（载运工具运用工程专业论文）船运集装箱吊车系固技术研究.pdf

中文摘要 摘要 近几十年来，得益于全球范围内集装箱运输量的持续增长，集装箱吊车运输 得到了较快的发展。而在集装箱吊车运输发展过程中所发生的灾难事故也越来越 多地引起了各研究机构和海运公司的注意。 究其原因至少包括：对吊车在运前准备不足，造成吊车自身结构强度和稳定 性不能承受实际运输中的外载荷；未设计出满足航次环境要求的系固布置；无法 对无许用强度资料的系固用具的许用强度做出贴近实际的估算，经常过高估计了 索具的强度；未能对吊车在运输过程中的设计载荷进行正确的预测与计算。 为了进一步提高集装箱吊车运输的安全水平，本文研究了重件运输船在运输 集装箱吊车时所遇到的问题，通过案例的方式总结出了保障吊车自身强度及稳定 性所需的准备事项；结合南京一集装箱吊车运输案例，详细论述了系固布置方案 的设计；综合国际上船舶运输公司、船级社、保险公司、海事安全管理机构、海 事安全研究机构提出的标准、规定和研究成果，结合集装箱吊车系固实际，提出 集装箱吊车系固中用到的各种索具的安全负荷估算方法；引入海况长期预测技术、 应用波浪谱分析方法和误差理论，提出了一套计算集装箱吊车在特定航次的设计 载荷的方法，并给出了集装箱吊车系固布置的校核方法。 关键字：设计载荷；系固；许用强度；谱分析 英文摘要 r e s e a r c ho n t h es t o w a g ea n ds e c u r i n go fc o n t a i n e rc r a n eo n h e a v y l i f tc a r r i e r s a b s t r a c t r e c e n td e c a d e sh a v es e e nt h er a p i dd e v e l o p m e n to ft r a n s p o r t a t i o no fc o n t a i n e r c r a n e sb ys e ai ns h i p p i n gi n d u s t r y , w h i c hb e n e f i t e df r o mp e r s i s t e n tg r o w t ho fc o n t a i n e r t r a n s p o r t a t i o nv o l u m e h o w e v e r , d i s a s t e r so ra c c i d e n t si n v o l v e di nt h e i rt r a n s p o r t a t i o n a t r r a c tm o r ea n dm o r ea t t e n t i o nf r o mb o t ha c a d e m i ci n s t i t u t i o n sa n ds h i p p i n g c o m p a n i e s i n v e s t i g a t i o nh a ss h o w n t h a tt h ec a u s e so ft h e s ea c c i d e n t sa r ea sf l o l l o w s ： t h a tt h ei n s u f f i c i e n tp r e p a r a t i o nf o rc o n t a i n e rc r a n e sp r i o rt os h i p m e n tl e a d st o t h ef a c tt h a tt h es t r u c t u r a ls t r e n g t ha n ds t a b i l i t yo fc r a n e st h e m s e l v e sc a n tb e a r t h ee x t e r n a ll o a d sd u r i n gv o y a g e s ； 。t h a tt h ei m p r o p e rp l a n n i n go ft h es e c u r i n ga r r a n g e m e n t sf o rm e e t i n gt h e r e q u i r e m e n t so ft h ec i r c u m u s t a n c e sa ts e a ； t h a tt h ei n a c c u r a t ea s s e s s m e n to ro v e r e s t i m a t i o no ft h es e c u r i n ge q u i p m e n t w i t h o u ta p p r o v e ds t r e n g t h ：a n d t h a tt h ei n c o r r e c tc a l c u l a t i o na n dp r e d i c t i o no ft h el o a d sw h i c hw i l lb e s u b j e c t