超宽工程船远洋运输绑扎固定解决方案
张乐 王南海
摘 要：随着全球经济的发展，越来越多的货物呈现出大型化和重型化的趋势，货物重量也由百吨级上升到千吨甚至万吨级，因此，海上大件货物运输市场应运而生。而大件货物通常采用半潜船干拖的方式远洋运输，因此货物的绑扎固定尤为重要，其绑扎固定方案的可行性与否，直接关系到货物远洋运输航线的安全性和经济性。本文研究并设计出一套通用且可行的，并适用于超宽工程船的远洋运输绑扎固定解决方案，对特殊类型的货物远洋运输提供了一定的参考。
关键词：半潜船；超宽工程船；远洋运输；干拖；绑扎固定
中图分类号：U674.3 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）7-0038-02
随着全球经济的发展，越来越多的货物呈现出大型化和重型化的趋势，从最初的电气设备到现在的自升式平台、军舰、工程船、游艇、半潜式平台、TLP平台以及其他深水浮式平台等，货物重量也由百吨级上升到千吨级甚至万吨级，因此，海上大件运输市场应运而生。
对于大型工程船等浮体货物主要采用半潜船干拖的形式进行远洋运输。干拖是指利用半潜船对浮体货物进行装载运输，其前进阻力小，运输速度较快，特别是通过自航式半潜船进行干拖，运输速度更快，且受天气影响较小，能够明显节约时间成本。
对于货物的远洋运输，其绑扎固定尤为重要，绑扎固定方案的可行性与否，直接关系到货物远洋运输航线的安全性和经济性。
1 货物常规绑扎固定形式
货物在海上运输会随着船舶一起运动，且受波浪、流、风等天气影响较大。对货物进行绑扎固定，可以抵抗货物与船舶之间的相互之间的运动，从而确保货物的完整性及航行的安全性。根据货物的不同类型和外形尺寸等，绑扎固定形式也会不同。下文列举了比较典型的两类大件货物运输绑扎固定形式。
（1）固定式平台（导管架及上部模块）：通常使用筋板和斜拉筋进行焊接固定，斜拉筋连接驳船甲板与上部组块（或者导管架），见图1。
（2）大型浮体货物（工程船）：通常使用固定标准件进行绑扎固定。半潜船装完货物就位之后，按照设计位置在货物的外侧安装固定标准件。固定标准件焊接在半潜船甲板上方，减少固定结构与货物之间的焊接，保持了货物结构的完整性。典型示意图，见图2。
2 超宽工程船绑扎固定解决方案
远洋运输过程中，工程船在半潜船甲板上的布置方式直接影响绑扎固定方案的设计。对于满足如下两种情况的工程船，则划分到超宽工程船的范畴：
（1）工程船宽度大于或等于半潜船甲板宽度，且工程船长度小于半潜船甲板长度；
（2）工程船宽度小于半潜船宽度，且工程船长度大于或等于半潜船宽度。工程船在干拖时，其长度方向沿着半潜船宽度方向布置。
而对于上述两种情况的超宽工程船，受到半潜船甲板宽度的限制，在半潜船左右两舷无法对货物进行绑扎固定，此时则需要考虑在半潜船甲板船宽方向设计特殊类型的绑扎固定结构，使其满足强度和运输要求。
2.1绑扎固定设计基本原则
对于超宽工程船远洋运输绑扎固定结构设计，参考Noble Denton规范的相关要求，需遵循以下基本原则：
（1）绑扎固定结构的承载能力，必须足够抵抗设计计算得到的货物极限设计载荷；
（2）半潜船在波浪载荷的作用下会发生中拱或中垂，货物与半潜船甲板之间存在一定的相对运动。因此，绑扎固定结构设计时，需要满足相对位移的要求。通常情况下，绑扎固定结构将此部分相对位移进行释放。
（3）绑扎固定结构只允许承受单方向的正向压力；
（4）货物在垂直方向不设计绑扎固定结构，在垂直方向仅由枕木支撑，枕木使用固定结构固定在半潜船甲板上方；
