泊位长度与系缆方式对系泊船舶的影响
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第 ４１ 卷第 １ 期
２０２０ 年 ２ 月
水 道 港 口
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｗａｔｅｒｗａｙ ａｎｄ Ｈａｒｂｏｒ
Ｖｏｌ. ４１ Ｎｏ. １ Ｆｅｂ. ２０２０
泊位长度与系缆方式对系泊船舶的影响
朱 奇ꎬ王 震ꎬ王梦琪
( 河海大学 港口海岸与近海工程学院ꎬ南京 ２１００９８)
摘 要:泊位长度与系缆方式影响系泊船舶的运动量和系缆力ꎬ泊位长度确定和系缆方式选择是大型 开敞式码头设计中的一个重要课题ꎮ 以 １７. ２ 万 ｍ３ ＬＮＧ 船为研究对象ꎬ通过物理模型试验ꎬ研究风、浪、
２０２０ 年 ２ 月
朱 奇ꎬ等 泊位长度与系缆方式对系泊船舶的影响
４５
１. ２ 码头布置及试验船型
码头为高桩梁板式结构ꎬ设有工作平台 １ 个、靠船墩 ４ 个、系缆墩 ６ 个ꎮ 试验采用正态模型ꎬ按重力相似
设计ꎬ模型比尺为 １:５８ꎮ １７. ２ 万 ｍ３ ＬＮＧ 船的主要尺度为 ２９０. ００ × ４６. ９５ × ２６. ２５ × １１. ７０ ｍꎮ 船舶模型采用
所要求的波浪要素ꎮ 为产生所需要的水流条件ꎬ在水池两侧和后部安置大流量潜水泵ꎮ 在港池内布置大型 风机ꎬ可产生不同速度的风场ꎮ 船舶运动量采用非接触式 ＦＬ￣ＮＨ 型运动测量系统测量ꎬ可同时准确测量船 舶六个自由度的运动量ꎮ 缆绳力采用 ２００８ 型护舷缆力仪进行测量ꎮ
收稿日期:２０１９ － ０７ － ０９ꎻ修回日期:２０１９ － ０９ － ２３ 基金项目:江苏省海洋科技创新专项( ＨＹ２０１７ － ６) 作者简介:朱奇(１９９４ － ) ꎬ男ꎬ江苏泰兴人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事波浪与建筑物相互作用的研究ꎮ Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ:ＺＨＵ Ｑｉ(１９９４ － ) ꎬｍａｌｅꎬｍａｓｔｅｒ ｓｔｕｄｅｎｔ.
本文通过物理模型试验ꎬ以均衡各个缆绳间的拉力和减小船舶运动量为目标ꎬ以 １７. ２ 万 ｍ３ ＬＮＧ 船为研 究对象ꎬ考虑不同的风、浪、流组合ꎬ主要针对泊位长度和缆绳的布置形式对系泊船舶稳定的影响展开研究ꎬ 为工程设计提供参考ꎮ
１ 模型试验
１. １ 试验设备及测量仪器 波浪试验在波浪港池中进行ꎬ港池长 ５０ ｍ、宽 １７. ５ ｍ、高 １. ２ ｍꎮ 港池造波机由计算机控制ꎬ产生试验
对于系泊船舶的运动及系缆布置优化问题ꎬ目前学者主要采用物模试验或数值分析两种方法对实际问 题进行模拟[３] ꎮ 吴澎[４] 通过物理模型实验和数学模型计算相结合的方法ꎬ提出了开敞式蝶形码头泊位长度 和墩位平面布置确定的原则和方法ꎻ时恩哲、林在彬、耿宝磊等[５ －７] 通过物理模型试验对系泊船舶系缆力、运 动量以及撞击力和撞击能量展开研究ꎬ对合理的泊位长度以及系缆角度进行探讨ꎻ沈文君、刘爽等[８ － １０] 依托 工程实例通过数值模拟分析计算ꎬ提出 ＬＮＧ 码头较为适宜的泊位长度和系缆方式ꎮ
