CN103382714A

CN103382714A - 后置系缆设备

Info

Publication number: CN103382714A
Application number: CN2013102691457A
Authority: CN
Inventors: 胡家顺; 彭玉生; 任增金; 李元青; 丁嵬; 郑小楠; 唐敏; 陆微; 李冰绯; 刘强; 贾晓荷; 宋军营; 熊兵; 李刚; 于英彬; 张少军; 王涛; 王顺柱; 申瑞婷
Original assignee: China Communication Planning and Design Institute for Waterway Transportation Co
Current assignee: China Communication Planning and Design Institute for Waterway Transportation Co
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2013-11-06

Abstract

本发明提供了一种后置系缆设备，通过在重力墩二层平台上设置后置系船柱，在码头前沿加设导缆器，将缆绳向后延长使其长度与艏艉缆和倒缆相当。所述设备安装在矿石码头，泊位长度510m，码头面宽度40m，码头面高程13.5m，二层系缆平台9.0m，码头前沿设计底高程-25.0m。本发明为外海开敞墩式”一”字形布置的结构形式，共有15组墩台，除靠近引桥的端部由于引桥搭接和转运站设置而布置了两个椭圆形沉箱外，其余14个墩均为单个椭圆形沉箱构成，沉箱中心距35m。两个沉箱墩中间通过25.8m长的预应力混凝土箱梁连成整体。经物理模型试验验证，最大系缆力减小30%左右，从而达到各缆绳缆力分布均匀的目的。

Description

后置系缆设备

技术领域

本发明涉及一种后置系缆设备，属于港口建筑领域。

背景技术

随着船舶大型化趋势发展，大宗干散货采用船舶运输的优势越来越明显，近年来，我国沿海各大港口陆续建成了一批泊位吨级大、工艺设备先进、通过能力强的煤炭、矿石等大型干散货泊位，如马迹山25万吨级矿石码头一期发明、马迹山30万吨级矿石码头二期发明、日照石臼港区30万吨级矿石码头、青岛前湾20万吨级矿石码头、大连25万吨级矿石专用码头、营口30万吨级矿石码头等，这些码头的共同特点均为“一”字形布置，大部分位于外海开敞式海域，风、浪、流等自然条件恶劣。

由于“一”字形码头布置的特点，使得横缆长度远小于艏艉缆和倒缆的长度，由于缆绳长度差别较大，使得横缆受力显著大于艏艉缆和倒缆，断缆的现象时有发生。

宝钢马迹山港2002年5月投入使用。由于码头处于外海，水域地形复杂，频繁出没的台风使港区涌浪落差达6m，给港区安全生产增加了难度，开港当年断缆率达9.08％，直接影响了货轮和港区的安全。

2009年3月1日，靠泊在马迹山2号泊位的装载26.8万吨矿砂的超大型矿船中国香港籍“河北宏图”轮因急涨潮流及东北风影响发生断缆。

大连港30万吨矿石专用码头2004年5月开始试运营，在试运营期间，于2004年5月19日、6月16日～17日、8月19日共发生三次断缆。

造成断缆的因素很多，主要有：风浪超标船舶没有及时逃离、带缆不合理、码头平面布置缺陷、缆绳质量较差、流速较大特别是横向流速、操作失误等。

(1)超标准作业

码头轴线一般为顺流布置，而波浪多为横浪作用，矿石码头发生断缆时，现场人员观测的波浪均比较大，波高超过作业标准。此时船舶应停止作业，离开码头。

（2）平面布置的因素

矿石码头由于工艺作业的要求，码头为连片式“一”字型布置，与原油码头的“蝶”型布置相比较，横缆较短、无法系紧，风浪大时，艏艉缆或倒缆缆绳的系缆力剧增。

（3）码头结构方面的因素

矿石码头结构多为连片墩式结构，对波浪的反射较大，恶化了船舶的泊稳条件；由于矿石码头吨级大，在停靠小吨级船舶、船舶半载或清仓作业时，水深与船舶吃水之比较普通码头大得多，船底部集中了外海浪和自码头反射的波浪，相应地船舶在波浪作用下的运动量及系缆力都增大，易引起断缆。

大型矿石码头多为“一”字形布置，由于码头平面布置的特殊性导致横缆与艏艉缆和倒缆长度相差过大，容易造成横缆缆力过大而出现断缆现象；已建成码头通过针对具体船型，设计出具体带缆方案，规定艏艉缆、倒缆的数量、系缆角度和缆绳长度，水手24小时巡检和船方及时沟通并根据实际情况随时调整缆绳的松紧等措施来解决。上述码头在采取有效措施后，均未再出现断缆现象。

