内河大舱口船舶装运特殊货物强度与稳性探析
王长安
摘 要：内河大舱口船舶的优越性能得到了广泛的认同，但因其强度与稳性不足、装载不当、超载等原因，船舶断裂、倾覆等事故接连不断。本文对大舱口船舶强度与稳性进行了分析，对此类船舶装运重大件及积载因素小于0.56m3/t的高密度货物时提出了几点限制措施。
关键词：大舱口船舶 强度 稳性 特殊货物
近年来，船舶断裂、翻沉事故时有发生，人员伤亡惨重，造成了巨额经济财产损失。在断裂、翻沉事故的统计分析中，有3点值得深思：①不泛船龄较小的船舶发生断裂、翻沉事故（2005年以后建造）；②断裂事故多发生在装卸过程中及装载完成时，翻沉事故多发生在航行过程中；③船舶动力设备、航行设备、操舵系统等故障引起的船舶断裂、翻沉事故比重相对较小。
船舶强度是否满足要求，取决于船体结构尺度的正确选择和船上载荷分布的合理性。对已投入营运船舶，只能采取局部加强，通过合理配载来改善船舶的受力情况。因此，正确的使用船舶，充分利用船舶的载货能力，合理地分布载荷，保证货物积载满足船舶强度与稳性的要求，对保证船舶安全运输和延长船舶使用寿命都具有重要的现实意义。
内河大舱口船舶强度与稳性分析
1、强度分析
大舱口船舶具有坚固的横向框架来支持船壳板、甲板等，一般船舶的横向构件尺寸与纵向构件尺寸相比要大得多，因而，横向强度一般是够的，船舶很少因为横向强度不足而发生横向结构断裂的情况。
从船舶积载角度来说，主要要考虑船舶的纵向强度和局部强度。船舶在建造过程中，因各纵向部分的重量差异，会使得船体各部分重力与浮力的不同，进而产生剪力和弯矩，剪力在船首尾1/4处附近最大，约为大舱口船舶的舱口角隅位置，弯矩的最大值则约在船中处。为了减小弯矩，在船舶积载和装卸货物时应注意：①保证船体每一段的重力与浮力的分布均衡；②应防止装卸过程中货物质量沿船舶纵向分布不合理；③考虑压载及船舶总体布置对船体总纵强度及变形的影响。
局部强度对大舱口船舶的整体强度而言也是至关重要的，如舱口角隅、人孔等，船舶主甲板在舱口位置面积突然改变，此处易产生应力集中，所以该部位应予以加强。利用有限元分析可知，大舱口船舶在舱口角隅及船中0.4L范围内，应力较大，如图1。局部强度虽然是局部性的，但是有时局部的破坏，如因大舱口角隅处的裂缝而导致整个船体断裂的事故也时有发生。
因此，在配积载时，应认真校核船舶的纵向强度和局部强度，计算船体纵向强度及上甲板、中间甲板、底舱的局部强度是否符合要求，防止甲板、舱口围板或内底板受力变形或坍塌等。
2、稳性分析
船舶稳性不足，会导致船舶倾覆；稳性过大，又会引起船舶在风浪中剧烈的横摇，引起货物移位，同样产生不利的影响，故船舶在整个航行过程中，都要具有适度的稳性。
船舶稳性衡准计算依赖于对船舶装载全面和准确的掌握。然而，在实际工作中，船员对装载状态掌握的及时性与准确性往往受到限制。为满足船舶的稳性要求，船舶驾驶员应根据自己知识和经验，做到以下三点：①测定横摇周期推算初稳性高度；②测定船舶静倾角推算船舶初稳性高度；③熟知船舶稳性不足的征兆，如船舶受到较小的外力矩作用就发生明显的横倾，且横摇过程很缓慢，即可断定船舶初稳性不足。
特殊货物特性分析
船舶配载，应充分了解其所托运货物性质，要对货物的适装性进行评估。对内河大舱口船舶而言，特殊货物是指：危险品（易燃、易爆、易腐蚀、易挥发有毒气体、易吸水、易流态化等）、积载因素较小货物、重大件货物。
1、积载因素较小货物
积载因素小的货物具有密度大、单位质量占据体积小、部分货物还具有易吸水、易流动等特点，如金属矿石。积载因素小的货物在装载时，易造成船舶重心降低，GM较大，船舶受风浪时横摇周期加快，减少船舶适航性，因此，配载时应特别考虑对船舶强度和稳性的影响。对船舶运输而言，易吸水、易流态化也是易使船舶倾覆的危险货物。易流态化货物的“流动水分点”，是指这类货物达到发生流态化特性时的含水量，即该货物达到这个含水量就会发生流动，如精矿粉，因其含有水分，在船舶运输过程中可能发生流化现象而引起货物移动，有些货物易有水分迁移，货物表面呈干燥状，但内部仍有可能发生流化而不被发现，造成货物移动，从而导致船舶倾斜，稳性降低，甚至发生船舶的沉船事故。如遭遇恶劣气象条件，则更加危险，船上人员往往来不及自救甚至求救，船舶已经沉没。
