李金強(qiáng)（重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶 400047）

關(guān)于碼頭新型抗疲勞靠船設(shè)施的探討

李金強(qiáng)
（重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶 400047）

在現(xiàn)代碼頭結(jié)構(gòu)中，碼頭靠船設(shè)施一般是由靠船樁、橡膠護(hù)舷等共同組成，設(shè)置在碼頭的前沿地帶。在船舶停泊時(shí)，靠船設(shè)施會(huì)減小船舶對(duì)碼頭的撞擊力。船舶撞擊產(chǎn)生的能量巨大，靠船樁或者橡膠護(hù)舷并不能完全的消除船舶對(duì)碼頭的撞擊力，一部分撞擊力還會(huì)作用在碼頭結(jié)構(gòu)上。如果通過(guò)一定的設(shè)施減小撞擊，將會(huì)大大減小船舶靠泊時(shí)對(duì)碼頭的威脅，撞擊產(chǎn)生的能量又可以作為一種資源儲(chǔ)備起來(lái)。于是，提出新型抗疲勞靠船設(shè)施的想法。該設(shè)施一方面在船舶靠泊時(shí)對(duì)碼頭起到保護(hù)的作用；另一方面，還可以將撞擊產(chǎn)生的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)。

船舶撞擊；橡膠護(hù)舷；靠船樁；儲(chǔ)能；放能

靠船樁即樁式防沖設(shè)施，一般為下端嵌固在地基中的懸臂梁，當(dāng)上端受到船舶撞擊后發(fā)生較大的變形來(lái)吸收船舶撞擊能量，目前國(guó)內(nèi)外的靠船樁一般為鋼筋混凝土樁或者鋼管樁；橡膠護(hù)舷又稱為護(hù)木，安裝在碼頭上，用來(lái)吸收船舶撞擊碼頭時(shí)的能量，對(duì)碼頭起保護(hù)作用。橡膠護(hù)舷可分為實(shí)心橡膠護(hù)舷和漂浮型橡膠護(hù)舷，材料一般為橡膠制品。隨著新材料的不斷發(fā)展，新材料護(hù)舷也在不斷的發(fā)展中。靠船樁與橡膠護(hù)舷結(jié)合在一起，極大的減小了撞擊的能量，有效的保護(hù)了碼頭安全。

1　靠船設(shè)施應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的靠船設(shè)施基本是以靠船樁為基礎(chǔ)，利用靠船樁的變形來(lái)吸收船舶撞擊力，但是船舶撞擊產(chǎn)生的能量是非常大的，同時(shí)，在船舶重復(fù)撞擊下，靠船樁不能及時(shí)的恢復(fù)原位，從而慢慢的失去吸收能量的能力。與此同時(shí)，橡膠護(hù)舷在反復(fù)撞擊下，也會(huì)產(chǎn)生疲勞，消能作用不明顯。如果更換靠船樁或者橡膠護(hù)舷不及時(shí)，將會(huì)大大增加船舶靠泊時(shí)的不可靠度，對(duì)碼頭安全造成威脅。

2　新型抗疲勞靠船設(shè)施設(shè)計(jì)

2.1整體設(shè)計(jì)

通過(guò)分析碼頭的結(jié)構(gòu)與受力特點(diǎn)，通過(guò)改進(jìn)碼頭的結(jié)構(gòu)，提出新型抗疲勞靠船設(shè)施的想法。當(dāng)船舶撞擊靠船樁時(shí)，通過(guò)一定的儲(chǔ)能裝置將撞擊能量收集起來(lái)；儲(chǔ)存起來(lái)的能量，再通過(guò)一定的放能裝置釋放?？傊?，該裝置可以基本上使碼頭結(jié)構(gòu)不受力的作用，同時(shí)儲(chǔ)存起來(lái)的能量又可以作為一種資源，用于各個(gè)方面。

2.2設(shè)計(jì)模塊

新型抗疲勞靠船設(shè)施分為接觸裝置、儲(chǔ)能裝置、放能裝置和監(jiān)控裝置四部分。各個(gè)裝置的具體布置情況如下：

接觸裝置是整個(gè)設(shè)施的觸發(fā)點(diǎn)，該裝置布置在靠船樁上或者碼頭的前沿結(jié)構(gòu)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?shù)纳喜糠?，具有伸縮性質(zhì)，與后面的裝置相連接。接觸裝置的材質(zhì)要根據(jù)實(shí)驗(yàn)選擇。

儲(chǔ)能裝置用來(lái)連接接觸裝置和放能裝置，同時(shí)還具有儲(chǔ)存能量的作用。連接裝置內(nèi)部為真空的狀態(tài)，與外界隔絕，內(nèi)部空氣經(jīng)過(guò)壓縮具有極高的能量，從而將能量?jī)?chǔ)存起來(lái)。因?yàn)閮?chǔ)能裝置的內(nèi)部壓力巨大，如果選用的材質(zhì)不符合要求，會(huì)造成的裝置的破壞和系統(tǒng)的癱瘓，因此需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)確定。

