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上海海运学院硕士学位论文 海船舱面集装箱系固有效性校棱系统 摘要 、c 目前集装箱运输已经成为国际海上货物运输的主要手段。在集装箱的海上运输 中，我于船上，尤其是载于船舶舱面的集装箱，由于受到风压力、海浪冲击力、 集装箱自身重力及船舶运动产生的惯性力的综合作用，若系固不当，将导致其产 生歪斜、滑移或倾覆。 为保证货物、集装箱、船舶及船员的安全，充分挖掘船舶运力，装箱前应先编 制系固方案，并对该系固方案是否有效进行校核。校核通过后，再按该方案进行 正确的系固操作。1 目前，世界上各个国家和地区对船舶、集装箱及系固设备的强 度及其受力计算都有相应的规范。但这些规范中的计算方法相当复杂，在实际集 装箱运输过程中，采用人工计算的方法对舱面集装箱系固有效性进行校核是不合 实际的。目前，多数集装箱船上尚无此类功能的计算机软件可供采用，舱面集装 箱系固有效性的保证主要是通过参考船上货物系固手册中提供的特定条件下 有限几种系固范例来实现的。但是，因航次中实际集装箱堆装和系固与货物系 固手册中提供的范例通常不一致，船员难以对系固的有效性做出正确判断，因 此实际采用的系固方案具有一定的盲目性。如果系固有效性得不到保证必然引发 安全问题。为此，船上都采取保守的集装箱堆装或者最大强度的系固，以保证安 全。这样既不能充分发掘船舶运力也浪费人力物力。到目前为止，该难题尚未能 得到很好的解决。 笔者采用了软件开发工具v i s u a lc + + 6 0 ，编制了舱面集装箱系固有效性校核 系统软件，以期降低舱面集装箱系固的有效性校核的难度，为用户提供一种简便、 易操作的校核方法。本系统主要参照了我国钢质海船入级与建造规范( 1 9 9 6 年) 第6 章及1 9 9 8 年的修改通报中对集装箱系固设备的要求，对海船舱面集装箱 的不同装载情况进行堆装系固模拟及校核，并提供详尽的校核指标的计算结果和 校核结论。为集装箱的安全装载及系固提供保障。 关键字集装箱，系固设备，系固方式 第1 页 上海海运学院硕士学位论文海船舱面集装箱系固有效性校核系统 a b s t r a c t n o w a d a y s 。c o n t a i n e rs h i p p i n g i s b e c o m i n g t h e l e a d i n g m e a n so f i n t e m a u o n a lm a d t i m e f r e i g h tt r a n s p o r t a t i o n d u r i n gt h ec o n t a i n e r - s h i p sv o y a g e a ts e a 。t h ec o n t a i n e r sl o a d e do nb o a r d ，e s p e c i a l l yt h o s eo nd e c k ，w h i c ha r e s e d o u s l yi n f l u e n c e db yw i n d w a v e 。g r a v i t yo ft h e m s e l v e sa n dt h es h i p si n e r t i a ， w i l lb ed i s t o r t e d ，s h i f t e d ，o rf a l io f f t ob eo nt h es a f es i d ea n dt om a k ef u l lu s eo ft h ec a p a c i t yo ft h e s h i p i t s n e c e s s a r yt ou s es e c u d n gd e v i c e st os e c u r et h ec o n t a i n e r s m a n yc o u n t r i e s a n da r e a sh a v em a d et h e i ro w nc r i t e r i o n so fc o n t a i n er ，c o n t a i n e rs h i pa n d s e c u r i n gd e v i c e s b u tt h o s ea r et h e o r e t i cn o tp r a c t i c a b l e i t sh a r da n dn o t p r a c t i c a b l et oc h e c k t h ev a l i d i t yo fs e o u d n gp r o i e c tb ym a n u a ic a l c u l a t i o n s o t h es h i po f t e na d o p t sc o n s e r v a t i v es e c u d n gp r o j e c tf o rt h es a f es i d e i t sa w a s t eo fl a b o ra n ds e c u d n gd e v i c e sa n dc a n n o tm a k ef u