2、重大件货物
重大件货物是指单件质量或尺度超过规定限额的货物，如大型设备、卷板、巨型石块等。重大件货物在装运过程中，其与舱底板的接触面积小，局部压强大。此外，部分重大件货物，还具有滚动、滑移等特点，如钢材卷板。我国规定，我国沿海运输中凡单件质量超过5t或单件长度超过9m的货物均属于重大件货物。
以马钢生产的卷钢为例，长1160毫米，重4515千克，在货舱堆放且无衬垫时，对舱底板产生的压力为P=F/S，按接触面积10毫米宽计算，对舱底的局部压力为2765.4kPa。底舱允许均布负荷Pd是底舱高度与设计时假定货物的装载率确定。
纵向强度校核
内河大舱口船舶因结构简单，双层底纵横向构件密度大，因而船舶重心较低，稳性充裕。在实际装载过程中，应主要校核大舱口船舶的纵向强度。
强度曲线图可定性和定量分析船舶总纵强度，如图2。图中点划线为船体受力理想状态，其弯矩为零，船舶无中拱、中垂变形；两条虚线为船体静水弯矩等于空船状态时的静水弯矩的中拱和中垂边界；实线是规范允许船舶所能承受最大静水弯矩的中拱和中垂边界线。船舶在装载时，应根据船舶某一装载状态下的平均型吃水与船舶装载时对船中力矩的绝对值的交点位置，判断船舶的受力情况，交点落在虚线之间为允许状态，交点在实线之外为船舶应力危险状况，应尽量避免。
限制措施
对内河船舶而言，装运大件货物和积载因素较小货物情况较多，这种潜在的危险不易察觉，因此需特别引起注意。重大件运输需要对拟装舱室进行强度校核，此外装运体积较小的重大件时还要使用衬垫，以增大货物的接触面积，降低甲板的实际载荷，衬垫物的走向应与骨材垂直，且应尽量跨过多道骨材；对易滚动货物，要进行必要的系固，避免货物发生移动，造成船舶倾斜；对舱口角隅、舱底板等部位进行局部加强，防止该部位的变形或撕裂；装卸时要保持船舶水平，使货件能同时着落货起离甲板。大舱口船舶装运积载因素较小的散装货物运输，应注意如下几点：
1、合理装卸
严格遵循船舶装卸流程，保证装卸过程中货物质量沿船舶纵向的合理分布，防止在装卸过程中船舶出现中拱或中垂现象；装载时，尽量降低货物落舱高度，以减小货物对舱底板局部强度影响；采用合理的装卸速度，防止出现货舱结构的局部损坏；防止货物装卸过程中，货物移位、滚动。
2、平舱措施
当船舶装运积载因素为0.56m3/t或以下高密度固体散货时，应特别注意货物质量的分配，避免船体产生过大的应力。在强度允许的前提下，应尽可能装满，并进行合理平舱；要减少散装货物在营运途中移动的危险，货物应平整至货舱边界，对于船长为100米以下的船舶尤为如此；对于静止角小于或等于30°的非粘性散货，由于其具有与散装谷物一样的散落性，因此还应遵守谷物装载的有关规定。
3、稳性补偿
增设顶边舱和底边舱，通过压载方式（顶边舱打入压载水，底边舱排出压载水），提高装货重心，以达到减小船舶的初稳性高度，减轻船舶在风浪中的剧烈横摇晃，增大摇晃周期；此外顶边舱和底边舱的设置，还可以使得货物集中在船中部位，有效防止货物移动。
4、增设舱口盖或舱口盖布
要防止船舶在营运过程中，因甲板上浪、雨水、结冰等导致货物移位、船舶超载；此外，要保证货舱部位排水通畅，防止货舱积水；要防止含水量较大货物在航行中因船舶颠簸、振动、其水分渗出，其表面形成可流动状态（表层流态化的货物在风浪中摇摆时会流向一舷、而船舶回摇时货物却不能完全流回，如此往复，将会使船舶逐渐倾斜而倾覆）。
参考文献：
[1]范育军.船舶原理与积载.哈尔滨工程大学出版社.2008.8
[2]徐邦祯，姜华.重大件货物装卸中船舶稳性的计算及调整.大连海事大学学报.2003.2
（作者单位：安徽省滁州市地方海事局）
