两种风荷载模拟方法下的邮轮系泊撞击能量试验研究
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横浪作用下系泊船舶撞击能量的分析和研究
波 浪作 用 下 系泊 船 舶对 码 头 的 撞 击 问题 十分 复 杂 ，不 仅 与波 浪 特 征有 关 ，还 与船 舶 特征 、护 舷 及缆 绳 布 置 和性 能 等 因素 有关 。准 确 计算 船 舶 的撞 击能 量对码 头设 计 和码 头安全 有着 重要 意 义 。 从２ 世 纪７ 年 代 初开 始 ，同 内许 多 学 者对 该 问 题 ０ ０
２ ０年 １ 月 ０１ ２
水 运 工程
Ｐｏ ｔ ＆ Ｗ ａ ｅｒ ｙ ｒ ｔ ｗａ Ｅｎｇ ｎｅ ｉ ｇ ｉ ｅｒｎ
Ｄｅ ．２ ０ ｅ ０１
第 １ ２期
总 第 ４ ８期 ４
Ｎｏ ２ Ｓｅ ｉｌＮｏ ４８ ．１ ｒａ ．４
霸 用学工实分研 横 （泊，能 析究 浪大海程刘 和 书 作工士击凤 连岸国室 下郭家 理船重的 系近斌 大勇点 和， 海昌 舶验 滕 撞量
为合 理 制 定 工程 设计 规范 ，指导 工 程 设计 和码 头
变化规 律 ，并 结合 物 理 模 型试 验 进 行 数据 拟 合 ，给 出完整 的 系泊船 舶 撞 击能 量 估 算公 式 。 关 键 词 ：横 浪 ； 系泊船 舶 ；撞 击 能 量 ；试 验 拟合 中 图分 类号 ：Ｕ ６ １ ６ ． ３ 文 献 标 志码 ：Ａ 文章 编 号 ： １０ — ９ ２ ２ １ ）２ ０ ８ — ５ ０ ２ ４ ７ （０ ０ １— ０ ８０
，
辽 宁 大连 １ ６ ２ ） １０ ４
摘 要 ：收 集 了 国 内 ５万～ ０万 ｔ ３ 系泊船 舶 在 横 浪 作 用 下撞 击 能 量物 理 模 型试 验 的 研 究 成 果 ，采 用 理论 结合 模 型 试 验 的 分 析 方 法 ，研 究码 头 系泊船 舶 在 横 浪作 用下 的撞 击 能量 规 律 。通 过 分 析 系泊船 舶 横 向撞 击速 度 随波 高、 水 深 、装 载度 等要 素 的
系泊船舶在横浪作用下撞击能量计算参数Cm取值研究
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ａｕ ｆ Ｃ ，ｔｅ ｃ ｅｆ ｉｎ ｆｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ｍａ ｓ ａ ａ ｍｐ ｒａ ｔｉｆ ｅ ｃ ｎ ｔｅ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｖ ｌ ｅ ｏ ａ ｈ ｏ ｆ ｃｅ ｔ ｏ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｓ，ｈ ｓ ｎ ｉ ｏｔｎ ｎ ｕ ｎ ｅ ｏ ｈ ｉ ｌ
２１ ０ ２年 ３月
水 运 工 程
Ｐｏ ｔ ＆ Ｗ ａｅ ｗａ Ｅｎｇｎｅ ｉ ｇ ｒ ｔｒ ｙ ｉ ｅｒｎ
Ｍ ａ ． ０１ ｒ２ ２ Ｎｏ．３ Ｓ ｒａ ．４６ ｅ ｉ ｌＮｏ ４
第 ３期
总 第 ４４期 ６
■ 撞泊在作 击计数用究 陈算 研 系舶浪下 能 参取 际 横值 丰 量 船
吨 级 以上 船 舶 增 大 取 值 为 １ — ．。 ． ２０ ７
