300000 DWT浮船塢的錨泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

邱崚唐軍

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院,上海 200032）

0 前言

300000 DWT浮船塢是大連中遠(yuǎn)船務(wù)有限公司委托我院設(shè)計(jì)的我國(guó)迄今為止最大的浮船塢。

這是一種多根鏈索泊碇的浮船塢，各鏈索的水平力分配較為復(fù)雜。由于系泊鏈索是一種柔性連接，因此船體在受到風(fēng)、流、波浪以及慣性力作用以后，必定會(huì)發(fā)生位移，從而又改變了與位移量有關(guān)的各鏈索上張力的大小。這就無法從“外力與系泊力平衡”方程中一次求解，而要通過逐次迭代的過程來求解。

浮船塢在系泊狀態(tài)下受風(fēng)、流、波浪等環(huán)境力作用時(shí)，其位置將因之漂移，系泊系統(tǒng)會(huì)提供約束力，限制其漂移量的幅度。錨鏈力的大小是隨著掛鏈點(diǎn)至錨碇點(diǎn)的距離變化而變化的，距離越大錨鏈?zhǔn)芰υ酱?，反之越小。本?jì)算采用錨泊系統(tǒng)專用程序在計(jì)算機(jī)上完成。該程序采用了準(zhǔn)靜態(tài)方法，浮船塢的最大漂移量由風(fēng)、流產(chǎn)生的靜態(tài)平均漂移，浮船塢對(duì)波頻運(yùn)動(dòng)響應(yīng)及二階波浪漂移力引起的低頻振蕩組成，錨鏈的最大載荷由最大漂移狀態(tài)下的位置來確定。

1 風(fēng)、波浪、流環(huán)境力計(jì)算

1.1 概述

在穩(wěn)定靜態(tài)條件下，作用在系泊物體上的環(huán)境力包括風(fēng)力、流力和二階平均波浪漂移力。石油公司國(guó)際海事論壇（OCIMF）在1977年和1994年兩次發(fā)表了超大型油船的風(fēng)載和流載計(jì)算方法，以其系統(tǒng)完整的模型試驗(yàn)資料，目前已成為各種應(yīng)用研究的標(biāo)準(zhǔn)載荷計(jì)算方法。唯在使用時(shí)需注意正確選擇各種影響參數(shù)，同時(shí)還需進(jìn)行各種修正，如干舷比修正、長(zhǎng)寬比修正、縱傾修正等。波浪載荷以三種形式作用在系泊船上：（1）波頻振蕩的一階波浪作用力。它是波浪力的主要成份，將引起船的波頻運(yùn)動(dòng)。這個(gè)作用力并不直接作用于錨泊系統(tǒng)上，在錨系受力分析時(shí)，它是以由錨鏈運(yùn)動(dòng)（當(dāng)然因船舶運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生）產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)張力反映出來的。在準(zhǔn)靜態(tài)分析時(shí)，假定這個(gè)動(dòng)張力等于靜態(tài)下由錨鏈位置產(chǎn)生最大偏中錨泊系統(tǒng)可以得到正確的結(jié)果，但在水深超過600 m的深海錨泊系統(tǒng)分析時(shí)，準(zhǔn)靜態(tài)方法可能產(chǎn)生較大誤差，必須使用動(dòng)態(tài)時(shí)域分析法。（2）慢變的波浪二階力，這是頻率很低、量值較小的一種波浪力成份。一旦它的頻率和系泊系統(tǒng)的自振頻率接近，將引起船作大幅度的縱蕩和橫蕩運(yùn)動(dòng)，巨大的船舶慣性力將作用在錨泊系統(tǒng)上。海上錨泊系統(tǒng)的損壞大多數(shù)是由它引起的。使用調(diào)整錨鏈預(yù)緊力改變系統(tǒng)自振頻率的方法，可以有效抑止低頻慢漂運(yùn)動(dòng)。對(duì)于本塢的多錨系泊系統(tǒng)，由于纜索的預(yù)緊力較大，不會(huì)激發(fā)起大幅度的慢漂運(yùn)動(dòng)，可以不用考慮。（3）二階平均波浪漂移力。這是二階波浪力中的定常部份，和風(fēng)力和流力一樣也是靜態(tài)力。一般是一個(gè)小量，但是它和波高平方成正比關(guān)系，一旦波高增大，它將迅速增加。系泊系統(tǒng)環(huán)境力中必須要考慮這一因素（特別在外海的系泊系統(tǒng)中）。

