（交通信息工程及控制专业论文）海船集装箱柔性系固系统中绑扎杆及桥锁的受力研究.pdf

海海! 拄人学坝小学位论证 海船赛裟箱柔眺系州系统中绑j l t q ，一桥锁n ：乏，i o l 究 摘要 目前大型集装箱船舶的集装箱系固有效性的校核主要是通过参考船上 的货物系固手册中提供的特定条件下有限几种系固范例和船员经验来 实现。这对于船舶营运中不断变化的集装箱堆垛重量、堆装层数和船舶装 载状态而言，是难以满足要求的。很多情况下一方面因为不能实时判定集 装箱系固的有效性又不得不从安全考虑而减少航次装箱量，造成不必要的 经济损失。另一方面也可能因为人为判定失误，采用不合理的系固方案， 致使造成海损事故。因此，为大型集装箱船配备实时有效的系固有效性校 核软件就显得十分必要。通过查阅多个国家船级社的规范发现：均未能提 供不同集装箱系固方式下绑扎杆受力的通用计算公式，电未提供桥锁的受 力计算方法。显然，对这些问题展开研究是开发软件的理论基础，具有重 要的理论和实用价值。本文以导师开发的海船舱面集装箱系固有效性校 核系统为基础，就集装箱的绑扎件( 绑扎杆和花篮螺丝的组合) 及桥锁 的受力问题进行了深入研究。 本文首先从舱面集装箱在中国船级社c c s 、美国船级社a b s 和英国船 级社l r 规范下不同的受力模型出发，整理了几种特定系固方式下集装箱 及其绑扎件受力的计算方法。在此基础上逐步分析各层集装箱及其绑扎件 的受力情况，得出堆装于舱面的任意层数从任意层高开始系固的最多单侧 4 节点8 道的绑扎件受力计算方法。本文根据绑扎件的系固情况和系固位 置定义一个控制矩阵，利用控制矩阵对既定系数矩阵进行全零行的控制， 由此推导出不同系固方式下计算绑扎件受力的通用计算公式，为编制不同 系固方式下集装箱系固有效性校核软件提供了条件。在此基础上本文分析 了加装桥锁后引起绑扎件的受力变化，给出了两堆垛集装箱加装桥锁进行 最多4 节点8 道绑扎时的绑扎件和桥锁的通用计算公式。这为超过两个的 集装箱堆垛采用桥锁系固时绑扎件和桥锁受力计算提供了思路。 文章随后结合实际船舶提供的货物系固手册，利用本文推导的通用 公式进行了未设置桥锁条件下集装箱绑扎件的受力计算，并与设置桥锁后 l i ， | ：海海事大学f 1 ) ；i 卜学位论文海船集装箱柔性系剖系统中绑扎忏搜桥锁的受力t i ) d e 绑扎件的受力计算结果进行了比较。文章最后通过所编制软件完成的实例 计算以验证前述所推导通用计算公式的f 确性。 关键词：集装箱系固，绑扎杆，桥锁，通用计算公式 ! ：塑塑皇_ 大兰塑! ! 兰生丝= ! j ! ： 塑塑堑鳖塑鲞丝至塑墨竺! 型! ! 堑丝堕塑坚型里! 型 a b s t r a c t s of a r ，g u a r a n t e e so ft h es e c ur i n gv a l i d i t yo fc o n t a i n e r si nl a r g e c o n t a i n ers h i p sh a v ea l w a y sb e e nc a r r i e d o u tb yt h es u p p o r to faf e w s a m p l e so fs e c u r i n gp l a n s i nc a r g os e c ur i n g m a n u a la sw e l la sb y c r e w se x p e r i e n c e b u tt h i si sf a rf r o ma d a p t i n gf o rv a r i a t i o n a lc o n d i t i o n s s u c ha sv a r i a t i o n so fc o n t a i n e rw e i g h t ，l a y er s ，a n dv a r i a t i o n s o fs h i p l o a d i n gc o n d i t i o n s m a n ya c c i d e n t s r e s u l t e di nc o n t a i n erd a m a g e l o s s a r ed e r i v e df r o mw r o n gc o n t a i n e rs e c u r i n gm e t h o d sa n de s t i m a t el a p s u s o b v i o u s l y ，s o l v i n gs u c hp r o b l e m si st h ep r e r e q u i s i t eo fp r o g r a m m i n ga s o f t w a r es y s t e mf o rc h e c k i n gc o n t a i n e rs e c u r i n g t h i sd i s s er t a t i o np u t sf o r w a r dac o m m o ne x p r e s s i o no ft e n s i l e f o r c e so nl a s h i n gb a r sa n