（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）大型构件海上运输安全性分析.pdf

大连理工大学硬士学位论文 摘要 滚装运输作为陆上公路网在水上的延伸，将传统船舶垂直装卸改为水平装卸，减少了 码头吊装和货物转运的时间和费用，提高了码头的装卸效率，使货物运输达到最佳效益。 因为其具有众多经济技术优势，在内河航运运输中得到了迅速发展，成为了种具有竞争 力的先进运输方式。在促进区域经济发展中发挥着越来越大的作用。但由于庞大笨重的整 机装运困难，尤其是海上运输的风险性更大倾覆事件时有发生，所以大型构件滚装运输安 全性是历来人们比较关注的问题。本文主要从滚装上下船和海上拖运两大方面进行研究， 对所出现的问题作了详细的计算的研究。 文章通过具体的实例进行计算研究，即大连造船重工6 0 0 t * 1 8 2 m 造船龙门起重机滚装 运输工程。首先从滚装上下船部分着手，在准备工作中对于滚装方案做了分析和探讨，包 括滚装机构的结构，布置描述，过桥梁的布置，潮位的选择等等。尤其对于滚装速度的选 取过程，涉及到滚装过程中潮位的变化，船体载重量的变化。压载水泵能力和数量的选取 以及因此而产生的调倾配载的计算。在滚装上下船过程中，根据重量守恒( 因为要保持船 体始终与码头在同一水平面上) 和萤心不变列出了关系式，分三种方案计算构件每前进一 步的排注水量。对于滚装过程中的四个典型状态进行剪力，弯矩与强度的计算并根据规范 中相应的公式进行校核检验。其次是拖运过程，在拖运过程中外界海况和船舶横摇运动对 于航行的安全性至关重要。因此，在特定的海况下对船舶运动参数进行详细的计算和研 究。通过对耐波性参数的计算，进步确定惯性力进而对绑扎过程进行设计与计算。 本文仅提供了大型构件海上运输过程计算研究的种方法，在学习和借鉴了其它形式 的安全分析的基础上对于滚装运输大型构件的安全性研究做了一些展望。 关键词：大型构件海上运输；稳定性；安全性 大型构件海e 运输安全性分析 s a f e t ya n a l y z e o f l a r g eg o o d st r a n s p o r t o nt h es e a a b s t r a c t a st h ee x t e n s i o no ft h eh i g h w a yn e ti nt h e 泐，r o l lc o n v e y a n c ec h a n g e st h et r a d i t i o n p e 牮d i c l 】l 疽l yp a c kt ot h el e v e lp a c k 协u n l 0 8 d ，r t u e c st h ep a c kl i m ea n dt h ee x p e n s e st h a t t r a n s p o r t sw i t hg o o d s , r a i s et h eu t i l i g a l i o no f t h ew h a r en l a h st h eg o o d sc o n v e y a n c ea t t a i n st h e b e s tp e r f o r m a n c e b e c a u s ei th a sn 毗l 锄u se c o n o m i ct e c h n i q u ea d v a n t a g e s , g e t saq u i c k d e v e l o p m e n ti nt h ei n l a n df i v e rc o n v e y a n c e ，b e c o m e sa k h l do f a d v a n c e dc o n v e y a n c em e t h o dt h a t h a ss t r o n gc o m p e t i t i o na b i l i t y b u ts h i p m e n t ss u c hh u g ea n db u 玎哆m a c h i n ei sv e r yd i f f i c u l t , p a m c u k l y t h et r a n s p o r t so nt h ew a t e r s os a f e t ya n a l y z eo f l a r g eg o o d ss e at r a n s p o r ti saq u e s t i o n t h a ti sn l o p a i da t t e n t i o nt o n l i st e x tm a i n l yf i - o mt w oa s p e c t st o 伽呵o nar e s e a r c h , w h i c hi s r o l lt op a c kp r o c e s sa n ds c o n v e y a n c 君p r o c e s s , m a k e sad e t a i l e dc a l c u l a t er e s e a r c ht