1.2 風(fēng)載荷計(jì)算

系泊油船的風(fēng)力和風(fēng)力矩按下述公式計(jì)算：

式中：

FXW、FYW、MXYW分別為縱向風(fēng)力、橫向風(fēng)力和首搖風(fēng)力矩，kN或kN·m；

CXW、CYW、CXYW分別為縱向風(fēng)力系數(shù)、橫向風(fēng)力系數(shù)和首搖風(fēng)力矩系數(shù)；

ρW為空氣密度，kN·s2·m－4；

VW為海平面以上10 m處的風(fēng)速，m/sec；

AT為正向受風(fēng)面積，m2；

AL為側(cè)向受風(fēng)面積，m2；

LBP為兩柱間長(zhǎng)，m。

風(fēng)力系數(shù)CXW、CYW、CXYW根據(jù)風(fēng)向角、裝載狀況及船首形狀由OCIMF資料中的圖譜得到。

1.3 流載荷計(jì)算

系泊油船的流力和流力矩按下述公式計(jì)算：

式中：

FXC、FYC、MXYC分別為縱向流力、橫向流力和首搖流力矩，kN或kN·m；

CXW、CYW、CXYW分別為縱向流力系數(shù)、橫向流力系數(shù)和首搖流力矩系數(shù)；

ρC為空氣密度，kN·s2·m－4；

VC為油船吃水范圍內(nèi)的平均流速，m/sec；

T為平均吃水，m；

LBP為兩柱間長(zhǎng)，m。

風(fēng)力系數(shù)CXC、CYC、CXYC根據(jù)流向角、水深吃水比、裝載狀況及船首形狀由OCIMF資料中的圖譜得到。

1.4 二階平均波浪漂移力計(jì)算

二階平均波浪漂移力的計(jì)算目前還沒有適當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)公式，我們采用CSSRC的三因次船舶耐波性程序進(jìn)行計(jì)算。此方法雖然計(jì)算復(fù)雜、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作量較大，但理論嚴(yán)謹(jǐn)，結(jié)果較為可靠。

2 浮船塢的錨泊系統(tǒng)計(jì)算

2.1 背景

300000 DWT浮船塢錨泊于大連灣內(nèi)北側(cè)和尚島與棉花島之間的海灣內(nèi)。本塢首部接新建的300000 DWT修船碼頭，塢首角為北偏東35°。左舷臨近南防波堤，右舷有新建的西防波堤和東防波堤，見圖1。

本塢所處的水域只有南偏東15°至南偏東60°夾角為45°的范圍內(nèi)面向外海，而其它方位均受到陸地的良好掩護(hù)。因而對(duì)該處有影響的波向主要為從外海傳入的SE向和SSE向波浪及S向～SW向的小風(fēng)區(qū)波浪。本塢位置處也是灣內(nèi)水流最弱的區(qū)域之一。所以本塢所處的自然環(huán)境條件較為優(yōu)良。但本塢將經(jīng)受到風(fēng)速很大的北向風(fēng)影響。為了合理設(shè)計(jì)錨泊系統(tǒng)，保證系統(tǒng)安全可靠，特進(jìn)行本計(jì)算。計(jì)算的目的是要校核該系統(tǒng)在外界風(fēng)、波浪、流環(huán)境載荷的作用下，其安全系泊的能力以及浮船塢的偏移和錨點(diǎn)受力狀況，為引橋和錨樁設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 本塢的主尺度數(shù)據(jù)如下

圖1 本工程在廠區(qū)位置

2.3 需要校核的工況

根據(jù)本塢的使用情況，本計(jì)算針對(duì)下述的二種工況進(jìn)行校核計(jì)算：

（1）最大風(fēng)工況。塢內(nèi)有30萬噸級(jí)的油船或8100 TEU集裝箱船，各方向的風(fēng)速按歷年（1957～1969年統(tǒng)計(jì)）各方向的最大風(fēng)速（下限取為24 m/s）設(shè)定，并將此工況作為最惡劣的外界環(huán)境條件下。

（2）修船工況。塢內(nèi)有30萬噸級(jí)的油船或8100 TEU集裝箱船，且右舷還?？恳凰?7萬噸級(jí)好望角型散貨船。此工況具有最大的受風(fēng)面積，但此時(shí)設(shè)定的風(fēng)速為氣象臺(tái)風(fēng)力8級(jí)上限，最大風(fēng)速為20.7 m/s。

