开敞式蝶形码头墩位平面布置的优化研究
相关主题
- 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)。
２００６年 １０ 月 第 １０ 期 总第 ３９４ 期
水运工程 Ｐｏｒｔ ＆ Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｏｃｔ． ２００６ Ｎｏ． １０ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ． ３９４
开敞式蝶形码头墩位平面 布置的优化研究
吴 澎， 姜俊杰， 张廷辉， 汤建宏
（ 中交水运规划设计院， 北京 １００００７）
摘 要： 通过三维不规则波波浪、潮流水池物理模型实验和 ＯＰＴＩＭＯＯＲ 数学模型计算相结合的方法， 针对不同 ＬＮＧ 船
表 ４ 计算工况组次条件
船型 水深／ｍ （舱容量）／
１０４ｍ３
波浪
潮流
波高 Ｈ４％／ｍ
来波 流速／ 来流方向
方向／（°） （ｍ·ｓ－１）
（°）
风
风速／ （ｍ·ｓ－１）
来风 方向
泊位 长 度／ｍ
码头
倒缆长 横 缆 长 度／ｍ
度／ｍ
载重 情况
系缆 方式
缆绳初 始预张 力／ｋＮ
１６．９１
１．５ （ 横向最不 艏来顺浪
表 ３ 环境荷载作用下不同船型缆绳张力及其均匀程度比较
船型
艏缆 １
８×１０４ｍ３
４４５
１４．７２×１０４ｍ３ ４８９
２０×１０４ｍ３ ４２３
缆 绳 张 力／ｋＮ 艏缆 ２ 艏横缆 １ 艏横缆 ２ 艏倒缆 艉倒缆
４２１
５６７
５８９
３２６
５４６
４４５
６９０
６６７
６３４
７２７
４４５
５８７
５２３
Leabharlann Baidu
４９５
５５４
型尺度进行了多种环境荷载作用下 ＬＮＧ 船舶系靠泊状态时缆绳张力及船舶运动量的研究。以减少环境荷载 作 用 下 船 舶 运 动
量以及均匀缆绳张力分布为优化目标， 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。
关键词： 物理模型实验； ＯＰＴＩＭＯＯＲ 数学模型计算； 开敞式蝶形码头； 优化目标
图 １ 原型码头平面布置及实验中系缆布置示意图 （ 单位： ｍ）
表 １ 实验用 ＬＮＧ 船型原型尺度
船舶舱容量 （×１０４ ｍ３） ２０ １４．７２ ８
总长 ３２５ ２９２ ２３９
船 型 主 尺 度／ｍ
型宽
型深
５１．５
２７．５
４３．３５
２６．３５
４０
２６．８
满载吃水 １２ １１．５ １１
模型几 何 比 尺 为 １∶５０。 根 据 波 浪 和 水 流 的 运 动机理及其对船舶的作用分析， 波浪力和水流力 按重力相似进行模拟。系缆力和撞击力除受外力 和惯性力的影响外， 还受本身弹性特性的影响， 因此缆绳和护舷模拟考虑弹性相似。重力相似不 适用于风对船舶的作用力研究， 实验中按原型计
（Ｃｈｉｎａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ＆ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｗａｔｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １００００７， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｒｏｕｇｈ ３ － Ｄ ｉｒｒｅｇｕｌａｒ ｗａｖｅ ＆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｗａｖｅ ｂａｓｉｎ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ
·１２２·
水运工程
２００６年
船舶系泊状态下发生缆绳破断时， 可能会产 生严重后果。缆绳破断往往是缆绳张力分布不均 匀造成的。因此使各缆绳张力分布尽可能均匀是 码头平面布置的目标之一［２］。
称各缆绳张力标准差与均值的比值 σ／ｘ! （ ｘ!缆绳
