一种集装箱外绑扎型式的绑扎强度的优化调整方法与流程

本发明属于船舶制造技术领域，具体涉及一种集装箱外绑扎型式的绑扎强度的优化调整方法。

背景技术：

随着全球贸易和航运市场的发展，集装箱船的大型化趋势越发明显。目前全球最大的集装箱船的装箱量已达24000teu，甲板集装箱的层数已达到12层，带来了集装箱绑扎方面的效率与安全问题。

传统的集装箱绑扎使用的是左右交叉型式的内绑扎，绑扎杆的头部连接到上下两层集装箱交界处的上层集装箱的底角件处，由于绑扎杆是倾斜的，所以绑扎杆对集装箱施加了抵御横向惯性力的载荷的同时，也施加了垂直向下的载荷。由于此时作用的绑扎杆是连接在集装箱重力和顶部集装箱惯性力矩正向叠加的一侧，因此绑扎力的垂向分力加剧了这一侧的向下压力，使得集装箱的压力首先达到衡准值，从而限制了总体装箱数量及重量。

而外绑扎使用的是八字型式，绑扎杆连接在集装箱重力和顶部集装箱惯性力矩反向叠加的一侧，也是可能会产生集装箱间分离力的一侧。这时绑扎力的垂向分力增加了向下的压力，抵消了分离力，因此具备了比内绑扎更高的绑扎效率。因此目前的大型集装箱船的甲板集装箱绑扎，普遍使用外绑扎取代了内绑扎。

对于外绑扎型式的绑扎强度计算，常规的做法是沿用了内绑扎型式的计算方法，只是将计算所得的绑扎力垂向分力加到有分离力的一侧。但这种计算方法存在其不足之处。

绑扎强度计算的原理，是基于弹性变形的平衡原理，集装箱和绑扎杆都被假定为具有一定弹性的弹簧，由于横向惯性力的作用产生变形，通过计算各层集装箱连接处横向位移的平衡方程，求解得到绑扎力的横向分量，再根据绑扎杆的倾斜角度计算得到总体的绑扎力和绑扎力的垂向分力。

在内绑扎型式下，绑扎杆连接在集装箱层间只有压力的一侧，集装箱在层与层之间是没有垂向运动的，因此绑扎杆只有横向的变形，或者说是位移，因此上述的计算方法是适用的。但对于外绑扎型式，由于绑扎杆连接在集装箱层间有分离力的一侧，集装箱在层与层之间是会产生垂向运动的，即分离运动。为了装配的需要，集装箱层间的扭锁在集装箱的箱角件中是灵活的，有一定垂向间隙的。因此在集装箱的分离运动过程中，上层集装箱的角件会连同绑扎杆的杆头向上运动，直到消除了间隙，扭锁开始作用，扭锁的拉伸就可以抵消部分的分离力。而这时绑扎杆由于产生了垂向拉伸，也将形成一定的绑扎力。

由于这部分绑扎力的产生，绑扎杆的强度将成为最先达到衡准值的部分，因此将决定了整个集装箱堆垛的装载量。而这部分绑扎力是仅考虑横向变形的常规算法所无法计算的，根据现有技术计算得到的绑扎力进行绑扎的调整会造成极大地安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种集装箱外绑扎型式的绑扎强度的优化调整方法，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种集装箱外绑扎型式的绑扎强度的优化调整方法，包括：

1)计算绑扎杆由于分离力而产生的垂向位移δ1；

2)将垂向位移δ1与扭锁最小垂向间隙δ2进行比较，取小者作为实际垂向位移δ；

3)根据实际垂向位移δ重新计算新的绑扎力sfnew；

4)使用新绑扎力sfnew进行绑扎计算，根据绑扎计算结果调整当前集装箱堆装布置，使当前集装箱堆装布置满足实际规范衡准。

进一步的，步骤1)中，垂向位移δ1按照下式计算：

式中：l为绑扎杆的长度；

lz为绑扎杆长度的垂向分量；

e为绑扎杆的弹性模量；

a为绑扎杆的截面积；

p为绑扎杆所在层的分离力；

sf为原绑扎力。

进一步的，步骤2)中，δ＝min(δ1,δ2)。

进一步的，步骤3)中，绑扎力分为单绑扎杆型式和双绑扎杆型式。

进一步的，单绑扎杆型式的绑扎力按照下式计算：

进一步的，双绑扎杆型式的绑扎力按照下式计算：

上绑扎杆：

下绑扎杆：

本发明具有如下优点：

第一，常规的计算方法只能考虑横向的弹性变形，而无法考虑垂向。而本方法考虑了垂向位移，从而通过迭代计算，实现了横向与垂向的平衡；

第二，本方法考虑了对不同扭锁类型、不同的外绑扎布置型式的适用性；

第三，本方法算法简洁，便于通过程序实现；

第四，本方法相对于常规的计算方法，结果更接近实际情况，安全度更高。按照本方法进行的外绑扎强度计算，绑扎杆承受了更多的惯性载荷，从而使得绑扎杆的强度成为影响总体装载量的重要因素，这是外绑扎型式与内绑扎型式的重大区别，保证了外绑扎型式的安全。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例优化调整方法的流程图；

图2为内绑扎与外绑扎示意图；

图3为扭锁垂向间隙示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

本发明实施例提供了一种集装箱外绑扎型式的绑扎强度的优化调整方法。本发明是通过以下方案来实现：

步骤1，初始计算；按照常规的绑扎强度计算方法，不必考虑垂向间隙，进行绑扎强度计算。从计算结果中获取绑扎杆所在层的分离力p，以及此时的绑扎力sf；

步骤2，位移计算；按照下式计算绑扎杆由于分离力而产生的垂向位移δ1，式中的0.3为安全系数；

式中：l为绑扎杆的长度；

lz为绑扎杆长度的垂向分量；

e为绑扎杆的弹性模量；

a为绑扎杆的截面积。

步骤3，间隙比较；将计算所得垂向位移δ1与扭锁最小垂向间隙δ2进行比较，取小者作为实际垂向位移δ。即

δ＝min(δ1,δ2)

其中不同型式的扭锁，其最小垂向间隙δ2不同，一般可按照全自动扭锁与半自动扭锁来区分，也可采用厂商的试验测量值；

步骤4，载荷变化；根据实际垂向位移δ，按照下式重新计算新的绑扎力sfnew。其中绑扎力的变化对于单绑扎杆型式和双绑扎杆型式是有所区别的；

单绑扎杆型式：

双绑扎杆型式：

上绑扎杆：

下绑扎杆：

步骤5，迭代计算；使用新绑扎力sfnew替换原绑扎力sf，调整原绑扎计算中所有与绑扎力相关的结果，此时绑扎杆所在层不再存在分离力。例如在原结果中，某层集装箱的扭变力为该层的横向惯性力减去绑扎力sf,则新的结果将替换为横向惯性力减去新绑扎力sfnew。绑扎计算结果按此方法调整后，可用来评判当前集装箱堆装布置是否满足相关规范衡准。如有超出衡准，则应调整集装箱的重量分布或更改绑扎布置。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

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