e dt ob yt h ec o n t a i n e rc r a n e l o a d e do nb o a r dd u r i n gt h ev o y a g e w i t hav i e wt of u r t h e re n h a n c et h es a f e t yo ft h et r a n s p o r t a t i o no fc o n t a i n e rc r a n e s b ys e a ，r e s e a r c h e sh a v eb e e nm a d e i nt h i st h e s i sw i t hf o l l o w i n ga c h i e v e m e n t s ： s e v e r a lp r e p a r a t i o np r o c e e d i n g sh a v e ，b a s e do nt r a n s p o r t a t i o nc a s e sa l r e a d y c o m p l e t e d ，b e e ns u m m a r i z e d ； ad i s e r t a t i o no nt h ed e s i g no fs e c u r i n ga r r a n g e m e n t sh a sb e e nm a d ei nd e t a i l s i nc o m b i n a t i o no fac a s eo fc o n t a i n e rc r a n et r a n s p o r t a t i o ni nn a n j i n g ； i na c c o r d a n c e w i t ht h ep r e v a i l i n g r e g u l a t i o n s ，r u l e s ，c o d e s ，u s a g e s a n d p r a c t i c e sp r o m u l g a t e do rp u b l i s h e db y i n t e r n a t i o n a lm a r i t i m ei n s t i t u t i o n s ， s h i p p i n gc o m p a n i e s ，c l a s s s o c i e t i e sa n dm a r i t i m ea u t o r i t i e s , as e r i e so f f o r m u l a sf o rt h ed e t e r m i n a t i o no fm a x i m u ms a f ew o r k i n gl o a df o rl a s h i n ga n d 英文摘要 s e c u r i n ge q u i p m e n t ，w h i c hw o u l db eu s e di nl a s h i n ga n ds e c u r i n go f c o n t a i n e r c r a n e ，h a v eb e e nd e v e l o p e d ； t h r o u g ht h ei n t r o d u c t i o no fs e a - s t a t el o n g - t e r mp r e d i c t i o nt e c h n i q u e sa n dt h e a p p l i c a t i o no fw a v es p e c t r u ma n a l y s i sm e t h o da n dt h e o r yo fe r r o r s ，as e to f m e t h o df o rc a l c u l a t i o no ft h ed e s i g nl o a d st h a tc o n t a i n e rc r a n ei st ob es u b j e c t t o d u r i n gas p e c i f i cv o y a g ei sp r o p o s e da n dt h em e t h o d sf o rc h e c k i n gt h e s e c u r i n ga r r a n g e m e n to ft h ec o n t a i n e rc r a n eg i v e n k e yw o r d s ：d e s i g nl o a d ；s e c u r i n g ；a p p r o v e ds t r e n g t h ；s p e c t r u ma n a l y s i s 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文：篮运塞筮箍显圭丕固撞盔硒宜：。