l lu s eo ft h ec a p a c i t yo f t h es h i p u pt on o w , v a l i d a t i n gt h es e c u d n gp r o j e c t se f f e c tc o n v e n i e n t l yi ss t i l la t r o u b l e ，w h i c hi sn o ts o l v e ds a t i s f y i n g l y i nt h i st h e s i s v i s u a lc + + 6 0i su s e dt od e v e l o pt h es y s t e m v a l i d i t y c h e c k i n gs y s t e mo fs e c u d n gc o n t a i n e r so nd e c k t or e d u c et h ed i f f i c u l t yo ft h i s t r o u b l e t h i ss y s t e mi sb a s e do n “r u l e sa n dr e g u l a t i o n sf o rt h ec o n s t r u c t i o n a n dc l a s s i f i c a t i o no fs e a - g o i n gs t e e ls h i p s 。w i t ht h i s s y s t e m 。c o n t a i n e r s s t a c k i n ga n ds e c u r i n gp r o j e c tc a nb es i m u l a t e da n dc h e c k i n gt a r g e t sc a nb e c a l c u l a t e da n dd i s p l a y e d t h ev a l i d i t yo fc o n t a i n e r s s e c u d n gi sg u a r a n t e e d m i n g z h o n gy a h ( c o m m u n i c a t i o ni n f o r m a t i o ne n g i n e e d n g & c o n t r 0 1 ) d i r e c t e db ys h a n g a n gw u 。w e n c h a n gq i u k e y w o r d sc o n t a i n er is e c u r i n gd e v i c e ，s e c u n n gm o d e 第1 i 页 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文 中除了特别加以标注； 曩致谢的地方终，不包含其热人或其他枕梅已经发表或 撰写过鹳研究成果。其他同恚对本研究的窟发释所骸的贡献均已在论文中作 了明确的声明并表示了诩德。 l 作者签名：丕丛蔓塾e i i 参t 作者签名：丝纽互丝蔓 论波蝴授权声明 拶弓，；一p 本人同意上海海运学酷确洪保蟹、使用学位沦文的趣宠，期：学校有权 保鏊送交论文复窝佟，允洚论文被查阕秘借阕；学校露泼上网公毒论文戆全 害躐部分内容，可以采甩彩印、缩印或者其它复带手段傈存论文。保密的论 文在解密后遵守此规定。 储躲酗燃：掣爨 期；! ：兰二竺 上海海运学院硕士学位论文 海船舱面集装箱系周有效性校核系统 引言 随着国际跨洋航运业的迅猛发展，集装箱海上运输已成为国际货运的主要手 段。尽管船公司投入了巨大的运力，但由于运输需求的不平衡性，高峰时运力难 以满足货运量的需求，使辛苦揽来的货物不能及时出运，影响了船公司的经济效 益。在此情况下，对现有运力的潜力的挖掘成为一个很迫切的需求。如何利用现 有船舶，在符合国际及国内法律、法规、港口当局规定的条件下，用好用足船舶 运力，尽可能的实现多装集装箱，确保获得最大的航次装载量是船公司追求的目 标。对集装箱进行精心配积载、堆装及合理有效的系固有助于充分利用船舶运力， 确保船舶运输安全。 通常情况下，为了充分利用箱位容量，集装箱船航次载箱量的1 ，3 1 2 的集装 箱被安排在舱面。舱面集装箱的装载将引起船舶重心上升，船舶水线以上受风面 积增大，对船舶稳性不利。由于受到海浪冲击力、风压力、船舶运动而引起的各 种惯性力以及集装箱自身重力的共同作用，舱面集装箱若系固不当，则可能产生 歪斜、滑移和倾覆，造成经济损失以及人员伤亡。因系固过失造成集装箱损毁， 属于管货过失，船方应承担责任。有关统计表明，船运集装箱发生货损事故中， 9 0 以上是发生在舱面。其主要原因之一是舱面集装箱系固不当。因货物的不适 当积载和系固所引发的重大海难事故的案例有很多。如1 9 9 9 年“1 1 2 4 ”的“大舜” 轮海难，就是此类案例中的典型一例。所以，做好集装箱的有效系固工作对于确 保集装箱的运输安全与船舶安全非常重要。为了保证船舶、集装箱以及船员的安 全，必须对舱面集装箱系固的有效性进行检验。 