张力均值） 为缆绳张力不均匀系数 （ σ／ｘ!＝０ 时缆绳 张力完全均匀） 。表 ３ 为典型环境荷载作用下各缆 绳张力及 σ／ｘ! 的分析比较结果。由表中数据可见， 较大型船舶的缆绳张力分布更为均匀。实验表明， 当船舶受横向力增大时， 这种趋势就更为明显。
中图分类号： Ｕ６５６．１＋２２
文献标识码： Ｂ
文章编号： １００２－ ４９７２（ ２００６） １０－ ０１２０－ ０８
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｍｏｏｒ ｉｎｇ Ｄｏｌｐｈｉｎｓ′Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ Ｂｕｔｔｅｒ ｆｌｙ Ｏｐｅｎ Ｓｅａ Ｔｅｒ ｍｉｎａｌ
ＷＵ Ｐｅｎｇ， ＪＩＡＮＧ Ｊｕｎ－ ｊｉｅ， ＺＨＡＮＧ Ｔｉｎｇ－ ｈｕｉ， ＴＡＮＧ Ｊｉａｎ－ ｈｏｎｇ
本文从船舶系靠泊物理模型试验和ＯＰＴＩＭＯＯＲ 数学模型计算两方面入手， 结合唐山 ＬＮＧ 码头工
程实际， 深入研究了船舶系靠泊状态时不同环境 荷载作用下船舶运动量以及各缆绳受力等因素随 不同泊位长度和墩位布置的变化， 在此基础上以 减少环境荷载作用下船舶运动量、均衡缆绳张力 和减少断缆危险性为优化目标提出了外海开敞式 蝶形码头泊位长度以及墩位平面布置优化的原则 和方法。
表 ２ 实验工况组次条件
水深／ 船型（舱容量）／
ｍ
１０４ ｍ３
波浪 波高 Ｈ４％／ｍ
来 波 方 向／（°）
１６．９１ １４．５３
８ １４．７２ ２０
１．０、１．２、１．５、１．８、２．０、 ２．２ （ 根据浪向不同分别
做前或后 ４ 组）
０、４５、９０ （ 均指与船艏
正向交角）
潮流
风
流 速／（ｍ·ｓ－ １）
算风的作用力， 再换算成模型值， 施加在受风船 舶上［２－ ３］。
设定实验组次如表 ２， 对于每组次实验进行 ３ 次， 取 ３ 次实验数值的平均值作为实验值。实验 时将艏 （ 艉） 缆：横缆：倒缆＝４：４：２ 的各 ２ 根缆绳合 并成 １ 根， 共计系缆 １０ 根。环境荷载作用下同步 测量各缆绳上的拉力， 取 ３ 组重复实验最大缆力 的平均值为最终结果。采用船舶 ６ 分量同步测量 仪进行船模运动量的测量， 以一个完整的不规则 波系列 （ 约 １２０～１３０ 个波浪） 中的 最 大 值 为 该 波 列的运动量值， 取 ３ 组重复实验的平均值作为船 舶运动量的最终结果。实验时同步测量了护舷的 受力和变形， 通过计算得到撞击能量。
度／船长 １．８０ １．４７ １．３２
２ ＯＰＴＩＭＯＯＲ 数学模型计算研究 ＯＰＴＩＭＯＯＲ 船 舶 系 泊 计 算 软 件 是 由 石 油 公 司
国 际 航 运 论 坛 （ Ｏｉｌ Ｃｏｍｐａｎｉｅｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｒｉｎｅ Ｆｏｒｕｍ） 、 英 国 张 力 技 术 国 际 有 限 公 司 （ Ｔｅｎｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｌｔｄ．） 的 Ａｌａｎ Ｒａｃｔｌｉｆｆｅ 博士 和 Ｊｏｈｎ Ｆ． Ｆｌｏｒｙ 合作开发的可以用来分析环境荷载 作用下系靠泊船舶运动量、缆绳张力和护舷反力 的计算软件。
图 ２ 物理模型实验与数学模型计算完全相同工况下的 各缆绳受力比较
第 １０ 期
吴 澎， 等： 开敞式蝶形码头墩位平面布置的优化研究
·１２３·
针对物理模型实验需要耗费大量人力、物力 以及时间的缺点， 当将风、潮流以及波浪对船舶 的作用看作一个准静态问题来考虑时， 采用 ＯＰＴＩＭＯＯＲ 计算软件进行外海开敞 式 码 头 墩 位 平 面布置的分析优化不失为一种高效、省时的方法。 ２．２ 计算工况
３５、５０、６５
ＯＰＴＩＭＯＯＲ 发 布 前 已 经 进 行 过 几 种 最 简 单 系 缆情况下的缆绳张力和护舷反力计算， 得到了与 理论计算相一致的结果。