关 键 词 ：横 浪 ；撞 击 能 量 ；船 舶 附加 水体 质 量 系数 中 图分 类 号 ：Ｐ７ ３ ５ 文献 标 志 码 ：Ａ 文 章编 号 ： １０ — ９ ２ ２ １ ）３ ０ ７ — ４ ０ ２４７（０２０—０８ ｇ ｆ ｍｏ ｒｎ ｈ ｐ ｉ ｈｅ ｂｅ ｍ ｅ ．Ａｔｐ ｅ ｅ ｔ ｈ ｒ ｓ ａ ｇ ｅ ｔｄｉ ｅ ｅ ｃ ｍｏ ａ ｃ ｌ ｔｏ ｆｔ ｅ ｉ ｃ ｎ ｒｙ ｏ ｏｉｇ ｓ ｉ ｎ ｔ ａ ｓａ ｒ ｓ ｎ ，ｔ ｅ ｅ ｉ ｒ ａ ｆ ｒ ｎ ｅ ａ ｎｇ ｆ
ｒ ｇ ａｉ ｎ ｏ ｔ ｓ ａｕｅ ｎｄ ｎ ｌ ｚｎ ｔ ｅ ｅ ｕ ｔ ｂｙ ｅ ｅ ｒｎ ｔ ｆ ｒ ｌ ｅ ｎ ｃ ｍｂｉ ｎ ｔ ｅ ｉ ｅ ｉ ｇ ｅ ｕｌｔｏ ｓ ｎ ｈｉ ｖ ｌ ，ａ ａ ａ ｙ ｉ ｇ ｈ ｒ ｓ ｌｓ ｒ ｆ ｒｉ ｇ ｏ ｏ ｍｕ ａ ａ ｄ ｏ ｎｉ ｇ ｈｅ ｎｇｎｅ ｒｎ
（． Ｃ ＣＷａｅ Ｔａ ｓｏｔｔ ｎＣ ｎｕ ａｔ Ｃ ．Ｌｄ， ｅ ｉｇ０ ０ ， ｈｎ ；２ Ｐ ｒｏ ａｉ ｕ ｏｉ ， ａ ａ １０ １ Ｃ ｉａ １ Ｃ Ｃ ｔ ｒｎｐ ｒ ｉ ｏｓｌ ｎｓ ｏ， ｔ．Ｂ ｉｎ １０ ７ Ｃ ｉａ ． ｏ ｆ ｌ ｎＡ ｔ ｒｙ Ｄ ｌ ｎ１６ ０ ， ｈｎ） ｒ ａｏ ｔ ｊ ｔ Ｄ ａ ｈ ｔ ｉ
船舶撞击作用下桥墩结构的能量转化分析
ｓｅ ｌｓ ｓ ｅ ｄ ｎ ｏｆｒ ａ ｔｗｅ ｒ ｎ ｒ ｎ ｍｉｓｏ ｔ ｅ ｃ ｐ ａ ｄ ｐ ｌ ｏ ｎ ａｉ ｎ Ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｓ ｌ ｔｓ ａ ｄ ａ ａｙ ｅ ｔｅ ｕ ｐ ｎ ｉ ｇ ｃ ｆ ｄ ｍ，ｏ ｒｃ ａ ｅ ｔ ｓ ｓ ｉｎ，ｈ ａ ｎ ｉ ｆ ｕ ｄ ｔ ． ｈ ｓ ａ ｅ ｉ ａｅ ｎ ｎ ｌｓ ｓ ｅ ａ ｅ ｏ ｍｕ
该桥主桥桥墩墩身为实体墩 ， 使用高桩承台和
（． １ 连云港水： 刊建筑安装工程有限公 司 ， 江苏 连云港 ２ ２ ０ ； ２ ００
２ ． 江苏省交通科学研究 院 长大桥梁健康 检测与诊断技术交通行业重点实验室 ， 江苏 南京 ２ ） １１２ １１
摘 要： 以某大桥主桥桥墩为工程背帚 ， 模拟分析桥墩在遭遇船舶撞 击作 用下， 经过船舶撞击 、 管桩 连接 系、 吊 钢
随着交通运输业 的不断发展 ， 特别是公路和铁
路建设 的加速 ， 矗立在水路运输航道上的桥梁越来 越多 ， 使得船舶撞击桥墩的事故 时有发生 。国内外 有关资料显示 ， 船舶撞击已成为航道上桥梁倒塌的
主要原 因之 一 。
一
条运输船舶偏离航道 ， 自下游方 向撞击主桥
桥墩水中施工平 台． 船舶巨大的冲击力使平 台下游 侧纵桥 向 ２ ｑ ２ ｍ的管桩连接系折弯后 ， 根 ｂ ０ｍ ８ 局 部 冲开钢围堰 吊箱下游侧钢板 ， 并撞击锚固在承台
２ Ｋｅ ａ ｏ ａｏ ｙ ｏ ａ ｇ － ｐ ｎ Ｂ ｉ ｇ ａ ｔ ｎ ｐ ｃｉｎ ＆ Ｄｉｇ ｏ ｉ ｅ ｈ ｏｏ ｎ ｓｒ ｆＣ ｍｍｕ ｉａ ｉｎ ． ． ｙ Ｌ ｂ ｒ ｔｒ ｆＬ ｒｅ ｓ ａ ｒ ｅ Ｈｅ ｌ Ｉ ｓ ｅ ｔ ｄ ｈ ｏ ａ ｎ ｓｓＴ ｃ ｎ ｌｇ Ｍｉ ｉｔ ｏ ｏ ｙ ｙ ｎ ｃ ｔ ｓ ｏ