除论文中已经注明引 用的f 4 容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 柞嗍潞讹蚌膈担淼魏巩砷, - - 7 哆同 论文作者签名：。办。段年月 z 同 、 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 不保密吖( 请在以上方框内打“”) 论文作者签名 师签名： 年；月 卿 第1 章绪论 1 1 定义 目前，国际上对海运重大件货物没有明确定义，我国船级社、海事局、各海 运公司对此作出了各自不同的规定1 ，- ，我们综合考虑各方面的因素，认为在确定一 件货物是否属于重大件时，至少应考虑下述几方面要素： 货物自身方面 长度、宽度、高度、体积、重量、自身的装卸和积载困难程度，给装卸、 运输和管理带来额外负担，应给予特别关注的货件应作为重大件对待； 船舶尺度方面 大船的可载货件较大，应作为重大件对待的货件较大；小船可载货件较 小，应作为重大件对待的货件较小； 航线和港口设施方面 风、流、浪和其它气象现象，装卸设备等港口设施，对重大件尺度的大 小具有影响。恶劣天气状况下，应作为重大件的货件尺度较小；若在某港口， 装卸设备装卸某货件存在困难，则该货件在该港口应视为重大件货物对待。 1 2 重大件货物的分类 在国际海上运输中，重大件可分为以下几类： 一般意义上的重件 系指车辆( 公路车辆、拖车) 、铁路货运车、平台、托盘、可移动罐柜、 中型散装容器、包装组件、成组货件和重质货件等； 标准化重件 系指船运集装箱； 宗货( n e o b u l k ) 3 系指木材和钢材等单一货种，且无法将其归入散货杂货的货物； 无动力船上的货件 系指装载于无动力拖带顶推驳船上的货件： 徐邦祯，p 建平，佰军海j ：货物运输大连：大连海事大学出版丰 ，2 0 0 1 年：3 1 0 2 c o s c o b i l l o f l a d i n g 2 0 0 6 3 r e t h o m a s t h o m a ss t o w a g e u k ：b t o w n ，s o n f c r g u s o n ，l t d ，1 9 8 3 第1 章绪论 用特别方法进行校核的货件 此种货件重量和尺寸均较一般重件大得多，主要指海洋工程结构物和集 装箱吊车等货件。 以上五类货件中前两类货件的系固与校核应采用国际海事组织( 1 m o ) 的货物 积载与系固规则中的方法4 ； s t e e lc a r r i a g eb ys e a ) ) 一书对钢材的运输进行了 详细阐述5 ：而对于无动力船上的货件，中国船级社( c c s ) n 定有海上拖航指南可供 进行系固与校核计算；本文研究的集装箱吊车属于第5 类重大件，即用特别方法 进行校核的货件。 1 3 重大件运输船舶 国际上用于运输重大件的船舶有以下三种船舶：普通货船、驳船和专用重件 运输船，以下简要介绍一下这三种船舶。 运输重大件货物的普通货船包括：杂货船、散货船、滚装船、多用途船等可 运载一般重件的船舶；驳船指无动力的顶推拖带驳船；而集装箱吊车一般都是通 过专用运输船来进行远距离运输，运输集装箱吊车的专用重件运输船包括重吊船、 整机运输船和半潜船。下面简要介绍这三种专用运输船的特点。 重吊船 重吊船( h e a v y 1 i f ts h i p ) 是一种经特别设计并能够装卸重大件货物的船舶。图 1 1 为典型重吊船的左后视图。其舱盖为连体设计，可视为通长甲板装载货件，这 种舱盖布置，使得重吊船可以在主甲板上装载集装箱吊车，某些重吊船还可以在 船舶两舷侧增设外漂式甲板( f l yd e c k ) 以拓宽装货甲板( 如图1 2 ) 。 图1 1 重吊船的左后视图 f i g 1 1l e f t a f tv i e wo fh e a v y l i f ts h i p 图1 2 重吊船外漂式甲板 f i g 1 2f l yd e c ko fh e a v y - l i f ls h i p 4i m o c o d eo f s a f ep r a e t i e ef o r c a r g os t o w a g ea n ds e c u r i n g l o n d o n ，1 9 9 7 5 几s p a r k s s t e e lc a i l l a g cb ys e a 呲u k 1 9 8 8 船运集装箱吊车系同技术研究 整机运输船 整机运输船( 如图1 3 ) 的最大特点是具有载货面积较大的通长甲板和能力较 强的压载系统，是一种主要从事集装箱吊车运输的船舶。 图1 3 整机运输船振华九号 图1 4 半潜船 f i g 1 3e r e c t e dh e a v yp i e c e st r a n s p o r t a t i o nv e s s e lz h e n h u a9 f i g 1 4s e m i - s u b m e r s i b l ev e s s e l 半潜船 半潜船( 如图1 4 ) 也称半潜式母船，在装卸时，它通过本身压载水的调整， 使装货甲板潜入水中，装货甲板最高处低于特定浮式货物组合体的最大吃水后， 货物就可以利用自身动力或拖拽协助，直接浮到半潜船的装货甲板上方。