通常，在船舶的装载手册和货物系固手册中，装载范例中均有满载出港的例子 可参阅，但： 有的范例中集装箱箱重均匀，这与实际运营中的箱重分布相差很大： 有的范例把甲板最上层箱位重量限定为空箱重量，在实际运营中没有相应 的空箱数搭配； 满舱满载的范例中设定了甲板上的平均箱重值，但是在实际工作中没有那 么巧与设定的重箱位的平均箱重一致； 第1 页 上海海运学院硕士学位论文海船舱面集装箱系周有效性校核系统 目前国内的许多船舶虽然装有配积载软件，但是多数还缺乏对舱面集装箱 的堆装层数、重量分布和系固状况进行有效性校核功能。其货物系固手 册中往往也仅仅提供几种典型装载时的集装箱系固模式。 显然，对于船舶营运中舱面不断变化的集装箱堆码重量和堆装层数而言，依照 这些资料进行系固校核是不能满足要求的。对于船公司来说，他们希望自己的船 在满足安全规范的条件下集装箱装得越多越好，以提高经济效益。由此他们希望 船员能够通过有效的系固，更大限度的在舱面上堆装集装箱。由于存在上述的原 因，他们需要向船员证明其提供的积载方案是能够通过有效的系固，达到规范要 求的安全标准的。对于船舶驾驶员，他们必须在已编制完成的积载计划的基础上 编制系固方案。由于实际装载情况并非都是与装载范例情况一致，他们希望能够 依据实际装载情况确定合理的系固方案，在确保船舶及货物安全的基础上，充分 挖掘运力潜能，优化系固方案。如果只是参照范例，他们接受的装载方案只能是 保守的，不利于充分挖掘运力潜能。主管机关也希望能方便快捷地检验集装箱的 堆装及系固方案是否安全有效。由此可见，在一般装载情况下，对于货物系固的 有效性进行准确校核是具有一定的实用价值的。海船舱面集装箱系固有效性校核 系统( 以下简称校核系统) 就是基于这种现状与需求而开发的。 第2 页 上海海运学院硕士学位论文 海船舱面集装箱系固有效性校核系统 第一章集装箱及其系固设备简介 第一节集装箱的定义及规格 1 集装箱的定义 集装箱( c o n t a i n e r ) 是指具有一定规格和强度的专为周转使用的大型货箱。 国际标准化组织( i s o ) 制定了集装箱的统一规格，力求使集装箱达到标准化。i s o 不仅对集装箱尺寸、术语、试验方法等，而且就集装箱的构造、性能等技术特征 制定了某些规范。集装箱的标准化促进了集装箱在国际间的流通，对促进国际货 物流转的合理化起了重大作用。 根据国际标准化组织1 0 4 技术委员会( i n t * m a f i o n a ls t a n d a r d i z a t i o n o r g a n i z a t i o n - t e c h n i c a lc o m m i t t e e1 0 4 ，简称i s o 厂r c l 0 4 ) 的规定，集装箱应满足： 1 ) ap e r m a n e n tc h a r a c t e ra n da c c o r d i n g l ys t r o n ge n o u g ht ob es u i t a b l ef o rr e p e a t e d u s e ( 具有耐久性，其坚固强度足以反复使用) ； 2 ) s p e c i a l l yd e s i g n e dt of a c i l i t a t et h ec a r r i a g eo fg o o d s ，b yo n eo rm o r em o d e so f t r a n s p o r t , w i t h o u ti n t e r m e d i a t er o l o a d i n g ( 便于货物运送而设计的，在一种或多种 运输方式中运输无需中途换装) ： 3 ) f i t t e d w i t hd e v i c e s p e r m i t t i n gi t sr e a d yh a n d l i n g , p a r t i c u l a r l y i t st r a n s f e rf r o mo n e m o d e o f t r a n s p o r t t oa n o t h e r ( 设有便于装卸和搬运，特别是便于从一种运输方式 转移到另一种运输方式的装置) ； 4 ) s od e s i g n e d 雏t o b e e a s yt of i l la n de m p w ( 设计时应注意到便于货物装满或卸 空1 ： 5 ) h a v i n g a l l i n t e r n a l v o l u m e o f l m 3 o r m o r e ( 内容积为1 聊3 或l m3 以上) 。 各国有关规章和其他国际公约对集装箱的定义，集装箱应具备的条件都做了规 定，虽有差异，但其实质内容基本相同。 第3 页 上海海运学院硕士学位论文海船舱面集装箱系固有效性梭核系统 2 集装箱规格 集装箱有国际标准、国家标准、地区标准、公司标准等几种。国际标准集装 箱( 简称标准集装箱) 是指按国际标准化组织( i s o ，r c l 0 4 ) 制定的标准设计和制 造的集装箱。表1 1 列出的是几种国际标准集装箱的外部尺寸和总重量。 