问题

集装箱货船摞那么多层遇到大风浪上层的不会掉吗?

回答
集装箱货船在恶劣海况下能够稳定地承载堆叠成山的集装箱,并且上层的集装箱不会轻易掉落,这背后是一系列复杂的工程设计和操作机制的综合作用。下面我将从多个方面详细解释:

1. 集装箱本身的设计与固定:

集装箱的结构强度: 标准集装箱(如ISO集装箱)的设计是为了承受巨大的压力和冲击。它们是由高强度钢材制成的,框架结构非常坚固,能够承受垂直堆叠的巨大重量,并且在运输过程中也能承受一定的横向和纵向力。
集装箱之间的锁定系统(Twist Locks): 这是最关键的固定机制。在集装箱堆叠过程中,每一层集装箱的底部角件(Corner Casting)都设计有特殊的孔洞。在装船时,使用“旋转锁”(Twist Lock)将相邻的集装箱(水平方向)和上下层的集装箱(垂直方向)牢牢地锁在一起。
工作原理: 旋转锁是一种机械装置,通常安装在集装箱的底部或顶部。当集装箱放置到位后,通过旋转锁将其“拧紧”,咬合住上下层集装箱的角件,形成一个整体。这种锁定是多点分布的,使得整个集装箱堆形成一个坚固的“块体”。
锁定方式: 通常情况下,每层集装箱的四个角都会有旋转锁固定。在关键位置,可能还会增加额外的固定点。
集装箱的倾斜和位移限制: 旋转锁的设计能够有效限制集装箱之间的相对位移和倾斜角度。即使船体发生剧烈的摇摆和倾斜,这些锁也会尽力将集装箱“绑”在一起。

2. 船舶的设计与稳定性:

船舶的重心管理: 集装箱货船在设计时会非常注重重心的位置。集装箱的重量通常是巨大的,而它们会被堆叠在甲板以上。为了保证船舶的稳定性,工程师会通过精密的计算来优化集装箱的配载方案:
重集装箱置于低处: 最重的集装箱通常会优先放置在船体的下层,甚至直接堆叠在甲板以下或靠近龙骨的位置。这样可以将整体重心降低,提高船舶的稳性。
轻集装箱置于高处: 较轻的集装箱会堆叠在高层。
两侧配载均衡: 确保左右两侧的载货量和重量尽可能均衡,防止船舶发生过大的横倾。
船舶的抗倾覆能力: 船舶本身的设计具有很强的抗倾覆能力。其船体形状、吃水深度以及压载水系统的运用,都旨在抵御外部风浪的冲击,维持船体在一个相对稳定的姿态。船舶的稳性储备(Metacentric Height, GM)是一个关键指标,它决定了船舶在倾斜后恢复直立的能力。
压载水系统: 船舶通过调整压载水舱中的水量来精确控制船舶的重心和吃水。在恶劣天气来临前,船员会根据需要调整压载水,以增强船舶的稳定性,降低重心,减少摇摆幅度。
船体结构强度: 船体本身经过严格的结构设计,能够承受航行过程中产生的各种应力,包括集装箱堆栈施加在甲板上的压力以及风浪造成的冲击力。

3. 科学的配载与绑扎计划:

配载图 (Stowage Plan): 船舶装载集装箱之前,会有一份详细的配载图。这份图由专业的配载工程师根据船舶的结构、载货量、集装箱的重量和类型、以及预期的航行海况来制定。配载图会明确规定每一层、每一个位置应该装载什么样的集装箱,并指示集装箱之间的固定方式。
绑扎计划 (Lashing Plan): 配载计划会与绑扎计划紧密结合。绑扎计划详细说明了如何使用钢索、链条、拉杆、垫木、垫板等绑扎材料,将集装箱堆栈牢固地固定在船舶上,并确保集装箱之间也得到有效的连接。
受力分析: 绑扎计划会考虑集装箱堆栈在风浪作用下可能受到的最大风力、浪涌力、船舶摇摆产生的惯性力等,并设计出能够承受这些力的绑扎方案。
材料选择: 使用高强度的钢索和专业设计的绑扎配件,确保其有足够的安全系数。
重心计算和稳定性评估: 在装载完成后,船员会再次核算船舶的重心位置和各种稳定性参数,确保船舶符合安全要求。

4. 集装箱在堆叠中的自我限制:

接触面摩擦: 集装箱表面并非完全光滑,它们之间存在一定的摩擦力,这也能在一定程度上抵抗侧向的滑动。
挤压与受力传递: 当船舶倾斜时,集装箱之间会相互挤压,这种挤压会通过旋转锁将力传递下去,从而形成一个整体的抵抗力。

5. 航行中的应急措施和管理:

天气预报和航线调整: 船长会密切关注天气预报,并在可能的情况下调整航线,避开最恶劣的海况。
降低航速: 在遇到大风浪时,降低航速可以显著减小船舶的摇摆幅度和迎风面积,从而降低集装箱堆栈承受的冲击力。
压载水调整: 如前所述,通过调整压载水来增强稳定性。
船员值守和监控: 在恶劣天气下,船员会加强对甲板和集装箱堆栈的监控,一旦发现异常情况,会立即采取措施。

为什么上层集装箱在恶劣天气下仍然可能掉落?