2.4 本區(qū)域的環(huán)境條件

根據(jù)業(yè)主所能提供的環(huán)境資料，同時(shí)也考慮了各種安全因素，本區(qū)域環(huán)境具體的計(jì)算條件選定如下：

（1）各根錨鏈的錨點(diǎn)標(biāo)高根據(jù)水深變化分別取為▽－11.0、－11.5、－12.0、－12.5 和－13.0m， 潮位取校核高水位▽5.10m和校核低水位▽－1.15m二種情況，浮船塢吃水為5.4m，流力計(jì)算時(shí)平均水深取為12.0m。

（2）風(fēng)速：在最大風(fēng)工況時(shí)，塢內(nèi)有30萬噸級(jí)的油船或8100 TEU集裝箱船，塢船聯(lián)合體的橫向受風(fēng)面積為11363 m2，縱向受風(fēng)面積為2941 m2。各方向的風(fēng)速取為歷年（1957～1969年統(tǒng)計(jì)）各方向的最大風(fēng)速（小于24 m/s則取為24 m/s），將它作為最惡劣的外界環(huán)境條件。

在修船工況時(shí)，除了塢內(nèi)有三十萬載重噸級(jí)油船之外，塢右舷再旁靠一艘十七萬噸級(jí)散貨船，塢船（包括旁靠貨船）聯(lián)合體的橫向受風(fēng)面積11363 m2，縱向受風(fēng)面積4269 m2。此時(shí)各方向設(shè)定的風(fēng)速均為氣象臺(tái)風(fēng)力8級(jí)上限，風(fēng)速為20.7 m/s。

因?yàn)殄^泊系統(tǒng)配置和計(jì)算風(fēng)速對(duì)于本塢的左右舷不是對(duì)稱的，所以本計(jì)算對(duì)于各種工況均設(shè)定16個(gè)相對(duì)風(fēng)向角：從 12.5°（SSW）變化到 350°（SW），間隔 22.5°。 0°～180°為右舷風(fēng)，180°～360°(－180°～－0°）為左舷風(fēng)，180°為首迎風(fēng)，90°為正橫風(fēng)，0°為順風(fēng)。

（3）流速：工程位置處的海流主要為潮流，且處于潮流最弱處，漲潮流向自東南向西北，落潮流自西北向東南，最大流速小于0.3 m/s。本計(jì)算設(shè)定最大漲潮流速 0.3 m/s，相對(duì)流向 80°；最大落潮流速0.3 m/s，相對(duì)流向 260°。

4）波浪：本區(qū)域受陸地良好掩護(hù)，只有南偏東15°至南偏東60°范圍內(nèi)才有外海傳入的較大波浪，而外海的波浪經(jīng)過灣口折射、淺水和破碎影響，到達(dá)工程位置處的波高已大為降低。本計(jì)算根據(jù)波浪推算和業(yè)主意見，設(shè)定在最大風(fēng)工況，工程位置處的最大波浪為 H1%=2.44 m，在修船工況，H1%=0.9 m，根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律相應(yīng)的有義波高H1/3分別為1.6053 m和0.5921 m；再考慮到本塢左舷緊靠南防波堤，且只有南偏東15°至南偏東60°范圍內(nèi)面向外海，而其它方位均受到陸地的良好掩護(hù)，由于波浪的衰減而發(fā)生最大波浪的可能性較小。最終確定，對(duì)所有風(fēng)向先以七折的最大波浪作為計(jì)算波高，即在最大風(fēng)工況有義波高取為 H1/3=1.124m， 波浪 T1周期 5.413s； 在修船工況，則設(shè)定有義波高為0.414m，相應(yīng)波浪T1周期為3.282s。 其后，再對(duì) S、SSE、SE 和 SEE 四個(gè)方向，取最大波高（1.6053m 和 0.5921m）進(jìn)行校核計(jì)算。

（5）風(fēng)、流、浪的環(huán)境組合

通常，錨泊系統(tǒng)計(jì)算需要在各種環(huán)境組合條件下進(jìn)行。由于沒有足夠的資料來進(jìn)行風(fēng)、流、波浪的方向組合，故考慮最有可能的惡劣的迭加條件。從工程應(yīng)用的角度，這可保證系統(tǒng)的安全性。在本報(bào)告中，以風(fēng)速風(fēng)向的變化為主要的變量，并假定波浪在相對(duì)波向角30°～90°之間變化，各方向下的波浪取相同的設(shè)定波高和周期 （七折最大波高），在S、SSE、SE和SEE四個(gè)方向，還進(jìn)行了最大風(fēng)和最大浪組合的校核計(jì)算。潮流考慮為往復(fù)流，相對(duì)流向?yàn)?0°或260°?？偔h(huán)境力以風(fēng)力為主，然后迭加進(jìn)在考慮方向范圍內(nèi)的最大波浪漂移力和流力，使環(huán)境力的絕對(duì)值達(dá)到最大。