这时半 潜船再排出压载水，船体上浮，货物便可以直接落在装货甲板上，从而实现货物 的装载。卸货的步骤与装货相反。 半潜船有自己的一套理论，因此本文中所指的运输吊车的专用重件船不包括 半潜船，而只包括重吊船和整机运输船。 1 4 历史沿革 集装箱吊车属于超重大件货，其在海上运输的历史可追溯到上个世纪6 0 年代。 自1 9 5 9 年世界上第一台人字架桥吊在美国加利福尼亚州制造完成至上个世纪7 0 年代，集装箱吊车一直以部件的形式，或偶有制造商为加快在现场的组装速度将 吊车分几大块拆解，运输至码头6 。这个时期，人们还只能对吊车在特定航次所受 载荷进行十分粗略地估算，且人们认为集装箱吊车体积和重量皆超出常规货件太 多，以整机形式运输对系固要求太高，过于危险。 1 9 世纪7 0 年代8 0 年代中期，集装箱吊车开始较多地通过驳船在距离较近， 6 m a m ac p i l s c h w e s tc o a s tc o n t a i n e rg a n t r yc r a n e s ：t h ep a t h so f p a c e c oa n dz p m c p a c i f i cm a r i t i m e j u l y 2 0 0 4 第1 章绪论 计划航线海况较好的港口之间运输，只偶尔以整机方式通过工程货运输船( p r o j e c t c a r g os h i p ) 运输7 。 1 9 8 4 年，荷兰的道克华斯( d o c k w i s e ) 公司开始使用专用重件船以整机方式在全 球范围内运输集装箱吊车，并快速发展，我国的振华港杌集团的船队也于1 9 9 5 年 开始从事吊车运输，并得到了飞速发展7 。但直至1 9 世纪9 0 年代中期，这种运输 并没有系统的、较符合实际的理论作指导，而只是以选定的波浪作为计算航次系 固设计载荷的基础8 ，其后果是实际运输中作用于集装箱吊车的载荷大多比设计载 荷小很多；偶尔出现超过设计载荷的情况，导致系固失败，吊车受损。在此期阈， h o g b e n ，n 等1 1 9 8 6 】年出版了一本对全球各海区的海况进行长期预测的专著，对此 后长期海况预测技术应用于重大件运输产生了重大影q 矿。 进入1 9 世纪9 0 年代后期，人们开始将海况长期预测技术应用于重大件运输 中，应用耐波性理论的波浪谱分析方法来预报船舶在实际航行中的运动性能，这 个时期是集装箱吊车运输理论发展最为迅速的一段时期。这期间，最有影响的研 究是由一些检验公司、重大件运输公司和荷兰海事研究所( m a r i n ) 发起的“航次 加速度气候( v a c ，v o y a g ea c c e l e r a t i o nc l i m a t e ) ”这一跨行业合作项目，该项目参 与人fh h a q u a d v l i e g ，a b a a l b e r s ，r ed a l l i n g a 和c e j l e e n a a r s 1 9 9 7 】 提出了以统计方法，根据航次的计划航线和航行季节基于一定的概率来预测航 次中可能遇到的波浪，据以计算设计载荷：相比于一直以来所使用的以固定波浪 为基础计算设计载荷的方法，这种基于预涣0 波浪的方法计算出的设计载荷更贴近 航次实际8 。 进入2 l 世纪，集装箱吊车运输理论有了进一步的发展，f r a n kv a nh o o m 2 0 0 5 1 通过将重件运输船与驳船运输集装箱吊车时各自的优缺点进行比较的方式，对重 件运输船运输集装箱吊车时的装卸、积载与系固的理论计算与操作作出了说明 提出了吊车的系固方法和其自身结构的加固方法7 。其后f r a n kv a nh o o m 2 0 0 6 - ： f m n kv a nh o o m c o n t a i n e rc r a n et r a n s p o r to p t i o n s ：s e l f - p t o p e l l e , ds h i pv e r s u st o w e db a r g e l o n d o n ：m a r i n e h e a v yt r a n o p o n & l i , i t s e p2 0 0 5 ， 8 f h h a 0 u a d v h e g ，a b a a l b e m r e d a l l i n g ae ta 1 v o y a g e a c c e l e r a t i o n c h m a t e ：a n e w m e t h o d t o c o m e t o r e a h s t wd e s t g nv a l u e sf o rs h pm o i o n sb a s e do f ft h ef u l im o t l o nc i m t m t a 如rap a r t i c u l a rt h n s p o r t m a t m e s t m m r c s ，1 9 9 7 。