靠泊V形船舶码头的新型护舷选型及应用

陈松

（福建省港航勘察设计院有限公司，福建 福州 350002）

1 现有U形船舶及码头靠船构件

现有的货轮包括散杂货船和集装箱船，大部分为U形船舶，靠船构件基本下挂在横梁下，或在码头胸墙上，外设橡胶护舷。由于船舶侧面直线段较长，无论水位高低，船舶停靠码头时，装卸均很便利。

2 V形船舶停靠存在的问题

在码头结构设计中，作为附属设施的护舷系统一般根据到港船型、靠泊方式、速度及水位变动幅度等因素进行选型与布置[1-2]，根据不同的船型选用不同的护舷，以期达到保证护舷系统品质，降低后期维护成本的目的[3]。

工作船和巡逻船的船身多为V形，见图1，这种船舶停靠码头通常会出现以下几个问题：

1）涨落潮时由于水位变动甲板两侧凸出部分会卡在水平向、斜向、竖向橡胶护舷端部及竖向橡胶护舷安装缝上。

图1 V形船舶靠泊码头示意图Fig.1 Schematic diagram of V-shaped ship berthing to wharf

2）高水位时，船身会超出码头面，船舶凸出部分与防撞护轮槛及系船柱发生碰撞。

3）低水位时，由于船舶凸出部分顶靠在靠船构件上，船体离码头距离就较远，不易上下人和上下货。

3 靠船构件方案比选

3.1 第一种方案

V形船舶在靠泊码头时，可以设置具有一定宽度的浮体，使得船舶与码头有一定距离，避免船舶凸出的甲板及钢制护舷碰到码头。根据浮体形式可分为“充气式橡胶护舷”、“充填泡沫型橡胶护舷”、“钢箱型浮体”。码头安装充气式（充填泡沫）橡胶护舷见图2。

3.2 第二种方案

V形船舶在靠泊码头时，对于船舶甲板高出码头面一定距离的情况，可以在码头的前沿设立柱，在立柱上再增设橡胶护舷。当停靠码头的船舶随着潮水上下浮动时，码头上常规布置的橡胶护舷结合立柱上增设的橡胶护舷就可以满足船舶靠泊要求[4-6]。

图2 码头安装充气式（充填泡沫）橡胶护舷Fig.2 Installation of inflatable(filled foam)rubber fender at wharf

立柱式靠船构件码头断面图见图3。

图3 立柱式靠船构件码头断面图Fig.3 Section view of column type berthing component wharf

3.3 方案比选

充气型橡胶护舷为保证正常工作，需3个月检查内部气压，5个月更换气门芯。后期维护工作较多，需专业人员进行维护，充填泡沫型橡胶护舷，同样型号的价格约为充气型橡胶护舷的2.2倍，钢箱型浮体造价及防腐维护费用更加昂贵；同时浮体与码头为柔性连接，漂浮于水面上，在台风期风浪的作用下，可能冲上码头，造成码头设施和浮体的损害，因此台风期间需将浮体拆除运至后方。目前国内使用浮体护舷的码头大部分为重力式岸壁码头，码头胸墙与充气型护舷全面接触，但对于高桩梁板式结构，中低水位时码头仅有靠船构件与充气型橡胶护舷接触，不确定、不可控因素较多[7]，2种方案优缺点比较见表1。

表1 优缺点比较Table 1 Comparison table of advantages and disadvantages

综合考虑，不推荐使用浮体，而采用立式护舷方案，在立柱式方案基础上进行优化设计。

3.4 方案优化

3.4.1 优化思路

在高水位大型V形船靠泊时，为保证船舶与立柱护舷的有效接触，立柱需高于船舶侧面的最高点，这样势必要增加立柱高度。考虑到立柱高度太高会影响码头美观以及对结构整体受力不利，本工程采用转动橡胶护舷，以降低立柱高度。

3.4.2 优化方案

码头面上设置转动橡胶护舷，见图4、图5。在船舶随潮位上升的过程中，船舶首先接触到转动橡胶护舷，随着转动橡胶护舷的转动船体上滑。在潮位下降的过程中，船舶会落在转动橡胶护舷上，随着转动橡胶护舷的转动，逐渐下滑。转动橡胶护舷固定在后方的立柱上，立柱为钢结构形式。立柱基础采用植筋的方式与码头平台和横梁连接。

图4 滚动式靠船构件断面图Fig.4 Sectional view of rolling berthing component

图5 滚动式靠船构件实景图Fig.5 Real picture of rolling berthing component

转动型橡胶护舷利用滚轮的转动和压缩变形吸收船舶撞击能量，大多运用在船厂、船坞。特别在船坞的坞门两侧沿船舶运动方向水平布置，保证进出坞的船舶和坞首结构安全。

码头上竖向布置转动型橡胶护舷在国内很少见，经码头实际运营、靠泊检验，该方式可以有效解决V形船舶靠泊时产生的船体碰挂码头设施的现象，使用效果较好。

3.4.3 受力计算

船舶靠岸时的撞击力标准值根据船舶有效撞击能量和橡胶护舷性能曲线及靠船结构刚度确定。

船舶靠岸时的有效撞击能量E0按下式计算[8]：

式中：E0为船舶靠岸时的有效撞击能量，kJ；ρ为有效动能系数，取0.75；M为船舶质量，按排水量计算，t；Vn为船舶靠岸时对码头撞击的法向速度，m/s。

以3 000 t船舶为例，当V形船靠岸时法向速度Vn取0.17 m/s，满载排水量按6 600 t，则船舶的有效撞击能量E0为71.5 kJ。转动橡胶护舷取φ1 500×500H，吸能为90 kJ，反力为382 kN。

3.4.4 施工要求

1）转动橡胶护舷后方固定钢架，宽度不大于1 200 mm，高度不大于1 800 mm；转动橡胶护舷需满足吸能大于90 kJ，反力小于40 t。

2）橡胶护舷测试

根据橡胶护舷制造标准，在出厂时应进行测试，以确认其吸能率。测试结果应记录留存，只有测试结果合格，护舷方能起运[9]。

3）材料

橡胶护舷所用材料应由弹性好、耐老化、耐海水、耐油腐蚀和耐磨的天然和合成胶组成，胶料的试验应遵循国家有关技术规定。

4）橡胶护舷的配件应适应腐蚀的海洋大气环境，采用不锈钢制作，橡胶护舷安装后应易于维修和更换。

4 结语

本文通过分析某码头在停靠V形船时出现的问题，并对类似码头靠船构件进行调研，提出了全新的滚动式立柱靠船构件形式，通过码头实际运营，靠泊条件明显改善，这种靠船构件形式对同类型的码头有一定的指导和借鉴作用。