论文部分内容阅读
滚装船运输的特点就决定了绑扎系统的重要性，随着滚装运输市场的发展，滚装船上的绑扎问题就成了影响滚装船安全性的重要因素。从国内外典型的滚装船事故调查报告分析来看，船舶开航前都无一例外对车辆进行了系固，包括链条、木楔，但是货移船沉的事故仍旧发生。因此，对于某一位置特定车辆究竟需要在什么位置、设置多少绑扎才能有效抵抗船舶特定航次可能遇到的风浪，如何确保绑扎的可靠性，已成为确保滚装船运输安全的重要课题。
1.绑扎系统设计的基本原则
不危及船舶和人员的安全是绑扎系统设计的基本原则。如何确保安全呢？从典型的事故调查情况来看，不当积载和绑扎是主要原因，因此，如何积载和绑扎也就构成了设计、维护绑扎系统的两大主要内容。为确保绑扎的有效性，应至少符合以下几个方面：
首先，绑扎系统应符合国际公约、法规、船级社规范，以及主管当局的有关规定，如IMO《货物积载和绑扎安全操作规则》（CSS规则）。
其次，在设计阶段，对船舶拟装货物移动风险进行评估。根据滚装货物的尺寸、物理特性、位置和积载，航次气候和海况特点等数据。建立数学模型，模拟船舶主要工况，分析绑扎系统的强度和稳定性，可提高设计精准度。
此外，还要充分考虑积载和绑扎方面的实践经验。比如绑扎点布置不合理导致的结构破坏、绑扎失效等典型的绑扎失效案例。
2.绑扎系统的主要内容
绑扎系统由无数个绑扎单元组成，每个单元又由船上的系固点、车辆上的系固点和绑扎设备构成，三方面相辅相成，确保了绑扎单元的可靠性。下面将从这三个方面全面介绍绑扎单元。
2.1 滚装船上系固点的设置
系固点即为绑扎单元的受力端，合理的系固点布置应避免对结构的破坏，也能优化货物装载。任何超过船体结构所承受的最大绑扎负荷都应该被避免，这是绑扎点布置的基本原则。一般应考虑到：
（1）船舶的载货能力，以及拟载运滚装货物的尺寸、重量、是否容易产生滑移等特点;
（2）用于载货的甲板、舱底板的最大许用载荷，以及舷侧肋骨、舱壁扶强材和甲板横梁等构件的承载能力;
（3）在甲板板、舱壁板上设置绑扎设备时，必须同扶强材、横梁、纵骨或肋板重合，且具有合适的焊接面积来承载。以保证系固单元工作的有效性，又能确保船体结构的安全。
（4）公约、法规、船级社规范，以及主管当局的有关规定对系固点强度和间距的要求，例如A.581（14）决议关于滚装船舶在运输道路车辆时紧固安排的导则。
（5）此外，还应注意到规范、法规对脱险通道、巡逻通道、过道和通道的宽度要求。例如《国内航行海船法规检验技术规则》。
（6）最后，规范、法规对以及车辆间距的要求也是影响系固点布置的重要因素，例如中国船级社《钢质内河船舶建造规范》对车辆间距规定。
2.2 车辆上系固点的设置
车辆上的系固点作为绑扎单元受力的另一端，同样决定了绑扎的可靠性。根据A.581（14）关于滚装船舶在运输道路车辆时紧固安排的导则，道路车辆上紧固点应能使道路车辆紧固于船上而且穿孔应能穿过一根绑索，紧固点和穿孔应允许绑索通过不同方向被紧固于船舶甲板上;根据车辆的总毛重，在道路车辆两侧按安装不少于2个或不多于6个同样数目的紧固点;车辆上系固点布置应能有效限制车辆的移动，并易于安装绑扎设备和识别。
2.3 绑扎设备
绑扎设备通常是标准件，根据其在绑扎单位中的作用不同，可分为焊接件、紧固件、支撑件和其它附件，常见的绑扎设备举例如下：
表1 绑扎设备的种类
种类
形式
实例
焊接件
地铃、十字底座、D型环
紧固件
绑扎带、绑扎链、松紧器、锁紧器、花篮螺丝
支撑件
千斤顶、托架
其它附件
车掣
2.3.1绑扎设备的安全
首先，衡量绑扎设备强度的主要安全指标包括有安全工作负荷SWL、最大绑扎负荷MSL、试验负荷PL和破断强度BS，通常情况下，安全工作负荷SWL<最大绑扎负荷MSL=试验负荷PL<破断强度BS，考虑绑扎设备工作的有效性，在绑扎单元强度校核时会引入计算强度CS的概念，即通过对安全工作负荷和最大绑扎负荷进行折算求得。
其次，绑扎设备不能存在不可接受的缺陷，如：裂纹、变形、严重腐蚀。
2.3.2绑扎设备的数量
设置绑扎设备的数量主要取决于载运车辆的种类和特性，通常由绑扎设备的安全负荷和车辆可能受到的冲击载荷决定。如图1所示，在相同外界条件下，小型轿车与货车设置的绑扎设备种类和数量均有所区别。