l o2 8 5 - 3 0 1 h o g b e nn 。d a c u n h an ，m c a n do b i v e rg f g l o b a lw a v es t a t i s t i c s b r i t i s hm a d t i r r mt e c h n o l o g y l i m i t e d ，f c i t h a m ，m i d d l e s c x ，1 9 8 6 船运集装箱吊车系同技术研究 其在旧会山举行的第1 6 届海事研讨会上的发言稿中，对集装箱吊车运输的各个方 面给出了概括性的说明”。 1 5 现状 目的，为提高各自港口的竞争力，很多港1 ：3 都在对现有码头进行升级，因此 不断有新桥吊运至码头投入使用，旧桥吊转移至其他港口。 现阶段，国外的运输公司，工程公司和海事研究所对集装箱吊车的运输理论 研究较多，但核心部分一直未予公开，处于保密状态，我们只能从期刊上获得一 些概要性的说明；而我国尚未对此作出系统的研究。 1 6 存在问题 本文在研究了系固设计阶段和系固实施阶段的各个环节后，认为集装箱吊车 运输中存在的问题主要有以下4 个方面： 运前对吊车准备不足，无法保证集装箱吊车在运输中具有足够的强度和稳 定性： 系固用具的位置设置不合理和或许用强度估计不足，导致系固不牢，造成 集装箱吊车在运输中发生损坏或灭失； 对系固布置设计载荷的计算过于粗略，无法保证据其设计出来的系固布置 能够保证集装箱吊车的安全； 集装箱吊车外形尺寸较大，造成其受力较复杂，系固靠置的设计载荷计算 及系固确置的校核过程易出现错误。 1 7 解决思路 为了进一步提高我国集装箱吊车运输的安全水平，本文将从下述几个方面研 究船运集装箱吊车系固中存在的问题： 通过对大量运输案例的分析，归纳在运前需要对集装箱吊车进行准备的各 个方面； 结合南京一集装箱桥吊运输工程，论述集装箱吊车系固布置的设计。 综合考查国际上现有的有关系固用具许用负荷的估算方法，并参考一些试 验结果，给出一套简明实用的估算方法。 mf r a n k v a nh o o r n c o n t a i n e rc r a n et r a n s p o r t s a nf r a n c i s c o ：1 6 “b i e n n i a lm a r i t i m es e m i n a r m a y2 0 0 6 第1 章绪论 引入海况长期预测技术，预测吊车所受到的风载荷影响；对最不利于系固 的船舶状态作出分析。将预测技术与波浪谱分析方法相结合。计算船舶在 预计最恶劣海况下较真实的横摇、纵摇和垂荡运动响应幅值；并据通过较 精确的估算得到的上述3 种运动的周期与通过预测得到的幅值一起，共同 确定出吊车各个位置的部件在船舶处于不同的横摇、纵摇方向组合下所受 到的三个方向的惯性力计算公式；应用误差理论，得到吊车所受总载荷计 算公式，并采用了d o c k w i s e 的摩擦系数试验结果1 1 ，确定出系固设计载荷 的计算方法； 结合吊车运输实际给出了系固布置的校核方法：给出了系固设计载荷讨算 及相应的系固布置的校核实例，便于计算理论的理解与应用。 ”d o c k w l s e e n g i n e e r i n gg u i d e l i n e s c r i t e r i a 2 0 0 2 ( h t t p ：g r w w d o c k w l s e c o m d o w n l o a d s f i i e s e n g l n e e r i n g 2 0 g c p d f ) 第2 章集装箱吊车运前准备 本文基于对大量实际运输案例的分析，归纳出了在运输前需要对集装箱吊车 进行准备的5 个方面。 2 1尽可能缩小横向垂向尺寸 装运集装箱吊车前，应将其尺寸在横向和垂向上缩为最小。这是因为吊车部 件距离船舶摇摆轴越远，所受惯性力就越大，吊车和船舶受到损坏的可能就越大。 缩小吊车尺寸操作中应注意； 不得对吊车进行切割或焊接，以缩小其尺寸； 拆卸吊车的部件时，应事先得到货方的认可，以保证在目的地重新装妥后 对吊车的操作精度没有实质性影响： 缩小吊车尺寸的操作中，应保证对吊车强度及稳定性不造成影响。 在具体操作中，为缩小横向尺寸可将吊车的外伸臂收起，减小其距横摇轴的 横向距离，以减小其所受垂向惯性力。若要将吊车在垂向上缩到最小，可落下吊 车外伸臂至工作位置，这样做的结果是缩小了外伸臂与横摇轴的垂向距离，减小 所受横向惯性力；并可保证在通过桥梁时满足桥梁的净空高度限制；然而此时， 由于外伸臂距船舶横摇轴的横向距离较远，其所受的垂向惯性力较在收起位置时 大出许多，因此需要在外伸臂与吊车垂向框架之阃布置钢管焊接件进行加固，操 作上要麻烦一些；而当在收起位置时，只需对吊车自有的前端稳索进行操作即可。 从上面的分析可知，在实际运输中，应权衡这两种外伸臂放置方式对其自身 强度及稳定性的影响，结合航线上桥梁的净空高度的情况，进行最优化的选择。 案例2 1 运输中将集装箱桥吊收 起以减小横向尺寸”，如图 2 1 。 ”s w a n 厦门至m u n d r a 航次 图2 1s w a n 轮运输集装箱吊车 f i g 2 1s w a nc a r r y i n gc o n t a i n e rl * l a n e s 第2 章集驶箱吊午运前准备 案例2 2 运输中将集装箱门式吊 车和卸船机的外伸臂收起以 减小横向尺寸”，如图2 2 。 案例2 3 选输将集装箱桥吊的外 伸臀拉起以减小横向尺廿w ， 如图2 3 。 2 2 作出正确的标示 图2 2 振华5 号运输桥吊和门吊 f i g 2 2z h e n h u a5c a r r y i n gc o n t a i n e r c t r f l e sa n dg a n t r yi c r a n c s 圈2 3t e r n 轮运输集装箱桥吊 f i g 2 3t e mc a r r y i n gc o n t a i n e rc r a n e s 重心位置的标示 重心位置须严格遵照海运惯例在吊车上予以正确标示，以便于吊车的积载与 系固，否则将承担因未能尽到此义务而导致的后果；但负责系固的责任方仍需尽 到目视检验以排除明显的错误标注的义务1 5 。 起吊位置的确定 集装箱吊车重量较大，采用吊装吊卸的方式进行装卸对起吊位冒许用强度的 要求较对一般重件的要求高出许多，因此不可通过无根据的估计来确定起吊位冒： 必须获得各可吊位置的强度资料，作为确定起吊位置的依据。 案例2 4 1 9 9 7 年5 月9 日，s a l 承运的门武吊车在奥地利桑德兰船坞侣u n d e f l a n dd o c k s ) 振华5 号上海乎釜山航砍 “t e m 轮挚盎杉矶航次，2 0 0 2 年7 月 “t 建平安宁1 l 轮2 0 0 0 年鹿特丹至天律航次运载风机头致损原因评议书2 0 0 0 ：3 船运集装箱吊午系l 耐技术研究 进行吊装装货。在吊装为方便装卸门机而采朋的框架时，作为吊升点的托架( b r a c k e t s ) 撕裂，框架上一人死亡，一人受伤，框架落入河中。由英国海上事故调查委员会( m a i b ) 进行的调查报告表明：由于选择作为吊升点的托架并非为吊升所设，强度不足，导 致起吊过程中，托架撕裂，为事故最主要的原因，次要原因包括承运方和托运方、 保险人均未对框架的起吊位置进行研究”。 系固位置的确定 选定的系固位置须能承受系固件( 受力最大时) 施加于其上的作用力力矩； 若对于某系固位置的强度存在疑问，须咨询有关方，否则不得将该位置作为系固 位置。 运输中的照料和维护位置的标示 在运输中遭遇风暴前或在风暴经过后，需要对吊车进行加固及必要的维护。 吊车系固件附有梯子等可攀爬部件，如未加额外标示，则按照海运惯例，船员可 以认为该类部件可攀爬，以便维护吊车对系固件进行紧固或加焊。因此，若该类 部件强度不足，不能承受攀爬行为的作用，则应在其上明确标示此类注意事项， 以防发生误操作，否则有关方将承担未尽到此义务所导致的后果。 2 3尽可能降低吊车重心 降低吊车重心，可通过降低吊车上部结构( s u p e r s t r u c t u r e ) 来实现。此时，需用 额外的铰链进行固定，并要求更长的提升钢索，而通常系于外伸臂上的前端稳索 则需与吊臂断开并在其他适当位置系牢。而若降低整个上层结构至甲板高度，则 需要在甲板上做出特殊的支撑布置。 案例2 5 降低桥吊上部结构以 降低吊车重心”，如图2 4 。 “m a i b m a r i n e a c c i d e n ! i n v e s t i g a t i o nr e p o r i 1 9 9 7 ”振华7 上海至妊滩航次 图2 4 振华7 运输吊机 f i g ，2 4z h e n h u a7c a r r y i n gc 1 a n e s 第2 章集装箱吊一运前准备 案例2 6 降低桥吊上部结构以 降低重心”，如图2 5 。 图2 5d o c k w i s ee x p r e s s1 1 运输桥吊 f i g 2 5d o c k w i s ee x p r e s s1 1c a r r y i n gc r a b e s 2 4结构上作出适当加固 运输较高的吊车时，航行中船舶的各种运动对吊车结构强度有着很大的不利 影响，且吊车顶部构件所受风力也比较大，因此必须考虑运输过程中可能出现的 吊车自身强度不足的情况，对吊车自身构件进行加固。最主要的加固是对框架的 加固，较普遍的一种方法是用钢管焊接件进行刚性加固，此种情况下即可受拉也 可受压。 一般来讲，纵向积载时，吊车海侧和陆侧框架所受的惯性力要较横向积载时 要大很多，对加固的要求也高出许多，这也是实际运输中大多数的集装箱吊车采 用横向积载的缘由所在；横向积载时，纵摇幅度幅度越小，对加固的要求越低。 案例2 7 采用钢管进行加固 桥吊的框架以使其能够 承受运输中附加的惯性 力的作用”，如图2 6 。 ”d o c k w i s ce x p r e s s1 1 韩国垒b a h a m a s 航次 1 9 幸运冉南泉龟i | 海航次 图2 6 桥吊结构加固 f i g 2 6s t r u c t u r a lr e i n f o r c e m e n tf o rc r a n e 船运集装箱吊下系同技术研究 2 5对可移动部件做出适当紧固 船舶遇到恶劣海况时，吊车外伸臂受到的外力可能超过其自身强度，从而导 致吊车内部的相对运动，造成吊车损坏。 案例2 8 应用插接方法，使用 螺旋焊管加固集装箱桥吊 外伸粱”，如图2 7 。 案例2 9 用焊接钢管加固轮胎 式集装箱门式起重机 ( r t g ) 的外身梁“，如图 2 8 。 d i t t o 射l e n a s t j o n e s 。中国至b a l b o a 航次 图2 7 桥吊可移动部件加固 f i g 2 7r e i n f o r c e m e n tf o rm o v a b l ep a r t 圈2 8 集装箱门机可移动部件加固 f i g 2 8r e i n f o r c e m e n tf o rm o v a b l ep a r t so f g a n t r yc r a n e s 第3 章系固布置设计 3 1 钢管焊接件的设计与布置 目前钢管焊接件大部分都采用插板与钢管相结合的方式，如图3 1 所示。 图3 1 钢管焊接件 f i g 3 1s t e e lp i p e sa f t e rw e l d i n go p e r a t i o n 为了合理利用钢材，保证结构稳定性和强度以及满足焊接工艺的要求，焊接 钢结构的主要参数按如下规则选取2 2 ： l c t m a x ( 1 5 1 7 5 ) 中，2 0 0 m m 】( 3 1 ) t m a x ( o 4 0 5 ) 巾，1 2 0 m m 】( 3 2 ) 彤一m a x ( o 3 0 5 ) 垂，1 2 0 r a m l( 3 3 ) 彬2 m + 2 彬 ( 3 4 ) 式( 3 1 ) 式( 3 4 ) 中：l c 为插板插入钢管的深度，t 为插板伸出管外的长度，t i , 为 钢管直径，彬为插板在长度方向伸出管径的尺寸，形为下插板与重件运输船甲板 焊接边长度，睨为上插板与吊车焊接边长度，如图3 2 。图3 2 中，6 为钢管壁厚， 岛、6 ：分别为上、下插板板厚。 笠陆越红，林焰，纪卓尚等超大型海洋结构物海上安全运输绑扎件设计海洋工程，2 0 0 4 ，2 2 ( 4 ) ：1 0 3 船运集装箱吊_ 乍系固技术研究 图3 2 钢管焊接件的基本结构 f i g 3 2f u n d a m e n t a ls t r u c t u r eo fs t e e lp i p ea f t e rw e l d i n go p e r a t i o n 还要满足：若下插板面不平行于运输船纵剖面，彤在船宽方向的投影长度不 小于运输船上甲板在焊接处的两个纵骨间距之和；形按吊车的具体结构而定；6 、 哦和6 ：可按库存材料规格选取，但应尽量满足： 哦、d 2 一m i n o 5 2 5 ) d ，3 0 】( 3 5 ) 上下插板的形状、它们所处平面之间的夹角以及具体尺寸根据吊车和运输船 甲板的确置来确定。 系固件一般成组出线，同一组系固件构件中的- 各钢管轴线应交于一点，以求 在相同构件特性条件下具有最佳的承载能力；各构件与运输船甲板面夹角应尽量 接近4 5 。，以求最好的承载特性。 3 2 系固布置设计案例 下面结合南京一吊车运输工程，说明集装箱吊车系固布置的设计。 集装箱吊车的系固布置一般可分为以下方面： 系固设备的配备； 钢轨的铺设与固定； 对吊车自身的加固； 支腿的布置： 第3 章系固布置设计 支腿与吊车日j 的焊接； 支腿与甲板问的焊接： 底轮的固定。 3 2 1 系固设备的配备 系固集装箱吊车时应根据具体情况选配系固设备，一般来说，配备的系圃设 备有撑管、钢轨和垫木。 1 )撑管的配备 因无缝钢管价格较高，因此在实际工程中应选用由性能较好的冷轧钢板制成 的焊管( 此工程选用的是直径约o 8 ，l ，壁厚约1 5 r a m 的螺旋焊管) 。插板两侧应加 焊两块翼板：相对于不加翼板的布置，这样的焊接布置可增大有效焊接面积，增 加焊接布置的许用负荷；焊管上要设有阶梯供焊接工人及焊接检查人员攀爬( 如 图3 3 和图3 4 ) 。 图3 3 南京桥吊运输：l 稃中的钢管焊接件 f i g 3 3a s t e e lp i p ea f t e rw e l d i n go p e r a t i o ni nn a n j i n gc r a n et r a n s p o r t a t i o ne n g i n e e r i n g 图3 4 工人攀爬钢管进行焊接操中r f i g 3 4aw o r k e rc l i m b i n gs t e e lp i p e o rw e l d i n go p e r a t i o n 船运集装箱吊车系固技术研究 2 )钢轨的配备 滑移装船需配备焊接钢轨，其焊接布置可如图3 5 所示：钢轨底部为一整钢板， 在其上沿钢轨纵向设置立钢板，在立钢板之间及外侧立钢板外侧沿钢孰横向焊接 钢板以加强支撑，再在立钢板上铺设钢板，并于钢板上焊接滑动钢条块。 