ot h e p r o b l e m st h a t 印p e a f 1 ka r t i c l ec 缸i e s0 1 1t h er e s e a r c hc a l c u l a t i o ne h - o u g hac o n c r c 沲e x a m p l e i ti ss h i p b 词曲g 血狲g a t ed e r r i c k 血- a m p o r te n g h e e r i n go f d a l i a ns h i p b 珊d i n gh e a v yw o r kg r o u p f i r s tf r o mr o l l t op a c kp a r tt os t a x t i nt h es t a g eo fp r e p a r a t i o n , c a r r i e so nt h ea n a l y s i sa n ds t u d yf o rt h e c o n v e y a n c ep r o j e c t , i n c l u d e st h es t m c t m 屯o ft h ep a c ko r g a n i z 疵i o n , t h ed c s c r i # o no ft h e o r g a n i z a t i o nd e c o r a t i o n , t h ee s t a b l i s h e so f t h el e a db r i d g e , t h ec h o i c a so f t h et i d ee t c p a r t i c u l a r l y t h es e l e c t i o n so f t h ep a c k 酃l e 。d ，i n v o l v et ot h ev a r i e t yo f t h et i d ei n 也el o a dp o 黜，t h ev a r i e t yo f t h es h i pw e i g h tl o a d 吨t h es e l e c t i o no ft h ew a t e rp u m p s a b i l i t ya n dq u a n t i t y ，t h ea d j u s t c a l c u l a t e st h a tp r o d u c e sf r o mi t d i 血gt h e 删o f t h er o l lt op a c k , a c c o r d i n gt ot h ec o n s t a l i to f t h ew e i g h ca n dt h ec e n w ro fg r a v i t yl i s t st h er e l a t i o nt y p e sa n dd i v i d et h r e ek i n d so fp r o j e c tt o c a l c u l a t e st h ew a t e rt h a te j e c t so rh l f g s i o l 强f o rt h et w o 臼p i c a lm o d e la p p e a r a n c e so f t h e p a c kp r o c e s sc a l t j c so i l 曲e a r i n gf o r c ed i n t , b e n dm o m e n ta n d 曲唰班c a l c u l a t i o n , a c c o 她t o e m p i r i c a lf o r m u h st oe x a n i i 埘o i s e c o n d l yi s s e ac o n v e y a n c ep r o c e s s , d u r i n gt h i sp r o c e s s o w s i d es e ac o n d i t i o na n dh o r i z o n t a ls h a k es p o r ta r et h em o s ti m p o r t a n c ep r o b l e m st ot h es a f e t yo f s a i l , 1 h e r e f o mc a l i i e so nad e t a i l e dc a k a d a t i o na n d r e s e a r c ht ot h es h i ps p o r tp a r a m e t e r su n d e rt h e p a 瞳t i c u l a r s e ac o n d i t i o r 。