尽管有上述种种保障措施,但极端天气下集装箱掉落的风险仍然存在。这通常发生在以下几种情况:

超出现有设计承受极限的风浪: 如果风浪的强度超过了船舶和集装箱堆栈的预设设计极限,那么即使最牢固的固定系统也可能失效。
绑扎或锁定系统失效: 绑扎钢索可能因为磨损、腐蚀或连接不当而断裂;旋转锁可能因为制造缺陷、安装错误或长期使用导致松动或损坏。
配载方案的误差或船体损坏: 不科学的配载可能导致重心过高,或某一特定区域承受的应力过大。船体本身的结构性损坏也可能影响集装箱堆栈的稳定性。
长期暴露和疲劳: 海上环境恶劣,绑扎材料和锁定装置会受到盐雾、湿气、紫外线等长期侵蚀,导致材料疲劳,强度下降。

总结:

集装箱货船的集装箱堆叠系统是一个高度工程化的成果。通过集装箱本身的结构强度、先进的锁定装置、科学的配载和绑扎计划、船舶自身优良的稳定性和重心管理,以及船员的专业操作,能够最大限度地保证集装箱在各种海况下的安全。然而,自然的力量是难以完全预测和控制的,在极端情况下,集装箱掉落的风险依然存在,这也就解释了为何海事新闻中偶尔会有集装箱落水的报道。每一次的成功航行,都是这些复杂系统协同工作的证明。

网友意见

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上图补充一下twistlock和集装箱的角柱结合起来的强度。


倒成这样也没有脱落。


这幅图是水平的哦。。。


换个角度看上面的图。

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谢邀。

是个好问题。可见知友们也是操碎了心。官方回答,当!然!不!会!掉!


集装箱有一系列的系固设备。如下图所示:

图片来自网络

1. 扭锁(Twist lock):也叫角锁装置,用于上下两层集装箱或集装箱与船体之间的连接固定;

2. 桥锁(Bridge fitting):用于对最上一层处于高度相邻的两列集装箱做横向水平连接;

3. 定位锥(stacking cone):置于上下两层集装箱之间,防止集装箱水平滑动。常用于舱内40尺箱位上装在20尺集装箱时固定20尺集装箱;

4. 锥板(Cone plate):置于集装箱箱位底座和集装箱底部角件之间,起到集装箱定位及防移作用;

5. 高度补偿器(Height compensator):用于补偿相邻两列同一层号但因箱高不同引起的集装箱顶角件的高度差;

6. 塘鹅钩(Pelican hook):装于钢丝绳的一端,由椭圆形环和活动销构成,便于收紧和脱落,操作简便;

7. 拉紧装置:由绑扎杆和松紧螺杆组成。


不同尺寸的集装箱会有不同的固定方式。通常来说,集装箱的装载方式分为甲板上和甲板下装载,所以固定方式也不同。


甲板下比较简单,舱内有分格导轨,配合堆锥使用就可以把集装箱和导轨固定在一起。


甲板上的集装箱,基本是靠扭锁(twistlock)。扭锁放于角件孔内,集装箱放在扭锁上,扳手锁紧就可以啦。当然现在越来越多使用的是半自动,全自动扭锁。下面这张图,就是用扭锁固定住了一个集装箱。


扭锁不仅连接甲板与集装箱,也是上下层集装箱之间的牢固“抓手”。


如果集装箱堆垛较高,会使用绑扎杆绑扎链,配合花篮螺丝(turnbuckle)或螺旋扣使用,在集装箱一侧“画”一个X,将其于甲板连接固定。


绑扎桥,横越四十尺集装箱贝位的大型钢结构,从而使二三层集装箱可以通过绑扎杆和螺旋扣系固到绑扎桥上。集装箱船上的绑扎桥的作用主要是绑扎、紧固集装箱的,防止集装箱在风浪中倾斜、坠落。对于特殊装载时如混装20尺、35尺、40尺时,集装箱的箱脚会落在绑扎桥上,即绑扎桥起到箱柱的作用,这样的绑扎桥结构就较为复杂;另外对于两层以上的绑扎桥要装有导轨,以便于集装箱的装载。

现在的船舶都需要配备一本《货物系固手册》(Cargo Securing Manual)。在绑扎的时候,只考虑绑扎设备是不够的,还要考虑到集装箱承受的强度。


在集装箱堆场,固定集装箱的方式就比较简单啦,比如下图所示,即使堆放6-7层也没有问题。

陆上人员合理配载,下重上轻;船上人员安全绑扎,灵活使用各种固定和移动的绑扎设备,就可以保证集装箱船将货物按时安全送到目的地。


纯属科普,觉得不错,可以点赞!

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