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码头护舷设备的规划设计与施工
- 2019-08-19 -

安装码头护舷系统的目的是为了防止船舶在靠泊或系泊过程中,码头与船舶相互冲撞损坏。因当船舶向码头靠泊时,具有相当大的动能,撞上码头后,这个功能必然要释放。对于小船,其冲撞动能较低,作用过程也较短,所以释放的能量也很低,对于较大的船舶,则需要码头设计人员重视这个系泊撞击力,并提供一个能够吸收足够能量的护舷系统,以防码头及船舶受损。


  对于小型码头,木护舷应用广泛;当然,某些大型码头也使用:木护舷系统是因木质纤维受压变曲,甚至局部压碎而吸收能量的,但它的能量吸收能力很低。当高能冲力出现时,木护舷由于吸收很大的附加能量通常会被撞坏、因而,木护舷系统常常设计成便于更换的单独构件。增加木护舷吸能量早、普遍的方法是在传统的木护舷与码头结构之间,装备一系列挤压变型的橡胶构件.实际上,目前这种护舷系统已广为应用,但它的能量吸收能力仍然不够大。


  起初所研究的大吸能量护舷系统导致了重力式护舷系统的发展。这些护舷系统的理论依据是能量转换定律,即通过加大护舷重量将船舶的动能转换为势能。然而,重力式护舷耗资多用量大,支撑系统结构的维修工作量也大。二、三十年前,护舷设施流行使用钢质弹簧作为吸收能量的构件,当时之所以能引起人们的兴趣,是由于其吸收能量高、且不需要高价结构来支撵其重量。存在的主要问题是构件易于锈蚀。随着橡胶护舷构件的不断发展,钢弹簧也渐渐被取代而改为它用了。


  之前的橡胶护舷是具有高吸能量的雷金式消能垫,它的工作原理是通过钢垫上的橡胶构件受剪压而吸收能量。尽管六十年代有相当一部分地区安装了雷金式消能垫,但到七十年代就有大部分被另一种廉价、单位吸能量高又无需频繁维修的橡胶护舷所取代。

一、护舷类型

  目前市场上的橡胶护舷构件有多种类型,每种类型都有不同的特征和一定的优缺点。护舷设备中广泛应用的型式通常有以下几类:

    1.压曲型;

    2.充气型;

    3、泡沫型;

    4、侧向受荷圆柱型(鼓型);

    5.对接V型{即X型):

    6、柔性桩型。

  图l表明了以上各种类型的反力一一变型特征。在图中,各类护舷在同一个设计反力下都有一个对应的吸能量。也就是说,若反力一变形曲线下的面积相等,则其吸能量相同。由图中可看出,压曲型护舷对于给定的大反力.其吸收能量的变形比其它各类均小得多,尽管它还有某些缺点,但这种小变形特性仍使其得到相当广范的使用。设计船型吨级以内的大部分船舶茌系泊期间都会出现大反力,许多压曲型护型对船体会造成相当大的压力,因而,常常要用一块板把压力分散减小。当承受与护舷面不垂直的外力时、这种护舷吸收冲击能的能力还将大大减小。

  充气型和泡沫型护舷,有相同的反力--变形曲线。由图中可见,它们显然比压曲型护舷变形大,因此,需要装配设备的外伸距也较大。在这种类型中,大型的圆形悬挂式护舷构件,对于船体接触压力较小,因此,在船体与护舷间就不需要加贴面板了。而对于小型的直接安装在码头结构上的护舷设备则必须加贴面板。至于充气型或泡沫型护舷在使用期间、其反力达到或接近大设计反力的情况极少出现或不出现。


  对于能量吸收要求不太高的地方,普遍应用大型的侧向受荷圆柱型(鼓型)护舷,尽管其对船舶接触压力相当大且安装紧固比较困难,但是,相对低廉的价格使其仍有一定的竞争力。V型护舷在与上述相同条件的地方也很有市场、有一些V型护舷上被装上一个单向贴面板,使其吸收能量的面积更大些。


  柔性桩型护舷一般用于土壤条件适合的地方,因为它把护舷的功能与靠船构件结合起来。桩的吸能量取决于其长度,因而,这类防撞系统特别适合在深水中应用。

二、设计步骤

  迄今为止,还没有一个统一的海港(船舶)防护系统设计规范。1978年、国际航运联合常务委员会(PLANC)成立了一个改进护舷系统设计的国际委员会,目的是制造一份指导护舷设施设计的文件:委员们提供了各种各样有关护舷设计的重要问题、大量不同的观点载人文献并在1984年公开发表。它作为全面有权威的护舷设施设计指导文献、推荐给与护舷设施设计有关的各个方面。


  在PIANC学术报告中,叙述了关于护舷系统吸能量计算的三种基本方法。即,数理统计方法;数学模型法;动力学方法。其中,应用时间长,范围广的是动力学法。它的理论基础是动能方程,即物体运动产生的动能{这里指系泊动能)等于物体质量与其运动速度平方乘积的一半(E=1/2mi)。但是,船舶运动的全部动能并不能全部被护舷系统吸收.通常,我们计算吸能量时,把船舶的总动能乘以一个系数fo这个系数由四部分组成、即:离心因数C。:附加质量因数Cm:柔度因数C。和码头岸壁形状因数cc:f=C。×Cm×Cs×Ce


  离心因数决定于船舶挤靠力作用点相对于船舶重心的位置。大约20年前提出的计算Ce的方法很简单,即Ce等于船舶惯性半径的平方除以惯性半径的平方与船舶重心到冲撞作用点距离的和,当然,还可更精确地计算,但一般无此必要。