船舶撞击力计算探讨_李芙蓉

E0
=
01275
MV
2 n
E0
=
0125
MV
2 n
E0 = 01275MVn2
E0
=
0122
MV
2 n
6 计算实例
一艘载重 312 万吨级的集装箱船 , 船长 210m , 两柱 间 长 195m , 型 宽 30m , 型 深 1615m , 吃 水
1015m , 满载排水量 44800t , 在各种码头靠泊时 , 产生的有效撞击能量 (按各种公式计算) 列表比较 如表 3 所示 。
(见表 1) :
表 1 各国公式比较
中国《港口工程荷载 规范》 (J TJ 215 - 98)
英标 BS6349
SUMITOMO N EW SEL ECTION OF FENDER
苏联《波浪冲凌和水工 建筑物的荷载与作用》
1926 年
《护舷系统设计》
公式
E0
=
ρ 2
MV
2 n
E = 015CMMD ( VB) 2CECSCC
5 国际上常用公式比较
按我国交通部《港口工程荷载规范》 (J TJ 215
- 98) 规范 : 船舶靠岸时 , 以法向靠岸速度 Vn 碰
撞码头 , 其具有的能量由橡胶护舷压缩变形 , 码头
本身弹性变形 、变位 , 船舶运动和船壳弹性变形 ,
船舶与岸间水体挤升以及振动 、摩擦 、发热等所消
耗 。现浇护舷 、船壳板变形和码头变形所吸收的能
SU M I TOMO N EW
SEL ECTION OF FENDER
苏联《波浪冲凌和水工 建筑物的荷载与作用》
1926 年
《护舷系统设计》
透空式结构 实体结构
E0
=
0135～014
MV
2 n
E0
=
01375
MV
2 n
E0
=
014125
MV
2 n
E0
=
013375
MV
2 n
E0
=
01371
MV
2 n
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2009 年 9 月 第三期 总第 116 期
《华南港工》
South China Harbour Engineering
2009 年 9 月 第三期 总第 116 期
《华南港工》
South China Harbour Engineering
SEP12009 Total 116 ,No13
船舶撞击力计算探讨
李芙蓉 , 李春保 , 赵刘群
(中交四航局港湾工程设计院有限公司 , 广东 广州 510231)
摘 要 : 本文就《港口工程荷载规范》船舶撞击力计算中对有效撞击能量系数在不同码头结构形式中的取值大 小做一探讨 。 关键词 : 船舶撞击力 ; 能量系数 ; 探讨
SEP12009 Total 116 ,No13
外部做功 。
3 船舶撞击力的基本机理
随着经济的发展 , 海港技术的进步及船舶吨位 的日益加大 , 码头结构型式也有了新的发展 。码头 结构型式有重力式实体式 , 如重力式又分方块码 头 、扶壁码头 、沉箱码头 、座床式圆筒码头 , 无底 大圆筒结构等 ; 高桩式透空式结构 ; 独立墩式码头 等等 。随着码头向深海和开敞海域发展 , 波浪作用 下的撞击力与船舶靠离时的撞击力具有同等重要的 作用 。而系泊于开敞式码头的船舶不仅可能承受横 向规则波作用 , 还可能承受斜向波 、不规则波 , 二 阶波和波群等作用 。而目前试验研究斜向波 、不规 则波 , 二阶波和波群的成果不多 。
量为有效撞击能量 , 它与全部撞击能量之比称为有
效撞击能量 (或有效动能) 系数 , 规范取有效撞击
能量系数为 017～018 。
船舶靠岸时的有效撞击能量
E0
=
ρ 2
MV2n
, ρ取
017～018 , 即
E0
=
0135～014
MV
2 n
现将我国规范 、其他国家规范和《护舷系统设
计》以及制造橡胶护舷的公司提出的公式比较如下
SEP12009 Total 116 ,No13
英标中 :
CM
=
1
+
2D B
式中 : D 为船舶吃水 ; B 为船宽 。
此值通常 在 113 ～ 118 范 围 内 , 本 次 计 算 取
115 。
CE
=
K2 K2 + R2
式中 : K 为船舶回旋半径 , 通常取 012～0125L ; L
2 船舶撞击力的理论计算方法
船舶撞击力的计算理论有 3 种 : 动量理论 , 动 能理论 , 振动理论 。动量理论系根据刚体碰撞时动 量的变化等于冲量的原理来计算船舶撞击力 , 其存 在的主要问题是 : 实际船舶与码头的碰撞并非理想 刚体碰撞 , 碰撞的时间有很大的人为性和假定性 ; 振动理论系根据碰撞过程中船舶与码头发生弹性振 动原理计算船舶撞击力 , 其计算理论比较完善 , 但 计算繁琐 , 且有些参数难以确定 。因动量理论与振 动理论在具体使用时都受到上述条件的限制 , 所以 未被广泛采用 。《港口工程荷载规范》采用动能理 论来计算撞击力 , 即船舶撞击码头时产生的有效撞 击能量 , 通过护舷 、码头和船舶的变形全部转化为
假设船舶靠岸时靠泊点与船体质量重心接近 , 本次计算取 0151
CS 为通常取 110 CC 为透空式结构 110 ; 实体结构 018 ～ 110 , 本次计算取 019 。
SUM ITOMO N EW SEL ECTION OF FENDER
中:
CE
=
K2 K2 + R2
式中 : K 为船舶回旋半径 , 通常取 0125L ; L 为船
The Calculation and discussion of ship’s impact f orce
L I Fu - rong , L I Chun - bao , ZHAO Liu - qun ( Engineering Design Co1Ltd1of CCCC Fourt h Harbour Engineering Co1Ltd , Gugnagzhou 510231 , China)
中国《港口工程荷载 规范》 (J TJ 215 - 98)
表 3 算例结果比较表
英标 BS6349