db r i d g ef i t t i n g sa c c o r d i n gt ot h ed e m a n do f c h e c k i n gs y s t e mf o rs e c u r i n gc o n t a i n e r so nd e c ko fs e a g o i n gv e s s e l s ， w h i c hi soneo ft h er e s e a r c hi t e m si nt h ec h a r g eo fa u t h o r sd i r e c t o r n oor g a n i z a t i o no ra u t h o r i t yh a so f f er e d s u c h e x p r e s s l o a s or f o r m u l a ef o rc a l c u l a t i n gt e n s i l ef or c e so nl a s h i n gb a r s ，w h i c hw o u l db e a p p l i c a b l et od i f f e r e n ts i t u a t i o n so fc o n t a i n e rs e c ur i n g a n dn oneo ft h e m h a so f f e r e de x p r e s s i o n so rf or m u l a eo fc a l c u l a t i n gt h et e n s i o nf o r c e so n b r i d g ef i t t i n g s ，e i t h e r s u c he x p r e s s i o n so rf o r m u l a ea r eq u i t ei m p o r t a n t t od e t e r m i n ew h e t h eras e c ur i n gm e t h o di se f f i c i e n to rn o t a n dt h e ya r e t h et h e o r e t i c a lb a s e so fp r o g r a m m i n gs o f t w a r ef or c h e c k i n gs y s t e mf o r s e c u r i n gc o n t a i n e r so nd e c ko fs e a g o i n gv e s s e l s f o ronet h i n g ，m o d e l so fc a l c u l a t i n gt e n s i o no fl a s h i n gb a r st o g e t h e r w i t hr u l e sa n dr e g u l a t i o n so fc h i n ac l a s s i f i c a t i o ns o c i e t y ，a m e r i c a n b u r e a uo fs h i p p i n ga n dl l o y d sr e g i s t eri nu kpr o v i d et h ef o u n d a t i o nf o r t h ea u t h ort og e tt o g e t h e rs e v er a lc a l c u l a t i n gf o r m u l a eo nt e n s i l ef o r c e s o fs o m es p e c i f i cc o n t a i n ers e c ur i n gm e t h o d s s e c o n d l y ，t h e a u t h o ra n a l y z e dt h et r a n s v e r s a l d i s t o r t i o n o f c o n t a i n e rl a y er sa n dt h et e n s i o nf o r c e so nt h e mi n d i f f er e n ts e c ur i n g w a y s t h e nt h ea u t h o ro f f e r e dac o m m o nf o r m u l af orc a l c u l a t i n gt e n s i l e f or c eo fl a s h i n gb a r ，w h i c h f i t sf ord i f f er e n ts i t u a t i o n so fc o n t a i n er 海海事人学顺l 。