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碼頭船用橡膠護舷反力計算數值優化與總結
- 2020-09-14-

船舶靠泊時撞擊能量和橡膠護舷的受力剖析是橡膠護舷選型比較重要的局部。以加納某新集裝箱碼頭為例,經過對橡膠護舷吸能的分配停止剖析計算,將原設計單個護舷吸能形式改為中外標準允許的多個護舷吸能的形式,並以靠泊時船艏撞擊點的不同來剖析不利靠泊工況,以船舶船艏圓弧半徑、護舷組吸能能量及對應的變形為剖析要素,肯定不同撞擊點時參與吸能的護舷數量 (不同的吸能護舷的數量也稱為不同的靠泊工況)。依據不同的靠泊工況對護舷組的吸能和變形停止剖析計算,得出滿足吸能及碼頭構造維護的比較佳橡膠護舷型號,完成對護舷的優化設計。

橡膠護舷,撞擊能量,護舷反力:

    吸能分配護舷係統的設計是一個較複雜的過程,目前在世界範圍內還沒有一本設計標準能讓護舷係統的設計規範化,大局部設計程序還是需求依賴護舷係統專業設計人員的經曆來完成。目前全世界比較主流的設計標準是國際航運協會( PIANC )出版的“ Guidelines for the Design of Fender Systems : 2002Report of Working Group 33-MARCOM , AppendixA , Procedure to Determine and Report the Perfor原mance of Marine Fenders ”,此外還有英國國度規範( BIS ),日本國度規範( JIS ),歐洲規範( EUROCODE )等。護舷的設計普通有 4 個步驟:
    首先是搜集船舶、碼頭、靠岸和環境要素信息,
    第二是肯定比較大船舶靠岸動能,
    第三是依據碼頭船舶的特質分別肯定護舷彈性體、前部構造和運動限製安裝(能夠有多種計劃),是依據設計合理性及資料裝置本錢從各計劃當選取比較佳計劃。隨著我國水運轉業海外業務的蓬勃開展,國內設計院對運用國際規範對船舶撞擊能量的計算已完整控製。但是,目前還沒有標準規則撞擊能量選取橡膠護舷的計算辦法,國內水運設計行業在橡膠護舷選型時普遍隻思索撞擊能量被單個橡膠護舷吸收的狀況。但是中外標準 [1-2] 都允許靠泊時撞擊能量被單個或者多個橡膠護舷吸收的狀況,即橡膠護舷組停止吸能分配。本文經過對加納某新集裝箱碼頭橡膠護舷吸能分配停止剖析計算,提出橡膠護舷的優化設計辦法,可供海外水工工程設計自創。

1 船舶撞擊能計算依據 PIANC 2002 [3] ,船舶靠泊對護舷的撞擊能量表達式為:

E = 0.5C M M D V B 2 C E C S C C式中: E 為撞擊能量, kJ ; M D 為船舶排水量, t ; V B為船舶正常靠泊時的靠泊速度, m/s ,依據靠泊碼頭能否有掩護、靠泊條件的難易,以及船舶排水量等條件查表肯定; C S 為柔性係數,取 0.9~1.0 ,當護舷連續布置時取 0.9 ,其他狀況取 1.0 ; C C 為泊位外形係數,取 0.8~1.0 ,開敞式高樁碼頭取1.0 ,實體碼頭取 0.8~1.0 ,通常取 1.0 ; C M 為船舶附加水體影響係數; C E 為偏心係數。

1 ) 船舶附加水體影響係數計算公式如下:C M = 1 +2D VB式中: D V 為船舶與計算裝載度對應的吃水, m ; B為船舶型寬。

2 ) 偏心係數計算公式如下:C E =K 2 + R 2 cos 2 酌K 2 + R 2其中船舶回轉半徑 K 計算公式如下:

K = ( 0.19C b + 0.11 ) L式中: C b 為方形係數; L 為船舶垂線間長度, m ; R為船舶質心至靠泊點的間隔, m ; 酌 為靠泊方向與R 之間的銳角夾角,( 毅 )。當船舶停靠發作不正確處置、發作毛病或者異常的橫風、水流或者異常風和水流的分離時,需求思索非正常靠泊。非正常靠泊的能量計算是在正常靠泊能量的根底上乘以相應的平安係數完成的。其平安係數的倡議值見 PIANC 。

2 實例

2.1 工程概略加納某新集裝箱碼頭工程位於非洲西部,加納南部沿海,瀕臨幾內亞灣的北側。集裝箱碼頭岸線總長 1 400 m ,頂標高為 +4.0 m 。碼頭構造采用重力式沉箱構造。碼頭橡膠護舷原設計選型為SCN1800 F2.0 ,碼頭橡膠護舷構造示。