表1列出了環(huán)境條件的各種組合。表中A組合表示最大風(fēng)工況，B組合對(duì)應(yīng)于修船工況。

表1 三十萬噸級(jí)鋼質(zhì)浮船塢環(huán)境條件組合表

波 浪風(fēng)向 風(fēng)速 流向 流速 浪向 浪高 周期°m/s °m/s°m s B-11237.520.70 80或260 0.3 30～90 0.414 3.282 B-12 260 20.70 80或260 0.3 30～900.414 3.282 B-13282.520.70 80或260 0.3 30～900.414 3.282 B-14 305 20.70 80或260 0.3 30～900.414 3.282 B-15327.520.70 80或260 0.3 30～90 0.414 3.282 B-16 350 20.70 80或260 0.3 30～900.414 3.282組合序號(hào)風(fēng)流

2.5 錨泊系統(tǒng)計(jì)算的坐標(biāo)系統(tǒng)

如圖2所示，采用右手直角坐標(biāo)系統(tǒng)，原點(diǎn)在船中心，X軸正向指向船首部，Y軸正向指向左舷，X-Y平面在未受擾動(dòng)的靜水水平面內(nèi)，方向角定義為風(fēng)、浪、流的傳播方向與OX軸正向之夾角，迎風(fēng)（浪、流）為 180°。

2.6 該塢的環(huán)境力計(jì)算

計(jì)算得到最大風(fēng)工況時(shí)的風(fēng)、浪、流靜態(tài)環(huán)境載荷的計(jì)算結(jié)果，見表2，同時(shí)也給出了各種環(huán)境組合下的總環(huán)境力，表中附圖表示總環(huán)境力與相對(duì)風(fēng)向角的變化關(guān)系。從計(jì)算結(jié)果可以看到，對(duì)本塢而言，最主要的環(huán)境力是由風(fēng)引起的，流力和平均波浪漂移力相對(duì)來說均是小量，同時(shí)，最大的縱向力發(fā)生在北風(fēng)向 （215°），最大的橫向力也發(fā)生在北風(fēng)向（215°），因?yàn)榇孙L(fēng)向的風(fēng)速最大（34.0 m/s）；而最大的搖首力矩則發(fā)生在30°～60°的船尾來斜風(fēng)方向。

表3給出了修船工況時(shí)環(huán)境力的各種計(jì)算結(jié)果，其結(jié)論與最大風(fēng)工況相同。必須指出，盡管修船工況時(shí)有較大的受風(fēng)面積，但因要考核的風(fēng)速較低，最終所受到的環(huán)境力要比最大風(fēng)工況小，由于在這二種工況時(shí)的錨泊系統(tǒng)是相同的，所以在以下的計(jì)算中，僅對(duì)最大風(fēng)工況進(jìn)行詳細(xì)校核計(jì)算，假如在最大風(fēng)工況下錨泊系統(tǒng)是安全的，則在修船工況錨泊系統(tǒng)就更加安全。

01.2）況 最工（大風(fēng)荷算計(jì)載浪、流60、08.8風(fēng)09.080201塢0.070.4-954.02-0.0-20-船00浮618000.00質(zhì)0.050.0015-鋼150級(jí)5630噸.0.22000.0-0120萬0320016.02530020-1.40.00900.01.6920.0表228900.0800.43.980.230.044.0010.79-601.12-186-5800.03650.42.0584030.94.23110.8-69-3034000.23大300.0410.06.3-.124最0）移移矩）數(shù)漂 力數(shù)系荷均漂均）荷艏系·m）系（t 矩）荷數(shù)））載（m （t/s矩 載（t）平 平/s搖高載流（m（m 力 力 力（° 力 力 力 浪 （°浪 浪 均波流角流 流流 流流 波.124.124平）.124風(fēng)速速向義向向0.3向向0.3艏艏0.3角波）向向（t 1=波 ）向（t 1=浪1=流風(fēng)流有縱浪縱力縱=Vc 橫 橫=Vc 搖 搖=Vc H1/3橫力H1/3·m波 （t H1/3