该桥主桥桥墩墩身为实体墩 ， 使用高桩承台和
（． １ 连云港水： 刊建筑安装工程有限公 司 ， 江苏 连云港 ２ ２ ０ ； ２ ００
２ ． 江苏省交通科学研究 院 长大桥梁健康 检测与诊断技术交通行业重点实验室 ， 江苏 南京 ２ ） １１２ １１
摘 要： 以某大桥主桥桥墩为工程背帚 ， 模拟分析桥墩在遭遇船舶撞 击作 用下， 经过船舶撞击 、 管桩 连接 系、 吊 钢
随着交通运输业 的不断发展 ， 特别是公路和铁
路建设 的加速 ， 矗立在水路运输航道上的桥梁越来 越多 ， 使得船舶撞击桥墩的事故 时有发生 。国内外 有关资料显示 ， 船舶撞击已成为航道上桥梁倒塌的
主要原 因之 一 。
一
条运输船舶偏离航道 ， 自下游方 向撞击主桥
桥墩水中施工平 台． 船舶巨大的冲击力使平 台下游 侧纵桥 向 ２ ｑ ２ ｍ的管桩连接系折弯后 ， 根 ｂ ０ｍ ８ 局 部 冲开钢围堰 吊箱下游侧钢板 ， 并撞击锚固在承台
２ Ｋｅ ａ ｏ ａｏ ｙ ｏ ａ ｇ － ｐ ｎ Ｂ ｉ ｇ ａ ｔ ｎ ｐ ｃｉｎ ＆ Ｄｉｇ ｏ ｉ ｅ ｈ ｏｏ ｎ ｓｒ ｆＣ ｍｍｕ ｉａ ｉｎ ． ． ｙ Ｌ ｂ ｒ ｔｒ ｆＬ ｒｅ ｓ ａ ｒ ｅ Ｈｅ ｌ Ｉ ｓ ｅ ｔ ｄ ｈ ｏ ａ ｎ ｓｓＴ ｃ ｎ ｌｇ Ｍｉ ｉｔ ｏ ｏ ｙ ｙ ｎ ｃ ｔ ｓ ｏ
桥墩遭受船舶撞击的数值模拟法及其动态响应的研究
桥墩遭受船舶撞击的数值模拟法及其动态响应的研究田力;邱志雄【摘要】桥梁防撞结构的设计需要研究桥梁遭受船舶撞击时的动态响应并获得准确的碰撞力.运用LS-DYNA软件建立了1座分离式桥墩模型和1艘3 000 t级的散货船模型来模拟船桥碰撞的过程.为了考虑流体在碰撞过程中的作用,计算时分别以不考虑流体影响、附加质量和流构耦合3种计算模型来分析、比较流体对船桥碰撞响应的影响,并得出以下结论:不同的计算模型的系统能量变化和船舶碰撞力基本一致,流体的存在对碰撞力的影响较小;桥墩的水平位移响应要滞后承台约0.2s,附加质量模型的桥墩和承台水平位移比其余2种模型要略大;附加质量模型的计算结果与流构耦合模型的计算结果基本一致,但附加质量模型具有更高的计算效率,其计算用时仅为流构耦合模型用时的2/5.【期刊名称】《交通信息与安全》【年(卷),期】2014(032)006【总页数】7页(P120-126)【关键词】桥梁;船舶撞击;分离式模型;动态响应;附加质量;流构耦合【作者】田力;邱志雄【作者单位】天津大学建筑工程学院天津300072;天津大学土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072;曼彻斯特大学机械航天与土木工程学院英国曼彻斯特 M13 9PL;天津大学建筑工程学院天津300072【正文语种】中文【中图分类】U447在运输繁忙的内河与沿海航道上，船舶碰撞桥梁的事故时常发生，造成桥梁和船舶的损伤。
特别是近几十年来，我国经济迅猛发展，在城市化进程加速过程中，跨江、跨海大桥的大量兴建，以及水运需求量的不断增长使得各运输水域的船舶通航量大幅度增加。
这一系列的变化极大地方便了人们的生活，促进了社会的发展，但同时也使得船舶撞击桥梁的事件发生的更加频繁。
在研究船－桥碰撞问题时，获得准确的碰撞力、变形等响应是研究的主要目的。