图 ２ 显示的是与本次物理模型实验完全相同 工况下各缆绳张力的数学模型计算值与实验值的 比较。应该指出， 由于数学模型的简化处理和物理
模型实验量测仪器以及实验设备等因素的影响， 同 样工况作用下 ＯＰＴＩＭＯＯＲ 软件计算结果与物理模 型实验结果对比并不理想， 大多情况下物理模型实 验数值偏大， 但二者缆绳张力的分布情况及趋势基 本一致， 均与基本物理现象以及定性判断相符合。
来风 来流方向／（°） 风速／（ｍ·ｓ－１）
方向
载重情况
０、１８０、１５
２
离岸 满载、半 ２０
横风 载、压载
１．２ 实验结果统计分析 与以往的实验结果类似， 对于同一船型来说，
波浪作用下船舶的 ６ 个运动分量随着装载度的减
少而增大； 对于不同船型同一装载度来说， 小船 型运动量较大。本次实验未进行不同码头平面布 置的研究分析。
该软件对于水流和风对不同种类船舶的作用力 是基于大量船模水流模型实验和船模风洞实验所 得到的经验系数和拟合公式进行计算的； 在处理波 浪作用下系泊船的运动响应时， ＯＰＴＩＭＯＯＲ 采用了 频域分析的方法， 给出波浪作用下不同船型 ６ 个运动 分量的振幅响应因子 （Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｏｐｅｒａｔｏｒ） 。 与物理模型实验相比， ＯＰＴＩＭＯＯＲ 计算软件是基 于准静态模式的模拟， 对于潮流和风作用下的船 舶运动响应能够给出较为准确的模拟； 由于实际 波浪作用下系泊船的运动响应问题是一个时域范 围内的动态响应过程， 因此 ＯＰＴＩＭＯＯＲ 并不能完 全真实地反映实际波浪动荷载、船舶和码头所组 成的系统各要素之间的相互影响［５］。 ２．１ ＯＰＴＩＭＯＯＲ 数学模型计算结果验证
点实验室波流水池中进行。水池长 ５０ ｍ、有效宽 度 ２４ ｍ、深 １．０ ｍ。
实验原型码头总平面布置及水工结构形式采 用中交水运规划设计院唐山 ＬＮＧ 码头工程的设计 方 案 ： 泊 位 总 长 度 ４３０ ｍ、 港 池 水 深 １４ ｍ （ 当 地 理论最低潮面） ， 码头各墩平面布置采用蝶形布
ＯＰＴＩＭＯＯＲ ｍｏｄｅｌ， ａ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌ ｓｔｕｄｙ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｌｉｎｅ ｔｅｎｓｉｏｎ ＆ ｓｈｉｐ ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ＬＮＧ ｃａｒｒｉｅｒｓ ｕｎｄｅｒ ｍａｎｙ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ ｌｏａｄｓ． Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｓｈｉｐ ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ａｖｅｒａｇｉｎｇ ｔｈｅ ｌｉｎｅ ｔｅｎｓｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｏｒｉｎｇ ｄｏｌｐｈｉｎｓ＇ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ Ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ Ｏｐｅｎ Ｓｅａ Ｔｅｒｍｉｎａｌ．
１ 物理模型实验研究 １．１ 实验概况
实验在大连理工大学海岸及近海工程国家重
收稿日期： ２００６－ ０９－ １９ 作者简介： 吴澎 （ １９５６－ ） ， 男， 硕士， 教授级高级工程师， 从事港口航道的规划、设计、管理工作。
第 １０ 期
吴 澎， 等： 开敞式蝶形码头墩位平面布置的优化研究
·１２１·