学位论文海船集挫箝莱性系系统中绑扎杆及矫锁的受力研究 s e c ur i n gb yu s i n gac o n t r o lm a t r i x t h em a t r i xd e t e r m i n e sw h i c hr o w so f t h ec o e f f i c i e n tm a t r i xa r ea l lz e r o s b yu s i n gm u d i i c a t i o no fc o n t r o l m a t r i xa n dc o e f f i c i e n tm a t r i x ，ac o m m o nf or m u i ai so f f e r e d t h i r d l y ，t h e a u t h o r a n a l y z e dt h e d i f f e r e n c e so ft e n s i l ef or c e so f l a s h i n gb a r sa f t e rs e t t i n gu dac er t a i nb r i d g ef i t t i n g sa n da ne x p r e s s i o n w a so f f e r e db yu s i n ga n a l o g ym a t r i xa n dc o n t r o lm e t h o d f i n a l l y ，s o m ev a l i d a t i n gs a m p l e sa r es u p p l i e df o rr e a d e r sc h e c k i n g w e iy o n g h u i ( c o m m u n i c a t i o n si n f o r m a t i o ne n g i n e e r i n g & c o n t r 0 1 ) p r o f e s s o r a s s o c i a t epr o f e s s o r d ir e c t e db y q i uw e n c h a n g w us h a n g a n g k e y w o r d s ：c o n t a i n e rs e c ur i n g ，l a s h i n gb a r ，b r i d g ef i t t i n g s ，c o m m o n f or m u l a v 论文独创性声明 y9 7 3 2 0 b 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和致谢的地方外，不包含其他人或其他 机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做 的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。 作者签名：雅垂颦日期：塑堑z 。! 论文使用授权声明 本人同意上海海事大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网 公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段 保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定。 作者签名：萄嘲导师签名： 日期：埘2 ，2 趣 海海事大学颂f 学位论文海船集装箱棠性系周系统中绑扎杆及所锁的受力埘究 本研究领域的国内外现状 月l j舌 目前，世界上每个航运国家的船级社对入级集装箱船舶、装载于其上 的集装箱及其系固设备都有比较详细的规范以保证系固安全，具有代表性 的有英国劳氏船级社( l r ) 、美国船级社( a b s ) 等。在我国，中国船级 社c c s 制定的钢质海船入级与建造规范( 2 0 0 1 ) 第8 篇对集装箱系固 同样制定了相应规范。但是，这些规范中的计算方法相当繁杂，用手工方 法进行系固有效性的校核是不现实的。同时，各规范没有提供不同系固方 式下绑扎件受力的通用计算公式，也未提供桥锁的受力计算方法。 更为重要的是，当前许多船舶还缺乏具有系固有效性检验功能的计算 软件，舱面集装箱系固有效性的保证主要是通过参考船上的货物系固手 册中提供的特定条件下有限几种系固范例来实现的。这对于船舶营运中 舱面不断变化的集装箱堆垛重量、堆装层数和船舶装载状态而言，是难以 满足要求的。海船集装箱系固有效性校核系统就是针对海船集装箱系固是 否满足给定条件的计算机解决方案。该方案的提出可以大幅度降低相应校 核的难度，可以使船员对系固的有效性作出快速、正确的判断。 瑞典、德国等国的有关航运软件企业曾经开发类似计算机软件，由于 各方面原因，配备软件的船舶并不多，尤其是因为船舶的多样性，这类软 件往往具有使用的局限。随着大型集装箱舱面堆箱层数的增加，绑扎桥的 普遍采用，系固规范的修改，开发出新的适应变化系固校核软件是必要的。 在国内，已有作者导师开发的相关软件，该系统可根据用户输入的相 关船舶信息、系固设备参数及行号数据，新建船舶数据文件；系统校验输 入数据，并以图形方式回显给用户；用户进行系固设备选取和系固方案设 定；系统进行校核，结果符合要求则输出结果，不符合要求则要求用户重 新进行系固方案设定，直到符合校核要求为止。 海海堆火学顺十学位论文海驸集装箱柔悱系同系统中绑扎忏及坼锁的受，川f 究 该系统经测试验证，结果是满意的。