（5）工程船的绑扎固定结构，通常设计在底部，其设计载荷只考虑工程船的水平运动载荷，而弯矩载荷不予考虑；
（6）绑扎固定结构通常做成标准件的形式，根据工程船极限设计载荷计算结果与标准件单件的设计承载力进行数量和类型组合。单个标准件的设计承载力不能太大，需满足工程船和半潜船对结构局部强度的要求，同时也需满足对焊接强度的要求。
2.2横向绑扎固定结构详细设计
综合上述基本原则，工程船横向固定标准件，可以设计成上、下组合的结构形式，同时可以节省一定的空间。见图4和图5。
为了确保货物和半潜船的结构强度满足设计要求，对于图4中横向绑扎固定标准件的单件承载力，其设计能力不能太大，最大设计为200吨/个。横向固定标准件结构尺寸的选择，按照规范手算的方式进行，主要包含以下几个方面：圆管横截面抗压能力计算，方形剪切板的抗剪、抗拉、组合应力和屈曲能力验算，方形剪切板与工程船（或半潜船）焊接处的焊缝强度验算。
根据工程船的类型、重量及外形尺寸轮廓，参考图5的方式，可以将横向绑扎固定标准件按照相应的角度和数量进行组合，从而进行横向绑扎固定结构设计。固定标准件组合时，按照以下几点基本要求进行：
（1）同一组的绑扎固定标准件组合，其圆管轴线必需保证在同一条水平线上。如果绑扎固定方向的货物外形尺寸轮廓变化，上半部分的固定标准件剪切板按照实际情况进行放样；
（2）同一组固定标准件中，与半潜船甲板进行焊接的下半部分固定标准件数量，较与工程船底部焊接的上半部分固定标准件数量多一个；
（3）工程船底部空间有限，如果每侧单独设计一组固定标准件，其数量不能满足设计要求：可以在每侧设计多组组合的形式，每组之间进行交错设计，确保焊接工作的可行性和焊接强度即可。
按照上述方式进行工程船横向绑扎固定结构设计，其结构形式可以同时抵抗左、右舷两个方向的的载荷，起到限制工程船横向运动的目的。
2.3纵向绑扎固定结构详细设计
工程船纵向固定结构，可以直接使用如下形式的固定标准件进行设计。
出于同样的考虑，对于图6中所示纵向绑扎固定标准件的单件承载力，其设计能力不能太大，最大设计为150吨/个。纵向固定标准件结构尺寸的选择，按照规范手算+有限元校核的方式进行。
适配器结构尺寸，根据工程船底部外形尺寸轮廓进行实际放样，适配器与固定标准件接触位置设计为平板结构，并在平板结构端面增加橡胶衬板，通过橡胶衬板与固定标准件之间的相互挤压来达到限制工程船运动的目的。由于图6所示纵向绑扎固定结构，只可以抵抗单一方向的水平运动载荷；同时，半潜船在海上航行时，船舶的运动不是确定的，决定了其运载的工程船运动方向的不确定性。因此，需要同时在工程船首部和尾部（半潜船船长方向）设计类似结构，从而满足运输要求。
3 结论
本文以超宽工程船远洋运输为研究目标，研究并设计出一套通用且可行的，并适用于超宽工程船的远洋运输绑扎固定解决方案。
此绑扎固定解决方案，在常规结构物绑扎固定方案的基础上进行了延伸设计，满足相关规范的设计要求，同时也满足了货物结构完整性以及半潜船结构强度的要求，对特殊货物的远洋运输提供了一定的参考。
参考文献：
[1] Det Norske Veritas， 0030/ND Guidelines for Marine Transportations.
[2] AISC， Manual of Steel Construction – Allowable Stress Design， 9th Edition.
[3] 王杰德，楊永谦.船体强度与结构设计[M].北京：国防工业出版社，1995.
[4] 舒恒煜，谭林森.船舶结构力学[M].武汉：华中理工大学出版社，1993：30-70.