部分国际标准集装箱的外部尺寸及总重 表1 - 1 集装 长度l宽度w高度h总重r 箱名 m 朋 一加 卅m 一加 ? t i m 一加 培 f 6 称 1 a a a2 8 9 69 6 1 a a1 2 1 9 2 4 0 o 2 5 9 l8 6 3 0 4 8 0 6 7 2 0 0 1 a 2 4 3 88 0 ” i b b b2 8 9 6 8 o ” 1 b b9 1 2 52 9 1 1 2 5 ”2 4 3 8 8 0 ” 2 5 9 1 9 6 ” 2 5 4 0 05 6 0 0 0 1 b 2 4 3 88 6 竹 1 c c2 5 9 18 o ” 6 0 5 8 1 9 】o 5 0 ”2 4 0 0 0 5 2 9 2 0 1 c2 4 3 88 0 ” l d2 9 9 19 9 7 5 ”2 4 3 88 o ”1 0 1 6 0 2 2 4 0 0 由表1 - 1 可见，国际标准集装箱的宽度均为驴，长度有4 0 ：、3 0 f l 、2 0 f l 和1 0 f t 等四种，高度有9 驴、8 驴、8 f t 和小于驴( 表中未列出) 的四种，其中后两种高 度集装箱现已极为少见。目前海运中，最多采用的l a a a ( 箱容系数约2 6 5 4m 3 t ) 和1 c c ( 箱容系数约1 4 9 3 t 3 t ) 等两种箱。据统计，日前国际流通的集装箱中按 t e u ( t w e n t ye q u i v a l e n tu n i t ) 训- 算，2 0 f l 箱约占总量4 8 5 ，4 0 ：箱约占总量的 4 9 ，7 。 第二节集装箱的相关术语 1集装箱的重量 集装箱的重量可以分为自重、载重和额定重量三种。 1 ) 自重( t a r ew e i g h t t a r em a s s ) ：即空箱质量，通常以r 表示。它包括集装箱 在正常工作状态下应具备的各种附件和设备的质量，如冷藏集装箱的机械制 冷装置及其所需的燃油，敞顶集装箱上的帆布顶蓬等。 第4 页 上海海运学院颈士学位论文海船舱面集装糖系固有效性校核系统 2 ) 载重( p a y l o a d ) ：即载货质量，通常以p 表示。它是集装箱最大容许承载的 货物重量( 货物质量) ，包括集装箱在正常状态下所需货物系固设备在内的质 量。 3 ) 额定重量( r a t i n g ) ：它是指集装箱的空箱质量和箱内装载货物的最大容许质 量之和，即最大工作总质量( m a xg r o s sm a s s ) 简称最大总重，以r 表示( 我 国钢质海船建造规范中以s 表示) 。额定重量减去自重等于载重即 p = r t 。本文所指的箱重即是指集装箱的额定重量。 2 集装箱方位术语 8 5 以上的通用集装箱均一端设门，另一端封闭。对此类集装箱作如下规定： 前端( f r o n t ) ：指没有箱门的一端： 后端( 黜舡) ：指有箱门的一端； 左侧( l e f t ) ：从集装箱后端向前看，左边的一侧； 右侧( r i g h t ) 从集装箱后端向前看，右边的一侧； 纵向( l o n g i t u d i n a d ：指集装箱的前后方向； 横向( t r a n s v e r s e ) ：指集装箱的左右方向，与纵向垂直。 3通用集装箱上主要部件名称 圈1 - 1 通用集装箱的主要部件名称 角件( c o m e rf i t t i n g ) 集装箱箱体的8 个角上都设有角件，角件用于支撑、堆码、 装卸和系固集装箱。箱体上部的角件称顶角件，下部的称为底角件。 角柱( c o m e r p o s t ) ：连接顶角件与底角件的立柱。 角结构( c o m e rs t r u c t u r e ) ：由顶角件、角柱和底角件组成的构件，是承受集装箱 第5 页 上海海运学院硕士学位论文 海船舱面集装箱系固有效性校核系统 堆码载荷的强力构件。 上端梁( t o p e n dt r a r l s v e r s em e m b e r ) ：箱体端部与左右项角件连接的横向构件。 下端梁( b o t t o me n dt r a n s v e r s em e m b e r ) ：箱体端部与左右底角件连接的横向构件。 上侧梁( t o p s i d er a i l ) ：位于箱体侧壁连接顶部角件的纵梁。 下侧梁( b o t t o ms i d er a i l ) ：位于箱体侧壁连接底部角件的纵梁。 门楣( d o o rh e a d e r ) ：箱门上方的梁。 门槛( d o o rs i l l ) ：箱门下方的梁。 底结构和底框架( b a s es t r u c t u r e sa n db a s ef r a m e ) ：由集装箱底部的四个角件，左 右两个下侧梁、下端梁、门槛、底板和底梁组成。 端框架( e n df r a m e ) ：指集装箱前端的框架，由前面的两组角结构，上端梁和下端 梁组成。后端的框架实为门框架，它由后面的两组角结构，门楣和门槛组成。 端壁( e n dw a l l ) ：在端框架平面内并与之连接的板壁，在端壁里面一般设有端柱， 以加强端壁的强度。端壁又称为封端。 侧壁( s i d ew a l l ) ：与上下侧梁和前后角结构相连接的板壁，侧壁的里面一般设有 侧柱，以加强侧壁的强度。 