靠泊V形船舶碼頭的新型護(hù)舷選型及應(yīng)用

陳松

（福建省港航勘察設(shè)計(jì)院有限公司，福建 福州 350002）

1 現(xiàn)有U形船舶及碼頭靠船構(gòu)件

現(xiàn)有的貨輪包括散雜貨船和集裝箱船，大部分為U形船舶，靠船構(gòu)件基本下掛在橫梁下，或在碼頭胸墻上，外設(shè)橡膠護(hù)舷。由于船舶側(cè)面直線段較長(zhǎng)，無(wú)論水位高低，船舶停靠碼頭時(shí)，裝卸均很便利。

2 V形船舶停靠存在的問(wèn)題

在碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，作為附屬設(shè)施的護(hù)舷系統(tǒng)一般根據(jù)到港船型、靠泊方式、速度及水位變動(dòng)幅度等因素進(jìn)行選型與布置[1-2]，根據(jù)不同的船型選用不同的護(hù)舷，以期達(dá)到保證護(hù)舷系統(tǒng)品質(zhì)，降低后期維護(hù)成本的目的[3]。

工作船和巡邏船的船身多為V形，見(jiàn)圖1，這種船舶停靠碼頭通常會(huì)出現(xiàn)以下幾個(gè)問(wèn)題：

1）漲落潮時(shí)由于水位變動(dòng)甲板兩側(cè)凸出部分會(huì)卡在水平向、斜向、豎向橡膠護(hù)舷端部及豎向橡膠護(hù)舷安裝縫上。

圖1 V形船舶靠泊碼頭示意圖Fig.1 Schematic diagram of V-shaped ship berthing to wharf

2）高水位時(shí)，船身會(huì)超出碼頭面，船舶凸出部分與防撞護(hù)輪檻及系船柱發(fā)生碰撞。

3）低水位時(shí)，由于船舶凸出部分頂靠在靠船構(gòu)件上，船體離碼頭距離就較遠(yuǎn)，不易上下人和上下貨。

3 靠船構(gòu)件方案比選

3.1 第一種方案

V形船舶在靠泊碼頭時(shí)，可以設(shè)置具有一定寬度的浮體，使得船舶與碼頭有一定距離，避免船舶凸出的甲板及鋼制護(hù)舷碰到碼頭。根據(jù)浮體形式可分為“充氣式橡膠護(hù)舷”、“充填泡沫型橡膠護(hù)舷”、“鋼箱型浮體”。碼頭安裝充氣式（充填泡沫）橡膠護(hù)舷見(jiàn)圖2。

3.2 第二種方案

V形船舶在靠泊碼頭時(shí)，對(duì)于船舶甲板高出碼頭面一定距離的情況，可以在碼頭的前沿設(shè)立柱，在立柱上再增設(shè)橡膠護(hù)舷。當(dāng)停靠碼頭的船舶隨著潮水上下浮動(dòng)時(shí)，碼頭上常規(guī)布置的橡膠護(hù)舷結(jié)合立柱上增設(shè)的橡膠護(hù)舷就可以滿足船舶靠泊要求[4-6]。

圖2 碼頭安裝充氣式（充填泡沫）橡膠護(hù)舷Fig.2 Installation of inflatable(filled foam)rubber fender at wharf

立柱式靠船構(gòu)件碼頭斷面圖見(jiàn)圖3。

圖3 立柱式靠船構(gòu)件碼頭斷面圖Fig.3 Section view of column type berthing component wharf

3.3 方案比選

充氣型橡膠護(hù)舷為保證正常工作，需3個(gè)月檢查內(nèi)部氣壓，5個(gè)月更換氣門芯。后期維護(hù)工作較多，需專業(yè)人員進(jìn)行維護(hù)，充填泡沫型橡膠護(hù)舷，同樣型號(hào)的價(jià)格約為充氣型橡膠護(hù)舷的2.2倍，鋼箱型浮體造價(jià)及防腐維護(hù)費(fèi)用更加昂貴；同時(shí)浮體與碼頭為柔性連接，漂浮于水面上，在臺(tái)風(fēng)期風(fēng)浪的作用下，可能沖上碼頭，造成碼頭設(shè)施和浮體的損害，因此臺(tái)風(fēng)期間需將浮體拆除運(yùn)至后方。目前國(guó)內(nèi)使用浮體護(hù)舷的碼頭大部分為重力式岸壁碼頭，碼頭胸墻與充氣型護(hù)舷全面接觸，但對(duì)于高樁梁板式結(jié)構(gòu)，中低水位時(shí)碼頭僅有靠船構(gòu)件與充氣型橡膠護(hù)舷接觸，不確定、不可控因素較多[7]，2種方案優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

表1 優(yōu)缺點(diǎn)比較Table 1 Comparison table of advantages and disadvantages

綜合考慮，不推薦使用浮體，而采用立式護(hù)舷方案，在立柱式方案基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.4 方案優(yōu)化