放能裝置將儲(chǔ)能裝置中儲(chǔ)存的能量釋放出來(lái)，由于船舶的擠壓，使得儲(chǔ)能裝置內(nèi)部的空氣具有極高的壓力，儲(chǔ)存了巨大的能量。空氣經(jīng)過(guò)壓縮后，變成高壓空氣，高壓空氣用途廣泛，可以用作動(dòng)力，比如機(jī)械與風(fēng)動(dòng)工具、自動(dòng)化裝置等，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的扮演著高壓空氣壓縮機(jī)的角色。

監(jiān)控裝置會(huì)時(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)設(shè)施內(nèi)部的壓力，保證接觸裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，儲(chǔ)能裝置內(nèi)空氣能夠得到足夠的壓縮；同時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的封閉情況，保證系統(tǒng)與外界的絕對(duì)隔離狀態(tài)，當(dāng)內(nèi)部壓力很小，就要通過(guò)必要的措施加強(qiáng)內(nèi)部的壓力，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此監(jiān)控裝置需要嚴(yán)格監(jiān)控各個(gè)裝置的運(yùn)行情況，遇到問(wèn)題需要及時(shí)的處理。

整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程為：船舶在靠泊時(shí)，會(huì)首先觸碰接觸裝置，接觸裝置上的外伸探頭會(huì)由于船舶的撞擊后移，由于后面的儲(chǔ)能裝置是封閉的狀態(tài)，裝置內(nèi)部具有一定的壓力，探頭的后移就會(huì)造成空氣的壓縮，空氣經(jīng)過(guò)壓縮之后具有極高的能量，然后放能裝置開始運(yùn)作，將壓縮的空氣用于發(fā)電等方面。整個(gè)過(guò)程接觸裝置的探頭一直處于后移的狀態(tài)，當(dāng)船舶離港時(shí)，探頭經(jīng)過(guò)事先設(shè)定的程序恢復(fù)的初始的狀態(tài)，等待下一艘船舶的到來(lái)。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的同時(shí)，監(jiān)控裝置也在時(shí)時(shí)監(jiān)控，保證內(nèi)部具有一定的壓力，保證系統(tǒng)的封閉狀態(tài)，檢測(cè)探頭的回移情況，必要時(shí)發(fā)出警報(bào)。放能裝置同時(shí)將壓縮的空氣儲(chǔ)存起來(lái)，壓縮的空氣作為一種重要的動(dòng)力源，應(yīng)用十分廣泛。各種材質(zhì)都具有一定的使用期限，因此需要進(jìn)行系統(tǒng)的維護(hù)。定期檢查系統(tǒng)的各個(gè)部分的連接情況，接觸裝置的探頭是重要部分，要定期維護(hù)，避免出現(xiàn)只壓縮不會(huì)彈的情況，維護(hù)過(guò)程中出現(xiàn)任何情況都要及時(shí)處理，避免影響后續(xù)的使用。

2.3設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

本系統(tǒng)與傳統(tǒng)的靠船樁等靠船措施相比較，具有很大的優(yōu)勢(shì)。受力方面，傳統(tǒng)的靠船樁等靠船設(shè)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(jié)構(gòu)上，對(duì)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(zhuǎn)化為壓縮的空氣，碼頭結(jié)構(gòu)幾乎不受撞擊力的作用；同時(shí)，該系統(tǒng)可以多次利用，具有抗疲勞的特點(diǎn)，這是該系統(tǒng)的一大亮點(diǎn)；成本方面，組成系統(tǒng)的各個(gè)構(gòu)件都是現(xiàn)有的材料，造價(jià)低，與靠船樁的造價(jià)比較，本系統(tǒng)造價(jià)更容易接受；操作方面，該系統(tǒng)完全是自動(dòng)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(yīng)用在化工、冶金等方面，這樣，將撞擊產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為壓縮的空氣的能量，達(dá)到了對(duì)資源的重復(fù)利用，在現(xiàn)在資源緊張的社會(huì)，是比較受歡迎的。

3　結(jié)束語(yǔ)

新型碼頭抗疲勞靠船設(shè)施是以靠船樁為基礎(chǔ)，加以適當(dāng)?shù)难b置設(shè)置而成，在理論上分析是具有可行性的。雖然，現(xiàn)在的靠船設(shè)施種類很多，但是類似于本系統(tǒng)的靠船設(shè)施幾乎沒(méi)出現(xiàn)，具有良好的市場(chǎng)，當(dāng)然，該系統(tǒng)并不完善，缺少十足的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作支撐，這是以后研究的重點(diǎn)。

［1］鄧夕貴.柔性靠船樁的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)［J］.水運(yùn)工程，2006（12）.

［2］楊世殊，范焱斌.靠船樁船舶撞擊力的計(jì)算［J］.湖南交通科技，2003.

［3］劉守宇.預(yù)應(yīng)力混凝土靠船樁優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.山西建筑，2014.

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

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