內河大艙口船舶裝運特殊貨物強度與穩性探析

王長安

摘 要：內河大艙口船舶的優越性能得到了廣泛的認同，但因其強度與穩性不足、裝載不當、超載等原因，船舶斷裂、傾覆等事故接連不斷。本文對大艙口船舶強度與穩性進行了分析，對此類船舶裝運重大件及積載因素小于0.56m3/t的高密度貨物時提出了幾點限制措施。

關鍵詞：大艙口船舶 強度 穩性 特殊貨物

近年來，船舶斷裂、翻沉事故時有發生，人員傷亡慘重，造成了巨額經濟財產損失。在斷裂、翻沉事故的統計分析中，有3點值得深思：①不泛船齡較小的船舶發生斷裂、翻沉事故（2005年以后建造）；②斷裂事故多發生在裝卸過程中及裝載完成時，翻沉事故多發生在航行過程中；③船舶動力設備、航行設備、操舵系統等故障引起的船舶斷裂、翻沉事故比重相對較小。

船舶強度是否滿足要求，取決于船體結構尺度的正確選擇和船上載荷分布的合理性。對已投入營運船舶，只能采取局部加強，通過合理配載來改善船舶的受力情況。因此，正確的使用船舶，充分利用船舶的載貨能力，合理地分布載荷，保證貨物積載滿足船舶強度與穩性的要求，對保證船舶安全運輸和延長船舶使用壽命都具有重要的現實意義。

內河大艙口船舶強度與穩性分析

1、強度分析

大艙口船舶具有堅固的橫向框架來支持船殼板、甲板等，一般船舶的橫向構件尺寸與縱向構件尺寸相比要大得多，因而，橫向強度一般是夠的，船舶很少因為橫向強度不足而發生橫向結構斷裂的情況。

從船舶積載角度來說，主要要考慮船舶的縱向強度和局部強度。船舶在建造過程中，因各縱向部分的重量差異，會使得船體各部分重力與浮力的不同，進而產生剪力和彎矩，剪力在船首尾1/4處附近最大，約為大艙口船舶的艙口角隅位置，彎矩的最大值則約在船中處。為了減小彎矩，在船舶積載和裝卸貨物時應注意：①保證船體每一段的重力與浮力的分布均衡；②應防止裝卸過程中貨物質量沿船舶縱向分布不合理；③考慮壓載及船舶總體布置對船體總縱強度及變形的影響。

局部強度對大艙口船舶的整體強度而言也是至關重要的，如艙口角隅、人孔等，船舶主甲板在艙口位置面積突然改變，此處易產生應力集中，所以該部位應予以加強。利用有限元分析可知，大艙口船舶在艙口角隅及船中0.4L范圍內，應力較大，如圖1。局部強度雖然是局部性的，但是有時局部的破壞，如因大艙口角隅處的裂縫而導致整個船體斷裂的事故也時有發生。

因此，在配積載時，應認真校核船舶的縱向強度和局部強度，計算船體縱向強度及上甲板、中間甲板、底艙的局部強度是否符合要求，防止甲板、艙口圍板或內底板受力變形或坍塌等。

2、穩性分析

船舶穩性不足，會導致船舶傾覆；穩性過大，又會引起船舶在風浪中劇烈的橫搖，引起貨物移位，同樣產生不利的影響，故船舶在整個航行過程中，都要具有適度的穩性。

船舶穩性衡準計算依賴于對船舶裝載全面和準確的掌握。然而，在實際工作中，船員對裝載狀態掌握的及時性與準確性往往受到限制。為滿足船舶的穩性要求，船舶駕駛員應根據自己知識和經驗，做到以下三點：①測定橫搖周期推算初穩性高度；②測定船舶靜傾角推算船舶初穩性高度；③熟知船舶穩性不足的征兆，如船舶受到較小的外力矩作用就發生明顯的橫傾，且橫搖過程很緩慢，即可斷定船舶初穩性不足。

特殊貨物特性分析

船舶配載，應充分了解其所托運貨物性質，要對貨物的適裝性進行評估。對內河大艙口船舶而言，特殊貨物是指：危險品（易燃、易爆、易腐蝕、易揮發有毒氣體、易吸水、易流態化等）、積載因素較小貨物、重大件貨物。

1、積載因素較小貨物

積載因素小的貨物具有密度大、單位質量占據體積小、部分貨物還具有易吸水、易流動等特點，如金屬礦石。積載因素小的貨物在裝載時，易造成船舶重心降低，GM較大，船舶受風浪時橫搖周期加快，減少船舶適航性，因此，配載時應特別考慮對船舶強度和穩性的影響。對船舶運輸而言，易吸水、易流態化也是易使船舶傾覆的危險貨物。易流態化貨物的“流動水分點”，是指這類貨物達到發生流態化特性時的含水量，即該貨物達到這個含水量就會發生流動，如精礦粉，因其含有水分，在船舶運輸過程中可能發生流化現象而引起貨物移動，有些貨物易有水分遷移，貨物表面呈干燥狀，但內部仍有可能發生流化而不被發現，造成貨物移動，從而導致船舶傾斜，穩性降低，甚至發生船舶的沉船事故。如遭遇惡劣氣象條件，則更加危險，船上人員往往來不及自救甚至求救，船舶已經沉沒。

