系泊浮筒链式防撞系统水动力特性和防撞性能试验研究

摘要

早期防止船舶撞击系统多以防撞结构与被撞结构一体化的形式出现。进一步发展出多种柔性防撞结构。最新的趋势是防止船舶撞击系统与被撞结构分离成为独立结构，从而彻底保障被撞结构的安全。系泊浮筒链结构是其中的一种。尽管该结构有造价相对低廉、施工方便快捷、破损后易于修复、对深水和各种基础适应性强等优点，但其水动力特性和防撞性能缺乏系统研究，国内外均无相应规范指导工程设计，使得该新型防撞系统的实际应用受到很大制约。
　　以福建厦门港古雷港区古雷作业区南2号液体化工码头工程浮式防撞设施为背景，采用物理模型试验的方法，就系泊浮筒链系统的水动力特性（运动形态及受力状况）和防撞性能进行了全面研究，得到以下主要结果:
　　(1)2米直径浮筒链体系、系泊锚链具备1000KN抗拉能力条件下，5米波高（级）波浪对系泊浮筒的作用小于2000DWT船舶以0.5m/s撞击作用。该系统可以抵御2000DWT船舶以1m/s速度的撞击作用。
　　(2)4米直径浮筒链体系、系泊锚链具备3000KN抗拉能力条件下，5米波高（级）波浪对系泊浮筒的作用小于5000DWT船舶以0.5m/s撞击作用。该系统可以抵御10000DWT船舶以0.3m/s速度的撞击作用。
　　(3)浮筒链系泊缆、浮筒间连接链的受力与撞击部位和撞击姿态有关。其破坏力最大的状况是船舶满载、以正向姿态撞击浮筒链体系时。
　　(4)船舶自由姿态撞击浮筒体系时，主要动力因素为风速和水流速度，而波浪作用对缆绳张力的贡献不大。
　　(5)对浮筒间连接链的受力而言，船舶正向撞击浮筒间连接链为控制撞击点;对浮筒系泊缆的受力而言，船舶正向撞击浮筒边缘为控制撞击点。
　　(6)采用钢缆系泊条件下，系泊系统缆绳初张力对浮筒受到船舶撞击时的系泊最大张力影响巨大。应选择可能的最高水位、最大允许浮筒位移状态下缆绳初张力为0作为系泊系统初张力控制条件。
　　(7)浮筒链系泊系统在水动力因素（波浪、潮流）作用下呈往复性蛇形运动状态，风对浮简体系的运动量贡献不大，但可加大蛇形运动的高频脉动量。船舶撞击时，浮筒链系统的运动状态为在水动力作用下的运动姿态上叠加了局部凸起。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 防撞措施及分类

1．2．2 防撞设施研究概述

1．2．3 浮体系泊系统运动和动力响应研究概述

1．3 系泊浮筒式防撞设施设计方案

1．4 存在的问题和主要研究内容

2 物理模型试验设计和方法

2．1 浮筒链运动和动力响应影响因素分析及试验组别的确定

2．1．1 动力参数

2．1．2 系泊布置

2．1．3 船舶参数

2．1．4 水位参数

2．2 模型设计

2．2．1 模型比尺及相似准则

2．2．2 模型制作

2．3 试验的依据、标准和规范

2．4 试验设备及测试仪器

2．4．1 实验设备

2．4．2 测试仪器

2．5 试验方法

2．5．1 动力因素模拟方法

2．5．2 模型试验测试方法

3 动力要素、船舶、浮筒、锚泊缆绳模拟结果

3．1 动力要素模拟结果

3．1．1 波浪要素模拟结果

3．1．2 潮流模拟结果

3．1．3 风的模拟结果

3．2 船舶模拟结果

3．3 缆绳的模拟结果

3．4 浮筒模拟结果

4 海洋动力作用下系泊浮筒链系统的运动响应

4．1 波浪和水流作用时基本型浮筒运动形态

4．2 波浪和水流作用时基本型浮简运动量

4．2．1 单纯波浪作用时浮筒运动量

4．2．2 波流共同作用时基本型浮筒运动量

4．3 波浪和水流作用时扩展环型浮筒运动形态和运动量

4．3．1 波浪和水流作用时扩展环型浮筒运动形态

4．3．2 波浪和水流作用时扩展环型浮筒运动量

5 海洋动力作用下系泊浮筒链系统的动力响应

5．1 波浪和水流作用于基本型浮筒的试验结果

5．1．1 锚泊缆张力计布置方案

5．1．2 单纯波浪作用时基本型浮筒系泊缆绳张力

5．1．3 波流共同作用时的浮筒系泊张力

5．2 波浪和水流作用于扩展环型浮筒的试验结果

6 船舶撞击作用下系泊浮筒链系统的运动响应

6．1 船舶撞击时浮简链的运动形态

6．1．1 船舶自由撞击时浮筒链的运动形态

6．1．2 船舶正向撞击时浮筒链的运动形态

6．2 船舶自由撞击时浮筒链的运动量

6．2．1 2000DWT船舶自由撞击时扩展环型浮筒链的运动量

6．2．2 5000 DWT船舶自由撞击时基本型浮筒链的运动量

6．3 正向撞击时船舶法向速度与浮筒横移运动量的关系

7 船舶撞击作用下系泊浮筒链系统的动力响应和抗撞性能

7．1 2000DWT船舶作用下扩展环型浮筒链的动力响应

7．1．1 船舶自由撞击浮筒时

7．1．2 船舶正向撞击浮筒链时

7．2 改进系泊方式后2000DWT船舶对扩展环型浮筒链的作用

7．2．1 改进的浮筒链布置方案

7．2．2 改进系泊方案后船舶航速与浮筒系泊缆绳张力的关系

7．2．3 对改进系泊方案的评价和建议

7．3 5000DWT船舶作用下基本型浮筒链的动力响应

7．3．1 船舶正向撞击浮筒链时

7．3．2 船舶自由撞击浮筒时(波流共存场中)

7．3．3 船舶自由撞击浮筒时(波浪+水流+脉动风共存场)

7．4 10000DWT船舶作用下基本型浮筒链的动力响应

7．4．1 锚泊缆张力计布置方案

7．4．2 船舶正向撞击浮筒链时

7．5 系泊浮筒链系统抗撞性能分析

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