但该系统仍需进一步完善，目前 希望改进的有： 1 1 加入对集装箱船柔性系固系统中的桥锁受力校核，并进一步评价桥 锁在系固系统中的作用； 2 ) 能够输入输出符合e d i 规范电子文档。 课题的研究目的 本课题主要是作为导师科研项目海船舱面集装箱系固有效性校核系 统的一个子项目。该课题已列入上海市教委科研题目。本文主要是力求 解决现有系统中在任意绑扎情况下绑扎件受力校核和在集装箱加装桥锁后 各系固设备的受力计算及校核问题。 目前，许多集装箱船上，无论是在船上货物系固手册，还是船上所 配的装载计算软件中，可能因在考虑桥锁后会使舱面柔性系固系统的受力 计算趋于复杂而被忽略。此条件下，常常会出现配置桥锁本可以在船舶舱 面增加的装箱量，却因无有效的核算手段而不得不放弃部分集装箱的装载 的情况。显然，建立能与桥锁相关的适应不同集装箱装载情况和系固方式 的通用计算方法是相当复杂的，但如果有了解决该问题的基本思路；最终 借助计算机来解决该问题应当是完全有可能的。 针对海船舱面集装箱系固有效性校核系统中任意绑扎方式绑扎件受力 计算及加装桥锁后系固设备的受力如何校核的问题，本文分析了不同系固 方式下，集装箱的扭变与绑扎件受力的关系，建立能与系固设备相关的适 应不同集装箱装载情况和系固方式的通用计算方法，给出相应的的解决方 案，以期能够对海船舱面集装箱系固有效性校核系统的完善做出有成 效的工作。 海海事大学坝卜学位论文海船集犍箱柔性系蚓系统t f j 绑扎仆技桥锁的一置力研究 第一节集装箱概述 第一章集装箱系固概述 集装箱是一种具有足够强度、刚度，便于周转使用的标准化运输设备， 从用途上讲是一种便于运输和装卸的小型货舱。集装箱运输就是把外观大 小不一、包装多种多样、换装不便的货物装入标准化的集装箱，作为一个 运输单元实现从一地的门( d o o r ) 、货运站( c o n t a i n e rf r e i g h ts t a t i o n ，c f s ) 或堆场( c o n t a i n e r y a r d ，c y ) 到另一地的门、货运站或堆场的一种现代化 运输方式，从而为实现货物运输和装卸的机械化和自动化创造了条件。 1 1 1集装箱的种类 集装箱按所装货物种类可分为：杂货集装箱( d r yc a r g oc o n t a i n e r ) 又 称通用集装箱( g e n e r a lc o n t a i n e r ) 、敞顶式集装箱( o p e nt o pc o n t a i n e r ) 、 通风集装箱( v e n t i l a t e dc o n t a i n e r ) 、台架式集装箱( p i a t f o r m ( b a s e d 、 c o n t a i n e r ) 、冷藏集装箱( r e f r i g e r a t e dc o n t a i n e r ) 、干散货集装箱( b u l k c o n t a i n e r ) 、罐式集装箱( t a n kc o n t a i n e r ) 、动物集装箱( p e nc o n t a i n e r ) 等。其中杂货集装箱适合于装载除散装液体货和需要调节温度货以外各类 杂货。此类集装箱约占世界集装箱总量的8 0 以上。按制造材料分，有钢 质集装箱、铝合金集装箱、玻璃钢集装箱、不锈钢集装箱等。按结构分， 有折叠式集装箱、固定式集装箱等，在固定式集装箱中还可分密闭集装箱、 开顶集装箱、板架集装箱等。集装箱按总重可分为大型集装箱、中型集装 箱和小型集装箱。大型集装箱是指总重在2 0 t 及其以上的集装箱：中型集 装箱是指总重在5 t 以上，但小于2 0 t 的集装箱f 不含5 t 和2 0 t ) ；小型集装 箱是指总重在5 t 及其以下的集装箱。 上海海事大学硕士学位论文海船集装箱柔性系固系统中绑扎杆及桥锁的受力研究 1 1 2 集装箱尺寸 1 1 集装箱外部尺寸 图1 i 常见集装箱 包括集装箱永久性附件在内的集装箱外部最大的长、宽、高尺寸。它 是确定集装箱能否在船舶、底盘车、货车、铁路车辆之间进行换装的主要 参数。是各运输部门必须掌握的一项重要技术资料。 在1 9 6 1 年6 月i s o t c l 0 4 正式成立之前，尽管在若干国家和地区已经 开始采用了集装箱运输的方式，由于当时箱体规格五花八门，各方部门和企 业各行其是。例如，美国海军的h = 6 10 ”w = 6 3 l = 8 6 专用箱； m a t s o n 公司l = 2 4 的箱型；s e al a n d 公司l = 3 57 的箱型等等不一而足。就当时的情 况而言，各方人员并不否认统一规格的必要性。然而，他们面对复杂的局 面却表现得束手无策。l s o t c l 0 4 的成立，给当时各方谋求统一的愿望带 来了曙光。在各国推举美国的标准化学会( a n s l ) 首任主席之后，由t c l0 4 的专家组进行了广泛的调查研究。经过了深入细致的工作和详细的讨论， 还必须照顾到某些交通运输业不太发达国家的具体情况，决定先推出三种 规格系列。