船舶与海洋平台靠泊冲击及安全防护技术研究
陈凯（湖北华舟重工应急装备股份有限公司 湖北武汉 430223）
作者简介：陈凯(1985-)，男，大学本科。
摘要：本文提出了一种海上平台靠泊防撞装置，使船舶在靠泊时能够维护海上平台自身和停靠船舶的安全。靠泊防撞装置采用钢桁架、防撞钢箱梁及橡胶护舷相结合的形式，经有限元仿真计算，其强度满足使用要求。
关键词：靠泊；防撞；有限元分析；中图分类号：U66
Ships and offshore berthing impact and safety protection technology research
Kai Chen（China Harzone Industry Corp.,LTD，Wuhan，430223）
Abstract: This paper proposed an offshore platform berthing anti-collision device, which can protect the safety of the offshore platform and the ship itself when the ship is berthing. Berthing anti-collision device will adopt steel truss, the anticollision steel box girder and rubber fender, in the form of the combination of the finite element simulation calculation, the strength of its meets the requirement.
Key words: berthing; anti-collision; finite element analysis
据南海环境条件的研究报告，南海4级海况（上限）及以下的发生概率在70%以上，海上平台自存环境水深1500m，有义波高达 9m，周期为 16.0s，风速 23.2m/s，表层流速0.93m/s，水深风大浪高，环境恶劣。此防撞装置主要用于1500吨级或更小吨位的船舶与平台进行靠泊与补给，船舶需在不大于4级海况的条件下进行靠泊，采用不抛锚带缆舷靠或者带单缆不抛锚艉靠。
1 平台靠泊防撞装置布置
考虑到平台锚固系统的布置及风浪条件，为避开平台锚固系统，整个平台防撞装置采用钢桁架、防撞钢箱梁及橡胶护舷相结合的形式，设计使用寿命为15年。平台防撞装置最远处距离平台桩腿9m，设置有1m宽的人行走道，4个A450型带缆桩，橡胶护舷。钢桁架及防撞钢箱梁涂装环氧富锌底漆，聚氨酯中间漆和氯化橡胶面漆进行防护。
图1平台靠泊防撞装置布置图
图2平台靠泊防撞装置结构图
2.1靠泊系缆力计算
本计算参照《港口工程荷载规范》及《船舶舾装标准汇编》中的《系船索按系船力选定和应用示例》计算。
2.1.1船舶主尺度
总长 88.90m
垂线间长 79.63m
型宽 12.20m
型深 6.30m
吃水 3.80m
2.1.2系泊力计算
船舶计算状态为空船压载进港。
（1）风压阻力（船侧方向）
按公式Ra=KaAava 2
式中：Ra———风压阻力，KN；
Ka=0.7208×10-3（横方向），KN·s2/m4；
=0.4207×10-3（纵方向），KN·s2/m4；
va——靠岸移动中：平均风速va=10m/s；
停泊中：（一般船舶）平均风速va=15m/s；
（大型船舶）平均风速va=20m/s；
按实际取va=23.2m/s
Aa——水线以上受风部位的投影面积，m2；Aa=552 m2
靠岸移动时船体横方向风压阻力Ra（T）=0.7208×10-3× 552×102=39.8KN
停泊中船体横方向风压阻力 Ra（T）=0.7208 ×10-3 × 552×23.22=214.2KN
（2）水流阻力（前后方向）
按公式Rw=1.1886×10-3×Aw[(vw+vs)2+0.330(vw+vs)]
式中：Rw——水流阻力，KN；
Aw——设计船舶的浸水面积，m2；
vw——水流速度，m/s,取vw =0.93m/s；
vs——船的移动速度，m/s；
Aw=1.7dL+Δ/d=1.7×3.8×79.63+1500/3.8=909m2
式中：d——平均吃水，m；
Δ——排水体积，m3；
L——船长，m
Rw （L）=1.1886 ×10-3 ×909 ×[（0.93+0）2+0.33 ×（0.93+0）]
=1.3KN
（3）形状阻力
按公式Rv=717.8×10-3×As(vw+vs)2
式中：Rv——形状阻力，KN；
As——水线以下侧投影面积，m2；
vw——水流速度，m/s,取vw =0.93m/s；
vs——船相对于水的移动速度，m/s，取vs=0.167m/s；
As=dL =3.8×79.63=302.6m2
Rv（L）=717.8×10-3×302.6×（0.167+0.93）2
=261.4KN
（4）推进器阻力
按公式Rp=258.9×10-3×D2(vw+vs)2
式中：Rp——推进器阻力，KN；
D——螺旋桨直径，取2m；
vw——水流速度，m/s，取vw =0.93m/s；
vs——船的移动速度，m/s；
Rp（L）=258.9×10-3×22×（0.93+0）2
=0.9KN
（5）系船中作用于船体的总阻力
停泊中：R=214.2KN
选用A450带缆桩，适用缆索最大破断负荷382KN。
2.1.3带缆桩局部强度校核
带缆桩受力图如下所示：
图3带缆桩受力图
带缆桩与平台间焊缝强度
τ=M/Ixymax
=382000 ×0.841 ÷（1.8568 ×0.63683-1.84 ×0.623）× 12×0.3184=29.97Mpa<τp'=167Mpa
2.2撞击力
船舶靠岸时的有效撞击能量可按下式计算：
E0=0.5ρmVn 2=0.5×0.8×1500×0.42=96kJ
式中：E0——船舶靠岸时的有效撞击能量（kJ）
ρ——有效动能系数，取0.7~0.8；
m——船舶质量（t），按设计船型满载排水量计算，取1500t；
Vn———船舶靠岸法向速度（m/s），取0.4m/s
选用TD-B1000H橡胶护舷（标准反力型P0），单位长度反力为680KN，吸能量297kJ
2.3靠泊防撞装置强度校核
本装置采用有限元软件进行强度校核，建立如下模型
图4立体模型
图5平面模型
图6模型受力图
钢桁架、防撞钢箱梁采用梁单元，模型与平台桩腿连接处铰接固定，材料选用Q345C，载荷为正面撞击力，简化为680t的静载集中力。计算结果如下：
图7应力图
图8位移图
最大应力为152.4Mpa，最大位移为4.12mm。3结论本文的计算结果表明，整个结构强度在材料许用应力内，满足要求。
参考文献
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基金项目：南海综合补给基地工程化研究.