p a s s 幻t h ec a l c u l a t i o no f p a r a m e t e r s , t h ef u r t h e rc e r t a i ni n e r t i a ld i mt h e n c a r r i e s o n t h e d e s i g n a n d c a l c u l a t i o n t o t h e c o l l i g a t i o n p r o c e s s ， t h i st e x tp r o v i d e sak k l do f r e s e a r c hm e t h o do f l a r g eg o o d s 鼢c o n v e y a n c e i nt h ef o u n d a t i o n o fs t u d d i n ga n dd r a wl e s s o n sf r o mo t h e c sf o r mo f s a f e t yr e s 朗r c h , d os n eo u t l o o k si nt h es a 衄3 , f t e a r c ho f s c o n v e y 锄c e k e yw o r d s ：l a r g eg o o d ss 日c o n v e y a n c e ；s 切b 珊t y ；s a f e t y - 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期：望! ! ! ! 立! 大型构件海上运输安全性分析 大连理工大学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“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用规 定”，同意大连理工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。本人授权大连理工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。 做耥 l 御破番 j 大连理工大学硬士学位论文 引言 o 1 研究的前提与背景 大型构件如港口码头用的吊车、造船厂的门吊梁，由于其结构特点或体积大，重量大 等实际情况，根本无法在陆上运输，而只能采取海上运输的方式。随着我国经济的快速发 展和海上运输业的不断壮大，现今海上运输重大件的业务越来越多，重大件的尺寸、重量 也越来越大，这样对驳船运输、装卸、绑扎加固技术的要求也越来越高。装运重大件一定 要在科学分析研究装运可行性的基础上，制订切实可行的方案，严密组织旅工，确保安 全。 对于大型构件来说，滚装运输不失为种先进，有效的运输方法。但同时也应看到其 危险性也很大，稍有不慎将引起重大事故。例如在滚装过程中管理不慎将会造成人员伤 亡。在运行过程中若绑扎不牢固或稳性没有计算准确将会引起倾覆，带来经济损失。据了 解韩国在l o 多年前内台北运输两台岸桥，在到达台湾海峡北段，由于海上固定不好，岸桥 翻倒掉人海中。1 9 9 8 年我国从日本向国内运输一台价值3 0 0 0 多万元的岸桥，因遇到大风岸 桥掉人大海。2 0 0 1 年上海港机厂为烟台港制造的两台岸桥，在运输中遇到大风掉人海中。 2 0 0 1 年上海振华公司为大连港制造的两台岸桥。也在运输中因遇大风掉人海中。2 0 0 5 年， 驳船3 5 0 5 号轮从天津运送一大型吊车在去往大连的途中，吊车滑落入渤海。事故的频繁发 生，使得大型构件在滚装运输条件下的安全性问题日益受到人们的关注。 由于实施大件运输工程是近些年出现和发展的工作且这项工作是一项综合技术要求较 高的工作。运输中主要存在的安全闯题主要是滚装上下船的调倾配载，货物的绑扎固定， 海上拖运过程中的稳性问题。因此，应对以匕三个部分进行深入的研究和计算，从而确保 整个运输过程中的安全性。 。 0 2 大型构件滚装运输的简介 滚装运输是指在供方码头将待运货物采用滚装工艺，使其滚装上船，经加固后，由海 上运输至用户港口码头，再经滚装下船后定位于使用轨遣完成滚装运输过程a 这个过程 中比较重要的几个部分是滚装上下船过程中的调倾配载计算，构件在船上的绑扎固定，船 舶在滚装过程中的强度以及船舶在运输过程中的稳性等。本文就以上几个部分进行了计算 和研究。 o 3 本文重点要研究的三个方面 大型构件海t 运输安全性分析 o 3 1 滚装过程中的调倾配载 大型构件滚装运输过程中，最先碰到的问题是如何由陆上码头滚装到船上，这是至关 重要的一步。由于其风险性较大必须准确计算，细心校核。构件通过滚装运行机构由码头 通过过桥梁运送到船上，在选定了实际潮位后，要保证在滚装过程中码头、过桥梁与船体 始终保持在一条水平线上，以免在滚装过程中构件产生倾斜甚至倾覆事故。大型构件在滚 装前进过程中加载到船上的重量要通过排注特定舱室中的压载水来保持码头、过桥梁与船 体的平衡。 本文这个部分主要选择了三种方案进行调倾配载计算，以方案一为例进行分析和计 算。根据重量平衡和重心不变原则针对不同的方案计算出相应的排出和注入压载水量，并 且依据所选方案在选定的舱室内进行排出和注入压载水工作以达到调倾配载的目的。 o 3 2 货物的绑扎问题 l 绑扎部分分为两个方面，一方面是滚装运行机构的绑扎固定，另一方面是货物的绑扎 固定。 由于滚装机构有滑动性所以首先考虑要对轮组进行绑扎固定。