具体情况如表i 一1 所示： 表1 119 7 3 年提出的i s o6 6 8 以及日后调整( 见备注) 的情况 系列 外部高度h外部宽度w额定值m g m 型号外部长度l ( m m )备注 ( m m )( m m ) ( k g ) 编号 ll a a a 2 8 9 6 ( 9 6 )2 4 3 8 ( 8 0 ) 12 1 9 2 ( 4 0 0 ”) 3 0 4 8 019 9 5 年增列 l1 a a 2 5 9 1 ( 8 6 ) 2 4 3 8 l2 1 9 23 0 4 8 0 ll a 2 4 3 8 ( 8 0 ) 2 4 3 8 12 1 9 23 0 4 8 0 1l a x 2 4 3 8 ( 8 0 ”) 2 4 3 8 l2 19 2 3 0 4 8 01 9 7 8 年增列 j ，海海事人学颂卜学位论文海船集装衔柔性系同系统中绑扎汗技矫锁的受j 研究 l 1 b b b 2 8 9 62 4 3 8 9 l2 5 ( 2 9 112 5 ”) 2 5 4 0 019 9 5 年增列 ij b2 5 9 12 4 3 89 1 2 52 5 4 0 01 9 7 6 年增列 1l b2 4 3 82 4 3 89 1 2 52 5 4 0 0 ll b x( 2 4 3 82 4 3 89 1 2 52 5 4 0 01 9 7 8 年增列 l1 c c2 5 9 12 4 3 86 0 5 82 0 3 2 01 9 7 6 年增列 l1 c2 4 3 82 4 3 8 6 0 5 8 ( 1 9 11 05 0 ”) 2 0 3 2 0 l1 c x( 2 4 3 82 4 3 86 0 5 8 2 0 3 2 0 1 9 7 8 年增列 ll d2 4 3 82 4 3 8 2 9 9 1 ( 9 9 7 5 ”) 1 0 1 6 0 11 d x 2 4 3 82 4 3 82 9 9 11 0 1 6 019 7 8 年撤销 11 e2 4 3 82 3 0 01 9 6 87 1 1 0 1 9 7 8 年撤销 l1 f2 4 3 82 1 0 01 4 6 05 0 8 01 9 7 8 年撤销 22 a 2 1 0 02 3 0 02 9 2 07 1 1 0 1 9 7 6 年撤销 22 b2 1 0 02 6 5 02 4 0 07 1 1 0 1 9 7 6 年撤销 22 c2 1 0 02 3 0 01 4 5 07 1 1 0 1 9 7 6 年撤销 33 a2 4 0 02 6 5 02 1 0 05 0 8 01 9 7 8 年撤销 33 b2 4 0 02 3 2 52 1 0 05 0 8 01 9 7 8 年撤销 33 c2 4 0 02 3 2 52 1 0 02 5 4 01 9 7 8 年撤销 可以看到，现行有效的国际标准集装箱的宽度均为2 4 3 8 m m ( 8 ) ， 长度有1 2 1 9 2 m m ( 4 0 ) 、9 1 2 5 m m ( 约3 0 ) 、6 0 5 8 m m ( 约2 0 ) 、2 9 9 1 m m ( 约1 0 ) ，高度有2 8 9 6 m m ( 9 5 ) 、2 5 9 1 m m ( 8 5 ) 、2 4 3 8 m m ( 8 ) 、小于 2 4 3 8 m m ( 小于8 ) 。目前海运中使用最多的箱型是1 a a a 、1 c c 。集装箱 计算单位是t w e n t y f e e te q u i v a l e n tu n i t s 简称：t e u ，又称2 0 英尺换算单位， 是计算集装箱箱数的换算单位。目前各国大部分集装箱运输，都采用2 0 和4 0 长的两种集装箱。为使集装箱箱数计算统一化，把2 0 集装箱作为一 个t e u ，4 0 集装箱作为两个t e u ，以利统一计算集装箱的营运量。据统计， 国际流通的集装箱中按t e u 计算，2 0 箱约占总量4 8 5 ，4 0 箱约占总量 的4 9 7 。 2 1 集装箱内部尺寸与内容积 海船集犍南柔性系吲东绝中绑扎f i 及桥锁的受力研究 集装箱内部的最大长、宽、高尺寸。高度为箱底板面至箱顶扳最下面 的距离，宽度为两内测衬板之间的距离，长度为箱门内测板量至端壁内衬 板之间的距离。它决定集装箱内容积和箱内货物的最大尺寸。1 a a a 箱型 箱容系数约为2 6 5 4 m 3 t ，1 c c 箱型箱容系数约为1 4 9 3 m 3 t 。按集装箱内尺 寸计算的装货容积。同一规格的集装箱，由于结构和制造材料的不同，其 内容积略有差异。集装箱内容积是物资部门或其他装箱人必须掌握的重要 技术资料。 第二节集装箱船舶概述 1 2 1集装箱船舶种类【3 根据集装箱装卸方式，集装箱船舶可分为 1 1 吊装式集装箱船( l i f to n & l i f to f fc o n t a i n e rs h i p ) ：这类船舶多数不设 装卸设备，而利用岸上高效的集装箱装卸桥将集装箱吊进、吊出完成装 卸作业。这类船舶中舱内和舱面全部舱位专为装运集装箱而设计，成为 全集装箱船。 2 、滚装式集装箱船( r o l lo n & r o l lo f fc o n t a i n e rs h i p ) ：滚装船是把装于底 盘车上的集装箱、托盘货物等作为一个货物运输单元，用拖车牵引底盘 车( 完成牵引后两者将相互脱离) 经连接船舶与码头的倾斜跳板直接进 出货舱完成装卸作业。 