根据对相关断缆现象的分析可知，除了环境因素及人为因素以外，码头系靠船设施的布置是非常重要的因素。大型墩式油码头等一般采用蝶形布置，艏艉缆、横缆及倒缆的长度可以通过系缆墩的平面布置进行调节，基本保证各缆绳长度基本相等。由于大型矿石码头装、卸船设备行走的要求，在平面布置上均为“一”字形布置，引起最大的问题就是艏艉缆、横缆及倒缆长度的不均匀（艏艉缆的长度为横缆长度的5～10倍），导致各缆绳缆力分布差异较大，造成断缆现象的发生。

发明内容

为解决横缆过短的问题，结合码头结构特点，本发明提供一种后置系缆设备，是通过在重力墩二层平台上设置后置系船柱，在码头前沿加设导缆器，将缆绳向后延长使其长度与艏艉缆和倒缆相当，经物理模型试验验证，最大系缆力减小30%左右，从而达到各缆绳缆力分布均匀的目的。

附图说明：

通过参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它方面及优点将变得更加易于清楚，在附图中：

图1为本发明的码头平面布置图和立面图；

图2为码头典型断面图；

图3为横缆墩系船柱后移30m后码头上部结构断面图；

图4为推荐的40万吨船舶带缆方式（6-4-2）。

具体实施方式

在下文中，现在将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了各种实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。

在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。

本发明是结合某30万吨级（水工结构按靠泊40万吨散货船设计，最小兼顾15万吨级散货船）矿石码头进行，泊位长度510m，码头面宽度40m，码头面高程13.5m，二层系缆平台9.0m，码头前沿设计底高程-25.0m。图1为码头平面布置图和立面图，图2为码头典型断面图，本发明为外海开敞墩式”一”字形布置的结构形式，共有15组墩台，除靠近引桥的端部由于引桥搭接和转运站设置而布置了两个椭圆形沉箱外，其余14个墩均为单个椭圆形沉箱构成，沉箱中心距35m。两个沉箱墩中间通过25.8m长的预应力混凝土箱梁连成整体。

（1）设计水位

（2）设计波浪

本海区实测海浪是多以涌浪为主的风涌混合浪，外海传入的波浪对本海区的影响大于风成浪。码头前沿设计波要素详见表1。

表1设计高水位时码头前沿设计波要素

（3）设计流速

海区涨潮流的平均流速在0.4～0.58m/s之间，落潮流平均流速在0.32～0.54m/s之间；最大涨潮流流速在0.67～1.07m/s之间，最大落潮流流速在0.48～0.89m/s之间。本发明码头前沿设计流速取1.5m/s，流向在56～72°范围内。

（4）风况

本区强风向为ENE向，最大风速12.8m/s，次强风向为NE向，风速11.8m/s。常风向为NW向，频率11.2%，次常风向为NNW向，频率8.5%。

从以上条件可以看出，码头所处海域风、浪、流等自然条件较为恶劣，为保证码头系靠泊作业安全，在码头结构设计的同时进行了船舶系泊物理模型试验，同时采用目前国际上通用的OPTIMOOR软件进行了系靠泊分析，优化带缆方案，确保码头作业安全。

带缆方式的确定

分别针对15万吨和40万吨两种船型在不同风、浪、流和载度组合下进行了系泊条件模拟试验，得到不同工况下的船舶运动量、系缆力、撞击力等控制标准。

（1）试验条件

1）水位：采用设计高水位和设计低水位

2）风向、风速：NW向（吹开风）、SE向（吹拢风）和NE向，V_f=22m/s。

3）水流：与码头夹角0°的涨潮流，流速V_l=1.50m/s；与码头夹角15°的拢流，流速V_l=1.20m/s；与码头夹角20°的开流，流速V_l=1.00m/s。

4）试验波要素，如表2所示。

表2试验波要素

5）设计船型，如表3所示

表3设计船型

6）三种载度：满载、半载和压载。

（2）控制标准

1）运动量

运动量采用PIANC推荐值控制，纵移≤2m、横移≤1m、升沉≤1m、纵摇≤2°、横摇≤6°、回转≤2°；

2）缆绳拉力

根据OCIMF相关规定，缆绳控制强度采用系缆机刹车力，即为缆绳破断强度的60%，直径44mm钢缆破断力132t(约1294kN)，因此缆力控制值为1294kN×60%=776KN；40万吨缆绳采用6-4-2布置，15万吨缆绳采用4-4-2布置。