１. ３ 试验条件 风速 ２０ ｍ / ｓꎬ离岸横风 ９０°ꎮ 已有研究成果[１１] 表明ꎬ横向浪对船舶的作用强烈ꎬ因此本文主要考虑横浪作用ꎮ 波高 Ｈ４％ ＝ １. ５ ｍꎬ周
期 Ｔ 为 ９ ｓꎬ试验采用不规则波ꎬ以 ＪＯＮＳＷＡＰ 谱进行模拟ꎮ 潮流最大流速为 ０. ３７ ｍ / ｓꎬ船艏开流ꎬ与船舶纵轴线夹角 ２０°ꎮ
关键词:系泊船舶ꎻ泊位长度ꎻ系缆方式ꎻ运动量ꎻ系缆力
中图分类号:Ｕ ６５３. ２ 文献标识码:Ａ
文章编号:１００５ － ８４４３(２０２０)０１ － ００４４ － ０６
随着船舶大型化的发展以及近岸深水岸线的减少ꎬ港口建设也向深水化、离岸化发展ꎬ并多采用开敞式 设计ꎮ 外海开敞式码头无防波堤掩护ꎬ风、浪、流等动力要素极其复杂ꎬ对码头设计提出了更高的要求ꎬ首先 便是泊位长度的确定ꎮ 我国早期的开敞式码头设计规范中规定的码头长度较长ꎬ与英国规范、ＯＣＩＭＦ 指南 中的规定值有一定差别ꎮ 码头泊位长度的改变实质上改变了缆绳的长度与系泊角度ꎬ从而进一步影响运动 量和系缆力的大小ꎮ 合理的泊位长度和系缆方式可以约束船舶的运动并均衡各个系泊缆绳间的拉力ꎬ增加 缆绳的安全富余ꎬ避免达到缆绳的控制强度而造成缆绳失效ꎬ对系泊船舶的安全起到重要的作用[１ －２] ꎮ
10058443202001004406随着船舶大型化的发展以及近岸深水岸线的减少?港口建设也向深水化离岸化发展?并多采用开敞式设计?外海开敞式码头无防波堤掩护?风浪流等动力要素极其复杂?对码头设计提出了更高的要求?首先便是泊位长度的确定?我国早期的开敞式码头设计规范中规定的码头长度较长?与英国规范ocimf指南中的规定值有一定差别?码头泊位长度的改变实质上改变了缆绳的长度与系泊角度?从而进一步影响运动量和系缆力的大小?合理的泊位长度和系缆方式可以约束船舶的运动并均衡各个系泊缆绳间的拉力?增加缆绳的安全富余?避免达到缆绳的控制强度而造成缆绳失效?对系泊船舶的安全起到重要的作用12?对于系泊船舶的运动及系缆布置优化问题?目前学者主要采用物模试验或数值分析两种方法对实际问题进行模拟3?吴澎4通过物理模型实验和数学模型计算相结合的方法?提出了开敞式蝶形码头泊位长度和墩位平面布置确定的原则和方法?时恩哲林在彬耿宝磊等57通过物理模型试验对系泊船舶系缆力运动量以及撞击力和撞击能量展开研究?对合理的泊位长度以及系缆角度进行探讨?沈文君刘爽等810依托工程实例通过数值模拟分析计算?提出lng码头较为适宜的泊位长度和系缆方式?本文通过物理模型试验?以均衡各个缆绳间的拉力和减小船舶运动量为目标?以17
流共同作用下系泊船舶的运动量和系缆力ꎬ分析泊位长度与系缆方式对系泊船舶的影响ꎬ研究结果表
明:较短的泊位长度对横向运动、缆力大小以及缆力间的均匀性有一定的改善ꎻ在横风横浪作用下ꎬ短
泊位时横缆分开布置对船舶运动有较好的约束ꎬ能减小艏艉缆及倒缆的受力ꎬ而在泊位较长时ꎬ横缆应
集中布置ꎬ避免横缆长度不一ꎬ较短的横缆承担较大的作用力ꎮ
吸能为 ５ ２３４ ｋＪꎻ设计反力为 ５ ００４ ｋＮꎬ最大反
力为 ５ ３１８ ｋＮꎮ 护舷模拟时在满足护舷位置和
受力点位 置 几 何 相 似 外ꎬ 还 考 虑 其 弹 性 相 似ꎮ
原型缆绳采用 Φ ＝ ４４ ｍｍ 的 ＨＭＰＥ 缆绳ꎬ缆绳
