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常用的钢卷固定方式有货仓堆装和利用专用鞍座或专用支架等方式.目前,由于缺乏标准钢卷起吊装置,使得钢卷在码头的堆放时间长且装卸困难；而公路或铁路运输需要对钢卷重新加固,导致运输时间延长,运输成本增加.鉴于集装箱在水路、公路和铁路联运及吊装方面的优越性,很多公司采用集装箱运输钢卷,以提高运输效率,降低成本.目前,钢卷在集装箱中的固定要么依照船公司的运输经验,要么参照铁路和公路运输的加固经验.[1]在实际钢卷集装箱运输中,由于没有考虑到集装箱底架强度,常会对底架造成一定损坏.本文针对一种钢卷鞍座,运用有限元软件对集装箱底架的受力变形进行分析,以期为钢卷集装箱安全运输提供一定理论依据.
1 钢卷在集装箱内的固定和稳定性分析
为便于装卸,钢卷大多卧放在集装箱内,若固定方式不当,在运输过程中会因钢卷滑动或滚动而对集装箱内壁产生撞击,导致箱体损坏.钢卷在集装箱内的典型固定方式如图1所示.由于这种固定方式采用木材固定钢卷,固定作业耗时长且费用高,20英尺集装箱运输10～20 t钢卷需要花费～ 3 500元,并且木材只能利用1次,造成资源浪费,不符合低碳环保的发展趋势.
针对木材固定钢卷的缺陷并结合钢卷集装箱运输的实际情况[2-3],本文提出采用钢卷鞍座对集装箱内的钢卷进行固定的方式（如图2所示）,即用少量木块和钉将鞍座固定于箱体上,直接用钢丝绳连接箱体绳环和鞍座绳环以固定钢卷,这样既能满足钢卷在集装箱内的加固要求,又能大幅减少木材的使用,具有经济实用的优点.
2 集装箱受力变形分析
基于SolidWorks建立集装箱、钢卷鞍座和钢卷的三维模型,将模型导入ANSYS Workbench软件中,对集装箱和钢卷鞍座进行静力仿真分析.考虑到钢卷的实际装卸情况,模型中去掉集装箱后端两门；考虑到集装箱的起吊加速度,分析中在钢卷上增加相当于其自重1倍的外力.由图3可见：箱体变形最为明显的区域为钢卷底部的底架部位,其次是靠近钢卷的箱体侧壁；鞍座变形不明显,这表明该鞍座强度足够.
由图4可见：箱体应力主要集中在靠近钢卷的侧壁及底架底侧梁上；由于底侧梁结构特殊,在其折弯边附件稍有应力集中现象,这不影响底侧梁及整个底架强度；鞍座侧梁靠近钢卷支撑架处也有应力集中现象,可以通过增加支撑架来缓解局部应力过大的现象.
为减小箱体底架变形及缓解底侧梁应力集中,需要将钢卷集中载荷往箱体纵向两端转移.通过调整鞍座长度、高度（钢卷支撑架高度不变）以及鞍座和底架地板的接触面积可以实现集中载荷的转移.由表1可见,在鞍座高度、鞍座和地板接触面积一定的前提下,随着鞍座长度的增加,底架变形量逐渐减小.由表2可见,在鞍座长度、鞍座和地板接触面积一定的前提下,随着鞍座高度的增加,底架变形量逐渐减小.由表3可见,在鞍座长度和高度一定的前提下,随着鞍座和地板接触面积的增大,底架变形量逐渐减小.
综合表1,表2和表3可知,钢卷鞍座长度、高度及鞍座和地板接触面积的增加都能改善箱体底架的受力状况,从而减小底架变形量,进而减少底侧梁局部应力集中现象,以达到保护箱体底架的目的.受集装箱尺寸的限制以及出于底架成本方面的考虑,钢卷鞍座长度、高度及鞍座和地板接触面积均不宜过大.通过优化分析和试验验证,当鞍座长度在3.5～之间、鞍座高度在0.50～ 之间、鞍座和地板接触面积在1.4～2之间时,在钢卷集中载荷作用下,底架最大变形量在8.5～之间,底架及整箱应力分布比较均匀,不超过集装箱钢材的许用应力（）,底侧梁应力集中现象不明显,这表明鞍座满足使用要求,底架不会因应力过于集中而遭到损坏.
3 结束语
通过现场观察和测量,鞍座和钢卷放入集装箱后,箱体没有受损现象；集装箱运至目的地后,根据集装箱接收方的反馈,箱体在运输途中也未受到损坏.由此可见,采用在集装箱内放置钢卷鞍座运输钢卷的方式满足使用要求.采用钢卷鞍座固定钢卷的方式比传统的采用木方的固定方式节约成本500～元/箱,并且钢卷鞍座还可重复使用；因此,采用钢卷鞍座固定集装箱内的钢卷比传统的木方固定方式占有明显优势.
参考文献：
[1] 王明强,岑斌魁. 铁路运输卷钢装载加固方式的研究[J]. 包钢科技,2002,28（1）：92-95.
[2] 黄晓钟,周连柏. 谈卷钢的绑扎及运输安全[J]. 航海技术,2011（6）：33-34.
[3] 潘文欢,孙淑侠. 钢卷在集装箱运输中的系固分析[J].船海工程,2010,39（3）：15-17.
（编辑：曹莉琼 收稿日期：2016-08-19）
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参考文献：
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