端板( e n dp a n e l ) ：覆盖在集装箱端部外表面的板。 侧板( s i d ep a n e l ) ：覆盖在集装箱侧部外表面的板。 端柱( e n dp o s t s ) ：在端壁上与上端梁、下端梁和端板相连接的垂直构件。 侧柱( s i d ep o s t s ) ：在端壁上与上侧梁、下侧梁和侧板相连接的垂直构件。 箱门( d o o r ) ：通常为两扇后端开启的门，用铰链安装在角柱上，并用门锁装置进 行关闭。 端门( e n d d o o r ) ：设在箱端的门，一般通用集装箱前端设端壁，后端设箱门。 第三节常见的集装箱系固设备类型 1系固设备标准 集装箱的系固设备种类繁多。目前在发达国家，集装箱系固系统的配备大都 由集装箱系固设备公司承担。船舶设计单位或船厂将有关集装箱系固设计的技术 资料提供给系固设备公司，这些技术资料包括有关船舶总布置图、集装箱箱位布 置图、该船g m 值、货舱内底板、露天甲板及舱口盖上的集装箱堆负荷等。最终 第6 页 上海海运学院硕士学位论文海船舱面集装箱系固有效性校核系统 集装箱的系固设计还得通过国家主管机关认可的机构进行认可。 目前我国钢质海船入级与建造规范( 以下简称钢规) 已有关于集装 箱系固设计的检验规贝1 j ( 1 9 9 6 版及1 9 9 8 年修改通报) ，基本上可以按规范进行集装 箱的系固设计。集装箱的系固设计及系固设备的配备正朝着规范化、标准化及专 业化的方向发展。 集装箱系固设备的现有标准： 1 ) g b l l 5 7 7 - - 1 9 8 9 船用集装箱紧固件，该标准主要规定了集装箱紧固件的型 式、主要尺寸和技术条件。 2 ) g b t 1 6 9 5 6 - - 1 9 9 7 船用集装箱绑扎件，该标准主要规定了集装箱绑扎件的 产品分类、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装和运输。 3 ) 国际标准化组织i s o t c l 0 4 s c l w g 2 工作组及瑞典标准研究院( s w e & s h s t a n d a r d si n s t i t u t es m s ) 对集装箱系固设备的国际标准化做了大量的工作，目 前已有了该产品的标准化草案i s 0 d i $ 3 8 7 4 ：1 9 9 7 d 舢订l 。 2 常见系固设备介绍 集装箱常用的系固设备包括角锁紧装置、绑扎设备、箱格导轨、撑柱、单压 撑柱或其他等效的支撑结构。船载集装箱通常应用其中的一种或几种设备组合进 行系固。下面分别介绍几种常用的设备。 1 ) 角锁紧装置( t w i s tl o c k ) 角锁紧装置又称扭锁( 见图1 2 ) ，是用在上下两只集装箱之间的联接锁紧装 置，以防止集装箱的倾覆和滑移。 使用时，先将手柄置于非锁紧位置，然后置于上下两层集装箱之间的角件内， 或者墨壬靛燕或蕊蔼葙饔韵寓室和集装箱务种内，旋转手柄即可使上下两层集装 箱联接起来。目前船上较多使用的是一种半自动扭锁( 图1 3 ) 。从1 9 9 9 年开始， 美国o c e s n r u l e 规定，对于高层集装箱应采用半自动扭锁( s e m i - a u t o m m i c t w i s t l 0 c k ) 来锁紧，以避免人从箱顶高处坠落。 第7 页 上海海运学院硕士学位论文 海船舱面集装箱系固有效性校核系统 图1 - 2 扭锁 圈1 - 3 半自动扭镄 2 1 底座扭锁 底座扭锁主要用来作为集装箱和舱面燕尾槽底座之间的锬紧设备。置于舱底 或舱面箱位的底座和集装箱角件内，旋转手柄使集装箱和底座联接起来( 见图 1 - 4 ) 。 第8 页 上海海运学院硬士学位论文海船舱面集装箱系固有效性校棱系统 围1 4 底座扭锁 3 ) 桥锁( b r i d g e 丘t t i 】唱) 桥锁通常是指用于最上一层处于相同高度的相邻两列集装箱做横向水平联接 的系固设备( 见图1 - 5 ) 。它是个附加系固设备，用以分散主系固设备的负荷时使 用。 图1 - 5 桥锁 4 ) 定位锥( s t a c k i n g c o n e ) 定位锥又称为连接板或者堆锥( 见图1 - 6 ) ，是用来置于两层集装箱之间，便 于集装箱之间的定位，并能防止集装箱的滑移。它分为单头定位锥和多头定位锥 两种。双头定位锥能做集装箱水平之间的联接，定位锥在集装箱船上，通常是在 舱内4 够箱位上装2 够箱时使用。 第9 页 上海海运学院硕士学位论文 海船舱面集装箱系固有效性校核系统 5 1 绑扎装置 图1 _ 6 定位锥 围1 _ 7 绑扎装i 绑扎装置由绑扎杆( l a s h i n gb a r ) 和松紧螺杆( t u m b u c l d e ) 组成( 见图l 一7 ) 。 绑扎装置的作用是系固住多层的集装箱，防止其滑移、倾覆或者歪斜变形。使用 时，将拉杆的一头插入集装箱的角件内，另一头通过松紧螺杆联接在船甲板的系 固地令上，通过调节松紧螺杆即能使绑扎杆拉紧。 第l o 页 上海海运学院硕士学位论文 海船舱面集装箱系固有效性校核系统 第二章舱面集装箱堆装及系固原则 良好的甲板集装箱堆装和系固，是保证船舶、货物及船员安全的一个重要方 面。