摘 要：随着全球经济的发展，越来越多的货物呈现出大型化和重型化的趋势，货物重量也由百吨级上升到千吨甚至万吨级，因此，海上大件货物运输市场应运而生。而大件货物通常采用半潜船干拖的方式远洋运输，因此货物的绑扎固定尤为重要，其绑扎固定方案的可行性与否，直接关系到货物远洋运输航线的安全性和经济性。本文研究并设计出一套通用且可行的，并适用于超宽工程船的远洋运输绑扎固定解决方案，对特殊类型的货物远洋运输提供了一定的参考。
关键词：半潜船；超宽工程船；远洋运输；干拖；绑扎固定
中图分类号：U674.3 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）7-0038-02
随着全球经济的发展，越来越多的货物呈现出大型化和重型化的趋势，从最初的电气设备到现在的自升式平台、军舰、工程船、游艇、半潜式平台、TLP平台以及其他深水浮式平台等，货物重量也由百吨级上升到千吨级甚至万吨级，因此，海上大件运输市场应运而生。
对于大型工程船等浮体货物主要采用半潜船干拖的形式进行远洋运输。干拖是指利用半潜船对浮体货物进行装载运输，其前进阻力小，运输速度较快，特别是通过自航式半潜船进行干拖，运输速度更快，且受天气影响较小，能够明显节约时间成本。
对于货物的远洋运输，其绑扎固定尤为重要，绑扎固定方案的可行性与否，直接关系到货物远洋运输航线的安全性和经济性。
1 货物常规绑扎固定形式
货物在海上运输会随着船舶一起运动，且受波浪、流、风等天气影响较大。对货物进行绑扎固定，可以抵抗货物与船舶之间的相互之间的运动，从而确保货物的完整性及航行的安全性。根据货物的不同类型和外形尺寸等，绑扎固定形式也会不同。下文列举了比较典型的两类大件货物运输绑扎固定形式。
（1）固定式平台（导管架及上部模块）：通常使用筋板和斜拉筋进行焊接固定，斜拉筋连接驳船甲板与上部组块（或者导管架），见图1。
（2）大型浮体货物（工程船）：通常使用固定标准件进行绑扎固定。半潜船装完货物就位之后，按照设计位置在货物的外侧安装固定标准件。固定标准件焊接在半潜船甲板上方，减少固定结构与货物之间的焊接，保持了货物结构的完整性。典型示意图，见图2。
2 超宽工程船绑扎固定解决方案
远洋运输过程中，工程船在半潜船甲板上的布置方式直接影响绑扎固定方案的设计。对于满足如下两种情况的工程船，则划分到超宽工程船的范畴：
（1）工程船宽度大于或等于半潜船甲板宽度，且工程船长度小于半潜船甲板长度；
（2）工程船宽度小于半潜船宽度，且工程船长度大于或等于半潜船宽度。工程船在干拖时，其长度方向沿着半潜船宽度方向布置。
而对于上述两种情况的超宽工程船，受到半潜船甲板宽度的限制，在半潜船左右两舷无法对货物进行绑扎固定，此时则需要考虑在半潜船甲板船宽方向设计特殊类型的绑扎固定结构，使其满足强度和运输要求。
2.1绑扎固定设计基本原则
对于超宽工程船远洋运输绑扎固定结构设计，参考Noble Denton规范的相关要求，需遵循以下基本原则：
（1）绑扎固定结构的承载能力，必须足够抵抗设计计算得到的货物极限设计载荷；
（2）半潜船在波浪载荷的作用下会发生中拱或中垂，货物与半潜船甲板之间存在一定的相对运动。因此，绑扎固定结构设计时，需要满足相对位移的要求。通常情况下，绑扎固定结构将此部分相对位移进行释放。
（3）绑扎固定结构只允许承受单方向的正向压力；
（4）货物在垂直方向不设计绑扎固定结构，在垂直方向仅由枕木支撑，枕木使用固定结构固定在半潜船甲板上方；
（5）工程船的绑扎固定结构，通常设计在底部，其设计载荷只考虑工程船的水平运动载荷，而弯矩载荷不予考虑；