由于桥梁配筋的复杂性，已有的数值模拟研究中的桥梁下部结构多采用整体式模型，通过提高混凝土的强度来考虑钢筋的影响。
单点系泊FPSO风浪流载荷下运动及其系泊力研究
３ ３ ２ ２ １ １
ａ ＾吕 一 ， ０ ＿ 善 磐
２ 单点 系泊 系统频域 水动力分析
在 应 用 Ａ ＷＡ Ｄ ＩＴ计 算 单 点 系 泊 Ｆ Ｓ Ｑ ．Ｒ Ｆ ＰＯ 的 时 域 运 动 响 应 ， 用 Ａ ＷＡ．ＩＥ 果 文 件 中 调 Ｑ ＬＮ 结 ＦＳ Ｐ Ｏ的附加 质量 ， 辐射 阻 尼 以及 每个 波长 每个 波 浪方 向上 的漂移 力 ， 而 计 算 在 给定 的 波 浪谱 条 进 件 下 的 运 动 响 应 。 因此 ， 要 先 对 该 Ｆ Ｓ 需 Ｐ Ｏ进 行 频 域水 动力 分 析 ， 得 幅值 响应 算 子 ， 求 附加 质量 和
力情 况 。
图 ２ 内转塔 系泊 线布 置示意
１ Ｆ Ｓ 单 点 系泊 系统模 型 ＰＯ
１ １ Ｆ Ｓ 主 尺度参 数 ． Ｐ Ｏ 表 １给 出 了 Ｆ Ｓ Ｐ Ｏ的 主尺 度 。根 据 Ｆ Ｓ 型 ＰＯ 值建 立模 型并 划分 网格 ， 图 １ 见 。
表 １ Ｆ Ｓ 主 尺度 参 数 表 ＰＯ 总 长／ ｍ 型 宽／ ｍ
修 回 日期 ：０ １ ８０ ２ １ － －９ ０
作者简介 ： 刘元丹 （９ ７ ） 男 ， １８ － ， 硕士生 。 研究方 向： 船舶与海洋结构物设计制造
Ｅ－ ｉ：ｉｙ ａ ｄ ｎ ９ ７ １ ３ ｃ ｎ ｍａ ｌ ｌ ｕ ｎ ａ １ ８ ＠ ６ ． ｏ ｕ
１６ ４
单 点系泊 Ｆ Ｓ Ｐ Ｏ风浪 流载荷 下运动及其系泊力研究——刘元丹 ， 敬喜 ， 刘 谭安全
０
０２
０４
０６
０８
１０ ．
１２
圆周 率／ ａ Ｓ） （ ｄ・ ｒ
一 ０【固 口＝莲 ０∽ ＿ 一 ｌ 『 １ ｆ
ａ ＾吕 一 ， ０ ＿ 善 磐
２ 单点 系泊 系统频域 水动力分析
在 应 用 Ａ ＷＡ Ｄ ＩＴ计 算 单 点 系 泊 Ｆ Ｓ Ｑ ．Ｒ Ｆ ＰＯ 的 时 域 运 动 响 应 ， 用 Ａ ＷＡ．ＩＥ 果 文 件 中 调 Ｑ ＬＮ 结 ＦＳ Ｐ Ｏ的附加 质量 ， 辐射 阻 尼 以及 每个 波长 每个 波 浪方 向上 的漂移 力 ， 而 计 算 在 给定 的 波 浪谱 条 进 件 下 的 运 动 响 应 。 因此 ， 要 先 对 该 Ｆ Ｓ 需 Ｐ Ｏ进 行 频 域水 动力 分 析 ， 得 幅值 响应 算 子 ， 求 附加 质量 和
力情 况 。
图 ２ 内转塔 系泊 线布 置示意
１ Ｆ Ｓ 单 点 系泊 系统模 型 ＰＯ
１ １ Ｆ Ｓ 主 尺度参 数 ． Ｐ Ｏ 表 １给 出 了 Ｆ Ｓ Ｐ Ｏ的 主尺 度 。根 据 Ｆ Ｓ 型 ＰＯ 值建 立模 型并 划分 网格 ， 图 １ 见 。
表 １ Ｆ Ｓ 主 尺度 参 数 表 ＰＯ 总 长／ ｍ 型 宽／ ｍ
修 回 日期 ：０ １ ８０ ２ １ － －９ ０
作者简介 ： 刘元丹 （９ ７ ） 男 ， １８ － ， 硕士生 。 研究方 向： 船舶与海洋结构物设计制造
Ｅ－ ｉ：ｉｙ ａ ｄ ｎ ９ ７ １ ３ ｃ ｎ ｍａ ｌ ｌ ｕ ｎ ａ １ ８ ＠ ６ ． ｏ ｕ