2表續(xù)

）況工船（修荷算載計(jì)流浪、、60風(fēng).00.070.42954.020090.08008--塢-.8201-船0浮600質(zhì)180.050-0.00鋼0.0015150級(jí)噸.0302056.20萬0-.00120002533.020303.4160.01-09000.002.60.0表080280.230.0900.43.980.044.0010.0-600.132.2873--50.03800.42.0586203.2200.314.29-8-00.060000.230.730.0432.30.4140-移移矩））漂漂力（t 系（t荷數(shù)均 均）艏系·m 數(shù)（m 系 矩 載）荷載數(shù)矩））（°/s平（°）搖載（m（t高/s流力力力（m荷力 力力 浪浪 浪 均流波 角 流0.3流流流波.414.414平）.414風(fēng)速向速向）平向義0.3向 向 艏流艏0.3角波）向向（t =0波 ）向（t =0浪0=流風(fēng)流 縱有=Vc縱橫橫=Vc 搖 搖=Vc 浪縱力橫力H1/3波 （t H1/3·m H1/3

2.7 錨泊系統(tǒng)

2.7.1 錨泊系統(tǒng)布置

圖3為300000 DWT浮船塢錨泊系統(tǒng)布置圖和相應(yīng)的錨鏈編號(hào)。具體的錨點(diǎn)位置和導(dǎo)纜口的坐標(biāo)位置列于表4。

表4 錨點(diǎn)和導(dǎo)纜口的坐標(biāo)位置（最大風(fēng)工況和修船工況）

2.7.2 主要特征

（1）錨泊錨鏈數(shù)：20根，左右舷不對(duì)稱布置。

（2）錨索形式：全錨鏈形式，根據(jù)長(zhǎng)度、直徑和高度的不同分成七種類型。不同類型的錨索具有不同的靜特性。

線型 1：1#，20#。

線型 2：3#，4#，5#。

線型 3：6#，7#，16#，17#。

線型 4：8#，9#。

線型 5：10#，11#，12#，13#，14#，15#。

線型 6：18#，19#。

線型 7：2#。

（3）錨鏈參數(shù)和預(yù)張力（高潮位 5.10 m）：

錨鏈預(yù)張力（t）線型 1 101.14 73 10.7 0.1061 21.03線型 2 105.28 73 11.2 0.1061 19.79線型 3 170.32 73 11.7 0.1061 20.30線型 4 170.41 73 12.2 0.1061 20.34線型 5 170.51 73 12.7 0.1061 20.37線型 6 170.36 73 11.2 0.1061 17.34線型 7 95.47 73 11.2 0.1061 15.61錨索類型錨鏈長(zhǎng)度（m）錨鏈直徑（mm）垂向展伸（m）錨鏈水中重量（t/m）

2.8 錨泊系統(tǒng)計(jì)算

2.8.1 錨鏈靜特性計(jì)算

錨鏈靜特性是錨泊系統(tǒng)準(zhǔn)靜態(tài)分析時(shí)最基礎(chǔ)的計(jì)算內(nèi)容。它反映了在特定深度下的懸鏈線錨鏈，其水平伸展（泊距）和線上張力、張角、錨點(diǎn)上拔力等各種量之間的關(guān)系。影響這種關(guān)系的基本參數(shù)是錨鏈長(zhǎng)度和直徑、錨鏈重量，錨鏈剛度和錨鏈的垂向伸展（錨點(diǎn)到導(dǎo)纜口的垂向高度）。表5給出了線型1錨鏈在高潮位+5.10 m時(shí)的靜特性計(jì)算結(jié)果;其它線型錨鏈及在低潮位－1.15 m時(shí)的七種錨鏈線型靜特性計(jì)算結(jié)果本文且不表示。

表中符號(hào)表示：

表5 線型1錨鏈的靜特性曲線（高潮位5.10 m）

2.8.2 船舶在波浪中的運(yùn)動(dòng)