2.2 橡膠護舷選擇思索到錐形橡膠護舷具有高吸能低反力及船舶靠泊角度 10毅 內不影響其吸能性能的優點,選擇錐形橡膠護舷。

2.3 橡膠護舷型號肯定思索單個護舷吸能大於 2 693 kN · m ,選擇SCN1800 F2.0 橡膠護舷。橡膠護舷的反力和變形如圖 2 所示 [4] 。由圖 2 可知, SCN1800 F2.0 橡膠護舷比較大的吸能 2 775 kN · m ,滿足比較大的撞擊能量 2 693 kN · m的請求。

3 護舷優化計算和結果3.1 橡膠護舷優化思緒

1 ) 由於非正常靠泊已思索由溫度變化、船舶自身及異常靠泊速度等要素,因而在撞擊能量計算中不應再反複思索,而隻思索橡膠護舷製造偏向, BS6349-4 [3] 中規則製造偏向取 10% ,經谘詢廠家,其製造偏向能到達 5% 。

2 ) BS6349-4 [3] 中明白指出,在船舶靠泊過程中可同時思索多個護舷吸能的工況。因而,本優化計劃主要思索船舶靠泊時 2 個和 3 個橡膠護舷單元共同作用下的護舷型號選取。

4 橡膠護舷優化計算

1 ) 船艏圓弧半徑計算,其結果見表 2 。R B =12 (B2+L2OA8B)

2 ) 橡膠護舷引薦依據前麵的剖析,可知比較大的撞擊能量為設計撞擊能量再思索 依5% 的偏向。因而,橡膠護舷能效吸能請求如表 2 。初步引薦橡膠護舷為錐形橡膠護舷 SPC 1300G3.0 ,其額定吸能 1 402 kN · m ,額定反力 2 048 kN 。

3 ) 撞擊時護舷組的工作原理護舷設計時還需將跟船舶舷側板壓力相關的船艏圓弧半徑、靠泊角度、護舷布置間距、非正常靠泊及靠泊時撞擊多個橡膠護舷的要素都思索在內。同時,停止護舷設計時, BS6349-4 規則船舶靠泊需假定為船舶船艏接觸單個或者多個護舷、船舶縱軸線與碼頭前沿線構成一個向右的角度(靠泊角度在標準規則範圍內) 並繞接觸點向右旋轉以完成靠泊,普通思索參與撞擊能吸能的護舷個數為 2 個或者 3 個。當參與吸能的護舷為 2 個和 3 個單元時,船舶靠泊初始狀態及撞擊能完整吸能時的表示圖見圖 3 。 船舶靠泊幾何圖示見圖 4 。

4 ) 護舷吸能才能複核所選護舷為 SPC1300 G3.0 ,其產品性能曲線

依據護舷性能參考表和曲線圖,可得出不同工況下護舷組的實踐吸能才能見表 3 。由此可知,設計船型均是護舷組(每組 2 個護舷單元或者 3 個護舷單元) 吸能,且均能滿足設計船型靠泊時的吸能請求。

5 ) 船舶靠泊時船體與碼頭構造比較小間隔複核依據產品設計手冊 [6] ,船舶靠泊時,橡膠護舷吸能後會產生變形,船體至碼頭構造的間隔會因而減少,過小的淨距將給船舶及碼頭構造帶來被毀壞的風險,分離護舷的吸能大小和性能曲線圖(圖 5 ),可得出正常靠泊及非正常靠泊狀況下船體與碼頭構造的淨距比較小值為 680 mm ,其淨距表示圖見圖 6 ,計算結果滿足標準 [2] 比較小淨距 250 mm的請求。

6 ) 船舶舷側板壓強複核靠泊時船舶舷側板壓強大小可經過調整護舷防衝板的麵積完成,本項目裝備的防衝板尺度為寬度 2.1 m 和高度 5.12 m ,經計算其對舷側板的壓強為 200 kPa ,在允許範圍內。

7 ) 結論SPC 1300 G3.0 護舷滿足本項目船舶靠泊的設計請求和運用請求。

5 總結

1 ) 基於國外規範和標準計算出的撞擊能量,需依據設計船型及護舷產品手冊和設計指南對船舶靠泊時作用的護舷個數停止剖析,防止將一切能量分配在一個護舷單元上。

2 ) 本項目由於護舷優化後本體尺度變小,能裝置在胸牆上,因而取消了碼頭靠船構件,經本錢剖析,優化儉省約 250 萬美圓。另外,在本項目工期壓力較大的狀況下,靠船構件的取消也儉省了工期,意義特殊。

3 ) 若非設計條件限製,本項目護舷優化時還可組合護舷布置間距(可增大),比照剖析後合理選擇護舷型號及間距,將進一步降低造價。