3.4.1 優(yōu)化思路

在高水位大型V形船靠泊時(shí)，為保證船舶與立柱護(hù)舷的有效接觸，立柱需高于船舶側(cè)面的最高點(diǎn)，這樣勢(shì)必要增加立柱高度。考慮到立柱高度太高會(huì)影響碼頭美觀以及對(duì)結(jié)構(gòu)整體受力不利，本工程采用轉(zhuǎn)動(dòng)橡膠護(hù)舷，以降低立柱高度。

3.4.2 優(yōu)化方案

碼頭面上設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)橡膠護(hù)舷，見(jiàn)圖4、圖5。在船舶隨潮位上升的過(guò)程中，船舶首先接觸到轉(zhuǎn)動(dòng)橡膠護(hù)舷，隨著轉(zhuǎn)動(dòng)橡膠護(hù)舷的轉(zhuǎn)動(dòng)船體上滑。在潮位下降的過(guò)程中，船舶會(huì)落在轉(zhuǎn)動(dòng)橡膠護(hù)舷上，隨著轉(zhuǎn)動(dòng)橡膠護(hù)舷的轉(zhuǎn)動(dòng)，逐漸下滑。轉(zhuǎn)動(dòng)橡膠護(hù)舷固定在后方的立柱上，立柱為鋼結(jié)構(gòu)形式。立柱基礎(chǔ)采用植筋的方式與碼頭平臺(tái)和橫梁連接。

圖4 滾動(dòng)式靠船構(gòu)件斷面圖Fig.4 Sectional view of rolling berthing component

圖5 滾動(dòng)式靠船構(gòu)件實(shí)景圖Fig.5 Real picture of rolling berthing component

轉(zhuǎn)動(dòng)型橡膠護(hù)舷利用滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)和壓縮變形吸收船舶撞擊能量，大多運(yùn)用在船廠、船塢。特別在船塢的塢門兩側(cè)沿船舶運(yùn)動(dòng)方向水平布置，保證進(jìn)出塢的船舶和塢首結(jié)構(gòu)安全。

碼頭上豎向布置轉(zhuǎn)動(dòng)型橡膠護(hù)舷在國(guó)內(nèi)很少見(jiàn)，經(jīng)碼頭實(shí)際運(yùn)營(yíng)、靠泊檢驗(yàn)，該方式可以有效解決V形船舶靠泊時(shí)產(chǎn)生的船體碰掛碼頭設(shè)施的現(xiàn)象，使用效果較好。

3.4.3 受力計(jì)算

船舶靠岸時(shí)的撞擊力標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)船舶有效撞擊能量和橡膠護(hù)舷性能曲線及靠船結(jié)構(gòu)剛度確定。

船舶靠岸時(shí)的有效撞擊能量E0按下式計(jì)算[8]：

式中：E0為船舶靠岸時(shí)的有效撞擊能量，kJ；ρ為有效動(dòng)能系數(shù)，取0.75；M為船舶質(zhì)量，按排水量計(jì)算，t；Vn為船舶靠岸時(shí)對(duì)碼頭撞擊的法向速度，m/s。

以3 000 t船舶為例，當(dāng)V形船靠岸時(shí)法向速度Vn取0.17 m/s，滿載排水量按6 600 t，則船舶的有效撞擊能量E0為71.5 kJ。轉(zhuǎn)動(dòng)橡膠護(hù)舷取φ1 500×500H，吸能為90 kJ，反力為382 kN。

3.4.4 施工要求

1）轉(zhuǎn)動(dòng)橡膠護(hù)舷后方固定鋼架，寬度不大于1 200 mm，高度不大于1 800 mm；轉(zhuǎn)動(dòng)橡膠護(hù)舷需滿足吸能大于90 kJ，反力小于40 t。

2）橡膠護(hù)舷測(cè)試

根據(jù)橡膠護(hù)舷制造標(biāo)準(zhǔn)，在出廠時(shí)應(yīng)進(jìn)行測(cè)試，以確認(rèn)其吸能率。測(cè)試結(jié)果應(yīng)記錄留存，只有測(cè)試結(jié)果合格，護(hù)舷方能起運(yùn)[9]。

3）材料

橡膠護(hù)舷所用材料應(yīng)由彈性好、耐老化、耐海水、耐油腐蝕和耐磨的天然和合成膠組成，膠料的試驗(yàn)應(yīng)遵循國(guó)家有關(guān)技術(shù)規(guī)定。

4）橡膠護(hù)舷的配件應(yīng)適應(yīng)腐蝕的海洋大氣環(huán)境，采用不銹鋼制作，橡膠護(hù)舷安裝后應(yīng)易于維修和更換。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析某碼頭在停靠V形船時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，并對(duì)類似碼頭靠船構(gòu)件進(jìn)行調(diào)研，提出了全新的滾動(dòng)式立柱靠船構(gòu)件形式，通過(guò)碼頭實(shí)際運(yùn)營(yíng)，靠泊條件明顯改善，這種靠船構(gòu)件形式對(duì)同類型的碼頭有一定的指導(dǎo)和借鑒作用。