在用準(zhǔn)靜態(tài)方法方析錨鏈?zhǔn)芰r(shí)，需要考慮船舶在波浪中的運(yùn)動(dòng)，以便求得各根錨鏈的最大水平跨距（泊距）。浮船塢在不規(guī)則波中的一階波浪運(yùn)動(dòng)也可用CSSRC的船舶運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)計(jì)算機(jī)程序算得，計(jì)算時(shí)忽略了錨鏈力對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)的影響，因?yàn)殄^鏈張力與一階波浪力相比屬于是小量。計(jì)算結(jié)果給出在表6中，表中數(shù)據(jù)是單幅運(yùn)動(dòng)有義值，相應(yīng)于2倍均方差。在計(jì)算錨鏈的最大泊距時(shí)，按縱蕩、橫蕩和首搖運(yùn)動(dòng)的有義值迭加，沒有考慮它們之間的相位差，認(rèn)為有義值的迭加可代表最大泊距。

2.8.3 靜態(tài)偏移、最大偏移和錨泊系統(tǒng)載荷分析

一個(gè)錨泊系統(tǒng)，根據(jù)錨點(diǎn)和導(dǎo)纜口的布置情況，以及確定的錨鏈長(zhǎng)度，處于初始的平衡位置，此時(shí)各根錨鏈上的載荷為預(yù)張力。在風(fēng)、浪、流環(huán)境力的作用下，系統(tǒng)將偏離初始平衡位置，到達(dá)新的平衡位置，并且圍繞新的平衡位置作一階波浪運(yùn)動(dòng)。本計(jì)算使用準(zhǔn)靜態(tài)分析方法來預(yù)估錨泊系統(tǒng)上的載荷，計(jì)算方法如下：

（1）首先，根據(jù)錨鏈布置方向和確定的錨點(diǎn)位置，調(diào)整錨鏈長(zhǎng)度，使各根錨鏈達(dá)到規(guī)定的預(yù)張力，系統(tǒng)處于無載平衡位置。

（2）在風(fēng)力、流力和波浪二階平均漂移力的作用下，系統(tǒng)發(fā)生靜態(tài)偏移。其新的平衡位置，由環(huán)境力和錨泊系統(tǒng)的恢復(fù)力相互平衡而確定。

（3）在靜態(tài)平衡位置，系統(tǒng)還要作一階波浪運(yùn)動(dòng)。在平衡位置上迭加波浪運(yùn)動(dòng)，求得系統(tǒng)可能的最大偏移位置。

（4）在系統(tǒng)的最大偏移位置處，計(jì)算各根錨鏈的最大泊距，并根據(jù)錨鏈的靜特性曲線，求得系統(tǒng)中各根錨鏈上的張力和錨點(diǎn)上拔力等各量。

2.8.4 錨泊系統(tǒng)載荷計(jì)算

對(duì)應(yīng)于表1中A1～A16環(huán)境組合的程序計(jì)算輸出結(jié)果匯總于表7A（最大風(fēng)工況，高潮位5.10 m），匯總表給出了各根錨鏈上的最大錨鏈張力和錨點(diǎn)上拔力。

對(duì)低潮位－1.15 m情況作了同樣的計(jì)算，對(duì)應(yīng)于表1中B1～B16環(huán)境組合的程序計(jì)算輸出結(jié)果匯總于表 7B（最大風(fēng)工況，低潮位－1.15 m）。

表6 300000 DWT鋼質(zhì)浮船塢波浪中運(yùn)動(dòng)計(jì)算結(jié)果

）m 5.11-位潮低最、況工風(fēng)大最（總匯算計(jì)力拔上點(diǎn)錨和力張鏈錨B 7表

表8則匯總了最大風(fēng)工況時(shí)，在高潮位5.10 m和低潮位-1.15 m二種情況下塢位的偏移量。

表8 塢位偏移計(jì)算匯總(最大風(fēng)工況)

2.9 計(jì)算結(jié)果分析

（1）高潮位（+5.10 m）時(shí)，無載作用下錨泊系統(tǒng)計(jì)算得到錨鏈預(yù)張力。程序設(shè)定同一線型的錨鏈的預(yù)張力相同，計(jì)算得到各錨鏈的預(yù)張力見圖4，錨塊的上拔力均大于零，即無躺底鏈長(zhǎng)，所以在浮船塢掛鏈?zhǔn)┕r(shí)，掛鏈力（即預(yù)緊力）應(yīng)按圖4設(shè)定。

浮船塢懸鏈實(shí)長(zhǎng)應(yīng)按圖5設(shè)計(jì)。

圖4

圖5

（2）高潮位（+5.10 m）時(shí)，最大風(fēng)工況 A1～A16環(huán)境組合的程序計(jì)算，其中A-10環(huán)境組合時(shí)受外力最大，部分鏈張力也最大，各鏈張力見圖6。