在实际工作中，由于思想不够重视或存在一些其他原因，要达到对甲板上的 集装箱进行合理堆装和安全系固是比较困难的。前几年标准保赔协会( s t a n d a r dp & i c l u b ) 对一宗涉及7 0 个集装箱倒塌坠海案件进行了赔偿，赔偿额达到1 6 0 万 美元。在调查中发现，该船的系固系统处于令人吃惊的程度，如地令、链条严重 腐蚀，绑扎方法混乱，绑扎不紧固并且没有进行经常性的检查。 第一节我国钢质海船入级与建造规范的规定 在钢规第1 0 篇6 3 节和6 4 7 中，对集装箱露天甲板上的堆装和系固有明 确规定。 1对一层集装箱的系固 1 ) 在集装箱的底角处应该用角锁紧装置对集装箱进行系固； 2 ) 除了上述1 ) 外，也可在每只集装箱的两端用绑扎装置以对角或垂直的方式对 集装箱进行系固，并在每个集装箱角件处用定位锥定位。 2对二层集装箱的系固 1 ) 在每一层集装箱的底角处应用角锁紧装置对集装箱系固； 2 ) 除上述1 ) 外，也可在第二层每只集装箱的两端与甲板或舱口盖之问对集装箱 进行系固，且在每一层集装箱的底角处应设置定位锥。若经计算表明在集装箱 的底角处出现分离力，则应在该处设角锁紧装置。 3对二层以上集装箱的系固 1 ) 对第二层及其以上的集装箱应用角锁紧装置进行系固； 2 ) 对第一层和第二层集装箱应按上述2 的要求进行系固。 第1 1 页 圭堡鲞篓兰堡塑主兰焦鲨塞 查墼丝重塞整塑整匣壹墼丝墼堡墨堕 蟹 第二节影响蝼舱程霉糯堆装方案的主要医素及辖像选瓤原剡 l影响舱面集装箱堆装方案的生要因素 豫了参照适用的法律法规、港阳当桶的有关规定、公司规定外，还要充分掌 握穗痰豹耱舶资料，特菊是船舶稳住计算书、装载手册和货物系嗣手册，并根据 艇舶秘海嚣翡其体谤撬试粪参照捷纷。下嚣觚三个方蔼兵俸讨论影嫡集装箱雏装 方案躲主要因素。 1 ) 船舶局部强度要求 在舱面装载集装箱时，应考虑集装锻船舶固有的堆积受蒋量，即堆放袋装鳞 的四个箱脚底座所能承受的最大负荷。在集裟箱的积载过程中应保证每堆集姨戆 的总重量不得超过其下相应甲板的堆积负荷。 2 ) 船舶稳性要求 由于集装箱船经常在甲板上装载数量较多的集装箱，故其重心高度比一般赞 船高，盈受风蓄辍较大。若g m ( 裙稳赣高度) 太小，由于复原力矩过小，船舶 裁有矮覆静蕊殓。为了傺诞船_ | l 鑫静安全，要使箕其有足够的稳性。另一方稀集装 簇船的稳性又不貔过失，磐g m 过大，艇靛横摇躅勰遥短，又会篌甲擞上静集装 箱具有较大的加速度，从嚣对集装绞本身及其系固浚冬瓣受力产生不零j 煞影穗， 甚至使集装箱移幼、歪斜和倾覆。为了保证集装箱船稳健满怒要求，确定豫挂越 围时，除了考虑最低稳性要求外，遂应当对现有的绑扎羝统旃赝了解，以馒确立 上限值。按绑扎系统破断强度的要求，船舶的g m 废不超过1 2 m ，并且甲板箱重 的分布还应严格控制在要求范围内。因此有专家认为，集装箱船的稳性范围可以 大致确定如下： g m m 0 6 m g m 。墨1 2 m 如甲板箱堆积层数少，并且很好地进行了绑扎，上限值可以邋当放宽。另考资料 表示，集装箱船适宜的稳性值为4 - - 5 船宽。以巍宽为3 2 2 0 m 的“中河”轮为 例，这一值约为1 2 8 8 1 6 1 m 。 3 ) 确定甲板装箱数及堆装层数的考虑因素 甲板装箱数与舱内装箱数应保持适当魄例。甲板装箱数与舱内装箱数的比 第1 2 页 上海海运学院硬士学位论文海船舱面集装箱系固有效性校核系统 例实质上是反映出对集装箱稳性的具体要求。为了保证船舶具有合适的稳 性，货舱内装箱总重量一般都应该大于全船装箱总重的6 0 。有些稳性较 差的船舶其比重还要增加。 应保证船舶驾驶视线的良好。在甲板上配置特殊高度箱时，其堆 积高度不应妨碍驾驶台的视线。对于尾机型的集装箱船，应该尽可能减少 近首部甲板上的装箱层数。 2 箱位选配原则 集装箱在舱面的箱位配载方式选取的总体原则可以归纳如下：确保稳性，方便 操作，轻重搭配，减少捣箱。普通集装箱箱位的配置及堆装应考虑： 1 ) 重箱在下，轻箱在上； 2 ) 甲板上宜装重量轻、结构完好的集装箱，以保证船舶的稳性及集装箱的稳固型： 3 ) 货箱箱位的配置应考虑装卸的方便； 4 ) 集装箱箱位配置应该考虑2 够和4 够的集装箱是否可以兼容； 第三节集装箱系固原则 1货物系固手册 对于集装箱系固要求，首先必须认真阅读并且参照执行由主管机关审定的货 物系固手册。从1 9 9 8 年1 月1 日起，货物系固手册开始成为装载货物单元的 国际航行船舶必备的法定文件，集装箱船必须配备系固手册。 2g 膨影响 对特定船舶，g m 较大时的系同要求应该比g m 较小时的要高。 3集装箱堆装位置 就舱面不同箱位而言，若无外层堆码或两列横向空档大于5 m 的集装箱，因受 风压影响，系固要求应当较高；从船首至1 4 船长区域的箱位，系固要求应当较 高( 英国劳氏船级社计算规则规定，此范围内作用于集装箱的纵向、横向和垂向 力均应增加2 0 ) ；靠近两舷的箱位比接近中线面的箱位系固要求要高；底面高度 较高的列位系固要求高。 4集装箱的尺度 4 0 f l 箱的系固要求比2 够箱较高。 第1 3 页 上海海运学院硕士学位论文 海船舱面集装箱系固有效性校核系统 5 系固设备及系固方式 使用非自动锁具进行系固时，由于此类扭锁的开启和关闭难以由视觉直接判 断，所以应确保每个扭锁处于锁闭状态。 