關于碼頭新型抗疲勞靠船設施的探討

李金強（重慶交通大學河海學院，重慶 400047）

關于碼頭新型抗疲勞靠船設施的探討

李金強
（重慶交通大學河海學院，重慶 400047）

在現代碼頭結構中，碼頭靠船設施一般是由靠船樁、橡膠護舷等共同組成，設置在碼頭的前沿地帶。在船舶停泊時，靠船設施會減小船舶對碼頭的撞擊力。船舶撞擊產生的能量巨大，靠船樁或者橡膠護舷并不能完全的消除船舶對碼頭的撞擊力，一部分撞擊力還會作用在碼頭結構上。如果通過一定的設施減小撞擊，將會大大減小船舶靠泊時對碼頭的威脅，撞擊產生的能量又可以作為一種資源儲備起來。于是，提出新型抗疲勞靠船設施的想法。該設施一方面在船舶靠泊時對碼頭起到保護的作用；另一方面，還可以將撞擊產生的能量儲存起來。

船舶撞擊；橡膠護舷；靠船樁；儲能；放能

靠船樁即樁式防沖設施，一般為下端嵌固在地基中的懸臂梁，當上端受到船舶撞擊后發生較大的變形來吸收船舶撞擊能量，目前國內外的靠船樁一般為鋼筋混凝土樁或者鋼管樁；橡膠護舷又稱為護木，安裝在碼頭上，用來吸收船舶撞擊碼頭時的能量，對碼頭起保護作用。橡膠護舷可分為實心橡膠護舷和漂浮型橡膠護舷，材料一般為橡膠制品。隨著新材料的不斷發展，新材料護舷也在不斷的發展中。靠船樁與橡膠護舷結合在一起，極大的減小了撞擊的能量，有效的保護了碼頭安全。

1　靠船設施應用現狀

目前，國內外現有的靠船設施基本是以靠船樁為基礎，利用靠船樁的變形來吸收船舶撞擊力，但是船舶撞擊產生的能量是非常大的，同時，在船舶重復撞擊下，靠船樁不能及時的恢復原位，從而慢慢的失去吸收能量的能力。與此同時，橡膠護舷在反復撞擊下，也會產生疲勞，消能作用不明顯。如果更換靠船樁或者橡膠護舷不及時，將會大大增加船舶靠泊時的不可靠度，對碼頭安全造成威脅。

2　新型抗疲勞靠船設施設計

2.1整體設計

通過分析碼頭的結構與受力特點，通過改進碼頭的結構，提出新型抗疲勞靠船設施的想法。當船舶撞擊靠船樁時，通過一定的儲能裝置將撞擊能量收集起來；儲存起來的能量，再通過一定的放能裝置釋放。總之，該裝置可以基本上使碼頭結構不受力的作用，同時儲存起來的能量又可以作為一種資源，用于各個方面。

2.2設計模塊

新型抗疲勞靠船設施分為接觸裝置、儲能裝置、放能裝置和監控裝置四部分。各個裝置的具體布置情況如下：

接觸裝置是整個設施的觸發點，該裝置布置在靠船樁上或者碼頭的前沿結構中。接觸裝置前沿為外伸的探頭，用于接觸船體，類似于千斤頂的上部分，具有伸縮性質，與后面的裝置相連接。接觸裝置的材質要根據實驗選擇。

儲能裝置用來連接接觸裝置和放能裝置，同時還具有儲存能量的作用。連接裝置內部為真空的狀態，與外界隔絕，內部空氣經過壓縮具有極高的能量，從而將能量儲存起來。因為儲能裝置的內部壓力巨大，如果選用的材質不符合要求，會造成的裝置的破壞和系統的癱瘓，因此需要經過嚴格的實驗確定。

放能裝置將儲能裝置中儲存的能量釋放出來，由于船舶的擠壓，使得儲能裝置內部的空氣具有極高的壓力，儲存了巨大的能量。空氣經過壓縮后，變成高壓空氣，高壓空氣用途廣泛，可以用作動力，比如機械與風動工具、自動化裝置等，此時整個系統的扮演著高壓空氣壓縮機的角色。

監控裝置會時時監控整個設施內部的壓力，保證接觸裝置運轉時，儲能裝置內空氣能夠得到足夠的壓縮；同時檢測系統的封閉情況，保證系統與外界的絕對隔離狀態，當內部壓力很小，就要通過必要的措施加強內部的壓力，保證系統的正常運行。因此監控裝置需要嚴格監控各個裝置的運行情況，遇到問題需要及時的處理。

整個系統的工作過程為：船舶在靠泊時，會首先觸碰接觸裝置，接觸裝置上的外伸探頭會由于船舶的撞擊后移，由于后面的儲能裝置是封閉的狀態，裝置內部具有一定的壓力，探頭的后移就會造成空氣的壓縮，空氣經過壓縮之后具有極高的能量，然后放能裝置開始運作，將壓縮的空氣用于發電等方面。整個過程接觸裝置的探頭一直處于后移的狀態，當船舶離港時，探頭經過事先設定的程序恢復的初始的狀態，等待下一艘船舶的到來。整個系統運行的同時，監控裝置也在時時監控，保證內部具有一定的壓力，保證系統的封閉狀態，檢測探頭的回移情況，必要時發出警報。放能裝置同時將壓縮的空氣儲存起來，壓縮的空氣作為一種重要的動力源，應用十分廣泛。各種材質都具有一定的使用期限，因此需要進行系統的維護。定期檢查系統的各個部分的連接情況，接觸裝置的探頭是重要部分，要定期維護，避免出現只壓縮不會彈的情況，維護過程中出現任何情況都要及時處理，避免影響后續的使用。

2.3設計優勢

本系統與傳統的靠船樁等靠船措施相比較，具有很大的優勢。受力方面，傳統的靠船樁等靠船設施不能完全消除船舶靠泊的撞擊力，一部分撞擊力作用在碼頭結構上，對碼頭的安全也造成了一定的威脅，而此裝置完全將撞擊力轉化為壓縮的空氣，碼頭結構幾乎不受撞擊力的作用；同時，該系統可以多次利用，具有抗疲勞的特點，這是該系統的一大亮點；成本方面，組成系統的各個構件都是現有的材料，造價低，與靠船樁的造價比較，本系統造價更容易接受；操作方面，該系統完全是自動化控制，不需要人工；其次，壓縮的空氣可以作為新的能源，可以應用在化工、冶金等方面，這樣，將撞擊產生的能量轉化為壓縮的空氣的能量，達到了對資源的重復利用，在現在資源緊張的社會，是比較受歡迎的。

3　結束語

新型碼頭抗疲勞靠船設施是以靠船樁為基礎，加以適當的裝置設置而成，在理論上分析是具有可行性的。雖然，現在的靠船設施種類很多，但是類似于本系統的靠船設施幾乎沒出現，具有良好的市場，當然，該系統并不完善，缺少十足的實驗數據作支撐，這是以后研究的重點。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.223

李金強（1994-），男，山東德州人，本科在讀，研究方向：港口航道與海岸工程。