置， 布设工作平台 １ 个 （ ４５ ｍ×２８ ｍ） 、靠船墩 ４个、 系缆墩 ６ 个， 结构均采用高桩墩式结构［１］。码头墩 位平面布置见图 １， 试验原型船型参数见表 １。缆 绳 采 用 原 型 为 !７５ ｍｍ 的 尼 龙 缆 绳 ， 护 舷 原 型 为 １ ７００Ｈ 鼓型橡胶护舷 （两鼓一板）， 每组护舷设计 吸能量 １ ８８２ ｋＪ， 设计反力 ２ ７３２ ｋＮ。
本研究计算选用船型与物理模型实验船型一致；
环境荷载按照我国《液化天然气码头设计规程 （ 试行） 》［６］中规定的在港系泊最大允许环境荷载选 取， 分别取横向和纵向荷载最不利因素进行计算， 根据设计中码头轴线方向与涨落潮流向通常基本 一致， 取二者之间最不利夹角 １５°； 码头则按照不 同泊位长度以及横缆长度的“蝶”形布置分别计 算， 具体计算工况见表 ４。
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ； ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ＯＰＴＭＯＯＲ ｐｒｏｇｒａｍ； ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ ｏｐｅｎ ｓｅａ ｔｅｒｍｉｎａｌ；
ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｇｏａｌ
随着原油、液化天然气、煤炭、矿石等货物 海上长距离运输量的逐步加大， 运输船舶日趋大 型化发展， 对港口水深要求越来越高。为适应这 一趋势， 港口逐步向外海发展， 并越来越多地采 取开敞式布置形式。由于外海开敞式码头船舶停 泊水域的风、浪、流等自然环境条件呈现大小、 方向随机性较强的复杂现象， 在外界环境荷载作 用下系泊船的运动响应及受力也更为复杂， 这就 给外海开敞式码头设计带来了特殊的问题。
艉横缆 ２ 艉横缆 １
４７８
５１６
６８７
６７０
５５０
５１２
艉缆 ２
３２６ ４７８ ３８０
注： 环境荷载为： Ｈ４％＝１．５ ｍ， Ｔ＝７ ｓ， 船舶满载， 设计高水位， ２０ ｍ／ｓ 开风， ２ ｍ／ｓ 艏来， １５°开流。
艉缆 １
３４６ ４９０ ３７７
σ／ｘ!
０．２０７ ０．１７２ ０．１４６
泊位长
水运工程 Ｐｏｒｔ ＆ Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｏｃｔ． ２００６ Ｎｏ． １０ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ． ３９４
开敞式蝶形码头墩位平面 布置的优化研究
吴 澎， 姜俊杰， 张廷辉， 汤建宏
（ 中交水运规划设计院， 北京 １００００７）
摘 要： 通过三维不规则波波浪、潮流水池物理模型实验和 ＯＰＴＩＭＯＯＲ 数学模型计算相结合的方法， 针对不同 ＬＮＧ 船
表 ４ 计算工况组次条件
船型 水深／ｍ （舱容量）／
１０４ｍ３
波浪
潮流
波高 Ｈ４％／ｍ
来波 流速／ 来流方向
方向／（°） （ｍ·ｓ－１）
（°）
风
风速／ （ｍ·ｓ－１）
来风 方向
泊位 长 度／ｍ
码头
倒缆长 横 缆 长 度／ｍ
度／ｍ
载重 情况
系缆 方式
缆绳初 始预张 力／ｋＮ
１６．９１
１．５ （ 横向最不 艏来顺浪
表 ３ 环境荷载作用下不同船型缆绳张力及其均匀程度比较
船型
艏缆 １
８×１０４ｍ３
４４５
１４．７２×１０４ｍ３ ４８９
２０×１０４ｍ３ ４２３
缆 绳 张 力／ｋＮ 艏缆 ２ 艏横缆 １ 艏横缆 ２ 艏倒缆 艉倒缆
４２１
５６７
５８９
３２６
５４６
４４５
６９０
６６７
６３４
７２７
４４５
５８７
５２３
Leabharlann Baidu
４９５
５５４
型尺度进行了多种环境荷载作用下 ＬＮＧ 船舶系靠泊状态时缆绳张力及船舶运动量的研究。以减少环境荷载 作 用 下 船 舶 运 动
量以及均匀缆绳张力分布为优化目标， 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。
关键词： 物理模型实验； ＯＰＴＩＭＯＯＲ 数学模型计算； 开敞式蝶形码头； 优化目标