2、重大件貨物

重大件貨物是指單件質量或尺度超過規定限額的貨物，如大型設備、卷板、巨型石塊等。重大件貨物在裝運過程中，其與艙底板的接觸面積小，局部壓強大。此外，部分重大件貨物，還具有滾動、滑移等特點，如鋼材卷板。我國規定，我國沿海運輸中凡單件質量超過5t或單件長度超過9m的貨物均屬于重大件貨物。

以馬鋼生產的卷鋼為例，長1160毫米，重4515千克，在貨艙堆放且無襯墊時，對艙底板產生的壓力為P=F/S，按接觸面積10毫米寬計算，對艙底的局部壓力為2765.4kPa。底艙允許均布負荷Pd是底艙高度與設計時假定貨物的裝載率確定。

縱向強度校核

內河大艙口船舶因結構簡單，雙層底縱橫向構件密度大，因而船舶重心較低，穩性充裕。在實際裝載過程中，應主要校核大艙口船舶的縱向強度。

強度曲線圖可定性和定量分析船舶總縱強度，如圖2。圖中點劃線為船體受力理想狀態，其彎矩為零，船舶無中拱、中垂變形；兩條虛線為船體靜水彎矩等于空船狀態時的靜水彎矩的中拱和中垂邊界；實線是規范允許船舶所能承受最大靜水彎矩的中拱和中垂邊界線。船舶在裝載時，應根據船舶某一裝載狀態下的平均型吃水與船舶裝載時對船中力矩的絕對值的交點位置，判斷船舶的受力情況，交點落在虛線之間為允許狀態，交點在實線之外為船舶應力危險狀況，應盡量避免。endprint

限制措施

對內河船舶而言，裝運大件貨物和積載因素較小貨物情況較多，這種潛在的危險不易察覺，因此需特別引起注意。重大件運輸需要對擬裝艙室進行強度校核，此外裝運體積較小的重大件時還要使用襯墊，以增大貨物的接觸面積，降低甲板的實際載荷，襯墊物的走向應與骨材垂直，且應盡量跨過多道骨材；對易滾動貨物，要進行必要的系固，避免貨物發生移動，造成船舶傾斜；對艙口角隅、艙底板等部位進行局部加強，防止該部位的變形或撕裂；裝卸時要保持船舶水平，使貨件能同時著落貨起離甲板。大艙口船舶裝運積載因素較小的散裝貨物運輸，應注意如下幾點：

1、合理裝卸

嚴格遵循船舶裝卸流程，保證裝卸過程中貨物質量沿船舶縱向的合理分布，防止在裝卸過程中船舶出現中拱或中垂現象；裝載時，盡量降低貨物落艙高度，以減小貨物對艙底板局部強度影響；采用合理的裝卸速度，防止出現貨艙結構的局部損壞；防止貨物裝卸過程中，貨物移位、滾動。

2、平艙措施

當船舶裝運積載因素為0.56m3/t或以下高密度固體散貨時，應特別注意貨物質量的分配，避免船體產生過大的應力。在強度允許的前提下，應盡可能裝滿，并進行合理平艙；要減少散裝貨物在營運途中移動的危險，貨物應平整至貨艙邊界，對于船長為100米以下的船舶尤為如此；對于靜止角小于或等于30°的非粘性散貨，由于其具有與散裝谷物一樣的散落性，因此還應遵守谷物裝載的有關規定。

3、穩性補償

增設頂邊艙和底邊艙，通過壓載方式（頂邊艙打入壓載水，底邊艙排出壓載水），提高裝貨重心，以達到減小船舶的初穩性高度，減輕船舶在風浪中的劇烈橫搖晃，增大搖晃周期；此外頂邊艙和底邊艙的設置，還可以使得貨物集中在船中部位，有效防止貨物移動。

4、增設艙口蓋或艙口蓋布

要防止船舶在營運過程中，因甲板上浪、雨水、結冰等導致貨物移位、船舶超載；此外，要保證貨艙部位排水通暢，防止貨艙積水；要防止含水量較大貨物在航行中因船舶顛簸、振動、其水分滲出，其表面形成可流動狀態（表層流態化的貨物在風浪中搖擺時會流向一舷、而船舶回搖時貨物卻不能完全流回，如此往復，將會使船舶逐漸傾斜而傾覆）。

參考文獻：

[1]范育軍.船舶原理與積載.哈爾濱工程大學出版社.2008.8

[2]徐邦禎，姜華.重大件貨物裝卸中船舶穩性的計算及調整.大連海事大學學報.2003.2

（作者單位：安徽省滁州市地方海事局）endprint