破断力为 １ ３７０ ｋＮꎮ 缆绳模拟时除满足带缆点 位置、缆绳长度和角度几何相似外ꎬ还满足缆
玻璃钢制作ꎬ满足与原型保持几何相似、重力相似、重心相似、质量惯性矩相似和自振周期相似要求ꎮ 压载
时ꎬ船模横摇固有周期 ０. ９６ ｓꎬ纵摇固有周期 １. １５ ｓꎬ升沉固有周期 ０. ９７ ｓꎮ 码头模型平面布置见图 １ꎮ
原 型 码 头 前 沿 放 置 ＳＵＣ２２５０Ｈ ( 标 准 型
Ｒ０) 橡胶护舷ꎬ护舷设计吸 Ｌａｙｏｕｔ ｐｌａｎ ｏｆ ｍｏｄｅｌ
绳弹性相似ꎬ试验中将同一位置的双缆或多缆归并为 １ 根缆绳ꎮ 图 ２ 所示为 ４:２:２:２ 系缆布置形式下模拟
出的艏、艉缆受力 － 变形曲线ꎬ由图 ２ 可见模拟效果较好ꎮ
图 ２ 艏、艉缆受力 － 变形曲线 Ｆｉｇ. ２ Ｓｔｒｅｓｓ￣ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ′ｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｄ ｌｉｎｅ ａｎｄ ｓｔｅｒｎ ｌｉｎｅ
１. ４ 试验内容 试验设置三种不同的泊位长度 ３７０ ｍ、３９０ ｍ、４１０ ｍꎬ采用缆绳数量比 ４︰２︰２︰２ 的对称带缆方式ꎮ 在上
２０２０ 年 ２ 月
水 道 港 口
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｗａｔｅｒｗａｙ ａｎｄ Ｈａｒｂｏｒ
Ｖｏｌ. ４１ Ｎｏ. １ Ｆｅｂ. ２０２０
泊位长度与系缆方式对系泊船舶的影响
朱 奇ꎬ王 震ꎬ王梦琪
( 河海大学 港口海岸与近海工程学院ꎬ南京 ２１００９８)
摘 要:泊位长度与系缆方式影响系泊船舶的运动量和系缆力ꎬ泊位长度确定和系缆方式选择是大型 开敞式码头设计中的一个重要课题ꎮ 以 １７. ２ 万 ｍ３ ＬＮＧ 船为研究对象ꎬ通过物理模型试验ꎬ研究风、浪、
２０２０ 年 ２ 月
朱 奇ꎬ等 泊位长度与系缆方式对系泊船舶的影响
４５
１. ２ 码头布置及试验船型
码头为高桩梁板式结构ꎬ设有工作平台 １ 个、靠船墩 ４ 个、系缆墩 ６ 个ꎮ 试验采用正态模型ꎬ按重力相似
设计ꎬ模型比尺为 １:５８ꎮ １７. ２ 万 ｍ３ ＬＮＧ 船的主要尺度为 ２９０. ００ × ４６. ９５ × ２６. ２５ × １１. ７０ ｍꎮ 船舶模型采用
所要求的波浪要素ꎮ 为产生所需要的水流条件ꎬ在水池两侧和后部安置大流量潜水泵ꎮ 在港池内布置大型 风机ꎬ可产生不同速度的风场ꎮ 船舶运动量采用非接触式 ＦＬ￣ＮＨ 型运动测量系统测量ꎬ可同时准确测量船 舶六个自由度的运动量ꎮ 缆绳力采用 ２００８ 型护舷缆力仪进行测量ꎮ
收稿日期:２０１９ － ０７ － ０９ꎻ修回日期:２０１９ － ０９ － ２３ 基金项目:江苏省海洋科技创新专项( ＨＹ２０１７ － ６) 作者简介:朱奇(１９９４ － ) ꎬ男ꎬ江苏泰兴人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事波浪与建筑物相互作用的研究ꎮ Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ:ＺＨＵ Ｑｉ(１９９４ － ) ꎬｍａｌｅꎬｍａｓｔｅｒ ｓｔｕｄｅｎｔ.
