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        雙浮筒系泊能力的計(jì)算分析

        2015-12-02 01:44:42翁森毅福建省港航勘察設(shè)計(jì)院福建福州350002
        江西建材 2015年15期
        關(guān)鍵詞:錨地浮筒錨鏈

        翁森毅 福建省港航勘察設(shè)計(jì)院,福建 福州 350002

        漳灣作業(yè)區(qū)大洋臨時碼頭系泊錨地主要為滿足2 萬噸級散貨船安全錨泊、水上裝卸作業(yè)需要而建設(shè)的。根據(jù)港口生產(chǎn)要求、自然條件、水文特性、水域條件和船型等因素采用雙浮筒系泊。在錨地總平面設(shè)計(jì)時,依據(jù)現(xiàn)行《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行布置。

        1 雙點(diǎn)系泊錨地設(shè)計(jì)程序

        確定設(shè)計(jì)條件、錨地平面布置、系泊力計(jì)算、錨鏈拉力計(jì)算、沉錘設(shè)計(jì)、錨地設(shè)備選擇。

        2 設(shè)計(jì)條件

        2.1 風(fēng)況

        風(fēng)況:根據(jù)三都澳氣象站的實(shí)測資料統(tǒng)計(jì):常風(fēng)向?yàn)闁|南向,次常風(fēng)向南向及西南向,南風(fēng)向出現(xiàn)頻率達(dá)17.5%。每年秋季至翌年的初春多為偏北風(fēng),風(fēng)力較大,最大風(fēng)速28m/s。夏季多東南風(fēng),風(fēng)力較小,最大風(fēng)速10m/s。

        2.2 潮流

        根據(jù)實(shí)測資料,最大漲潮流速0.58 米/秒,流向?yàn)闁|西向,最大落潮流速0.64 米/秒,流向?yàn)槲鳀|向?;匦蛱幾畲鬂q潮流速0.78米/秒,流向?yàn)闁|西向,最大落潮流速1.1 米/秒,流向?yàn)槲鳀|向。

        2.3 波浪

        三都澳港區(qū)屬半封閉海灣,灣口牛角坡至大嶼水域?qū)挾?km 左右,口門偏東南向開敞。港內(nèi)大小島嶼星羅棋布,四周陸域均為海拔300m以上的山脈所環(huán)抱,外海波浪難以從口門直接傳入灣內(nèi),是公認(rèn)的天然避風(fēng)良港。根據(jù)規(guī)范用小風(fēng)區(qū)法推算漳灣公用作業(yè)區(qū)50 年一遇波要素:H1%=1.83 米,T=3.80 秒,波向?yàn)镹W 向。

        2.4 潮位

        根據(jù)三都澳多年實(shí)測潮位統(tǒng)計(jì)資料,本工程特征潮位和設(shè)計(jì)潮位見下(基準(zhǔn)面為1956 黃海平均海平面)。

        累計(jì)最高潮位:5.25m

        累計(jì)最低潮位:-4.34m

        平均高潮位:3.08m

        平均低潮位:-2.27m

        最大潮差:8.38m

        最小潮差:1.94m

        平均潮差:5.35m

        2.5 地質(zhì)

        由本工程地質(zhì)勘察報告揭示,擬設(shè)系浮筒位置處底質(zhì)為淤泥層,土層呈灰色,總體較純,偶見貝殼碎屑及局部間夾薄層細(xì)砂,土體粘性及滑感強(qiáng),切面較光滑,具腥味,干強(qiáng)度低,韌性低,搖震反應(yīng)慢,海積成因。流塑,飽和。該土層屬高壓縮性土,力學(xué)強(qiáng)度低,工程性能差。

        3 錨地平面布置

        3.1 系泊船型

        本工程系泊錨地主要為滿足2 萬噸級散貨船水上裝卸作業(yè)要求。

        3.2 系泊水域的尺度

        根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS165-2013),由于本工程水域?qū)挾仁艿较拗?、對泊穩(wěn)條件較高,故錨地采用雙浮筒系泊方式,錨地水域?yàn)殚L方形布置,其平面尺度按下式計(jì)算:

        式中:r——由潮差引起的浮筒水平偏位(m);每米潮差可按1m 計(jì)算;

        l——系纜的水平投影長度(m);

        B——設(shè)計(jì)船寬。

        計(jì)算得,S=241.0,α=100,取S=320,α=106(考慮浮筒位置距離臨時碼頭回旋區(qū)域較近,適當(dāng)放大)。錨地平面見下圖。

        錨地平面布置圖

        3.3 系泊水域的水深

        根據(jù)現(xiàn)行《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定,港內(nèi)錨地水深不宜小于碼頭前沿設(shè)計(jì)水深,本工程錨地設(shè)計(jì)底高程與大洋臨時碼頭一致,取-9.8m。

