩的伸長(zhǎng)率與預(yù)張拉技術(shù). 寧夏恒力鋼絲繩股份有限

公司.