本文通过物理模型试验ꎬ以均衡各个缆绳间的拉力和减小船舶运动量为目标ꎬ以 １７. ２ 万 ｍ３ ＬＮＧ 船为研 究对象ꎬ考虑不同的风、浪、流组合ꎬ主要针对泊位长度和缆绳的布置形式对系泊船舶稳定的影响展开研究ꎬ 为工程设计提供参考ꎮ
１ 模型试验
１. １ 试验设备及测量仪器 波浪试验在波浪港池中进行ꎬ港池长 ５０ ｍ、宽 １７. ５ ｍ、高 １. ２ ｍꎮ 港池造波机由计算机控制ꎬ产生试验
对于系泊船舶的运动及系缆布置优化问题ꎬ目前学者主要采用物模试验或数值分析两种方法对实际问 题进行模拟[３] ꎮ 吴澎[４] 通过物理模型实验和数学模型计算相结合的方法ꎬ提出了开敞式蝶形码头泊位长度 和墩位平面布置确定的原则和方法ꎻ时恩哲、林在彬、耿宝磊等[５ －７] 通过物理模型试验对系泊船舶系缆力、运 动量以及撞击力和撞击能量展开研究ꎬ对合理的泊位长度以及系缆角度进行探讨ꎻ沈文君、刘爽等[８ － １０] 依托 工程实例通过数值模拟分析计算ꎬ提出 ＬＮＧ 码头较为适宜的泊位长度和系缆方式ꎮ
１. ３ 试验条件 风速 ２０ ｍ / ｓꎬ离岸横风 ９０°ꎮ 已有研究成果[１１] 表明ꎬ横向浪对船舶的作用强烈ꎬ因此本文主要考虑横浪作用ꎮ 波高 Ｈ４％ ＝ １. ５ ｍꎬ周
期 Ｔ 为 ９ ｓꎬ试验采用不规则波ꎬ以 ＪＯＮＳＷＡＰ 谱进行模拟ꎮ 潮流最大流速为 ０. ３７ ｍ / ｓꎬ船艏开流ꎬ与船舶纵轴线夹角 ２０°ꎮ
关键词:系泊船舶ꎻ泊位长度ꎻ系缆方式ꎻ运动量ꎻ系缆力
中图分类号:Ｕ ６５３. ２ 文献标识码:Ａ
文章编号:１００５ － ８４４３(２０２０)０１ － ００４４ － ０６
随着船舶大型化的发展以及近岸深水岸线的减少ꎬ港口建设也向深水化、离岸化发展ꎬ并多采用开敞式 设计ꎮ 外海开敞式码头无防波堤掩护ꎬ风、浪、流等动力要素极其复杂ꎬ对码头设计提出了更高的要求ꎬ首先 便是泊位长度的确定ꎮ 我国早期的开敞式码头设计规范中规定的码头长度较长ꎬ与英国规范、ＯＣＩＭＦ 指南 中的规定值有一定差别ꎮ 码头泊位长度的改变实质上改变了缆绳的长度与系泊角度ꎬ从而进一步影响运动 量和系缆力的大小ꎮ 合理的泊位长度和系缆方式可以约束船舶的运动并均衡各个系泊缆绳间的拉力ꎬ增加 缆绳的安全富余ꎬ避免达到缆绳的控制强度而造成缆绳失效ꎬ对系泊船舶的安全起到重要的作用[１ －２] ꎮ
10058443202001004406随着船舶大型化的发展以及近岸深水岸线的减少?港口建设也向深水化离岸化发展?并多采用开敞式设计?外海开敞式码头无防波堤掩护?风浪流等动力要素极其复杂?对码头设计提出了更高的要求?首先便是泊位长度的确定?我国早期的开敞式码头设计规范中规定的码头长度较长?与英国规范ocimf指南中的规定值有一定差别?码头泊位长度的改变实质上改变了缆绳的长度与系泊角度?