        根據(jù)本工程實(shí)測水深地形圖,系船錨地水域的水深滿足規(guī)范要求。

        4 系船浮筒系船能力分析

        4.1 系泊力計(jì)算

        本錨地主要為大洋臨時碼頭水上裝卸作業(yè)使用,根據(jù)相關(guān)規(guī)范要規(guī)定,碼頭六級風(fēng)時應(yīng)停止作業(yè),故本錨地按六級風(fēng)(13.8m/s)為計(jì)算風(fēng)速,計(jì)算流速取最大落潮流速1.1m/s,流向?yàn)?39°。海上波浪雖然對船舶有較大的瞬時沖擊力,但是大型船舶系泊時,系船浮筒錨鏈及系纜繩均會起到明顯的緩沖作用,且H1%=1.83m,對大型船舶作用較小,可不予考慮。

        ⑴作用在船舶上的風(fēng)壓力。船體水面上縱向受風(fēng)面積較橫向受風(fēng)面積小得多,故當(dāng)系泊船舶受橫向風(fēng)時,風(fēng)壓作用下的船舶系纜力最大。

        ⑵作用在船舶上的水流力。本錨地平面布置的走向與水流流向接近,根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范》(JTS144-1-2010),系泊船舶與潮向偏角0°~15°時水流縱向力:

        式中:Fyc——水流對船舶作用產(chǎn)生的水流力縱向分力(KN);Cyc——水流力縱向分力系數(shù);ρ——水的密度(t/m3);V——水流速度(m/s);S——船舶吃水線以下的表面積(m2)。

        式中:Re——水流對船舶作用雷諾數(shù),Re=VLb/ν

        ν——水的運(yùn)動粘性系數(shù)(m2/s)

        b——系數(shù)

        該水域海水溫度取25℃,ν 取0.89 ×10-4m2/s,根據(jù)潮流資料,水流流速采用V=1.1m/s,根據(jù)現(xiàn)行《港口工程荷載規(guī)范》,系泊船舶方型系數(shù)Cb取0.825,b 取0.009。

        計(jì)算得出:Re=VLb/ν=3.1 ×105

        又船舶吃水線以下的表面積S=1.7LT+CbLB=6115m2

        計(jì)算得出船舶受潮流作用產(chǎn)生的縱向水流力:

        船舶受潮流作用產(chǎn)生的橫向分力Fxc=Cxcρ/2·V2B=33.9KN。

        ⑶船舶系纜力及錨鏈拉力計(jì)算。受錨地平面尺度的限制,最不利船舶系纜力的水平夾角為24°。

        由浮筒處力系平衡,計(jì)算得到浮筒單側(cè)最大錨鏈拉力為387.8KN。

        考慮到系纜力較大,浮筒下錨鏈近似按直線考慮,錨鏈長度采用41.2m,錨鏈的水平夾角為20.0°。

        在浮筒出口處錨鏈拉力最大:

        試選φ64 有檔錨鏈錨鏈,其破斷拉力Nφ64=1560KN

        計(jì)算出錨鏈的安全系數(shù)K1=Nφ64/Fm=1560/412.7=3.8 >3

        故選用的φ64 有檔船用錨鏈滿足規(guī)范要求。

        4.2 沉錘設(shè)計(jì)

        根據(jù)沉錘處力系平衡計(jì)算,沉錘處水平力為387.8KN,垂直拉力為132.6KN。按照海港工程設(shè)計(jì)手冊關(guān)于錨重計(jì)算的規(guī)定,錨抓力系數(shù)K=1.1/2.3,由此可得,水下錨重應(yīng)大于387.8(1.12.3)=810.9KN。進(jìn)而計(jì)算出鋼筋混凝土沉錘體積

        沉錘設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),采用上邊長為2.5m,下邊長為7.5m,高度為2.5m 的正棱臺,重量達(dá)159t。為了增加沉錘與地面的粘著力,沉錘底部設(shè)邊長4m,高0.2m 的凹槽。

        經(jīng)計(jì)算得,實(shí)際采用沉錘V=64.8m3>60.1m3,符合要求。

        4.3 系船浮筒的選型

        業(yè)主已由專業(yè)廠家購置了兩個系泊浮筒,為圓形鋼質(zhì)浮筒,型號為XF5.5-D1,浮筒直徑5.5m,筒體總高3.0m,浮力31.2t。經(jīng)復(fù)核能夠滿足使用要求。

        5 結(jié)束語

        大型船舶及在水域?qū)挾仁艿较拗?、對泊穩(wěn)條件較高時,多采用雙點(diǎn)系泊錨地,在港區(qū)水中過駁錨地常亦采用此形式。雙點(diǎn)系泊錨地設(shè)計(jì)的要點(diǎn)包括:(1)錨地的平面布置時錨地的走向應(yīng)盡量接近水流流向和常風(fēng)向及強(qiáng)風(fēng)向;(2)通過各種工況條件船舶的風(fēng)流力計(jì)算和組合,以及最不利浮筒的分析,計(jì)算出最不利浮筒受到的水平系泊力;(3)錨塊的計(jì)算與錨鏈拉力、沉錘埋置方式等因素有關(guān),設(shè)計(jì)時應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定。

        [1]海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范(JTS165-2013).

        [2]港口工程荷載規(guī)范(JTS144-1-2010).

        [3]交通部第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院編,海港工程設(shè)計(jì)手冊(中冊),人民交通出版社,1997(4).

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