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码头船用橡胶护舷反力计算数值优化与总结
- 2020-09-14-

船舶靠泊时撞击能量和橡胶护舷的受力剖析是橡胶护舷选型比较重要的局部。以加纳某新集装箱码头为例,经过对橡胶护舷吸能的分配停止剖析计算,将原设计单个护舷吸能形式改为中外标准允许的多个护舷吸能的形式,并以靠泊时船艏撞击点的不同来剖析不利靠泊工况,以船舶船艏圆弧半径、护舷组吸能能量及对应的变形为剖析要素,肯定不同撞击点时参与吸能的护舷数量 (不同的吸能护舷的数量也称为不同的靠泊工况)。依据不同的靠泊工况对护舷组的吸能和变形停止剖析计算,得出满足吸能及码头构造维护的比较佳橡胶护舷型号,完成对护舷的优化设计。

橡胶护舷,撞击能量,护舷反力:

    吸能分配护舷系统的设计是一个较复杂的过程,目前在世界范围内还没有一本设计标准能让护舷系统的设计规范化,大局部设计程序还是需求依赖护舷系统专业设计人员的经历来完成。目前全世界比较主流的设计标准是国际航运协会( 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 ”,此外还有英国国度规范( BIS ),日本国度规范( JIS ),欧洲规范( EUROCODE )等。护舷的设计普通有 4 个步骤:
    首先是搜集船舶、码头、靠岸和环境要素信息,
    第二是肯定比较大船舶靠岸动能,
    第三是依据码头船舶的特质分别肯定护舷弹性体、前部构造和运动限制安装(能够有多种计划),是依据设计合理性及资料装置本钱从各计划当选取比较佳计划。随着我国水运转业海外业务的蓬勃开展,国内设计院对运用国际规范对船舶撞击能量的计算已完整控制。但是,目前还没有标准规则撞击能量选取橡胶护舷的计算办法,国内水运设计行业在橡胶护舷选型时普遍只思索撞击能量被单个橡胶护舷吸收的状况。但是中外标准 [1-2] 都允许靠泊时撞击能量被单个或者多个橡胶护舷吸收的状况,即橡胶护舷组停止吸能分配。本文经过对加纳某新集装箱码头橡胶护舷吸能分配停止剖析计算,提出橡胶护舷的优化设计办法,可供海外水工工程设计自创。

1 船舶撞击能计算依据 PIANC 2002 [3] ,船舶靠泊对护舷的撞击能量表达式为:

E = 0.5C M M D V B 2 C E C S C C式中: E 为撞击能量, kJ ; M D 为船舶排水量, t ; V B为船舶正常靠泊时的靠泊速度, m/s ,依据靠泊码头能否有掩护、靠泊条件的难易,以及船舶排水量等条件查表肯定; C S 为柔性系数,取 0.9~1.0 ,当护舷连续布置时取 0.9 ,其他状况取 1.0 ; C C 为泊位外形系数,取 0.8~1.0 ,开敞式高桩码头取1.0 ,实体码头取 0.8~1.0 ,通常取 1.0 ; C M 为船舶附加水体影响系数; C E 为偏心系数。

1 ) 船舶附加水体影响系数计算公式如下:C M = 1 +2D VB式中: D V 为船舶与计算装载度对应的吃水, m ; B为船舶型宽。

2 ) 偏心系数计算公式如下:C E =K 2 + R 2 cos 2 酌K 2 + R 2其中船舶回转半径 K 计算公式如下:

K = ( 0.19C b + 0.11 ) L式中: C b 为方形系数; L 为船舶垂线间长度, m ; R为船舶质心至靠泊点的间隔, m ; 酌 为靠泊方向与R 之间的锐角夹角,( 毅 )。当船舶停靠发作不正确处置、发作毛病或者异常的横风、水流或者异常风和水流的分离时,需求思索非正常靠泊。非正常靠泊的能量计算是在正常靠泊能量的根底上乘以相应的平安系数完成的。其平安系数的倡议值见 PIANC 。

2 实例

2.1 工程概略加纳某新集装箱码头工程位于非洲西部,加纳南部沿海,濒临几内亚湾的北侧。集装箱码头岸线总长 1 400 m ,顶标高为 +4.0 m 。码头构造采用重力式沉箱构造。码头橡胶护舷原设计选型为SCN1800 F2.0 ,码头橡胶护舷构造示。