图 １ 原型码头平面布置及实验中系缆布置示意图 （ 单位： ｍ）
表 １ 实验用 ＬＮＧ 船型原型尺度
船舶舱容量 （×１０４ ｍ３） ２０ １４．７２ ８
总长 ３２５ ２９２ ２３９
船 型 主 尺 度／ｍ
型宽
型深
５１．５
２７．５
４３．３５
２６．３５
４０
２６．８
满载吃水 １２ １１．５ １１
模型几 何 比 尺 为 １∶５０。 根 据 波 浪 和 水 流 的 运 动机理及其对船舶的作用分析， 波浪力和水流力 按重力相似进行模拟。系缆力和撞击力除受外力 和惯性力的影响外， 还受本身弹性特性的影响， 因此缆绳和护舷模拟考虑弹性相似。重力相似不 适用于风对船舶的作用力研究， 实验中按原型计
（Ｃｈｉｎａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ＆ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｗａｔｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １００００７， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｒｏｕｇｈ ３ － Ｄ ｉｒｒｅｇｕｌａｒ ｗａｖｅ ＆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｗａｖｅ ｂａｓｉｎ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ
·１２２·
水运工程
２００６年
船舶系泊状态下发生缆绳破断时， 可能会产 生严重后果。缆绳破断往往是缆绳张力分布不均 匀造成的。因此使各缆绳张力分布尽可能均匀是 码头平面布置的目标之一［２］。
称各缆绳张力标准差与均值的比值 σ／ｘ! （ ｘ!缆绳
张力均值） 为缆绳张力不均匀系数 （ σ／ｘ!＝０ 时缆绳 张力完全均匀） 。表 ３ 为典型环境荷载作用下各缆 绳张力及 σ／ｘ! 的分析比较结果。由表中数据可见， 较大型船舶的缆绳张力分布更为均匀。实验表明， 当船舶受横向力增大时， 这种趋势就更为明显。
中图分类号： Ｕ６５６．１＋２２
文献标识码： Ｂ
文章编号： １００２－ ４９７２（ ２００６） １０－ ０１２０－ ０８
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｍｏｏｒ ｉｎｇ Ｄｏｌｐｈｉｎｓ′Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ Ｂｕｔｔｅｒ ｆｌｙ Ｏｐｅｎ Ｓｅａ Ｔｅｒ ｍｉｎａｌ
ＷＵ Ｐｅｎｇ， ＪＩＡＮＧ Ｊｕｎ－ ｊｉｅ， ＺＨＡＮＧ Ｔｉｎｇ－ ｈｕｉ， ＴＡＮＧ Ｊｉａｎ－ ｈｏｎｇ
本文从船舶系靠泊物理模型试验和ＯＰＴＩＭＯＯＲ 数学模型计算两方面入手， 结合唐山 ＬＮＧ 码头工
程实际， 深入研究了船舶系靠泊状态时不同环境 荷载作用下船舶运动量以及各缆绳受力等因素随 不同泊位长度和墩位布置的变化， 在此基础上以 减少环境荷载作用下船舶运动量、均衡缆绳张力 和减少断缆危险性为优化目标提出了外海开敞式 蝶形码头泊位长度以及墩位平面布置优化的原则 和方法。
表 ２ 实验工况组次条件
水深／ 船型（舱容量）／
ｍ
１０４ ｍ３
波浪 波高 Ｈ４％／ｍ
来 波 方 向／（°）
１６．９１ １４．５３
８ １４．７２ ２０
１．０、１．２、１．５、１．８、２．０、 ２．２ （ 根据浪向不同分别
做前或后 ４ 组）
０、４５、９０ （ 均指与船艏
正向交角）
潮流
风
流 速／（ｍ·ｓ－ １）
算风的作用力， 再换算成模型值， 施加在受风船 舶上［２－ ３］。
