船舶靠泊有效撞击能量计算和护舷设计是码头工程设计中的重要内容。护舷设施作为码头上重要的设备之一，关 系到码头工程造价和靠泊作业安全，特别是对于大型船舶在外海或开敞式水域中的靠泊作业尤显重要。结合工作实践，就大 型船舶靠泊有效撞击能量计算进行探讨。 关键词：大型船舶：有效撞击能量：计算
Abstract: Calculation of effective impact energy by vessel's berthing and fender design are important contents of wharf engineering design.Fender design relates closely to the engineering cost and safe berthing,esp. for large vessels in the open sea area.The calculation of effective impact energy of large-scale vessels is analyzed. Key words: large-scale vessel;f effective impact energy;calculation
随着海上运输的需要，船舶向大型化发展， 在现有船舶保有量中，大型船舶数量约占30%, 而其运力占70%。大型船舶吨位大，吃水深，靠 岸时的撞击能量大，故对码头设计有一定的要 求——要有宽广的水域，良好的水深，安全的防 撞设施。码头的防撞设施通常采用橡胶护舷。码 头护舷设施的设计既要考虑工程处的风、浪、流 等自然因素的影响，又要考虑船舶大小和船舶操 作的熟练程度等因素，因此，码头护舷设施的设 计是既广泛又复杂的问题。 国内码头护舷设施设计中， 一般先按交通运 输部颁布的《港口工程荷载规范》口中的船舶靠岸时 有效撞击能量公式计算，再由撞击能量选择合适 的护舷设施；但在承接国外码头工程设计中，有 业主要求按英国标准P进行设计。根据本人多年工 作经验，认为这两个规范(标准)的计算有一定的
差异，按英国标准进行设计偏于安全。
1 大型船舶的靠泊 1.1 靠泊方式 一般大型船舶靠泊码头是在拖轮帮助下完成 的，其靠泊程序如下。 大型船舶进港时，距码头泊位不超过3 km 时，其航速逐渐降低，降至5kn 左右；距码头1km 时，船舶航速降至为3kn 左右；距码头泊位500m 时，船舶航速降至小于1 kn, 直至停车；船舶平 行于码头时，用拖轮在船首、船尾、船中3个点 上推向码头泊位；以适当速度把船舶推向码头泊 位，并控制在码头泊位前1m 或 2 m 处停住：系 缆： 一般系缆次序为先连首缆，次为倒缆、尾缆， 最后为横缆，或先连尾缆，次为倒缆、首缆，最 后为横缆。 1.2 靠泊时与码头接触方式 大型船舶靠泊时与码头接触方式有以下2种。 D 平行靠泊。借助拖轮，在船首、船尾、船 中以相同的速度推向码头泊位，这是大型船舶靠 泊的理想方式， 一般极难做到，往往一端先靠泊 码头。 2 船舶斜向靠泊码头。 一般船舶纵轴线与码 头前沿线夹角小于10°,船舶斜向靠泊视靠泊时的 实际情况，有船首靠泊和船尾靠泊。 1.3 靠岸速度 大型船舶靠泊码头是借助拖轮，随着船舶逐 步移近码头，拖轮逐步停止推进，依靠船舶本身 的惯性靠泊码头，因此，船舶靠泊速度一般很小， 但由于大型船舶吨位大，其撞击能量的大小与船 舶质量和靠泊速度成平方关系，故船舶靠泊速度 尽管较低，但还是要控制，根据《港口工程荷载规 范凹，有掩护的港口码头，船舶法向靠岸速度选 用0.06~0.08 m/s, 开敞式的港口码头船舶法向靠 岸速度选用0.08~0.15 m/s。 1.4 靠泊码头所需拖轮总功率 大型船舶靠泊码头需拖轮协助，不同吨级的 船舶，需配备足够功率的拖轮进行协助，才能控 制船舶靠泊速度。在船舶靠泊过程所需拖轮的总 功率，按JTJ211—1987《 海港总平面设计规范》 中的公式计算，即 BHP=kQ (1) 式中：BHP 为所需港作拖轮总功率 kW: K为系数，DWT≤20000t 时，取0.075; 20000t<DWT≤50000t 时，取0.060; DWT>50000t 时，取0.050。 Q 为进出港设计船型的载重吨(D。 一般大型船舶需配备4~5艘拖轮协助靠泊。 根据码头工程所在区域的风、浪、流等自然条件， 和船舶吨位以及靠泊作业工艺，选择操作灵活， 顶、拖性能良好的拖轮。
2 船舶靠泊能量计算 2.1 船舶靠泊能量确定的方法 船舶靠泊能量的确定方法目前大致有下列5 种。 D 动力学方法。动力学是惯用方法，至今仍 被广泛采用，其基本表达方式为 (2) 式中： E为船舶靠泊能量4 ·m): m为靠泊船舶的质量 Gm=a/g,t·s²/m); v为船舶靠泊时的瞬间速度 (m/9。 还有一些动力学计算公式都是从此基本表达 式中演变过来，仅是其中的系数选取有差异。 2 统计学方法。该方法是以对现有泊位的碰 撞能量值的实测数据为基础，分析这些数据，采 用合理的方法，明确显示出泊位能力、损坏的风 险度以及护舷的吸能设计值三者之间的关系，来 确定设计新码头泊位的护舷吸能值。 3 模型试验方法。在水力试验或船池中，用 小比尺模型试验来确定护舷的吸能值。 4 数学模型方法。此方法仍在发展完善中， 至今尚未见到与实船靠泊之比较，目前公开发表 的分析靠泊运动的数学模型有2种： 一种是以船 舶运动方程和脉冲函数为理论基础，另一种是采 用长浪理论。 9 经验公式。采用简单的能量计算标准，其 数值仅根据排水量而定，是经验公式，其表达式为 (3) 式中： E 为船舶靠泊能量(t·m); W 为船舶满载排水量(D。 在实际设计中，利用动力学方法来确定护舷 设施所吸收的能量最为常见，近乎90%的设计都 以这种计算方法为依据，但以护舷设施能量计算 方法简要说明公式作为统一的设计方法存在着一 定的局限性，对于能量公式中的参数和系数值的 选定，主观因素很大，以致各设计者对同一码头 计算出的能量值可以相差几倍。正因为动力学方 法存在着一定的局限性，所以国内外同仁都在研 究、探讨或完善船舶靠泊能量计算方法。 2.2 船舶靠泊能量计算的比较 目前，船舶靠泊能量计算采用的动力学方法 国内外常用的有2个： 一个是国内交通运输部颁 布的JTJ215—1998《港口工程荷载规范，另一个英国的《海工建筑物标准 BS6349第一分册》(1984 年版)同。下面以这2个计算方法进行分析比较。 D 港口工程荷载规范中有效撞击能量计算公 式为 (4) 式中： E₀为船舶的有效撞击能量 (kD: p为有效动能系数，取0.7~0.8; M为船舶质量(D, 按满载排水量计算： V.为船舶靠岸法向速度(m/s)。 关于此方法，“规范”编制说明，船舶靠岸时， 以法向靠泊速度碰撞码头，其具有的能量由橡胶 护舷压缩变形，码头本身弹性变形，船舶运动和 船壳弹性变形，船舶与岸间水体挤升及振动、摩 擦，发热等所消耗。橡胶护舷，船壳板变形和码 头变形所吸收的能量为有效撞击能量，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。根据大量观测试验研究，对于装设橡胶护 舷的码头，有效撞击能量系数为0.7~0.8。
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