图3 5 此丁程中的钢轨 f i g 3 5r a i l si nt h i se n g i n e e r i n g 3 ) 垫木的配备 挚木垛的设计与使用应符合后文4 3 节的说明。 图3 6 此工程中的垫木 f i g 3 6s t o w - w o o di nt h i se n g i n e e r i n g 3 2 2 钢轨的铺设与固定 钢轨的铺设与固定通过在以下几类部位进行焊接实现： 钢轨间连接部：如图3 7 ，在钢轨间加入了一小块钢板后，方才进行焊接 操作，而在钢轨垂向中部两侧各加了两块小钢板进行焊接固定； 钢轨侧撑板：如图3 7 ，沿侧撑板斜边垂直于侧撑板焊接了钢板以进行与 夹板间的焊接操作；且如图3 8 所示，在焊接板焊接好的斜边钢板的下部， 沿钢轨纵向加焊了一块小钢板以防止钢轨整体的横向移动； 第3 章系固布置设计 钢轨长度方向上底部各处两侧：如图3 7 在这些部位沿钢轨横向焊接了小 钢板来防止钢轨横向移动； 钢轨侧撑板两侧：如图3 8 ，在这些侧撑板两侧沿钢轨纵向焊接了小钢板 防止钢轨纵向移动； 钢轨端部：焊接固定布置如图3 9 。 图3 7 钢轨的横向固定 f i g 3 7t r a n s v e r s a ls e c u r i n go ft h er a i l 图3 8 钢轨的纵向固定 f i g 3 8l o n g i t u d i n a ls e c u r i n go ft h er a i l 图3 9 钢轨端部的固定 f i g 3 9s e c u r i n go fo n ee n do ft h er a i l 船运集装箱吊车系同技术研究 3 23 对吊车自身的加固 装载前，应根据吊车的具体情况，对其进行适当加固，主要分为外伸臂的加 固和吊车框架的加固两个方面。皆使用焊接钢管进行焊接加固。对吊车框架进行 加固的钢管布置于框架的对角线位置( 如图3 1 0 所示) ；外伸臂的加固布置参见焊 接布置参见后文的3 2 5 和3 2 6 节，案例3 1 给出了计算焊接强度及选择钢管的参 考方法( 图3 1 1 为外伸臂加固的侧下视图) 。 国3 1 0 框架的加固布置 f i g 3 1 0r e i n f o r c e m e n ta r r a n g e m e n to fc r a n ef r a m e 图3 n 外伸臂的加固。 f i g3 1 1r e i n f o r c e m e n to ft h cb o o m 案例3 1 桥吊外伸臂加固分析与计算实例 图3 1 2 给出了外伸臂加固的简化模型图，由于岸吊在岸上工作时a 点处的结 构即可承受外伸臂伸出框架的部分及重型集装箱共同的重力作用，因此加固钢管 只须能承受外伸臂在横摇过程中额外受到的惯性力即可。 第3 章系尉布置设计 现。 由后文式( 5 4 0 ) 可知，外伸臂所受最大垂向惯性力出现在船舶横摇至最大时出 匿蕊既i 愁酝知、蔗。形钐钐形钐钐* i 囊麓l 蔟喧、，“j ；霪4 辫怒。g 潮 巯y ；t 钐 y i i i i 勿 t 薹 、 图3 1 2 桥吊吊臂加固简化模型图 f i g 3 1 2s i m p l i f i e dm o d e ld r a w i n go f b o o m sr e i n f o r c e m e n t d 假设外伸臂的额外附加的垂向惯性力为5 0 0 k n ，钢管的垂向惯性力为1 4 0k n ， 则钢管下支点的焊接布置需要承受的力即为6 4 0 k _ n 。 图3 1 3 三角架a b c 部分受力分析图 f i g 3 1 3 l o a da n a l y s i s d r a w i n go f i r i a g l e p a r t a b c 船运集装箱吊车系同技术研究 b 图3 1 4 钢管b c 受力分析图 f 遮3 1 4l o a da n a l y s i sd r a w i n go fs t e e lp i p eb c ( 1 )加固钢管下支点焊接面积 在钢管下支点出的焊接布置在框架上的焊接面积应满足式( 3 1 ) ； s ：丝 ( 3 1 ) f 式0 1 ) 中，s 为焊接面积；f 为焊接部的许用切应力。 ( 2 ) 加固钢管抗弯强度的校核 根据钢管计划设置的位置、重量及船舶摇摆状态，可得到钢管所受到的横向 惯性力c ，其后根据三角部分a b c 绕悬臂铰接轴的力矩平衡原理( 分析图如图 3 1 3 ) ，可求得i 。 对图3 1 3 中的钢管b c 应用力的平衡原理( 其受力分析如图3 1 4 ) ，有 盯一只。 ( 3 2 ) n 目= n 口+ f 4 q 。 0 3 3 综上所述，钢管受到的各力皆可求出，且在求钢管的横纵向惯性力的时候己 知其分布，因此可根据钢管本身各个部位的受力确定钢管内部各处的应力分布， 以最终求得钢管所受最大弯矩m 。