经过分析和比较，决定 采取轮间绑扎和轮前部固定并行的方法。轮间绑扎主要是用绞索将相邻的两个轮子固定起 来，轮前部固定主要是用加固件固定在轨道上阻止轮子滑动。 甲板货物的绑扎借鉴了大连理工大学陆丛红博士在超大型海洋结构物海上安全运输 绑扎件设计中提到的绑扎件的制作及安装过程中，由于考虑的因素不够周全，或强度不 够易造成海难事故的经验教训。并且根据具体工程项目，结合实际工程经验，对绑扎系统 设计中应注意的关键问题进行了剖析；谢敏在甲板集装箱绑扎技术中对舱面( 舱盖或 甲板) 上集装箱绑扎技术及注意事项的研究：大连海事大学沈华在车辆积载与绑扎系固 系统中所讨论的对于货物的合理积载，系统在实际工程中的应用；郭尊东在客滚船车 辆的绑扎固定设备要求中提到的绑扎固定设备的构造原理和动作方法，优点与不足的比 较分析等。设计了一套比较安全实用的绑扎方法。具体是在主甲板的边板上安装立柱，承 窝和地铃。货物的绑扎分为两层，第一层是用短钢丝绳、地环、铁滑轮和长钢丝绳形成z 型网状结构。通过z 型网状结构，钢丝绳软环与地铃将甲板上的木材紧紧地绑扎在船舶的 主甲板上。第二层用铁链条、地环和大花兰螺丝形成收紧系统，在z 型扎紧网的基础上又 增加了道安全保险设施。 这种绑扎方法方便、经济、实用、安全系数很高。立柱、钢丝绳、铁链条、铁滑轮和 大花兰螺丝在不装货时可以拆卸下来不会占用空间，且都是较容易获得的材料，经济实 - 2 - 大连理工大学硕士学位论文 用。双层保护网可以将主梁连同滚装运行机构牢牢地固定在甲板上，不会产生滑移和倾 斜，安全系数较高。 0 3 。3 拖运过程中的稳性和耐波性 在拖运过程船体受风浪的影响也会产生摇荡运动，而对于这种大型构件来说主要的不 安全因素来自于横摇运动，摇荡运动会产生产生地附加应力、动力载荷使船体建筑物和设 备遭到破坏，摇摆时水阻力的增加和推进器工作条件的恶化而使船舶航速降低，最主要的 是大幅横摇使船舶过分瓯斜甚至倾覆。 船舶在海上的摇荡运动主要是由海浪引起的。由海浪引起的外力矩，作用于行驶的船 舶上，使船产生某倾角口。当风浪引起的外力矩间歇停止时，在复原力矩的作用下，船 舶要回到原来的状态，因而开始回转运动。并且由于惯性作用，船舶经过原来状态后将肉 另_ 舷倾斜，于是就产生了横摇运动。在小角度的情况下，横摇周期与横摇角度的大小及 横摇持续时间长短无关，仅决定于排水量、初稳性高和惯性矩，所以乙称为横摇固有周 期。随着横摇值的增加，横摇的等时性就消失了横摇固有周期是船舶横摇的重要指标， 并和波浪上的横摇有密切的关系。乃越大，船在波浪上的横荡越缓和，因此适当的增加固 有周期嚣既可以使船舶摇幅减小，又可以增加舒适性。 0 4 本文研究的主要内容 本论文根据具体实例吸取重大事故中的经验和教训，着重针对易出现安全问题的环节 进行计算和研究。主要做了以下几个方面的工作： 、在滚装上下船部分 ( 1 ) 准备阶段： 1 、对主梁选择合理的分段长度和运输方法； 2 、滚装运行机构的布置及安装，包括轨道的长度布置安装，轮子的数日和分布，过 桥梁的长度布置安装等： 3 、滚装时间的确定： 4 、根据实际情况选择适合的拖船； ( 2 ) 滚装实施阶段： 1 、选用两种不同的方案进行调倾配载分析和计算。以方案一为例详细介绍； 2 、针对滚装过程中两个关键时刻进行船体剪力，弯矩与强度的计算和讨论； 3 、对总纵强度进行分析和计算； 二、拖运部分t 3 - 大型构件海上运输安全性分析 1 、选择合理经济的绑扎方案，并针对方案进行受力分析； 2 、对于装载后的最终状态进行稳性分析和校核； 3 、在不同吃水情况下，对风压、风倾力臂及最小倾覆力臂进行计算； 4 、分别对大、小梁拖运过程中的惯性力进行计算； 4 大连理工大学硕士学位论文 1 滚装工程的描述 本论文所描述的构件运输分析和计算，是基于安装于大连造船重工有限责任公司新建 的4 5 0 m 长大坞上的主梁。为了运输方案的可行性和安全性，经过论证将主梁分为大小两 段，分期运输。 1 1 大型构件的描述 小段主梁由4 个分段组成分别为m i m 4 ，总长约6 0 m ，总重约7 0 3 t 。大段主梁由9 个分段组成分别为m 5 - - m 1 3 ，总长约1 3 1 m ，总重约1 5 6 0 t 。 图1 1 小梁示意图 f i g a 1s k e t c h m a p o f s m a l lb e a m 图1 2 大粲示意图 f 培1 2 s k e t c h m a p o f c r o s s b e a m 5 大型构件海上运输安全性分析 1 2 滚装机构的描述 1 2 1 小粱运输滚装机构 小粱的滚装上船运行机构共2 4 个车轮分四角布置每组6 个车轮，用本机大车运行机 构，另配两个滚装运输梁。滚装运行机构轨距为9 1 4 4 m ，基距为2 7 5 m ，高度为4 4 4 m 小段主梁由主装合拢位置至码头前沿滚装轨道总长度约为1 2 0 8 米，由于主梁组装合 拢垫架高度远小于滚装运行机构高度，必须将主梁由目前高度抬升到主梁下盖板距地面5 米以上时才能将滚装机构运输梁安装在滚装平衡台车组上。补齐至岸边的全部滚装轨道， 后端用3 0 0 吨履带吊作制动牵引锚固点，前端用4 号系缆桩作牵引滑轮组锚固点。 