3 1 载驳船( b a r g ec a r r i e rs h i p ) ：又称子母船。是专门用于载运能浮于水面 的特殊集装箱一一货驳( 子船) 的船。母船可分为门式起重机式、升降 机式和浮船坞式三种。 1 2 2集装箱船的箱位编号方法1 3 集装箱船箱位代码是采用i s o t c l 0 4 委员会第十三次大会上通过的 n 6 0 0 号文件规定的方法。即以集装箱在船一l z 纵向布置为前提，每一箱位坐 标是以六位数字表示的。其中最前两位表示行号( 或称为“排号”) ，中间 海船集旋箱朵抖系i 爿系统中绑扎杆及矫锁的受力研宄 两位表示列号，最后两位表示层号。行号、列号和层号的每组代码小于1 0 的在前一位置零。 1 ) 行号( b a yn o ) ：作为集装箱箱位的纵向坐标。由船首向船尾，装2 0 箱的箱位依次表示为0 1 、0 3 、0 5 奇数表示。当纵向两个连续2 0 箱位上被用于装载4 0 以上集装箱时，则该箱位行号以介于所占的两个 2 0 t 箱位奇数行号之间的一个偶数表示。 2 1 列号( r o w s l o tn o ) ：作为集装箱箱位的横向坐标。以船舶纵中剖面 为基准，自船中向右舷以0 1 、0 3 、0 5 奇数表示，向左舷以0 2 、0 4 、 0 6 偶数表示。若船舶纵中剖面上存在一列，则该列列号取为0 0 。 3 ) 层号( t i e r n o ) ：作为集装箱箱位的垂向坐标。舱内以全船最低层作为 起始层，自下而上以0 2 、0 4 、0 6 偶数表示，舱面也已全船舱面最 低层作为起始层，自下而上以8 2 、8 4 、8 6 偶数表示。 第三节常见的几种集装箱系固设备 1 3 1角锁紧装置1 2 1 i ( 又称扭锁t w i s t l o c k ) 包括扭锁和底座扭锁( 图1 2 ( a ) ) 。在集装箱系固中，它主要是用在上 下两只集装箱之间或船体与其上装载的集装箱之间的连接锁紧装置，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，或者置于舱底或舱面箱位的底座和集装箱角 件内，旋转手柄即可使上下两层集装箱或集装箱与船体联结起来。目前， 船上较多使用的是一种半自动扭锁( 图1 2 ( b ) ) 。装箱时只需将这种扭锁连 接于集装箱底部角件内，当集装箱置入船上箱位时，受集装箱的重力作用 和角件导向作用可使其自动扭转锁住。这种扭锁开启时，只需使用专用工 具，将扭锁上的拉杆拔出即可。 上海海事大学硕士学位论文 海船集装箱柔性系固系统中绑扎杆及桥锁的受力研究 图1 2 ( a ) 底座扭锁和扭锁 图1 2 ( b ) 半自动扭锁 1 3 2 桥锁( b r i d g ef i t t i n g ) 通常指用于最上一层处于相同高度的相邻两列集装箱作横向水平连接 的系固设备。它是一种附加设备，用以分散主系固设备的负荷时使用。使 用时将两个锁钩分别插入相邻的两个集装箱顶部角件内，然后旋转调节螺 丝，使锁钩固定两列顶层的集装箱。桥锁有抗拉型桥锁和抗拉抗压型桥锁， 抗拉型桥锁可提供拉力以减小两列集装箱的分离趋势，在两列集装箱有靠 近趋势时不起作用。抗拉抗压型桥锁可提供拉力以减小两列集装箱分离趋 势，也可在提供压力以减小两列集装箱的靠近趋势。 图1 3 桥锁( a 抗拉型b 一抗拉抗压型) i 海海班大学颤。卜学位论文海船集数车f 柔性系i 刮系统中绑扎杆及挢锁的受，朋 究 1 3 3绑扎件 由绑扎杆( l a s h i n gb a r ) 和松紧螺杆( t u r n b u c k l e ，又称花篮螺丝) 组 成，见图1 4 。使用时，将绑扎杆的一头插入集装箱角件内，另头通过 松紧螺杆连接在船甲板或绑扎桥的系固地令上，通过调节松紧螺杆即能使 绑扎杆拉紧。 ( 岔 !t 一一一j 图1 4 绑扎件( 花篮螺丝平绑扎杆) 及其绑扎示意 1 3 4 定位锥( s t a c k i n gc o n e ) 又称连接板或者堆锥。分单头定位锥( s i n g l es t a c k i n gc o n e ) 和双头定 位锥( d o u b l es t a c k i n gc o n e ) ，见图1 7 。定位锥是用来置于两层集装箱之 问，便于集装箱之间的定位，并能防止集装箱的滑移。双头定位锥还能做 集装箱水平之间的连接，通常是在4 0 集装箱箱位装2 0 集装箱时使用。显 然，不同卸港集装箱之问不能使用双头定位锥，以免造成中途港卸箱困难。 上海海事大学硕士学位论文 海船集装箱柔性系固系统中绑扎杆及桥锁的受力研究 图1 7 单头定位锥和双头定位锥 3 5锥板( d o u b l ec o n ep l a t e ) 使用时将其置于集装箱底座与集装箱底部角件之间，以起到集装箱的 定位及防移作用。通常它是在集装箱船舱内4 0 集装箱箱位用来装2 0 集装 箱时置放于舱底箱位底座上，作为2 0 集装箱的系固设备。 薄 第四节集装箱的堆装与系固 1 4 1一般要求 图1 8 椎板 对集装箱应用下述一种装置或几种装置的组合进行系固。这些装置是 角锁紧装置、绑扎件、箱格导轨、撑柱、单压撑柱或其他等效的支撑结构。 