从而进一步影响运动量和系缆力的大小?合理的泊位长度和系缆方式可以约束船舶的运动并均衡各个系泊缆绳间的拉力?增加缆绳的安全富余?避免达到缆绳的控制强度而造成缆绳失效?对系泊船舶的安全起到重要的作用12?对于系泊船舶的运动及系缆布置优化问题?目前学者主要采用物模试验或数值分析两种方法对实际问题进行模拟3?吴澎4通过物理模型实验和数学模型计算相结合的方法?提出了开敞式蝶形码头泊位长度和墩位平面布置确定的原则和方法?时恩哲林在彬耿宝磊等57通过物理模型试验对系泊船舶系缆力运动量以及撞击力和撞击能量展开研究?对合理的泊位长度以及系缆角度进行探讨?沈文君刘爽等810依托工程实例通过数值模拟分析计算?提出lng码头较为适宜的泊位长度和系缆方式?本文通过物理模型试验?以均衡各个缆绳间的拉力和减小船舶运动量为目标?以17
流共同作用下系泊船舶的运动量和系缆力ꎬ分析泊位长度与系缆方式对系泊船舶的影响ꎬ研究结果表
明:较短的泊位长度对横向运动、缆力大小以及缆力间的均匀性有一定的改善ꎻ在横风横浪作用下ꎬ短
泊位时横缆分开布置对船舶运动有较好的约束ꎬ能减小艏艉缆及倒缆的受力ꎬ而在泊位较长时ꎬ横缆应
集中布置ꎬ避免横缆长度不一ꎬ较短的横缆承担较大的作用力ꎮ
吸能为 ５ ２３４ ｋＪꎻ设计反力为 ５ ００４ ｋＮꎬ最大反
力为 ５ ３１８ ｋＮꎮ 护舷模拟时在满足护舷位置和
受力点位 置 几 何 相 似 外ꎬ 还 考 虑 其 弹 性 相 似ꎮ
原型缆绳采用 Φ ＝ ４４ ｍｍ 的 ＨＭＰＥ 缆绳ꎬ缆绳
破断力为 １ ３７０ ｋＮꎮ 缆绳模拟时除满足带缆点 位置、缆绳长度和角度几何相似外ꎬ还满足缆
玻璃钢制作ꎬ满足与原型保持几何相似、重力相似、重心相似、质量惯性矩相似和自振周期相似要求ꎮ 压载
时ꎬ船模横摇固有周期 ０. ９６ ｓꎬ纵摇固有周期 １. １５ ｓꎬ升沉固有周期 ０. ９７ ｓꎮ 码头模型平面布置见图 １ꎮ
原 型 码 头 前 沿 放 置 ＳＵＣ２２５０Ｈ ( 标 准 型
Ｒ０) 橡胶护舷ꎬ护舷设计吸 Ｌａｙｏｕｔ ｐｌａｎ ｏｆ ｍｏｄｅｌ
绳弹性相似ꎬ试验中将同一位置的双缆或多缆归并为 １ 根缆绳ꎮ 图 ２ 所示为 ４:２:２:２ 系缆布置形式下模拟
出的艏、艉缆受力 － 变形曲线ꎬ由图 ２ 可见模拟效果较好ꎮ
图 ２ 艏、艉缆受力 － 变形曲线 Ｆｉｇ. ２ Ｓｔｒｅｓｓ￣ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ′ｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｄ ｌｉｎｅ ａｎｄ ｓｔｅｒｎ ｌｉｎｅ
１. ４ 试验内容 试验设置三种不同的泊位长度 ３７０ ｍ、３９０ ｍ、４１０ ｍꎬ采用缆绳数量比 ４︰２︰２︰２ 的对称带缆方式ꎮ 在上