滚装运行机构中本机运行机构部分重量为5 2 8 吨，滚装工艺梁中运输工艺梁部分重量 为4 1 ，6 吨，滚装承轨梁5 0 吨，总重为1 4 4 4 吨。 图1 3 小舞缬融蝴示惹图 f i z z 3s k e t c h m a p a t p o l l p a c k m 拳i l l j 盔时 1 2 2 大梁滚装机构 滚装上船运行机构采用本机大车三道梁以下部分共四组，另配两个工艺梁，共4 8 个 车轮分四角布置每组1 2 个车轮。滚装运行机构轨距为9 1 4 4 m ，基距为5 0 m 按重心对称布 置，轮距为0 g m 。( 大梁滚装机构示意图同图1 3 ) 大段主梁需由组装合拢高度提升至下盖板离地6 m 以上才能安装滚装运输梁。滚装运 行机构中本机大车部分重量为1 4 6 t ，滚装工艺梁重量为l o o t ，滚装承轨梁6 5 吨，总重为 3 1 1 吨。 1 3 运输船的选择与描述 对于驳船的选择从以下几个方面进行考虑： 首先是船的尺度，船的尺度要根据所运输构件的尺度、重量、码头和潮位等进行选 择。 6 大连理工大学硕士学位论文 船长不能太短，根据梁的实际长度若船体长度不够则会产生较大的纵倾角，甚至会产 生倾覆：船体长度也不能太长，由于滚装过程是在平潮时进行，而平潮持续时间大概为1 个小时，船体太长梁滚装的时间就会变长，超出平潮时间潮位发生变化会给滚装带来困 难。 其次是驳船的装载能力，船体的装载能力应满足大梁的要求( 小梁重为7 0 3 吨，长为 6 0 米；大梁重为1 5 6 0 吨，长为1 3 1 米) 。 基于以上考虑选择使用以下驳船并带有便于调倾的压载水舱。 所选驳船基本数据如下： 船长l-915m 型宽 b = 2 4 4 m 型深 d = 6 o m 满载吃水( 设计吃水) t = 4 5m 计算吃水4 0 m 空船重量 g = - 1 2 1 5t 满载排水量( 4 5i n 吃水) a - - 9 0 3 3 9 4t 船尾距重心l g - - 4 4 4 9m 驳船压载水舱布置见下图： 、 ， 左8左7左6左5左4左3左2左1 右8右7右6右5右4右3右2右l 。 图1 4 驳船压载水舱布置图 f i g 1 4 d i s t r 蛳t e d i a g r l a m o f t u g b o a t w a t e r c a b i n s 本文滚装过程中需要进行调倾配载计算，因此压载水舱分为两种：一种舱室是起到压 载作用的，即注入适量的压载水后使船体具有一定的吃水。另种舱室是用来进行调倾计 7 大型构件海上运输安全性分析 算的，这部分舱室内的压载水量会因为船体受力的大小和位置而发生变化，根据计算注入 或排出一定的压载水，以保证船体平衡。 下图是各舱室的容积示意图： 、 6 3 6 吨 ? 6 0 吨7 6 0 吨? 6 0 吨7 6 0 吨7 6 0 吨? 6 0 吨 6 3 6 吨 6 3 6 吨 ? 6 0 吨7 6 0 吨7 6 0 吨7 6 0 吨 7 6 0 吨7 8 0 吨6 3 6 吨 图1 5 驳船压载水舱容积图 f i g 1 5c a p a c i t y o f t u g b o a t w a t e r c a b i n s 8 大连理工大学硕士学位论文 2 滚装的准备工作 2 1 过桥梁的设置 过桥梁是连接码头和驳船的过渡装置，滚装运行机构从码头通过过桥梁运行到驳船 上。过桥梁的长度根据码头和驳船的实际情况而定。 滚装上船时：过桥梁长度为2 8m ，两端与码头和船尾铰撬两铰接点距离为2 7m 。 滚装下船时；用7 5m 过桥梁将驳船与码头滚装轨道对接，两绞接点间的距离为7 2 r m 2 2 潮位的选择 实施滚装运输时般选择在平潮时，或者是较长一段时间内潮位变化不大的时候。这 样在滚装过程的调倾配载计算中，由潮位引起的调倾与配载部分的计算和实施过程会变得 简单。若潮位无变化或变化很少，则可以忽略不计，减少了人力和物力的消耗。 以下是实旋大、小梁滚装上船作业当天的潮汐表： 图2 i 小粱实旅滚装e 船当天的潮汐表 f i g - 2 1 t h e f i d e o f t h e d a y l h a ts m a l l b e a m g o a b o a r d 小粱实施滚装工程选在上午8 点开始。8 点时潮位为2 6 8 厘米，9 点时潮位为2 6 1 厘 米，这个时间段里潮位变化不是很大，很适合进行滚装作业 9 - 大型构件海t 运输安全性分析 图2 2 大梁实施滚装e 船当天的潮汐表 f i g 2 2 t h e t i d e o f t h e d a y t h a t c r o s s b e a m g o a b o a r d 大梁实施滚装工程选在上午l o 点开始。1 0 点时潮位为2 2 2 厘米，11 点时潮位为2 2 2 厘米，这个时间段里潮位没有变化，很适合进行滚装作业。 2 3 船体的调平 船体的调平是根据码头的实际情况计算出船舶的吃水量，根据吃水量确定需要加入的 压载水量，然后向选定的舱室内注入压载水，使得码头、过桥梁与船体在同一水平线上。 