引言

國內(nèi)外大水位差水域船舶的靠泊系攬多采用船閘閘室的浮式系船柱或在浮橋頂面上直接設置系船柱的形式。而在浮橋頂面上直接設置系船柱的形式一般適用于小型船舶的停靠,若有大型船舶欲?？?通過改造原有浮橋系船設施,其浮箱受力很難滿足要求,且改造過程中浮箱結構可能會遭到破壞。因此,考慮設計了一種依托現(xiàn)有直立岸壁和浮橋結構,但不與浮橋固定連接,可以隨浮橋上下滑動的系船設施,目前國內(nèi)外還暫無關于此種伴升式系船設施結構的研究。

1伴升式系船設施的提出

1.1工程背景

1.1.1概況

某游艇碼頭所處海域設計高低水位差為3.58m,泊位目前停靠船型為8m帆船和機動艇,現(xiàn)欲?？?2m游艇,在對泊位總平面主尺度、碼頭水工結構及附屬設施進行核算后,需主要解決的問題是系船設施的結構設計。

該游艇碼頭主浮橋浮箱內(nèi)部填充聚乙烯泡沫,浮箱與浮箱之間采用螺栓連接井連接成整體。為避免游艇與浮碼頭撞擊,限制浮橋水平位移,該福貼岸主浮橋采用導軌固定,導軌間距約為10m。該福浮碼頭主浮橋設有50kN系船柱,支浮橋上設有25kN系船柱。原浮橋斷面如圖1所示。

1.1.2系攬力計算

根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范》(JTs144一1一2010）的規(guī)定,系纜力標準值按下式計算:

式中,N為系纜力標準值:ZFx、ZFy分別為可能同時出現(xiàn)的風和水流對船舶作用產(chǎn)生的橫向風力總和及縱向風力總和(kN）:K為系船柱受力分布不均勻系數(shù),當實際受力的系船柱數(shù)目n=2時,K取1.2,n>2時,K取1.3:n為計算船舶同時受力的系船柱數(shù)目:α為系船纜的水平投影與碼頭前沿線所成的夾角(°）:8為系船纜與水平面之間的夾角(°）。

經(jīng)計算,42m游艇系攬力標準值為144kN,需選用150kN系船柱。

然而,目前該福浮碼頭主浮橋設有的系船柱最大規(guī)格為50kN,無法滿足42m游艇的靠泊系船要求。若考慮在浮橋浮箱上安裝150kN系船柱,需將浮箱吊運至陸上,將浮箱內(nèi)的泡沫全部掏出進行對穿螺栓的連接施工,而該浮箱已服役10年之久,且浮箱為鋼筋混凝土結構,壁厚只有80mm,即便施工成功,浮箱壁的強度也很難保證可以承受150kN的系船柱。

1.2傳統(tǒng)浮式系船柱

該碼頭所處海域設計高低水位差為43.8m,若采用浮式系船柱結構,按照傳統(tǒng)浮式系船柱結構要求,需為系船柱配備直徑為131m的浮筒[1],以保證其能夠上下浮動,此種系船柱結構需將胸墻結構自上而下鑿挖出直徑為131m的空間,但由于該碼頭直立岸壁胸墻下部為沉箱結構,所鑿之處會破壞沉箱結構,且浮式系船柱若用于近海,浮筒、軌道易滋生海蠣子等生物,導致系船設施被卡主。故傳統(tǒng)浮式系船柱不適用于此項目結構。

*.1伴升式系船設施結構的提出

依托現(xiàn)有直立岸壁和浮橋結構,考慮設計一種新型的可隨浮橋升降而上下滑動的系船設施結構。該結構的軌道設置于直立岸壁上,結構底部不與浮箱固定連接,只放置于浮箱頂面,浮箱上升時,可推動其隨之向上滑動:浮箱下降時,該系船結構依托自身重力及系攬力豎直向下分力的作用隨之向下滑動。增設1.0kN系船柱后浮橋斷面如圖2所示。

圖2增設150kN系船柱后浮橋斷面圖

2需解決的技術難題

2.1系船柱需位于浮箱頂面2.1m以上

欲停靠的42m游艇深432m,滿載吃水13.m,則空載干舷高度>137m,浮箱干舷高度03.m,欲使系船柱能順利地跟隨浮箱向下滑動,游艇靠泊時系船柱所受系攬力豎直方向分力向下,系船柱需高于浮箱頂面132m。欲采用將系船柱固定于高度為134m的鋼結構支架上,鋼結構支架需放置于浮箱頂面上。

2.2保證系船柱順利地上下滑動

系船柱固定于鋼結構框架上,鋼結構架沿固定于防波堤胸墻上的導軌上下滑動。由于靠泊時端部攬繩產(chǎn)生沿胸墻方向的分力,鋼結構支架易被拉拽傾斜,進而被卡住,考慮在軌道翼緣兩側的圓鋼上焊接圓管,防止鋼結構支架傾斜。

3伴升式系船結構強度有限元分析校核

采用有限元軟件ANSYS對該支撐鋼框架結構進行強度計算,計算模型與結果如圖4、圖4所示,單元類型為BEAM188梁單元,彈性模量230e11,施加自重、系船柱荷載及風荷載的組合工況后,應力最大值為1.4MPa,出現(xiàn)在與導軌接觸的滾輪部件上。該項目鋼結構材質(zhì)均采用044.B,應力值和變形值均滿足規(guī)范要求。

4結語

本文所介紹的新型的可隨已有浮橋升降而上下滑動的伴升式系船結構,解決了大型游艇停靠時的系攬問題。該系船結構受力明確,形式簡單,比傳統(tǒng)的浮式系船柱造價低廉,可大規(guī)模生產(chǎn),適用于水位差較大的沿海及內(nèi)河依托直立岸壁且已有浮橋的碼頭。