对集装箱的系固方式应经受力计算后予以确定，并应能保证集装箱和 系固设备的强度，必要时，对舱1 3 盖以及船体结构应予以局部加强，以使 其能承受来自集装箱的惯性力和系固力。 集装箱、系固设备和集装箱船的强度均为设计时确定的，我们研究的 重点是在使用中如何来满足三者的局部强度条件问题。 海海书人学坝l 学位i 仑义 海蹦 集装箱柔陆系同系统中绑扎忤技桥锁的乏力研究 1 4 2集装箱露天甲板上的堆装和系固应符合下述要求5 1 ) 露天甲板上应设置可供人员进行工作用的安全通道，并设有供安装和检 查系吲设备用的足够通道； 2 ) 对于甲板上和舱口盖上的集装箱，一般应纵向排列； 3 ) 不应使集装箱伸出船边，对伸出舱口围板或其他舱面结构物的集装箱须 提供适当的支承； 4 ) 当将集装箱堆装在舱1 2 1 盖上时，应装设能防止舱口盖滑动的制动器或其 他等效装置。 5 ) 对1 层集装箱的系固时，应： ( 1 ) 在集装箱的底角处应用角锁紧装置对集装箱进行系固； ( 2 ) 除上述方式外，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，并在每个集装箱底角处用定位锥定 位。 6 1 对2 层集装箱的系固时，应 ( 1 ) 在每一层集装箱的底角处应用角锁紧装置对集装箱进行系固； ( 2 ) 除上述方式外，也可在第2 层每只集装箱的两端与甲板或舱口盖 之问对集装箱用绑扎装置进行系固。且在每一层集装箱的底角处 应设定位锥； ( 3 ) 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。 7 ) 对2 层以上的集装箱应用角锁装置进行系固时，应 ( 1 ) 对第1 层和第2 层集装箱应按5 ) 、6 ) 的要求进行系固 ( 2 ) 对第3 层及其以上的集装箱应用角锁紧装置进行系固。 1 4 3集装箱在舱内的堆装系固1 5 1 1 无箱格导轨装置时 ( 1 ) 对于货舱内和甲板间舱内的集装箱，一般应纵向排列 海海事大学坝i 学位论文海f 集装籀桀性系蚓系统中纠i l 杆技忻馈的受川f 究 对集装箱可仅用角锁紧装置或用角锁紧装置、撑柱、单压撑柱或 绑扎装置的组合，并参照本节第2 ) 项规定进行系固； 若经计算表明在集装箱层之间出现分离力，则应在该层没角锁紧 装置。对其他位置可考虑使用双头定位锥： 若经计算表明各层集装箱均无分离力出现，则对于角锁紧装置可 考虑全部由双头定位锥替代： 撑柱与船体结构须2 # 固连接，若有可能，撑柱与船体结构的连接 方式应适合于不同高度的集装箱堆； 单压撑柱与船体结构的连接可为固定式、铰接式或可拆式3 种， 对该处的船体结构应作必要的加强。安装单压撑柱时，应使其紧 靠箱角件并保持最小间隙； 为了传递横向载荷，相邻集装箱堆之问的连接构件的位置和强度 均应与撑柱或单压撑柱的位置和强度相一致： 如有必要，对支持撑柱和单压撑柱的船体结构应作加强。 2 、有箱格导轨装置时 ( 1 ) 箱格导轨装置不应与船体构件形成整体结构，设计时应使其不受 船体主应力的影响； ( 2 ) 箱格导轨装置应为坚固结构，设计时应能使其将船舶运动时产生 的集装箱负荷传递到船体结构，并能承受由集装箱装卸时产生的 负荷以及阻止集装箱移动； ( 3 ) 箱格导轨装置的许用应力如下( 仃为材料的屈服应力，n m m 2 ) ： 许用剪应力： 许用正应力： 叫= 0 4 0 - 仃 = 0 6 7 0 - ( 4 ) 箱格导轨装置一般应由钢板和型钢构成，并应将导轨从内底延伸 到导箱构件的下缘。对箱格导轨的上端应作有效的支撑； ( 5 ) 在箱格导轨之间要设罱横撑材，对其间距应按作用在导轨上的载 荷而定。但一般不超过5 m ，并尽可能将其布置在集装箱角的同 一水平面上。在舱的全宽内，对横撑材至少应设有两个支撑点， 以防止其纵向移动，但如横撑材在纵向的最大位移不超过2 0 m m ， 仅设1 个支撑点； ) ) ) ) ) ) ) 2 3 4 5 6 7 8 ( ( ( ( ( ( ( 海海书人学f 峨一卜学位沦史海船集装箱柔性系系统中绑 l 杆，卫桥锁的受) b i j de ( 6 ) 在箱格导轨与横撑材之间的连接处应有足够的抗扭转强度： ( 7 ) 在箱格导轨上应设置适当间距的中间肘板； ( 8 ) 当由结构受力计算表明需要安装纵向拉杆时，对其间距莉l 位移的 要求同( 5 1 ： ( 9 ) 如位于货舱两边和两端的导轨与纵、横舱壁相连接，则该舱壁要 作局部加强，以承受附加负荷； ( 1 0 ) 每只集装箱和导轨之问的横向间隙之和应不超过2 5 m m ，纵向间 隙之和应不超过4 0 m m 。应注意箱格导轨的安装精度，以确保对 集装箱的顺利吊装： ( 1 1 ) 引导集装箱进入箱格导轨的导箱构件应是坚固设备，一般应将 其安装在导轨的顶部。 1 4 42 0 t 与4 0 t 集装箱的混合堆装f 5 1 ) 在用于装载4 0 集装箱的箱格导轨装置的处所，可以配备装2 0 t 集装箱的 临时中间箱格导轨设施。其结构应适应于对这两种规格集装箱的装载。 2 ) 在用于装载4 0 集装箱的箱格导轨装置的处所全长范围的1 2 处，可以 考虑对2 0 集装箱进行支撑。 