设定实验组次如表 ２， 对于每组次实验进行 ３ 次， 取 ３ 次实验数值的平均值作为实验值。实验 时将艏 （ 艉） 缆：横缆：倒缆＝４：４：２ 的各 ２ 根缆绳合 并成 １ 根， 共计系缆 １０ 根。环境荷载作用下同步 测量各缆绳上的拉力， 取 ３ 组重复实验最大缆力 的平均值为最终结果。采用船舶 ６ 分量同步测量 仪进行船模运动量的测量， 以一个完整的不规则 波系列 （ 约 １２０～１３０ 个波浪） 中的 最 大 值 为 该 波 列的运动量值， 取 ３ 组重复实验的平均值作为船 舶运动量的最终结果。实验时同步测量了护舷的 受力和变形， 通过计算得到撞击能量。
度／船长 １．８０ １．４７ １．３２
２ ＯＰＴＩＭＯＯＲ 数学模型计算研究 ＯＰＴＩＭＯＯＲ 船 舶 系 泊 计 算 软 件 是 由 石 油 公 司
国 际 航 运 论 坛 （ Ｏｉｌ Ｃｏｍｐａｎｉｅｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｒｉｎｅ Ｆｏｒｕｍ） 、 英 国 张 力 技 术 国 际 有 限 公 司 （ Ｔｅｎｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｌｔｄ．） 的 Ａｌａｎ Ｒａｃｔｌｉｆｆｅ 博士 和 Ｊｏｈｎ Ｆ． Ｆｌｏｒｙ 合作开发的可以用来分析环境荷载 作用下系靠泊船舶运动量、缆绳张力和护舷反力 的计算软件。
图 ２ 物理模型实验与数学模型计算完全相同工况下的 各缆绳受力比较
第 １０ 期
吴 澎， 等： 开敞式蝶形码头墩位平面布置的优化研究
·１２３·
针对物理模型实验需要耗费大量人力、物力 以及时间的缺点， 当将风、潮流以及波浪对船舶 的作用看作一个准静态问题来考虑时， 采用 ＯＰＴＩＭＯＯＲ 计算软件进行外海开敞 式 码 头 墩 位 平 面布置的分析优化不失为一种高效、省时的方法。 ２．２ 计算工况
３５、５０、６５
ＯＰＴＩＭＯＯＲ 发 布 前 已 经 进 行 过 几 种 最 简 单 系 缆情况下的缆绳张力和护舷反力计算， 得到了与 理论计算相一致的结果。
图 ２ 显示的是与本次物理模型实验完全相同 工况下各缆绳张力的数学模型计算值与实验值的 比较。应该指出， 由于数学模型的简化处理和物理
模型实验量测仪器以及实验设备等因素的影响， 同 样工况作用下 ＯＰＴＩＭＯＯＲ 软件计算结果与物理模 型实验结果对比并不理想， 大多情况下物理模型实 验数值偏大， 但二者缆绳张力的分布情况及趋势基 本一致， 均与基本物理现象以及定性判断相符合。
来风 来流方向／（°） 风速／（ｍ·ｓ－１）
方向
载重情况
０、１８０、１５
２
离岸 满载、半 ２０
横风 载、压载
１．２ 实验结果统计分析 与以往的实验结果类似， 对于同一船型来说，
波浪作用下船舶的 ６ 个运动分量随着装载度的减
少而增大； 对于不同船型同一装载度来说， 小船 型运动量较大。本次实验未进行不同码头平面布 置的研究分析。
该软件对于水流和风对不同种类船舶的作用力 是基于大量船模水流模型实验和船模风洞实验所 得到的经验系数和拟合公式进行计算的； 在处理波 浪作用下系泊船的运动响应时， ＯＰＴＩＭＯＯＲ 采用了 频域分析的方法， 给出波浪作用下不同船型 ６ 个运动 分量的振幅响应因子 （Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｏｐｅｒａｔｏｒ） 。 与物理模型实验相比， ＯＰＴＩＭＯＯＲ 计算软件是基 于准静态模式的模拟， 对于潮流和风作用下的船 舶运动响应能够给出较为准确的模拟； 由于实际 波浪作用下系泊船的运动响应问题是一个时域范 围内的动态响应过程， 因此 ＯＰＴＩＭＯＯＲ 并不能完 全真实地反映实际波浪动荷载、船舶和码头所组 成的系统各要素之间的相互影响［５］。 ２．１ ＯＰＴＩＭＯＯＲ 数学模型计算结果验证
点实验室波流水池中进行。水池长 ５０ ｍ、有效宽 度 ２４ ｍ、深 １．０ ｍ。
实验原型码头总平面布置及水工结构形式采 用中交水运规划设计院唐山 ＬＮＧ 码头工程的设计 方 案 ： 泊 位 总 长 度 ４３０ ｍ、 港 池 水 深 １４ ｍ （ 当 地 理论最低潮面） ， 码头各墩平面布置采用蝶形布