图1 绑扎设备的数量
2.3.3绑扎设备的焊接 在进行底座、绑扎眼板与船体结构的焊接时，焊缝处的屈服强度至少应与所焊材料的屈服强度相当。以绑扎眼板为例，除非船体结构的屈服强度和厚度等同于或大于该眼板，否则应减小绑扎眼板的尺寸和增加绑扎眼板的数量，并对焊接处的船体结构进行加强。
此外，绑扎件与船体结构的焊接一般是角焊缝，根据受应力情况不同可以是填角焊、部分熔透和全熔透（疲劳应力较大时最好全熔透）。考虑到焊喉厚度=焊接系数X薄板厚度，因此按两倍焊喉厚度与焊接材料屈服强度的乘积应不小于钢板厚度与钢板屈服强度的乘积可初步确立焊接系数;
确定好的焊接形式和等级还应进行试验和检查来验证其可靠性，达到设计要求。但由于绑扎设备实际受力比较复杂，难以模拟，根据前面的简化和假设，一般可按角焊工艺认可试验，来验证是否满足设计要求。
3.积载
根据CSS规则附件4，滚装货物的积载应考虑其尽可能减少横向移动、横向移动时尽可能减少受力、横向移动时所处位置能够承受所受冲击力。因此，载运滚装货物时可遵循以下原则：
除考虑上述安全问题外，货物积载还应考虑装卸货的方便性。对于比较规则和宽敞的货物处所，考虑到驾驶位置在车辆左侧，采用逆时针方向积载方法能提供宽敞的开车门空间，容易进入第一辆要卸载的车辆;对于狭窄或弯道较急的地方，可采用车头朝门积载法。
4.绑扎与积载的关系
设置多少绑扎设备才能保障绑扎系统的安全？一直是绑扎系统中讨论的重要课题，也是最能体现系固与积载关系的两个指标。综合分析，绑扎是系固设备本身能力的体现，而积载则是影响绑扎单位的主要外在因素，也是选择绑扎设备规格、形式和数量的重要参考依据，共同组成了绑扎系统设计与校核的内容。
5.结束语
通过以上分析，提高滚装船绑扎系统的可靠性，要充分考虑滚装货物的积载情况，根据船舶舱室结构特点合理布置绑扎点，选配适宜的绑扎设备，最后通过强度校核确认绑扎系统。各部分相辅相成，一旦出现疏忽，都将引起局部，甚至绑扎系统整体失效，设计可靠的绑扎系统也是船舶绑扎系统的后续使用和日常维护的保障。
作者简介：
刘孟云，（1984.7-）男，工程师，，2007毕业于哈尔滨工程大学船舶与海洋工程，现工作于中国船级社浙江分社
1.绑扎系统设计的基本原则
不危及船舶和人员的安全是绑扎系统设计的基本原则。如何确保安全呢？从典型的事故调查情况来看，不当积载和绑扎是主要原因，因此，如何积载和绑扎也就构成了设计、维护绑扎系统的两大主要内容。为确保绑扎的有效性，应至少符合以下几个方面：
首先，绑扎系统应符合国际公约、法规、船级社规范，以及主管当局的有关规定，如IMO《货物积载和绑扎安全操作规则》（CSS规则）。
其次，在设计阶段，对船舶拟装货物移动风险进行评估。根据滚装货物的尺寸、物理特性、位置和积载，航次气候和海况特点等数据。建立数学模型，模拟船舶主要工况，分析绑扎系统的强度和稳定性，可提高设计精准度。
此外，还要充分考虑积载和绑扎方面的实践经验。比如绑扎点布置不合理导致的结构破坏、绑扎失效等典型的绑扎失效案例。
2.绑扎系统的主要内容
绑扎系统由无数个绑扎单元组成，每个单元又由船上的系固点、车辆上的系固点和绑扎设备构成，三方面相辅相成，确保了绑扎单元的可靠性。下面将从这三个方面全面介绍绑扎单元。
2.1 滚装船上系固点的设置
系固点即为绑扎单元的受力端，合理的系固点布置应避免对结构的破坏，也能优化货物装载。任何超过船体结构所承受的最大绑扎负荷都应该被避免，这是绑扎点布置的基本原则。一般应考虑到：
（1）船舶的载货能力，以及拟载运滚装货物的尺寸、重量、是否容易产生滑移等特点;
（2）用于载货的甲板、舱底板的最大许用载荷，以及舷侧肋骨、舱壁扶强材和甲板横梁等构件的承载能力;
（3）在甲板板、舱壁板上设置绑扎设备时，必须同扶强材、横梁、纵骨或肋板重合，且具有合适的焊接面积来承载。以保证系固单元工作的有效性，又能确保船体结构的安全。
（4）公约、法规、船级社规范，以及主管当局的有关规定对系固点强度和间距的要求，例如A.581（14）决议关于滚装船舶在运输道路车辆时紧固安排的导则。
（5）此外，还应注意到规范、法规对脱险通道、巡逻通道、过道和通道的宽度要求。例如《国内航行海船法规检验技术规则》。