选择具体系固方式时： 1 ) 首先要满足货物系固手册的相关要求； 2 ) 仅一层集装箱时，箱底采用底座扭锁锁紧，一般不需要再加绑扎； 3 ) 当层数为两层以上时，要使用扭锁及绑扎杆，一般尽量采用从底层箱顶角连至 甲板地令的对角系固放方式，以利于减少该堆箱的最大横向扭变力，但因为受 风缘故绑扎点可以在第二层箱顶，最上层箱一般不需要绑扎，仅需与其下层箱 用扭锁紧： 4 ) 当层数为4 层时，若箱堆两侧有绑扎时，则桥锁可以省去，若不绑扎时，最上 层必须设置桥锁； 5 ) 当堆箱层数增加时，集装箱所受的平移力也累积增大，而横向绑扎件能有效减 少平移力，所以堆箱层达到5 层及以上时，除下层必要绑扎外，在最上层应设 置桥锁。 6 系固有效性 对于集装箱系固有效性应根据我国规范规定，加以校核。采用通常的角锁紧装 置和绑扎装置进行集装箱系固时，必须同时满足如下要求： 1 ) 每层箱底角分离力应不大于角锁紧装置的安全拉伸负荷； 2 ) 每层箱底角处横向和纵向切力中的最大值应不大于角锁紧装置的安全剪切负 荷； 3 ) 每堆箱堆绑扎装置的最大拉伸负荷应不大于角绑扎装置中拉伸负荷最小的系 固设备( 如绑扎杆) 的安全拉伸负荷； 4 ) 满足集装箱本身的强度条件，即船舶运动及各类系固设备作用与集装箱各处的 作用力均不应超过钢规第1 0 章6 4 7 条所列集装箱的各项许用负荷； 5 ) 对于舱面堆装的集装箱，门端和封闭端都要分别进行受力核算。计算出来的各 项指标的实际值与允许值进行对比，从而判断实际值是否小于允许值。若各项 指标均满足，则表明系固方案合理；若不满足要求，可以实时调整堆装或系固 方案，直到方案合理。 第1 4 页 上海海运学院硕士学位论文 海船舱面集装箱系固有效性校核系统 第三章集装箱及系固设备的设计强度及其计算方法 第一节集装箱及系固设备的设计强度分析 1 集装箱及其角件与系固设备的设计强度关系 随着集装箱在全球运输业中不断的发展，集装箱系同设备越来越引起有关方 面的重视。目前i s o 尚未出台其正式的技术标准，国际船级社协会( t a c s ) 也尚未 对其技术要求达成统一协定。虽然目前有关船级社不同程度地对其强度等有一定 的要求，但存在较大的差异。在这项工作上，我国已有了相应的国家标准。如第 二章第三节所述的g b l l 5 7 7 - - 1 9 8 9 船用集装箱紧固件标准、g b t 1 6 9 5 6 - - 1 9 9 7 船用集装箱绑扎件标准等。但由于集装箱全球化运输的特殊性，我国集装箱 运输业与国外发达国家相比仍处于起步和发展阶段，各方面的配套设施还不完备， 故导致我国g b l l 5 7 7 - - 1 9 8 9 和g b t 1 6 9 5 6 - - 1 9 9 7 标准到目前也未能起到其应有的 作用。正由于上述多种原因，尤其是无相应的全球统一标准，给集装箱的运输也 带来许多不利影响。例如，各船公司之间甚至船与船之间的这些系固设备规格品 种都不相同、通用兼容性差，对日常的损坏更新不便。这给集装箱货物的安全甚 至给船舶的航行安全带来了严重的隐患。对各系固设备生产厂商来说，各船公司 的订货品种不一，批量小，品种多，以至无法形成规模生产，生产管理成本高， 企业经济效益低，致使部分企业在强度设计方面干脆以各船级社所要求最高的标 准进行设计生产。 例如，对其挤压力、分离力等进行计算，如果计算结果超过船级社对集装箱 的许用安全工作负荷值时，可以通过调整不同的系固方式或集装箱的配载等，使 作用于每个单体集装箱的这些负荷满足规范要求。但上述这些计算通常都是建立 在一个假设的前提之下，也即单节点上每只集装箱的系固设备均是安全可靠，不 会失效的。每个船级社在其相应的规范中对单体集装箱的许用负荷( 这里指校验 船舶系固系统时所定的许用负荷) 不尽相同，但均不大于集装箱本身的设计强度。 在( 1 9 7 2 年国际集装箱安全公约1 9 9 2 年版( 简称c s c 公约) 附则2 中规定：“由 第1 5 页 上海海运学院硕士学位论文 海船舱面集装箱系固有效性校核系统 于集装箱的移动、放置、堆码和载货集装箱的重量所产生的力以及外力，都不得 超过集装箱的设计强度”。对于国际标准集装箱的设计强度各有关国际公约、规范 及标准都有相应的要求。例如，c s c 公约、( 1 9 7 2 年集装箱关务公约( 简称c c c 公约) 、( c o n v e y a n c e o f t r a n s - c o n t a i n e r sw a g o n st e c h n i c a l a r r a a g e m e n t s u i cc o d e 5 9 2 一lo r ( 简称u i c ) 等，国际船级社协会( i a c s ) 统一要求集装箱部分 及各船级社集装箱检验规范，i s 0 1 4 9 6 系列标准等等。上述这些资料在集装箱强 度的验证试验方面的要求基本是一致的，也即各规范均需满足公约的要求，只是 将公约的要求细化使其更具有可操作性，公约是最低要求。每只进入营运的集装 箱均要经过船级社相应的检验和试验，满足上述公约、规范及标准的要求。 角件是集装箱的一部分，与集装箱整体相关的作用力主要作用于角件上，集 装箱系固设备对集装箱的系固也是通过角件来实现的。