3 ) 当用于装载4 0 集装箱的箱格导轨装置的处所中间处的2 0 集装箱不用 支撑时，应按下述要求堆装集装箱： ( 1 ) 在最多5 层2 0 集装箱上应堆装4 0 集装箱； ( 2 ) 在2 0 集装箱堆上应堆装至少1 层4 0 集装箱( 可以是空箱) ； ( 3 ) 在2 0 集装箱在用于装载4 0 t 集装箱的箱格导轨装置的处所全长范 围的1 2 处的所受的力应不超过集装箱的许用负荷； ( 4 ) 在2 0 集装箱层与层之间及2 0 t 集装箱与舱底之间应安装堆锥以防 止横向滑移； ( 5 ) 如用前后拉压元件将2 个2 0 集装箱前后连接相当于1 个4 0 集装 箱时，则在2 0 集装箱堆上不需堆装4 0 - 集装箱，2 0 集装箱堆重一 般不应超过1 2 0 t 。 海海事人学坝i 学位论文海雕；嚷装箱索性系州系统中绑 l 杆及桥馈的受，力硎究 第二章舱面集装箱受力分析 第一节三种规范对船舶运动的简化描述 航行于海面上的船舶，由于风浪的作用，其受力和运动非常复杂，经 对大量船模和实船运动参数的测定和数据分析，可以设定船舶在恶劣海况 下的主要运动参数。表2 1 列出了中国船级社c c s 、英国劳氏船级社l r 和美国船级社a b s 对所设定恶劣海况下船舶主要运动的描述【2 0 】： 表2 1 船舶运动的简化描述 规范 c c sa b sl r 薹动描述 最大横摇 9 = m i n ( 3 0 。，m a x ( 2 2 “， = m i n ( 3 0 ，4 1 0 5 b ) 。伊= 3 1 5 0 c ( b + 7 5 ) a m i n ( ( 。4 5 + 0 1 吉l ) ( 。5 4 一赢l ) ) ) ) 角 t ：0 7 b 面( s ) r 一2 k x g m ( 5 ) 横摇周期 z = o 7 b # g m ( s ) 或t ，= 17 ，压而( s ) 或i = o 8 b c - , f 丽( s ) 一般取船舶重心或由下式估 横摇中心横摇中心轴取满载水线面横摇中心轴取满载水线面算 距基线高 的中心线或1 2 型深处水的中心线或1 2 型深处水 横摇中心( rc ) 距基线距离= 0 5 【( d ，2 ) + d 】 度线面的中心线中较高者线面的中心线中较高者 d 为船舶型深d 为船舶吃水 f 。f f ：j 海，打人学顺卜学位论文海船集装精柔件系系统中绑 l 忏及矫锁的受力f i j | 宄 当l b 。s 1 2 0 m l l = 7 。 最人纵摇 妒。= m i n ( 1 2 e 4 ”3 9 p ，8 ) 当1 2 0 msl b 。s2 7 5 m l 1 fc p = 6 。 妒。= m i n ( 1 2 e - 0 0 0 3 3 ，8 ) 角 当l b 。2 7 5 r o l l ：jp = 5 。 当l b 。1 8 3 m 时 t = 7 + 0 1 2 3 ( l 一1 8 3 ) 纵摇周州 0 = 0 5 ( s ) 当6 0 l h 。 1 9 3 m 时 0 = 7 0 1 2 3 x ( 1 8 3 一l b ) 纵摇中心 距基线高同横摇中心距基线高度同横摇中心距基线高度 船舶水线面漂心 最大荡幅 = l b e 8 0 ) 垂荡周期 瓦= o 5 ( s ) 瓦= 0 5 ( s ) 表中： g m 一船舶初稳性高度，m ； l b p一船舶两柱问长，m ； b一船舶型宽，m ； ca b s 规范中规定：若zc2 0s 并且不具有舭龙骨的船舶取 c = 1 0 ，具有舭龙骨取c = 0 9 ；若z ) 3 0 s 并且具有舭龙骨的船舶 取c = 0 7 5 ：若2 0 s s zs 3 0 s ，c 在o 7 5 和0 9 之间进行线性内插。 第二节舱面集装箱横向受力分析 考虑到本文讨论范围，船舶运动及风力等外力引起的对集装箱横向分 力是本文主要研究对象，因此以下时论主要围绕堆装在船舶甲板上的集装 箱所受横向分力展开。 海潍事夫学坝i 学位论文坶雕 集数葡柔性系矧系统中绑扎杆及坼锁的受力究 若不使用绑扎件，堆装在船舶舱面的集装箱所受的横向力的来源主要 有：风力，波溅力和船舶摇摆和垂荡运动的横向分力( 以下简称船舶运动 横向分力) 。 1 1 风力横向分力：船舶航行于水面，所受风力一是气象原因而形成的自然 风，二：是船舶因航行与空气相对运动而形成的船行风。无论哪一种风力， 作用于舱面集装箱，就会使其有向另一侧运动的趋势，从而会对集装箱 及其系固设备产生作用。 2 、波溅力横向分力：和风力横向分力类似，船舶航行中，由于甲板上浪， 波浪冲击舱面集装箱，也会使其有向另一侧运动的趋势，从而也会对集 装箱及其系固设备产生作用。 3 1 船舶运动横向分力：船舶航行于水面，受风力、波浪等空气动力和水动 力影响产生首尾摇、横摇、纵摇、垂荡等运动，这些运动在集装箱上产 生横向惯性分力，就会对集装箱及其系固设备产生影响。一般情况下， 陔作用力与风力横向分力和波溅力横向分力相比较要大得多，是我们研 究集装箱横向系固措施时主要考虑对象。 2 2 1 横向风力的计算 1 1 在c c s 规范中给出以下算式作为舱面集装箱所受风力计算： q 5 q 。a ( k n ) ( 2 1 ) 式中： q 一