40万吨级超大型油轮船舶系泊动态响应的试验研究

聂鸿鹏

（中交天津港湾工程研究院有限公司，天津 300222）

随着海上运输船舶大型化发展，国际上已相继使用30万～40万吨级以上超大型船舶作为海上运输的主要船舶。近几年来我国在天津、唐山、大连、上海、宁波、广东等地建成了30万吨级油码头和矿石码头，为我国海上运输事业的蓬勃发展打下了基础。

本文是根据40万吨级超大型油轮船舶系泊试验结果[1]，通过研究分析40万吨级超大型油轮在码头系泊时，在风、浪、流联合作用下船舶的动态响应及船舶系缆力、护舷撞击力，提出了40万吨级超大型油轮在码头系泊、作业时船舶的系泊方式及应注意的问题。

1 试验条件

1）试验船型：40万吨级超大型油轮，船舶全长378 m，型宽70 m，型深29 m，吃水22.9 m。

2）码头平面布置：码头为蝶形布置，设1座工作平台、2座靠船墩和6座系缆墩[2]。码头平面及系缆方式见图1。

图1 码头平面及系缆方式

3）护舷规格及布置型式：每个靠船墩安装1套SUC2500H（R0）鼓型橡胶护舷，布置型式为两鼓一板垂直型。护舷模拟曲线见图2。

4）缆绳规格及布置方式：缆绳材质为钢丝缆，直径40 mm，缆绳破断力为1 200 kN，缆绳允许张力为破断力的60%，缆绳初始张力为100 kN；40万吨级油轮采用4、2、2、2系缆方式。缆绳模拟曲线见图3。

图2 护舷模拟曲线

图3 艏缆缆绳模拟曲线（L=75 m）

5）波浪要素 （码头泊位处）波向：90°（横浪）、0°（顺浪）[3]。

横浪波高：H4%=1.5 m、2.0 m、0.1 m、0.15 m；周期T=8 s、9.5 s、14 s、30 s。

顺浪波高：H4%=2.0 m、2.5 m、0.15 m；周期T=8 s、9.5 s、14 s、30 s。

6）风要素：风向为吹开风、吹拢风；风速为U1=13.8 m/s，U2=22 m/s。

7）潮流：涨潮流，流向与船舶纵轴线夹角12°，流速为0.48 m/s；落潮流，流向与船舶纵轴线夹角50°，流速为0.42 m/s。

2 试验结果与初步分析

2.1 不同波高对系泊船舶的影响

波浪是系泊船舶运动的主要荷载，波高不同，船舶运动量也会不同，相应系缆力和护舷撞击力也有所不同。本节论述其他条件相同、波高不同对系泊船舶的影响。

2.1.1 船舶运动量随波高的变化

横浪作用下，船舶的纵移、横移和升沉变化见图4～图6所示。

从图中可以看出，总体上H4%=1.5 m时船舶运动量小于H4%=2.0 m时船舶运动量。分析原因，由于波高增大，波浪荷载增大，使船舶运动增大。因此，在其他条件相同，波高不同时，随着波高的增大，40万吨级油轮的运动量增大。

2.1.2 护舷撞击力随波高的变化

从图7可以看出，H4%=1.5 m时船舶对于护舷撞击力小于H4%=2.0 m时船舶对护舷撞击力，由于波高增大，使船舶运动增大，在装载度相同情况下，运动量越大，护舷的撞击力也就越大。

因此，在其他条件相同，波高不同时，随着波高的增大，相应的40万吨级油轮对护舷的撞击力也就越大。

图4 横浪作用下船舶纵移随波高的变化

图5 横浪作用下船舶横移随波高的变化

图6 横浪作用下船舶升沉随波高的变化

图7 横浪作用下船舶对护舷撞击力随波高的变化

2.1.3 缆绳系缆力随波高的变化

从图8可知，其他外部条件不变，吹开风作用时，会令船舶产生离岸运动，离岸后的船舶在不同波浪条件的作用下，船舶运动量随着波浪增大而增大，相应的船舶系缆力也增大。

图8 横浪作用下缆绳系缆力随波高的变化

2.2 不同波浪周期对系泊船舶的影响

2.2.1 船舶运动量随波浪周期的变化

从图9分析，其他外部条件不变，吹开风作用时在波浪作用下，波高相同时船舶运动随着周期的增大而增大，当波浪周期接近船舶自摇周期时，将产生共振。由于船舶运动加剧，引起缆绳缆力以及护舷撞击力急剧增大。

图9 顺浪作用下船舶横移随波浪周期的变化

2.2.2 护舷撞击力随波浪周期的变化

通过图10分析可知，当波浪周期增大，其他外部条件不变，吹开风作用下，护舷撞击力增大比较剧烈，究其原因，由于14 s波浪周期较接近船舶自摇周期，引起了横摇共振，致使船舶横摇运动量增大，从而使得船舶撞击护舷力增大。

图10 顺浪作用下护舷撞击力随波浪周期的变化

2.2.3 缆绳系缆力随波浪周期的变化

从图11可知，由于波浪周期增大，船舶运动加剧，使得缆绳系缆力增大。特别是当波浪周期在船舶自摇周期范围内时，注意断缆情况的发生。

图11 顺浪作用下缆绳系缆力随波浪周期的变化

3 结语

通过对40万吨级油轮系泊试验研究，得到以下结论：

1）波浪周期和波高越大，船舶运动越大，缆绳缆力和护舷撞击力也越大，当波浪周期接近船舶自摇周期时，船舶运动更加剧烈。缆绳缆力和护舷撞击力也随之增加。

2）工程中应对达到船舶自摇周期的波浪以及长周期的涌浪作特别关注，一方面在船舶自摇周期的波浪会使系泊船舶运动剧烈，不能满足船舶系泊和作业的要求，还有可能导致缆绳破断或者撞坏护舷等，可能会导致海损事故的发生；另一方面，长周期涌浪对船舶的作用也可能导致缆绳破断等，后果较严重。

[1]JTJ/T234-2001，波浪模型试验规程[S].

[2]JTJ304-2003，液化天然气码头设计规程（试行）[S].

[3]JTJ213-98，海港水文规范[S].