若设码头标高为h ，滚装过程所选择的潮位为h ，船体的型深为d ； 则选择潮位与码头的高度差为：h - h 船体的吃水量为：d - ( h - h ) ，根据吃水可以知道所需注入的压载水量。 根据预期计算将所需注入的压载水分别注入到起压载作用的水舱和起调倾作用的水舱 中。由于潮位的变化而引起的船体吃水的变化，可以通过排出和注入起压载作用的水舱内 的压载水，来达到船体的吃水等于d - ( h - h ) 的目的。构件滚装过程中引起的船体纵倾， 可以通过计算，排出和注入起调倾作用舱室内的压载水，以保证船体平衡。 本论文中根据实际情况求得低潮位与码头最大高差为3 9 8m ；船舶型深为6 m 时，船 体吃水为2 0 2m ，此时对应的排水量为3 9 6 9 i t 除去船体本身的重量，应向压载水舱内注 入压载水为2 7 1 2 1t ( 未计水泵，绑扎等) 。压载水般是先加在船体中部的舱室内，而不加 在船体两端的舱室内。若加在船体两端的舱室则船中部会受到附加弯矩和剪力的作用，对 船体造成破坏。本文由于滚装过程中梁由船尾部上船，为保持船体的平衡必须向船首部的 - 1 0 - 大连理工大学硕士学位论文 舱室内注入一定量的压载水，从船尾部的舱室内排出一定量的压载水，所以在滚装准备阶 段要向船两端的舱室内注入适量的压载水。 具体操作是将压载水注入到位于船中的4 、5 舱室和位于船两端的i 、8 舱室。4 、5 舱 室注入压载水主要是用来保证船体具有一定的吃水，即起到压载的作用。l 、8 舱室的压载 水是用来进行调倾配载计算的，所以在滚装过程中1 、8 舱室内的水量是不断变化的，所 以l 、8 舱室是用来调倾的舱室。 码头示意图： f i 五 h c i v 图2 3 船体调平示意图 f 啦3 m 眦o f 恤d a y 恤咖g o a b o a r d 船体的吃水 1 = 1 3 - ( h m - h c ) = d - h 2 4 梁的终止位置 粱的终止位置是指梁停止运行对在船上所处的位置。 由于船体的重心在距离船尾部4 4 9 米处，所以大小梁在终止位置时其重心应与船体 的重心处于同铅垂线上，这样会避免产生纵倾现象。根据这一原则可以确定大小梁的终 止位置 ( 1 ) 小段主梁的萤c ，距驳船船尾距离为4 4 4 9 m 时，即后轮运行机构的中心距船尾距离 为2 9 9 m 。 。- 大型构件海上运输安全性分析 圈2 4 小梁的终止位置 p i g 2 4 t e n n i r 曲p o s i f i o m o f s m a u b e m n ( 2 ) 大段主梁的重心距驳船船尾距离为4 4 4 9 m 时，即后轮运行机构的中心距船尾距离 为1 9 4 9 m 。 2 5 滚装时间的确定 图2 5 大梁的终止位置 f 嘻2 5t e r m i n a t ep o r t i o no f c r o s s t x r n 2 5 1 小梁滚装上船过程所需要的时间 为了具体说明，现将小梁滚装上船过程分为4 个阶段： 第一阶段：首组轮第个轮子接触过桥梁到首组轮全部上船； 第二阶段：首组轮在船上的轨道t 运行到尾组轮第一个轮子到达过桥梁； 第三阶段：尾组轮第个轮子接触过桥梁到尾组轮全部上船； 第四阶段：小梁运行到最终位置。 1 2 - 大鲤工大学硕士学位论文 第一个阶段，由于过桥梁与驳船尾部是铰接关系，小梁一旦接触到过桥梁就会有分力 作用到船上。随着轮组的前进加在船上的重量不断增加，这时需要从位于船尾部的8 舱内 排出压载水，向船首部的1 舱内注入压载水以调节船体平衡。8 舱和1 舱具体的排出和注 入水量，以及所用时间见下表：( 选用水泵能力为2 5 0 吨小时；初始状态1 舱和8 舱各注 入7 0 0 t 压载水，4 舱和5 舱各注入6 5 6 0 s t 压载水；) 表2 1 小梁滚装e 船过程第一阶段具体数据 t a b 2 1 ，r k 伽z i a e 把d a t a o f 翎讪h 5 锄t h e 丘墙t s 避萨幻g o a b o a r d 图2 6 小梁滚装机构首组轮上船过程步数与时间分布曲线 f i g 2 6 s m a l l b e a m f i r s t o r g a n z a t i o n g o a b o a r d p r o c e s s t r e a d n u m b e r s a n d i 缸l e o j i v c 1 3 大型构件海上运输安全性分析 图2 7 小梁滚装机构首组轮上船过程步数与舱室水量变化曲线 f i g 2 7 s m a l l b e a m f i r s t o t g a a i z a t i o a g o a 嘲p l o 龉锄d m 衄快b r i d t h e w a t e r q u a n t i t y 姆 第二个阶段中小梁作用在船上的重量是不变的，只是这部分重量的萤d 作用点距船体 萤i ) 之间的距离在不断的变化，具体数据如下： 表2 2 小梁滚装e 船过程第二阶段具体数据 t a b 2 2 n 摇n 鼬l c d a t a o f s m a l l b e a m t h e s e