3）护舷撞击力

撞击力控制强度为护舷设计反力，即3088kN×2鼓=6176KN

（3）试验结论

1）运动量

船舶运动量控制较好，在波向为0°（顺浪）及45°（斜向浪）各种组合工况下，船舶运动量均控制在作业标准以内。而在90°（横向浪）作用下，4%波高小于1m，周期小于11s的各种工况下，船运动量基本控制在作业标准以内；波高大于1m，周期介于7s～9s的各种工况下，船舶运动量超过作业标准（主要是横移超标），横移最大超过作业标准0.32m。

2）缆绳拉力

1、波向为0°的各工况下：

a、满载状态下，缆绳拉力小于压载及空载状态下；

b、流向为0°及20°的工况略好于流向15°的工况；

c、波浪周期长的工况缆绳张力大，周期大于9s时，缆绳张力大部分超过控制标准。

2、波向为45°的各工况下：

a、缆绳拉力超过控制标准的工况约占60%；

b、缆绳拉力与载态关系不明显；

c、流向为0°及20°的工况略好于流向15°的工况；

d、缆绳拉力与波高、波周期组合关系不明显；

3）波向为90°的各工况下：

a、缆绳拉力绝大部分超过控制标准，只有四个工况未超过控制标准，均是波高较小工况。

3）护舷撞击力

在波向为0°（顺浪）及45°（斜向浪）各种组合工况下，护舷撞击力均在作业标准以内。而在90°（横向浪）作用下，H4%波高大于1m时，较多工况护舷撞击力超过作业标准。

4）小结

以本次试验风浪流条件的工况组合而言，对系泊系统中各特征量，动力因素的影响次序自大至小依次为：波浪、水流和风，其中波向与周期是影响因素中最为显著，而风的影响相对最小。在整个系缆系统中，横缆承受了绝对大部分的荷载，这与“一”字型码头布置横缆相对较短有关。

（4）优化对比试验及结论

针对原方案横缆受力较大的情况，对码头平面布置进一步优化，并进行了优化系泊的对比试验。主要将横缆对应码头的系缆点后移30m，原系缆柱位置以导缆孔代替，使横缆延长。调整后码头断面见图3。

对比试验结论：

1）运动量整体上有所减小，以横浪组合的工况最为显著。

2）横缆系缆力力明显减小，平均降幅达30%，以横浪组合的工况最为显著。

3）由于横缆受力改变，导致各缆绳间系缆力重新分配，艏艉缆有增加趋势，倒缆则有增有减。

4）护舷撞击力和撞击能量也有不同程度的增减。

（5）试验成果对比表

典型工况：设计高水位、压载、90°横浪H4%=1.5m、T=7s、20°落潮流1.0m/s，40万吨级船舶和15万吨级船舶在横缆后移30m前后的船舶运动量及缆绳拉力变化情况见表4。

表4典型工况下横缆后移30m前、后特征量对比表

注：上表中40万吨级船舶艏缆1、艏缆2、艉缆2和艉缆1各3根，15万吨级船舶对应缆绳为2根。

（6）数模计算的主要结论

根据系泊物理实验工况，使用optimoor软件模拟40万吨散货船部分工况，计算结果与物模结果一致。针对横缆后移的方案也进行了数模分析，结论与数模结果相近。横缆后移30m后，各缆绳长度更均匀，缆力也更均匀，横缆最大缆力下降约30%。

（7）推荐的带缆方式

经过物模和数模的多工况分析，横缆后移30m后可有效增加横缆长度，使缆力分布更均匀，是更为合理的带缆布置方式。推荐的40万吨级船舶带缆方式（6-4-2）见图4。

通过物理模型试验和数模计算分析，确定将横缆系船柱向码头后方移动，码头前沿设置导缆器，使得系缆力的最大值降低30%左右，显著改善码头作业条件，降低断缆事故发生的可能，减少对人工巡视的依赖，降低工人劳动强度，具有较大的经济效益和社会效益。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种后置系缆设备，其特征在于：

在重力墩二层平台上设置后置系船柱，在码头前沿加设导缆器，将缆绳向后延长使其长度与艏艉缆和倒缆相当。

2.根据权利要求1所述一种后置系缆设备，其特征在于：

所述设备安装在外海开敞墩式”一”字形布置并设有二层系缆平台的矿石码头，码头面宽度40m,顶面高程13.5m，二层系缆平台高程9.0m，码头前沿设计底高程-25.0m；码头基础为椭圆形沉箱墩结构，沉箱中心距35m，单个椭圆形沉箱长34.05m，宽15m，高27.5m；两个沉箱墩间通过预应力混凝土箱梁连成整体。

3.根据权利要求2所述一种后置系缆设备，其特征在于：

将横缆对应码头的系缆点后移30m，原系缆柱位置以导缆孔代替，使横缆延长。