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单 点系泊 Ｆ Ｓ Ｐ Ｏ风浪 流载荷 下运动及其系泊力研究——刘元丹 ， 敬喜 ， 刘 谭安全
０
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１０ ．
１２
圆周 率／ ａ Ｓ） （ ｄ・ ｒ
一 ０【固 口＝莲 ０∽ ＿ 一 ｌ 『 １ ｆ
船舶撞击带套箱桥墩的过程中能量转化仿真分析
船舶 ， 防撞系统 ， 桥墩 的弹塑性变形 、 失效 和船本身 的刚体运动
同时发生 ， 相互影响 ， 并瞬时完成 。 目前国内外研究主要局限于船舶直接与桥墩碰撞， 如何考虑 防撞设施在船舶撞击桥墩 的耗能作用成为近年来研究 的热点。
生在碰撞体 的局部 区域 。船体中后部 因远离碰撞 区域 ， 实际上 不产生或产生很小变形 ， 仅 提供质量 和刚度 ， 故可对该 部分作 相应 的简化处理 。对船舶模 型进行简化 。船 舶部位 的最小单 元特征长度为 ３ ０ ０ ｍｍ。船舶仿真模型如 （ 图１ 、 ２ ） 所示 （ 下图仅 示 出船艏部分 ， 船 艏以后 的结构 由于在碰撞 过程 中变形 很小 ， 采用 刚体模拟 ） ：
１ 船桥 碰撞 的有 限元 实现手 段
碰撞 的运动方程
＾ （ ｔ ） ＝尸 （ ， ｔ ）一 Ｆ（ ， 菇 ） 一ｃ ｘ＋ Ｈ（ ｔ ）
其中： Ｍ为质量矩 阵、 Ｐ为外力 向量矩 阵、 Ｆ为 内力 向量矩
阵（ 表示单元内力和接触力之和 ） 、 Ｈ为沙漏阻力 。 通过数值分析应用显 式 中心差分法来 求解 问题 。分 析过 程 的接触算法最 常见 的是罚 函数法 ， 本 文采 用本 文中采用 面 一 面双 向 自动接触方式 的罚 函数接 触算法 。对 于钢材料 本论文 采用 随 动 塑性 材 料模 型 来 进 行 船 舶 结 构 的有 限元 仿 真 模 拟 Ｊ 。对于混凝土材料本文采用 Ｈ— Ｊ —Ｃ模 型作为桥墩混凝 土数值仿真材料模 型＿ ２ Ｊ 。
２ ． １ 工程背景 本文分析 以福建省平潭 跨海 大桥 为工程背景 ， 并以平潭海 峡大桥通航主桥第 ４ ６ ＃ 墩为研究 对象 ， 分析 ４ ６ ＃ 墩在 ５ ０ ０ ０ Ｔ货
船 撞 击 下 的力 学 机 理 。 ２ ． ２ 有 限元 模 型 的 建 立 ２ ． ２ ． １ 船 舶 模 型 船 桥 碰 撞 属 于 低 速 瞬 间 碰撞 问题 ， 构 件 的 变 形 和破 坏仅 发
CALM系泊30万吨级油轮动力响应试验研究
大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。
尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。
与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。
学位论文题目： CALM系泊30万吨级油轮动力响应试验研究作者签名：日期： 2020 年 5 月 14 日摘要悬链式浮筒单点系泊系统（Catenary Anchor Leg Mooring）使用一个大直径圆柱形浮筒作为主体，通过悬链式锚链固定在海底基础上。
油轮用缆绳系泊在浮筒转臂的系泊臂架上，在风、浪、流的联合作用下，油轮可以绕系泊点转动。