（6）最后，规范、法规对以及车辆间距的要求也是影响系固点布置的重要因素，例如中国船级社《钢质内河船舶建造规范》对车辆间距规定。
2.2 车辆上系固点的设置
车辆上的系固点作为绑扎单元受力的另一端，同样决定了绑扎的可靠性。根据A.581（14）关于滚装船舶在运输道路车辆时紧固安排的导则，道路车辆上紧固点应能使道路车辆紧固于船上而且穿孔应能穿过一根绑索，紧固点和穿孔应允许绑索通过不同方向被紧固于船舶甲板上;根据车辆的总毛重，在道路车辆两侧按安装不少于2个或不多于6个同样数目的紧固点;车辆上系固点布置应能有效限制车辆的移动，并易于安装绑扎设备和识别。
2.3 绑扎设备
绑扎设备通常是标准件，根据其在绑扎单位中的作用不同，可分为焊接件、紧固件、支撑件和其它附件，常见的绑扎设备举例如下：
表1 绑扎设备的种类
种类
形式
实例
焊接件
地铃、十字底座、D型环
紧固件
绑扎带、绑扎链、松紧器、锁紧器、花篮螺丝
支撑件
千斤顶、托架
其它附件
车掣
2.3.1绑扎设备的安全
首先，衡量绑扎设备强度的主要安全指标包括有安全工作负荷SWL、最大绑扎负荷MSL、试验负荷PL和破断强度BS，通常情况下，安全工作负荷SWL<最大绑扎负荷MSL=试验负荷PL<破断强度BS，考虑绑扎设备工作的有效性，在绑扎单元强度校核时会引入计算强度CS的概念，即通过对安全工作负荷和最大绑扎负荷进行折算求得。
其次，绑扎设备不能存在不可接受的缺陷，如：裂纹、变形、严重腐蚀。
2.3.2绑扎设备的数量
设置绑扎设备的数量主要取决于载运车辆的种类和特性，通常由绑扎设备的安全负荷和车辆可能受到的冲击载荷决定。如图1所示，在相同外界条件下，小型轿车与货车设置的绑扎设备种类和数量均有所区别。
图1 绑扎设备的数量
2.3.3绑扎设备的焊接 在进行底座、绑扎眼板与船体结构的焊接时，焊缝处的屈服强度至少应与所焊材料的屈服强度相当。以绑扎眼板为例，除非船体结构的屈服强度和厚度等同于或大于该眼板，否则应减小绑扎眼板的尺寸和增加绑扎眼板的数量，并对焊接处的船体结构进行加强。
此外，绑扎件与船体结构的焊接一般是角焊缝，根据受应力情况不同可以是填角焊、部分熔透和全熔透（疲劳应力较大时最好全熔透）。考虑到焊喉厚度=焊接系数X薄板厚度，因此按两倍焊喉厚度与焊接材料屈服强度的乘积应不小于钢板厚度与钢板屈服强度的乘积可初步确立焊接系数;
确定好的焊接形式和等级还应进行试验和检查来验证其可靠性，达到设计要求。但由于绑扎设备实际受力比较复杂，难以模拟，根据前面的简化和假设，一般可按角焊工艺认可试验，来验证是否满足设计要求。
3.积载
根据CSS规则附件4，滚装货物的积载应考虑其尽可能减少横向移动、横向移动时尽可能减少受力、横向移动时所处位置能够承受所受冲击力。因此，载运滚装货物时可遵循以下原则：
- 大型车辆在船舶首尾线两侧对称积载，重心较高的车辆尽量靠近首尾线;
- 货物高度相当的车辆并排在一起，以起到互相支撑的作用;
- 重心较低的长车可依舱壁积载，侧向的绑扎和舱壁的支撑能有效防止车货的倾倒;
- 积载还应注意车辆的对称均匀分布和使船舶保持适当的吃水差。
除考虑上述安全问题外，货物积载还应考虑装卸货的方便性。对于比较规则和宽敞的货物处所，考虑到驾驶位置在车辆左侧，采用逆时针方向积载方法能提供宽敞的开车门空间，容易进入第一辆要卸载的车辆;对于狭窄或弯道较急的地方，可采用车头朝门积载法。
4.绑扎与积载的关系
设置多少绑扎设备才能保障绑扎系统的安全？一直是绑扎系统中讨论的重要课题，也是最能体现系固与积载关系的两个指标。综合分析，绑扎是系固设备本身能力的体现，而积载则是影响绑扎单位的主要外在因素，也是选择绑扎设备规格、形式和数量的重要参考依据，共同组成了绑扎系统设计与校核的内容。
5.结束语
通过以上分析，提高滚装船绑扎系统的可靠性，要充分考虑滚装货物的积载情况，根据船舶舱室结构特点合理布置绑扎点，选配适宜的绑扎设备，最后通过强度校核确认绑扎系统。各部分相辅相成，一旦出现疏忽，都将引起局部，甚至绑扎系统整体失效，设计可靠的绑扎系统也是船舶绑扎系统的后续使用和日常维护的保障。
作者简介：
刘孟云，（1984.7-）男，工程师，，2007毕业于哈尔滨工程大学船舶与海洋工程，现工作于中国船级社浙江分社