c o n d , 蛙a g e w g o a b o a r d 1 4 大连理工大学硕士学位论文 图2 卫小粱滚装机构酋组轮上船后到尾轮到过桥梁边过程步数与时间分布曲线 f i g 2 8s m a l lb e a mt h es e c o n ds t a g eg oa b o a r dp r o c e s st r e a dn m 嘛a n dt i m ec u r v e 图2 9 小梁滚装机构首组轮上船后到尾轮到过桥梁边过程步数与舱室水量变化曲线 f i g 2 9 s m a l l b e a m t h es e c o n d s t a g e g o a b o a r d p r o c e s s u e a d n l m l b e r s a n d t h e w a t e r q u a n t i t y c h a n g e a m 第三个阶段中首组轮作用于船上的重量是不变的，尾组轮在过桥过程中重量逐渐加到 船上，具体数据如下： 1 5 大型构件海上运输安全性分析 表2 3 小梁滚装上船过程第三阶段具体数据 t a b 2 3 t h e c o n c r e t e d m o f s m a l l b e a m t h e t h i r ds t a g e t o g o a b o a r d 图2 l o 小粱滚装机构尾组轮e 船过程步数与时同分布曲线 f i g 2 1 0 s m a l l b e a m t h e t h i r ds 纽g e g o a b o a r d p r o c e s s t r e a d n u m b e r s a n d t i m e 伽r - 1 6 大连理工大学硕士学位论文 图乞1 1 小梁滚装机构尾组轮t 船过程步数与舱室水量变化曲线 f i g 2 1 1 s m a l l b e a m t h e t h i r ds t a g e g o a b o a r d p r o c e s s t r e a d n u m b e r s a n d t h e w a t e r q u a n t i t y c h a n g e c u e 第四个阶段与第二个阶段计算过程相同，唯不同的是轮组数增加到了两组。 表2 4 小粱滚装上船过程第四阶段具体数据 t a b , 2 4t a ec o n c r e t ed a t ao f s m a l lb e a mt h ef o u r t hs t a g et og oa b o a r d 1 7 大型构件海上运输安全性分析 图2 1 2 小粱滚装机构运行到最终位置过程步数与时间的分布曲线 脚z 1 2 s m a l l b e a m t h e f o u r t h s t a g e g o a b o a r d p r o c e s s t r e a d n u m b e r s a n d t i l l l e c u , - v c 图z1 3 小梁滚装机构运行到最终位置过程步数与舱室水量变化曲线 f i g r 2 1 3 s m a l l 蛐f o u r t hs t a g e g o a b o a i dp l o 慨d 删面e ba n d t h e w a t e r q u a n t i t y c h a n g e c u e 综上所述，小梁滚装上船过程需要耗时“5 7 分钟。整个滚装过程中潮位变化了7 厘 米，可以通过向起压载作用的水舱排出和注入压载水来进行调节。 2 5 2 大梁滚装上船过程所需要的时问 大梁滚装上船过程主要分为4 个阶段： 1 8 大勰工大学硕士学位论文 第一阶段：首组轮第个轮子接触过桥梁到首组轮全部上船； 第二阶段：首组轮在船上的轨道上运行到尾组轮第一个轮子到达过桥梁； 第三阶段：尾组轮第个轮子接触过桥梁到尾组轮全部上船： 第四阶段：两组轮全部上船到大梁运行到最终位置。 大梁每个轮组中由1 2 个轮子组成，运行过程与小梁相同，选用水泵能力为2 5 叫小 时，初始状态时，1 舱和8 舱各注入1 2 5 0 t 压载水，4 舱和5 舱各注入1 0 6 t 压载水。 大梁滚装上船过程第个阶段，首组轮第一个轮子接触过桥梁到首组轮全部上船，具 体数据如下： 表2 5 大粱滚装上船过程第一阶段具体数据 t a b 2 5 丁k 仳l e 把d a t a o f 幽t h e f i r s t s t a g e t o g o a b o a r d 1 9 大型构件海上运输安全性分析 圈2 1 4 大梁滚装机构首组轮e 船过程步数与时间分布曲线 y l _ g 2 1 4 c y o s s b c a m f i r s t o r g a n i z a t i o n g o a b o a r d p n x ：e s s u e a d d u m b e r s a n d t i m e c u r v e 图2 1 5 大粱滚装机构首组轮e 船过程步数与舱室水量变化曲线 脚z 1 5 c r o s s a m f i