SU M I TOMO N EW
SEL ECTION OF FENDER
苏联《波浪冲凌和水工 建筑物的荷载与作用》
1926 年
《护舷系统设计》
透空式结构
实体结构
E0 = 13440～17920Vn2
E0
1 前言
在港口工程中 ,船舶撞击力是一个非常重要的 荷载 ,尤其是在建造大型开敞式码头时 ,船舶撞击力 的准确确定是港口码头合理设计和安全运营的保 证 。对于船舶撞击力的确定 ,若有一套既具较高计 算精度又便于使用的计算方法 ,就可以省去用物理 模型方法确定的步骤 ,从而减少工程造价 ,节约投 资。 船舶撞击能量主要由橡胶护舷压缩变形 , 码头 本身弹性变形 、变位 , 船舶运动和船壳弹性变形吸 收 , 不同的码头结构型式其刚度相差很大的 , 船舶 撞击能量在护舷 、码头及船舶本身的分配也是相差 较大的 。另外 , 船舶以一定速度靠泊时会带动大量 水体一起过来 , 在运用动能理论计算船舶撞击能量 时也要考虑船舶附加质量对撞击能量的影响 。《港 口工程荷载规范》根据大量观测和实验研究 , 对于
=
16800V
2 n
E0
=
15120V
2 n
E0
=
18480
V
2 n
E0
=
16620
V
2 n
E0 = 12320Vn2 E0 = 11200Vn2
E0
=
12320
V
2 n
E0
=
9856
V
2 n
(下转第 53 页) 9
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船舶靠岸的过程 , 也就是船与码头间之水体受 压并吸收能量的过程 。其吸收能量的多少 , 与受压 程度有关 。如果船与码头间的空隙甚大 , 水体受压 后可不受阻碍地随意流动 , 水体就很少 、甚至不吸 收能量 ; 相反 , 如果船与码头间空隙很小 , 水体流 动受到限制时 , 水体就将吸收相当一部份能量 。随 着水体吸收能量的不等 , 船舶作用于码头的有效撞 击能量也就不同 。
收稿日期 : 2009 - 07 - 15 作者简介 : 李芙蓉 (1983 —) , 女 , 助理工程师 , 从事港口航道与
海岸工程设计工作 。
装设橡胶护舷的码头 , 撞击能量的影响因素统一用 有效撞击能量系数来表达 , 有效撞击能量系数为 017～018 , 至于什么时候取大值 , 什么时候取小值 规范没有明确的规定 , 并且对于不同的结构型式有 效撞击能量系数有什么不同也没有明确的规定 , 本 文就对有效撞击能量系数的取值做一探讨 。
为船长 ; R 为质量中心至接触点的距离 。
靠泊点的位置 偏心系数
质量中心至接触点距离为船长 1/ 5 015～0161 质量中心至接触点距离为船长 2/ 9 0145～0156 质量中心至接触点距离为船长 1/ 4 0139～015 质量中心至接触点距离为船长 1/ 3 0126～0136
4 不同结构的船舶撞击力不尽相同
对不同结构形式的码头 , 船舶撞击力计算时 , 有效撞击能量系数应取不同的系数 , 从受压水体吸
收能量的过程来看 , 在同一船型 , 同一法向加速度 的同等情况下 , 透空式结构就应当比实体结构的有 效撞击能量系数要大一些 。
本文目的 , 就是试图通过各有关撞击能量计算 公式的比较 , 按按我国交通部《港口工程荷载规 范》 (J TJ 215 - 98) 规范中提到的有效撞击能量的 计算方法 , 较之其它公式所得是大还是小的概念 , 对不同码头结构形式 , 有效撞击能量系数ρ值的取 值大小作一探讨和建议 。
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2009 年 9 月 第三期 总第 116 期
《华南港工》
South China Harbour Engineering
Ef = W2αg V2 CMCECSCC
E0
=
C0 2
MV
2 n
E0 =
1 2
MV2n
C0CMC ECS
说明
ρ—有效动能系数 , 取 017～018
结构形式 C0 值 透空结构 0155 实体结构 015 突堤码头 0165
结构形式 C0 值 透空结构 110 实体结构 018 CE : 0141～016 , 取 0155
Abstract : The ship’s impact energy coefficient of Load Code for Harbor Engineering in different quay structure style is analyzed in t his paper1 Key words : ship’s impact force ; energy coefficient ; analysis and discussion
2009 年 9 月 第三期 总第 116 期
《华南港工》
South China Harbour Engineering
长 ; R 为质量中心至接触点的距离 , 通常取 012～ 0125L 。
计算 CE 值为 015～0161 , 本次计算取 0155 。 为便于比较 , 现将上列各公式按照不同码头结 构型式予以简化如下 (见表 2) :
表 2 结果简化
中国《港口工程荷载 规范》 (J TJ 215 - 98)
源自文库
英标 BS6349
注 : CM 为水动力质量系数 , CE 为偏心系数 , CS 为柔性系数 , CC 为泊位形状系数 , C0 为结构系数 。 (1) 各公式中的速度表达方式不尽相同 , 以 V 、VB 、Vn 表示 , 但表达的意思与我国交通部《港口工程荷载规范》中
Vn 近乎相同 , 即为船舶靠岸法向速度 ;
(2) 各公式中的船舶质量表达方式也不尽一致 , 以 M 、MD 、Wa 表示 , 但表达的意思与我国交通部《港口工程荷载规 范》中 M 近乎相同 , 为船舶靠岸时的排水量 , 其中 , SUMITOMO 中 Wa 为重量单位 Wa/ g 后等同于其它公式 。