（6）绑扎固定结构通常做成标准件的形式，根据工程船极限设计载荷计算结果与标准件单件的设计承载力进行数量和类型组合。单个标准件的设计承载力不能太大，需满足工程船和半潜船对结构局部强度的要求，同时也需满足对焊接强度的要求。
2.2横向绑扎固定结构详细设计
综合上述基本原则，工程船横向固定标准件，可以设计成上、下组合的结构形式，同时可以节省一定的空间。见图4和图5。
为了确保货物和半潜船的结构强度满足设计要求，对于图4中横向绑扎固定标准件的单件承载力，其设计能力不能太大，最大设计为200吨/个。横向固定标准件结构尺寸的选择，按照规范手算的方式进行，主要包含以下几个方面：圆管横截面抗压能力计算，方形剪切板的抗剪、抗拉、组合应力和屈曲能力验算，方形剪切板与工程船（或半潜船）焊接处的焊缝强度验算。
根据工程船的类型、重量及外形尺寸轮廓，参考图5的方式，可以将横向绑扎固定标准件按照相应的角度和数量进行组合，从而进行横向绑扎固定结构设计。固定标准件组合时，按照以下几点基本要求进行：
（1）同一组的绑扎固定标准件组合，其圆管轴线必需保证在同一条水平线上。如果绑扎固定方向的货物外形尺寸轮廓变化，上半部分的固定标准件剪切板按照实际情况进行放样；
（2）同一组固定标准件中，与半潜船甲板进行焊接的下半部分固定标准件数量，较与工程船底部焊接的上半部分固定标准件数量多一个；
（3）工程船底部空间有限，如果每侧单独设计一组固定标准件，其数量不能满足设计要求：可以在每侧设计多组组合的形式，每组之间进行交错设计，确保焊接工作的可行性和焊接强度即可。
按照上述方式进行工程船横向绑扎固定结构设计，其结构形式可以同时抵抗左、右舷两个方向的的载荷，起到限制工程船横向运动的目的。
2.3纵向绑扎固定结构详细设计
工程船纵向固定结构，可以直接使用如下形式的固定标准件进行设计。
出于同样的考虑，对于图6中所示纵向绑扎固定标准件的单件承载力，其设计能力不能太大，最大设计为150吨/个。纵向固定标准件结构尺寸的选择，按照规范手算+有限元校核的方式进行。
适配器结构尺寸，根据工程船底部外形尺寸轮廓进行实际放样，适配器与固定标准件接触位置设计为平板结构，并在平板结构端面增加橡胶衬板，通过橡胶衬板与固定标准件之间的相互挤压来达到限制工程船运动的目的。由于图6所示纵向绑扎固定结构，只可以抵抗单一方向的水平运动载荷；同时，半潜船在海上航行时，船舶的运动不是确定的，决定了其运载的工程船运动方向的不确定性。因此，需要同时在工程船首部和尾部（半潜船船长方向）设计类似结构，从而满足运输要求。
3 结论
本文以超宽工程船远洋运输为研究目标，研究并设计出一套通用且可行的，并适用于超宽工程船的远洋运输绑扎固定解决方案。
此绑扎固定解决方案，在常规结构物绑扎固定方案的基础上进行了延伸设计，满足相关规范的设计要求，同时也满足了货物结构完整性以及半潜船结构强度的要求，对特殊货物的远洋运输提供了一定的参考。
参考文献：
[1] Det Norske Veritas， 0030/ND Guidelines for Marine Transportations.
[2] AISC， Manual of Steel Construction – Allowable Stress Design， 9th Edition.
[3] 王杰德，楊永谦.船体强度与结构设计[M].北京：国防工业出版社，1995.
[4] 舒恒煜，谭林森.船舶结构力学[M].武汉：华中理工大学出版社，1993：30-70.