圖6

（3）高潮位（+5.10 m）時(shí)，對(duì)于修船工況（B1～B16）環(huán)境組合，盡管因有旁靠船而增大了受風(fēng)面積，但因考核風(fēng)速較低，總的環(huán)境力比最大風(fēng)工況要小，所以從錨鏈強(qiáng)度考慮，只需校核最大風(fēng)工況，無需再校核修船工況。

（4）低潮位（－1.15 m）時(shí)，計(jì)算得到各錨鏈的預(yù)張力，錨塊的上拔力均大于零，即無躺底鏈長(zhǎng)，錨鏈平衡拉力見圖7。

圖7

（5）低潮位（－1.15 m）時(shí)，對(duì)于修船工況（B1～B16）環(huán)境組合，因考核風(fēng)速較低，總的環(huán)境力比最大風(fēng)工況要小，所以從錨鏈強(qiáng)度考慮，只需校核最大風(fēng)工況，無需再校核修船工況。

（6）高潮位（+5.10 m），低潮位(－1.15 m) 最大風(fēng)工況作用下各錨鏈最大力見圖8。

圖8 浮船塢錨泊系統(tǒng)布置

3 結(jié)語

對(duì)三十萬噸級(jí)鋼質(zhì)浮船塢進(jìn)行了最大風(fēng)工況和修船工況二種工況的環(huán)境力計(jì)算，計(jì)算時(shí)采用的風(fēng)、浪、流環(huán)境組合均屬于嚴(yán)厲狀況。結(jié)果表明，在總環(huán)境力中，風(fēng)力占主要成份，波浪漂移力和流力僅屬小量，最大風(fēng)工況是最嚴(yán)峻的環(huán)境條件，所以在錨泊系統(tǒng)分析時(shí)，最大風(fēng)工況為主要對(duì)象，進(jìn)行了360°相對(duì)風(fēng)向角的校核計(jì)算?？紤]到在低潮位時(shí)，錨鏈預(yù)張力將降低，可能有較大的塢位偏移，所以也進(jìn)行了低潮位的校核計(jì)算。其結(jié)論是：

（1）本塢在最嚴(yán)峻的最大風(fēng)工況，在各種相對(duì)風(fēng)向角下，錨鏈的最大張力為 156.94 t（3# 錨鏈），若按照錨鏈強(qiáng)度的安全系數(shù)最小為2.0的規(guī)范規(guī)定考慮，同時(shí)再考慮到錨鏈預(yù)緊力的不均勻程度，則建議2#、3#錨鏈?zhǔn)褂?73的三級(jí)新鏈 （最大允許拉力為203 t），1#、4#、5#、9#、12#、13# 和 20# 錨鏈?zhǔn)褂??73的二級(jí)新鏈（最大允許拉力為142 t），其余錨鏈則可使用73的二級(jí)舊鏈（最大允許拉力為113 t，按二級(jí)新鏈強(qiáng)度的0.8考慮）。本塢的錨鏈強(qiáng)度滿足規(guī)范要求，并略有裕度。

（2）本塢在最大風(fēng)工況下，1#、2#、3#、4#、5# 和20#錨鏈的錨樁將受到上拔力作用，最大為10.99 t。這是因?yàn)樯鲜鲥^鏈處于 N向（34 m/s）和 NNW（28 m/s）的強(qiáng)風(fēng)力作用下，并且其長(zhǎng)度較短的緣故。其它錨鏈不受上拔力作用，有部分錨鏈躺地。考慮到當(dāng)前使用的最大風(fēng)資料僅是1957～1969年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，有些方向的風(fēng)速似乎偏小，故將錨鏈長(zhǎng)度作為安全裕度考慮而不于縮短。

（3）本塢在最大風(fēng)工況（高潮位 5.10 m）時(shí)，塢位的最大偏移發(fā)生在90°附近的橫風(fēng)向，此時(shí)橫向偏移可達(dá)0.924 m，在0°附近的順風(fēng)向，發(fā)生最大縱向偏移，最大偏移量為0.619 m，繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角最大為0.274°，發(fā)生在30°尾斜風(fēng)方向。增加錨鏈預(yù)緊力可以減小偏移量，但將增大錨鏈張力和錨點(diǎn)上拔力。