ＯＰＴＩＭＯＯＲ ｍｏｄｅｌ， ａ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌ ｓｔｕｄｙ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｌｉｎｅ ｔｅｎｓｉｏｎ ＆ ｓｈｉｐ ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ＬＮＧ ｃａｒｒｉｅｒｓ ｕｎｄｅｒ ｍａｎｙ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ ｌｏａｄｓ． Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｓｈｉｐ ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ａｖｅｒａｇｉｎｇ ｔｈｅ ｌｉｎｅ ｔｅｎｓｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｏｒｉｎｇ ｄｏｌｐｈｉｎｓ＇ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ Ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ Ｏｐｅｎ Ｓｅａ Ｔｅｒｍｉｎａｌ．
１ 物理模型实验研究 １．１ 实验概况
实验在大连理工大学海岸及近海工程国家重
收稿日期： ２００６－ ０９－ １９ 作者简介： 吴澎 （ １９５６－ ） ， 男， 硕士， 教授级高级工程师， 从事港口航道的规划、设计、管理工作。
第 １０ 期
吴 澎， 等： 开敞式蝶形码头墩位平面布置的优化研究
·１２１·
置， 布设工作平台 １ 个 （ ４５ ｍ×２８ ｍ） 、靠船墩 ４个、 系缆墩 ６ 个， 结构均采用高桩墩式结构［１］。码头墩 位平面布置见图 １， 试验原型船型参数见表 １。缆 绳 采 用 原 型 为 !７５ ｍｍ 的 尼 龙 缆 绳 ， 护 舷 原 型 为 １ ７００Ｈ 鼓型橡胶护舷 （两鼓一板）， 每组护舷设计 吸能量 １ ８８２ ｋＪ， 设计反力 ２ ７３２ ｋＮ。
本研究计算选用船型与物理模型实验船型一致；
环境荷载按照我国《液化天然气码头设计规程 （ 试行） 》［６］中规定的在港系泊最大允许环境荷载选 取， 分别取横向和纵向荷载最不利因素进行计算， 根据设计中码头轴线方向与涨落潮流向通常基本 一致， 取二者之间最不利夹角 １５°； 码头则按照不 同泊位长度以及横缆长度的“蝶”形布置分别计 算， 具体计算工况见表 ４。
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ； ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ＯＰＴＭＯＯＲ ｐｒｏｇｒａｍ； ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ ｏｐｅｎ ｓｅａ ｔｅｒｍｉｎａｌ；
ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｇｏａｌ
随着原油、液化天然气、煤炭、矿石等货物 海上长距离运输量的逐步加大， 运输船舶日趋大 型化发展， 对港口水深要求越来越高。为适应这 一趋势， 港口逐步向外海发展， 并越来越多地采 取开敞式布置形式。由于外海开敞式码头船舶停 泊水域的风、浪、流等自然环境条件呈现大小、 方向随机性较强的复杂现象， 在外界环境荷载作 用下系泊船的运动响应及受力也更为复杂， 这就 给外海开敞式码头设计带来了特殊的问题。
艉横缆 ２ 艉横缆 １
４７８
５１６
６８７
６７０
５５０
５１２
艉缆 ２
３２６ ４７８ ３８０
注： 环境荷载为： Ｈ４％＝１．５ ｍ， Ｔ＝７ ｓ， 船舶满载， 设计高水位， ２０ ｍ／ｓ 开风， ２ ｍ／ｓ 艏来， １５°开流。
艉缆 １
３４６ ４９０ ３７７
σ／ｘ!
０．２０７ ０．１７２ ０．１４６
泊位长