r s t o r g a n i z a t i o n g o a b o a r d p r o c e s s t r e a d n u m b e r sa n d t h e w a t e r q u a n t l t y c h a n g e c e r v e 大梁滚装上船过程第二阶段，首组轮在船上的轨道上运行到尾组轮第个轮子到达过 桥梁，具体数据如下： 2 0 大连理工大学硕士学位论文 袭2 6 大粱滚装t 船过程第二阶段具体数据 t a b 2 6 t h e c o n c r e t e d a t a o f c r o s s b e a m t h e s e c o n ds t a g e t o g o a b o a r d 图2 1 6 大梁滚装机构首绍轮t 船后到尾轮到过桥梁边过程步数与时间分布曲线 f 嘻2 1 6 c r o s s b e a m t h es e c o n d s t a g e g o a b o a r d p r o c e s s f f e a d n u l 出l - s a n d t i m e c l l n r e - 2 1 大型构件海上运输安全性分析 图2 1 7 大粱滚装机构首组轮e 船后到尾轮到过桥梁边过程步数与舱室水量变化曲线 f i 昌2 1 7 c 幻稻b 锄t h es e c o n d s t a g e g oa b o a r d p r o c e s s t r e a d n u m b e 捋a n d t h e w a t e r q u a n t i t y c h a n g e c 山v e 大梁滚装上船过程第三阶段，尾组轮第一个轮子接触过桥梁到尾组轮全部上船，具体 数据如下： 表2 7 大梁滚装上船过程第三阶段具体数据 t a b 2 7 t h e c o n c r e t e d a t a o f c r o s s b e a m t h e t h i r d s t a g e t o g o a b o a r d 2 2 下： 大连理工大学硕士学位论文 图2 1 8 大粱滚装机构尾组轮t 船过程步数与时间分布曲线 h g 2 1 8c r o s s b e a mt h et h i r ds t a g eg oa b o a r dp r o c e s su r a dn u m b c ma n dt h n eo m 图z1 9 大粱滚装机构尾组轮e 船过程步数与舱室水量变化曲线 h g 2 d 9 c r o s s b e a m t h e t h i r d s t a g e g o a b o a r d p r o c e s s t r e a d n e m b c i s a n d t h e w a t c f q u a n d t y c h a n g ec u r v e 大梁滚装上船过程第四阶段，两组轮全部上船到大粱运行到最终位置，具体数据如 2 3 大型构件海上运输安全性分析 表2 8 大梁滚装t 船过程第四阶段具体数据 t a b 2 8 t h e c o 咖 e 血诅o t c m 幽l m t h e f o u a hs i a g e t o g oa b o a r d 图2 2 0 小梁滚装机构运行到最终位置过程步数与时间分布的曲线 2 2 0 0 稍s b e a m m e 鼬s t a g e g o a b o a r d p r o c 鲻的a d 加n 】b 哪a n d 血鹏 2 4 大连理工大学硕士学位论文 图2 2 小粱滚装机构运行到最终位置过程步数与舱室水量变化曲线 f i 9 2 2 1c r o s s b e a m t l 】e f o u r t h s t a g e g o a b o a r d p r o c e s s 缸e a d 翔n b e f s a n d r e w a t e r q u 蛐c h a n g e a m 综上所述，大梁滚装e 船过程需要耗时7 1 0 2 分钟。整个滚装过程中潮位变化了2 4 厘米，可以通过向起压载作用的水舱排出和注入压载水来进行调节。 - 2 5 大型构件海上运输安全性分析 3 滚装过程中的调倾配载 3 1 调倾配载的理论研究及实施方法 滚装过程是将大型构件绑扎在运行机构上，沿码头上的轨道通过过桥梁装载到驳船 上。要完成这一过程就要保证在滚装过程中，轨道、过桥梁和驳船是在同一水平面上，否 则构件会产生倾斜，甚至倾翻发生事故 本文中梁在陆地轨道上运行时没有重量加载到船上，所以不涉及调倾配载问题。由于 过桥梁与船是铰接关系，所以当梁接触到过桥梁后就会有重量传递到驳船上，这时就需要 进行调倾配载计算了。具体的实施方法是，在滚装的准备阶段，根据实际的潮位与码头的 高度差计算船体的吃水，并向指定的压载水舱内注入压载水使船体与码头处于同一水平面 上。在滚装过程中梁的重量是逐渐加到船体上的，因此船尾会因为受力而下沉、船首会上 抬，船体会因此产生纵倾角。此时需要通过计算，排除和注入指定舱室内的压载水，将船 体调平并且平衡梁加载