（4）在錨鏈長(zhǎng)度和錨樁位置不變情況下，潮位變化將影響錨鏈靜特性和錨鏈預(yù)緊力。在同樣的最大風(fēng)工況下，潮位從5.10 m降低到低潮位的－1.15 m時(shí)，錨鏈的預(yù)緊力從20 t左右（見3.2錨鏈參數(shù)和預(yù)張力表）降至2 t～3 t左右，這使得X方向的偏移從0.619 m 增大到 1.204 m，Y 方向偏移從 0.924 m 增至 1.427 m，轉(zhuǎn)動(dòng)角則從 0.274°增至 0.341°。 對(duì)于錨鏈最大張力，主要受錨鏈靜特性的影響，當(dāng)潮位降低時(shí)，錨鏈的靜特性曲線在泊距較小時(shí)變軟，泊距較大時(shí)變硬，所以最大張力減小和增加均有可能，對(duì)本塢的情況，當(dāng)潮位從5.10 m 降至－1.15 m時(shí)，錨鏈的最大張力從 156.94 t降至 153.71 t（詳見表 7A 和表7B）。

（5）本塢在修船工況時(shí)，盡管受風(fēng)面積比最大風(fēng)工況增加，但由于要考核的風(fēng)速降低，且風(fēng)力與風(fēng)速成平方關(guān)系，所以總的環(huán)境力比最大風(fēng)工況要小。而二者的錨泊系統(tǒng)布置是完全相同的，所以可以認(rèn)為，只要系統(tǒng)在最大風(fēng)工況是安全的，則在修船工況肯定要更加安全。

（6）本塢的首鏈（1#、20#）和首部左舷鏈（2#、3#、4#、5#）長(zhǎng)度受錨樁布置限制，取的比較短，并且處于34 m/s北風(fēng)向的強(qiáng)風(fēng)力作用下，造成了產(chǎn)生較大的錨點(diǎn)上拔力和錨鏈張力。從強(qiáng)度考慮，它們是最危險(xiǎn)的，所以必須使用?73的新鏈。此外，本塢錨泊系統(tǒng)的預(yù)緊力取的比較大，這使得塢位的偏移量大為降低，這種系泊方式適合于風(fēng)流影響大而波浪影響小的環(huán)境場(chǎng)合（本塢屬這種情況）。但是必須明白，在波浪影響大的場(chǎng)合，緊固方式系泊不宜采用，換言之，如果波浪很大，已使船體產(chǎn)生明顯的運(yùn)動(dòng)，則降低預(yù)緊力可以減小船體運(yùn)動(dòng)和錨鏈張力。

（7）在 S、SSE、SE 和 SEE 四個(gè)方向上，最有可能發(fā)生最大風(fēng)和最大浪的環(huán)境組合，對(duì)這四個(gè)方向（相對(duì)風(fēng)向角35°－102.5°）的最大風(fēng)和最大浪組合情況進(jìn)行校核計(jì)算。結(jié)果表明，考慮最大浪高后 （H1/3=1.6053 m），影響最大的是12#錨鏈，錨鏈最大張力為 144.88 t（最大風(fēng)工況，最低潮位－1.15 m，相對(duì)風(fēng)向角 80°）， 原來計(jì)算值 （在 H1/3=1.124 m 時(shí)）為126.65 t。比較二者的計(jì)算結(jié)果可知，最大張力的增加，主要是由船舶運(yùn)動(dòng)的增大而引起的，而靜態(tài)的波浪漂移力增加的影響僅是小量，這個(gè)結(jié)論對(duì)其它三個(gè)方向也是正確的。最大風(fēng)和最大浪環(huán)境組合的校核計(jì)算表明（僅在上述的四個(gè)方向上），前面的結(jié)論仍然適用。

（8）本計(jì)算沒有給出其它方向的最大風(fēng)和最大浪組合計(jì)算，但在錨泊系統(tǒng)的初步分析和設(shè)計(jì)時(shí)，曾對(duì)N向進(jìn)行了估算，結(jié)果表明，2#錨鏈的強(qiáng)度不能滿足要求。必須注意，前述的結(jié)論和設(shè)計(jì)有二個(gè)前提，一是在最大風(fēng)工況時(shí)，除了S、SSE、SE和SEE四個(gè)方位使用了最大浪組合外，其它方位都假定浪高是最大浪高的0.7倍，相信這是一個(gè)合理的假定；二是2#錨鏈的預(yù)緊力已人為地有意減小至15.61 t，而相鄰的 3#、4#、5# 錨鏈之預(yù)緊力是 19.79 t， 在錨鏈預(yù)緊力調(diào)整時(shí)必須充分注意。