CALM系统属于柔性非线性结构，与大型船舶系泊时的双浮体耦合水动力响应问题十分复杂，单点系泊系统固有的非线性导致对油轮的动态响应表现出非线性动力学和不稳定性相关特征，水平运动甚至会变得混沌不可预测。
该系统可在外海作为输运码头使用，目前在我国仅有一套进口装置。
我国并未完全具备CALM自主设计能力，其原因之一是未能完全把握CALM系统在风、浪、流的联合作用下的动力响应规律。
采用物理模型试验方法，以拟建东营30万吨级原油进口泊位工程为研究对象，对系统在风、浪、流的联合作用下的动力响应问题开展研究，重点探讨该系统的自存能力、CALM系泊30万吨级油轮运动规律和允许作业标准。
研究结果表明：（1）CALM系泊30万吨级油轮系统具有很强的自存能力。
有效波高3.5m，周期8s的风浪场中，船舶系泊缆绳和CALM锚泊缆索依然具有4～5倍的安全系数。
有效波高Hs=6m、谱峰周期Tp=10.4s；流速1.2m/s；风速27.9m/s的动力组合作用下，6根锚索完整时，与锚链破断强度（考虑腐蚀）比较，有约3倍安全系数。
6根锚索中断裂1根时，安全系数降低为2.0左右。
船舶波浪载荷与砰击载荷的大尺度模型水弹性试验研究
Abstraci: The predictions of wave-induced hull girder hydmelastic vibrations and bow flare slamming loads are impoVant for stmctuml strength and load response issues duvng ship design and construction. The 013X01 small-scale ship model wave toad tests in the towing tank are associated with limitations such as pronounced scale effects, aVificiaUy generated waves, and limited model nyvigational range. The self-pmpiled larya-scala model wave loads testing technique was proposed in this paper. The expevmental setup and data analysis method were described in details. The design cO backbone for the se-mented model and vibration modal results were repofed at first. Then wave-induced hull hydroelastic vibrations and irnput loads were analyzed based on the larye-scale model sea tual measurement data. The bow slamming loads and global whipping responses of hull in threa-dimensional waves were finUly analyzed.
