何榮杰 李升奇 孔河清 張前先 伍國(guó)權(quán)

臺(tái)架集裝箱允許采用吊裝、滾裝、叉裝等多種方式裝卸貨物，適用于裝運(yùn)重型裝備。超寬、超高臺(tái)架集裝箱的外形尺寸一般為？？4 344 mm，其長(zhǎng)度與40英尺超高集裝箱長(zhǎng)度相同，寬度和高度均為40英尺超高集裝箱的1.5倍。由于超寬、超高臺(tái)架集裝箱為非標(biāo)準(zhǔn)集裝箱且總質(zhì)量較大，當(dāng)此類(lèi)臺(tái)架集裝箱裝載于艙內(nèi)運(yùn)輸時(shí)，不同的堆碼組合方式導(dǎo)致船艙格柵受力情況不同。本文列舉超寬、超高臺(tái)架集裝箱裝載于艙內(nèi)的堆碼組合方式，并分析每種堆碼組合方式下船艙格柵的受力情況，從而為船艙格柵強(qiáng)度安全校核提供參考。

1 超寬、超高臺(tái)架集裝箱裝載于艙內(nèi)的堆碼組合方式

超寬、超高臺(tái)架集裝箱裝載于艙內(nèi)的堆碼組合方式如下：組合一，超寬、超高臺(tái)架集裝箱單獨(dú)堆碼（見(jiàn)圖1a））;組合二，超寬、超高臺(tái)架集裝箱與40英尺超高集裝箱混合堆碼，并且40英尺超高集裝箱位于上層（見(jiàn)圖1b））;組合三，超寬、超高臺(tái)架集裝箱與40英尺超高集裝箱混合堆碼，并且超寬、超高臺(tái)架集裝箱位于上層（見(jiàn)圖1c））;組合四，超寬、超高臺(tái)架集裝箱與40英尺超高集裝箱混合堆碼，并且40英尺超高集裝箱的上層至少堆放2個(gè)超寬、超高臺(tái)架集裝箱（見(jiàn)圖1d））。

2 單個(gè)超寬、超高臺(tái)架集裝箱裝載于艙內(nèi)的受力分析

當(dāng)集裝箱船舶發(fā)生橫搖時(shí)，船艙格柵對(duì)裝載于艙內(nèi)的集裝箱有橫向阻擋作用。本文采用靜力學(xué)分析方法中的隔離法分析單個(gè)超寬、超高臺(tái)架集裝箱在船舶橫搖30暗募薰た魷碌氖芰η榭觶？）。設(shè)集裝箱高度方向?yàn)閤軸，寬度方向?yàn)閥軸，船艙格柵與集裝箱寬度方向接觸的部分長(zhǎng)2 438 mm。此時(shí)集裝箱受到的外力有重力G、船艙格柵對(duì)集裝箱上下端梁的作用力Fy'和Fy"以及下層集裝箱或船艙底板對(duì)集裝箱底角件的作用力Fx'和Fx"。根據(jù)牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律可知，船艙格柵對(duì)集裝箱上下端梁的作用力Fy'和Fy"與船艙格柵承受的壓力大小相等且方向相反。設(shè)Fx和Fy分別為集裝箱在x軸和y軸方向上所受的合力（不包括重力），根據(jù)牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律、受力平衡原理和向量計(jì)算方法可知，集裝箱所受合力為0，外力對(duì)A點(diǎn)的力矩為0，即且∑MA=0。

3 艙內(nèi)裝載超寬、超高臺(tái)架集裝箱時(shí)船艙 格柵受力分析

基于對(duì)單個(gè)超寬、超高臺(tái)架集裝箱裝載于艙內(nèi)的受力分析，本文提供一種簡(jiǎn)單通用的計(jì)算方法，根據(jù)集裝箱受到的重力即可計(jì)算出不同堆碼組合方式下船艙格柵的受力。以下分析均以船舶橫搖30暗募薰た鑫跫<偕？0英尺超高集裝箱受到的重力為G1，超寬、超高臺(tái)架集裝箱受到的重力為G2。

3.1 組合一堆碼情況下船艙格柵受力分析

組合一堆碼情況下船艙格柵受力分析見(jiàn)圖3。由于頂層集裝箱重心位于A點(diǎn)左側(cè)，集裝箱沒(méi)有繞A點(diǎn)向右側(cè)傾倒的趨勢(shì)，故頂層集裝箱頂角件對(duì)船艙格柵的壓力F1，y'=0，底角件對(duì)船艙格柵的壓力F1，y"=0.5G2;下層集裝箱對(duì)船艙格柵的施力情況與頂層集裝箱相同。據(jù)此分別計(jì)算船艙格柵上各點(diǎn)所受的合力。