角件起了一个桥梁作用， 是受力链中的一个部分，它的强度直接影响到集装箱系固系统的可靠性。因此， 角件也有相应的最低许用强度要求，例如i s o l l 6 1 1 9 8 4 ( e ) 系列1 集装箱一角 件的技术条件第4 条规定：“角件的设计、制造方法和使用的材料应符合i s 0 1 4 9 6 所规定作业和试验的要求”。可见其强度考核是通过集装箱整体试验进行考核的， 也即集装箱如果通过了全套强度试验，则代表了装于其上的角件也就通过了强度 试验。从这种意义上说，角件的最低许用强度也就体现了集装箱的最低许用强度， 正常情况下，角件由于其外形结构尺寸已经由i s o 标准明确，无多大的变动余地， 而集装箱由于其使用的特殊性，在强度满足要求的前提下，各制造厂均在箱体降 低重量、节约材料上做文章，以降低成本，提高载重量，为此角件的强度裕度往 往大于集装箱箱体的强度裕度。 集装箱系固设备最低许用安全工作负荷需要多少? 如果从集装箱、角件、系 固设备这条链的强度来考虑，在每个系固点，其总的系固强度至少应大于或等于 该链中最弱的部分，也就是说大于或等于集装箱( 包括结构与角件) 的最低许用 强度。假如我们将每只系固件绑扎件都作为标准通用件来生产及使用，将有如下 优点( 此处假设尺寸等标准也统一) ：每只器件在使用时都不必考虑其强度是否 够用，整个系固系统各结点都具有互换性。便于组织大批量生产，降低产品单 位成本价格。简化船舶集装箱系固系统的设计、审核与批准工作。反之，如果 其强度小于最低许用负荷( 因为系固设备在集装箱的系固中可以不只使用一种器 第1 6 页 上海海运学院硕士学位论文 海船舱面集装箱系固有效性校核系统 件，可以使用两种，如果其合力能满足系固要求则理论上应也能接受) ，虽可能在 设计、计算中就某个单点来说能满足使用要求，但在使用中也有一定的限制，它 只能用于系统中的特定部位，易被用错，更新、维修及互换也不易操作。虽然从 表面上来说可能减少了一些原材料成本，但却同时减少了整个系固系统的安全可 靠性，生产管理成本反而会增加。故在此有专家推荐前种方式，即将其作为一种 标准件来对待同时限制最低许用负荷值。i s o d ! $ 3 8 7 4 ：1 9 9 7 d a ml s e r i e sl f r e i g h tc o n t a i n e r s - - h a n d l i n ga n ds e c u r i n g ) 标准( 简称i s 0 3 8 7 4 标准) 基本上就是 以这一原则为前提，规定了系固设备的最低强度要求值。而g b l l 5 7 7 - - 1 9 8 9 船 用集装箱紧固件标准及g b t 1 6 9 5 6 - - 1 9 9 7 船用集装相绑扎件标准因其规格 品种较多，且在强度上分为安全工作负荷( s w l - - s a f e w o r k i n gl o a d ) 、试验验证 负荷( p l - - p 砌暖l o a d ) 及最小破断负荷( b l - - b r e a k i n gl o a d ) 三项，从文字及参数表 面上看，尚无法完全断定是按照这一原则进行规定的，因其个别值似乎有点偏低。 通过以上分析我们应该可以得出这样一个结论： 集装箱系固系统设计时： 集装箱许用负荷s 集装箱设计强度 集装箱许用负荷集装箱绑扎，系固设备设计强度 安全裕度= 集装箱绑扎系固设备最小强度值一集装箱单结点上最大负荷 2集装箱的设计强度 根据有关国际公约、船级社规范及相关集装箱i s o 标准的要求，投入营运的 集装箱强度均应满足相应的强度试验要求，但并没有直接提到或明确集装箱的设 计强度具体数值。集装箱的设计强度是通过相应的验证试验来体现的，如c s c 公 约中规定：“凡以任何合适材料制成的集装箱，能满意地完成下列试验而未造成任 何永久性变形或不正常状态，以至无法按设计要求使用的，都应视为安全的”。在 i s 0 1 4 9 6 - - 1 ：1 9 9 0 标准第5 条设计要求中明确指出“设计载荷中已包括了动载效 应，在试验中仅需达到此值而无须超越”，及第6 1 3 条规定：“在下述各项试验中 所规定的试验载荷和加载均为最低要求”。但这并不妨碍我们对设计强度概念的理 解，我们可以通过分析相应的验证来看许用负荷值。在这些强度试验中，直接与 集装箱系固有关的试验项目主要有如下几项： 堆码试验：该试验是验证满载的集装箱在海洋船舶运输条件下，在箱垛中出 现偏码时的承载能力。被试箱箱内试验载荷和自重之和为1 8 r ( r 为集装箱的最 第1 7 页 上海海运学院硕士学位论文 海船舱面集装箱系周有效性校核系统 大总重) ，箱子下角件下的垫块其平面尺寸与角件相同。上角件上的垫块形状与角 件相同，但有个偏置，其纵向为3 8 m m ，横向为2 5 4 r a m ( c s c 公约为2 5 r a m ) 。在 每只上角件( 角柱) 上须加8 4 8 k n 的力，此力为集装箱9 层堆码，每箱的额定值 为r = 2 4 ，0 0 0 k g ，并假设加速度为1 8 9 ( g 为重力加速度) 时得出的，即 ( 9 - 1 ) x 2 4 x 1 8 x 9 8 1 4 = 8