趙 青，余 犇，王舉睿

（1.中交疏浚（集團）股份有限公司，上海 200086；2.中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510032；3.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

引 言

碼頭橡膠護舷設計是碼頭結構設計中的一個重要環(huán)節(jié)，其設計的核心內容為船舶撞擊能的計算。本文從某3 000～75 000 DWT集裝箱碼頭護舷設計出發(fā)，通過分析噸級跨度較大的船型的靠泊計算分析，總結出了選取合適的護舷的方法，供設計人員及碼頭管理人員參考。

1 撞擊能計算

1.1 設計船型參數(shù)

碼頭需要同時滿足3 000～75 000 DWT集裝箱船舶靠泊作業(yè)，噸級跨度較大。根據(jù)規(guī)范設計船型尺度，如表1。

表1 設計船型尺寸[1]

1.2 計算公式

本項目按照歐洲標準設計，正?？坎磿r船舶撞擊能按下式計算：

式中：

MD為船舶排水量（t）；

VB為垂直于泊位的靠船速度（m/s）；

CM為水動力質量系數(shù)；

CE為偏心系數(shù)；

CS為柔性系數(shù)；

CC為泊位形狀系數(shù)。

船舶靠泊時受到船員操作失誤、機械故障、自然條件（風、浪、流）等不利因素影響[2]，船舶靠泊時靠泊角度、靠泊速度有時難以操控。因此，橡膠護舷的設計需要考慮船舶非正?？坎磿r的撞擊能，這點是國內《港口工程荷載規(guī)范》[3]所沒有規(guī)定的。非正常撞擊能按下式計算：

式中：

EA為非正常撞擊能（kN·m）；

FS為非正常撞擊安全系數(shù)。

上述公式中各項參數(shù)的取值均在BS 6349-4中有詳細的解釋，本文不再贅述。將各參數(shù)代入計算，各設計船型船舶撞擊能計算結果如圖1及表2所示。

圖1 不同噸級船舶撞擊能及靠泊速度對比

從表2及圖1可以看出，本項目的橡膠護舷撞擊能的控制船型為60 000 DWT船型，其次為50 000 DWT的船型，而75 000 DWT的最大設計船型撞擊能只排在第三。船舶撞擊能的大小受船舶噸位、靠船角度、靠船速度等多個變量的綜合影響，起主導作用的是船舶噸位及靠船速度這兩個變量。在面對船舶噸位等級跨度比較大的碼頭的橡膠設計時，需要理清各控制變量的關系，逐個分析才能得到正確的設計結論。

表2 船舶撞擊能計算結果

1.3 橡膠護舷的選擇

獲得上述計算結果我們可以根據(jù)工程要求及水工結構計算的需要選取合適的橡膠護舷。但需要指出的是，我們選取的橡膠護舷的性能不只是跟橡膠護舷的型式、橡膠等級有關，在多數(shù)情況下還跟靠泊時橡膠護舷偏心壓縮的角度、環(huán)境溫度、靠泊速度等有關[4]。同時，橡膠護舷廠商在制造橡膠護舷時其性能往往允許存在10 %的偏差。這些因素，均需要設計人員在選取橡膠護舷時進行考慮。以本項目選取的橡膠護舷為例，60 000 DWT船型的非正常撞擊能在考慮一系列橡膠護舷性能修正系數(shù)后的撞擊能數(shù)值見表3。

表3 60 000 t級船型橡膠護舷吸能量

根據(jù)表3的計算結果，設計取用H=1 400的錐形橡膠護舷，護舷參數(shù)見表4，性能曲線見圖2。

表4 橡膠護舷性能

圖2 橡膠護舷性能曲線

2 防沖板設計

防沖板設計主要的設計指標就是面壓，BS 6349-4中規(guī)定集裝箱碼頭防沖板的面壓不得大于200 kPa。面壓的大小取決于橡膠護舷反力及船舶與貼面板接觸面積的大小。由于橡膠護舷的反力與撞擊能的關系與橡膠護舷的型式有關，且不是線性關系，所以并不意味著撞擊能越大，反力就越大，需要具體問題具體分析。本項目選用的錐形橡膠護舷，從圖2可以看出，當橡膠護舷變形達到35 %（吸能量達到40 %）的時候橡膠護舷的反力已經達到100 %。與此同時，較小的船型由于干舷高度較小，在某些水位與防沖面板的接觸面積小，因此較小船型往往成為防沖板面壓設計的控制船型。

防沖板面壓可以按式（3）計算：

式中：

R為橡膠護舷反力；P為船體面壓；

W為貼面板寬度；H為貼面板高度。

表5 面壓計算結果

從表5的計算結果可以看出，船型越小，防沖板的面壓反而越大。造成這個現(xiàn)象的原因主要有兩個：

1）較小船型雖然撞擊能很小，但由于錐型橡膠護舷的吸能量達到40 %后反力就已經達到100 %，因此小船型的橡膠護舷反力并不??；

2）較小船型的干舷較低，與防沖板接觸面積較小。

3 結 語

對于兼顧多等級船型的碼頭橡膠護舷的選取，在計算橡膠護舷吸能量時要具體船型具體分析，最大的撞擊能往往不是在最大設計船型上發(fā)生。

對于橡膠護舷防沖板面壓的計算，要充分考慮橡膠護舷的性能特點與船舶干舷高度的綜合影響，綜合分析才能得到控制的面壓工況。

本文僅以某集裝箱碼頭的橡膠護舷設計為例，但對于其它船型的碼頭橡膠護舷設計僅供參考。