3.2 組合二堆碼情況下船艙格柵受力分析

組合二堆碼情況下船艙格柵受力分析見(jiàn)圖4。由于各層集裝箱重心均位于A點(diǎn)或B點(diǎn)左側(cè)，集裝箱沒(méi)有繞A點(diǎn)或B點(diǎn)向右側(cè)傾倒的趨勢(shì)，故可按照組合一堆碼情況下船艙格柵受力分析方法，首先計(jì)算各個(gè)集裝箱對(duì)船艙格柵的壓力，然后分別計(jì)算船艙格柵上各點(diǎn)所受的合力。

3.3 組合三堆碼情況下船艙格柵受力分析

3.3.1 船體右傾

如圖5a）所示：由于頂層集裝箱重心位于A點(diǎn)右側(cè)，集裝箱有繞A點(diǎn)向右側(cè)傾倒的趨勢(shì)，故頂層集裝箱頂角件對(duì)船艙格柵的壓力F1，y'≈0.13G2，底角件對(duì)船艙格柵的壓力F1，y''≈0.37G2;由于下層集裝箱重心位于B點(diǎn)左側(cè)，集裝箱沒(méi)有繞B點(diǎn)向右側(cè)傾倒的趨勢(shì)，故可按照組合一堆碼情況下船艙格柵受力分析方法，首先計(jì)算各個(gè)集裝箱對(duì)船艙格柵的壓力，然后分別計(jì)算船艙格柵上各點(diǎn)所受的合力。

3.3.2 船體左傾

如圖5b）所示：由于各層集裝箱重心均位于A點(diǎn)或B點(diǎn)右側(cè)，集裝箱沒(méi)有繞A點(diǎn)或B點(diǎn)向左側(cè)傾倒的趨勢(shì)，故可按照組合一堆碼情況下船艙格柵受力分析方法，首先計(jì)算各個(gè)集裝箱對(duì)船艙格柵的壓力，然后分別計(jì)算船艙格柵上各點(diǎn)所受的合力。

3.4 組合四堆碼情況下船艙格柵受力分析

3.4.1 船體右傾

如圖6a）所示：由于頂層超寬、超高臺(tái)架集裝箱重心位于A點(diǎn)左側(cè)，集裝箱沒(méi)有繞A點(diǎn)向右側(cè)傾倒的趨勢(shì)，故頂層超寬、超高臺(tái)架集裝箱頂角件對(duì)船艙格柵的壓力F1，y'=0，底角件對(duì)船艙格柵的壓力F1，y''=0.5G2，下層超寬、超高臺(tái)架集裝箱對(duì)頂層超寬、超高臺(tái)架集裝箱的支撐力F1，x'=0.14G2，下層超寬、超高臺(tái)架集裝箱頂角件對(duì)頂層超寬、超高臺(tái)架集裝箱底角件的反作用力F1，x''=0.73G2;由于頂層下方超寬、超高臺(tái)架集裝箱重心位于B點(diǎn)右側(cè)，集裝箱有繞B點(diǎn)向右側(cè)傾倒的趨勢(shì)，故下層40英尺超高集裝箱對(duì)上層超寬、超高臺(tái)架集裝箱的支撐力F2，x'=0，船艙格柵對(duì)超寬、超高臺(tái)架集裝箱的橫向力F2，y'=0.26G2，底角件對(duì)船艙格柵的壓力F2，y''=0.24G2;由于下層40英尺超高集裝箱重心位于C點(diǎn)左側(cè)，集裝箱沒(méi)有繞C點(diǎn)向右側(cè)傾倒的趨勢(shì)，故可按照組合一堆碼情況下船艙格柵受力分析方法，首先計(jì)算各個(gè)集裝箱對(duì)船艙格柵的壓力，然后分別計(jì)算船艙格柵上各點(diǎn)所受的合力。

3.4.2 船體左傾

如圖6b）所示：由于各層集裝箱重心均位于A點(diǎn)或B點(diǎn)右側(cè)，集裝箱沒(méi)有繞A點(diǎn)或B點(diǎn)向左側(cè)傾倒的趨勢(shì)，故可按照組合一堆碼情況下船艙格柵受力分析方法，首先計(jì)算各個(gè)集裝箱對(duì)船艙格柵的壓力，然后分別計(jì)算船艙格柵上各點(diǎn)所受的合力。

3.5 小結(jié)

根據(jù)以上分析可知：在組合一、組合二和組合三堆碼情況下，船艙格柵承受的最大壓力均為0.5G2;在組合四堆碼情況下，船艙格柵承受的最大壓力為0.76G2。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)艙內(nèi)裝載超寬、超高臺(tái)架集裝箱的情況，介紹一種簡(jiǎn)單通用的船艙格柵受力分析方法。該方法具有以下應(yīng)用價(jià)值：（1）便于用戶對(duì)船艙格柵進(jìn)行安全性校核;（2）提示用戶合理堆碼集裝箱，例如，盡量避免組合四堆碼情況;（3）為相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供一定參考。

（編輯：張敏 收稿日期：2019-04-15）