2.2 橡胶护舷选择思索到锥形橡胶护舷具有高吸能低反力及船舶靠泊角度 10毅 内不影响其吸能性能的优点,选择锥形橡胶护舷。

2.3 橡胶护舷型号肯定思索单个护舷吸能大于 2 693 kN · m ,选择SCN1800 F2.0 橡胶护舷。橡胶护舷的反力和变形如图 2 所示 [4] 。由图 2 可知, SCN1800 F2.0 橡胶护舷比较大的吸能 2 775 kN · m ,满足比较大的撞击能量 2 693 kN · m的请求。

3 护舷优化计算和结果3.1 橡胶护舷优化思绪

1 ) 由于非正常靠泊已思索由温度变化、船舶自身及异常靠泊速度等要素,因而在撞击能量计算中不应再反复思索,而只思索橡胶护舷制造偏向, BS6349-4 [3] 中规则制造偏向取 10% ,经咨询厂家,其制造偏向能到达 5% 。

2 ) BS6349-4 [3] 中明白指出,在船舶靠泊过程中可同时思索多个护舷吸能的工况。因而,本优化计划主要思索船舶靠泊时 2 个和 3 个橡胶护舷单元共同作用下的护舷型号选取。

4 橡胶护舷优化计算

1 ) 船艏圆弧半径计算,其结果见表 2 。R B =12 (B2+L2OA8B)

2 ) 橡胶护舷引荐依据前面的剖析,可知比较大的撞击能量为设计撞击能量再思索 依5% 的偏向。因而,橡胶护舷能效吸能请求如表 2 。初步引荐橡胶护舷为锥形橡胶护舷 SPC 1300G3.0 ,其额定吸能 1 402 kN · m ,额定反力 2 048 kN 。

3 ) 撞击时护舷组的工作原理护舷设计时还需将跟船舶舷侧板压力相关的船艏圆弧半径、靠泊角度、护舷布置间距、非正常靠泊及靠泊时撞击多个橡胶护舷的要素都思索在内。同时,停止护舷设计时, BS6349-4 规则船舶靠泊需假定为船舶船艏接触单个或者多个护舷、船舶纵轴线与码头前沿线构成一个向右的角度(靠泊角度在标准规则范围内) 并绕接触点向右旋转以完成靠泊,普通思索参与撞击能吸能的护舷个数为 2 个或者 3 个。当参与吸能的护舷为 2 个和 3 个单元时,船舶靠泊初始状态及撞击能完整吸能时的表示图见图 3 。 船舶靠泊几何图示见图 4 。

4 ) 护舷吸能才能复核所选护舷为 SPC1300 G3.0 ,其产品性能曲线

依据护舷性能参考表和曲线图,可得出不同工况下护舷组的实践吸能才能见表 3 。由此可知,设计船型均是护舷组(每组 2 个护舷单元或者 3 个护舷单元) 吸能,且均能满足设计船型靠泊时的吸能请求。

5 ) 船舶靠泊时船体与码头构造比较小间隔复核依据产品设计手册 [6] ,船舶靠泊时,橡胶护舷吸能后会产生变形,船体至码头构造的间隔会因而减少,过小的净距将给船舶及码头构造带来被毁坏的风险,分离护舷的吸能大小和性能曲线图(图 5 ),可得出正常靠泊及非正常靠泊状况下船体与码头构造的净距比较小值为 680 mm ,其净距表示图见图 6 ,计算结果满足标准 [2] 比较小净距 250 mm的请求。

6 ) 船舶舷侧板压强复核靠泊时船舶舷侧板压强大小可经过调整护舷防冲板的面积完成,本项目装备的防冲板尺度为宽度 2.1 m 和高度 5.12 m ,经计算其对舷侧板的压强为 200 kPa ,在允许范围内。

7 ) 结论SPC 1300 G3.0 护舷满足本项目船舶靠泊的设计请求和运用请求。

5 总结

1 ) 基于国外规范和标准计算出的撞击能量,需依据设计船型及护舷产品手册和设计指南对船舶靠泊时作用的护舷个数停止剖析,防止将一切能量分配在一个护舷单元上。

2 ) 本项目由于护舷优化后本体尺度变小,能装置在胸墙上,因而取消了码头靠船构件,经本钱剖析,优化俭省约 250 万美圆。另外,在本项目工期压力较大的状况下,靠船构件的取消也俭省了工期,意义特殊。

3 ) 若非设计条件限制,本项目护舷优化时还可组合护舷布置间距(可增大),比照剖析后合理选择护舷型号及间距,将进一步降低造价。