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2 2.5
式中： M为船舶总质量；vg为船舶重心横移速度； I为横摇时的质量惯性矩；ω船舶横摇角速度。 由于目前还没有针对邮轮这种特定船型的系 泊撞击能量研究，因此，运用风机法和挂重法这 两种风荷载模拟方法，分别进行单风、单浪和风 浪共同作用下的邮轮系泊撞击能量试验，通过试 验对比两种风荷载模拟方法的差别，为今后的邮 轮系泊撞击能量研究和邮轮码头设计提供参考。 1 1.1 1.2 模型试验 水位和潮流 码头前沿水深13.44 m,不考虑潮流。 动力要素 波浪要素选用波高为1.0, 1.5, 2.0及2.5 m，波
荣，为保证大型邮轮停泊的需求，码头系泊设施 不断向深水区域发展，使得邮轮系泊安全尤为重 要，系泊撞击能量是邮轮系泊安全的重要控制因 素。基于舒适性考虑，相比其他船型（散货船、 击能量也有更严格的要求。另外，邮轮上部受风 面积大，对风荷载的敏感度高，因此风荷载对邮
收稿日期：2012-09-20
油轮、 LNG 船、集装箱船），邮轮对运动量和撞
作者简介：赵明志（1988—），男，硕士研究生，从事河口、海岸动力学研究。
•
90
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水 运 工 程
2013 年
船舶系泊撞击能量的研究方法主要包括理论 分析、数值计算、经验分析，原型观测、统计学 方法和物理模型试验。理论分析是通过对系泊船 舶—系缆系统—防冲装置—系靠船结构进行合理 假设，推导得出系泊船舶撞击能量的计算公式。 舷线性变形的情况下进行理论分析得出撞击力解 析解。李向群 通过理论分析研究了多点系泊船舶 在波浪中的运动及系泊力；李玉成等[4-8]通过数值 模拟研究了系泊船舶动力响应和系缆力、撞击能 量等；经验分析的成果很多，其中，李玉成在综 合分析各种影响因素的基础上，结合试验资料提 出了撞击能量公式： E/H = a1 a2 a3 a4 k ` T j （1） T0 式中：T0为船舶自震周期；k为频率响应系数，与
๖ํಔ ๖ํனڸ
缆绳采用44 mm HMPE，缆绳破断力为1491.1 kN，
缆绳布置为3-2-2-2，系缆方式和护舷布置见图1，
22.5ʹtᥪᣂ
缆是 3 根缆绳，在试验中也归并为 1 根缆绳，初始 拉力为100 kN。
จํ
试验中将同一位置的双缆归并为1根缆绳，其中艏
᮲
22.5ʹtᥪᣂ
图1
ᤴจ
study the influence on the impact energy under the action of the single wind and single wave and under that of the weight. Test results show that the impact energy by the blower fan method is 17.4﹪ larger than that by method of increases.
combined wind and wave by two different wind simulation methods, i.e. blower fan method and method of hanging hanging weight under the combined action of wind and wave. In addition, the wind load has a great impact on the impact energy under that of the combined wind and wave, the impact energy will increase rapidly as the wave height
横移和横摇产生的，并将系泊船舶看成对称的弹 （2）
表1
型和模拟船型尺度和运动性能以及参数见表1。
试验选用22.5万t的当前世界最大邮轮,原型船
模型 6.241
实船 362
总长 垂线间 设计水线 型宽 型深 设计吃 设计排 方型系 棱型系 最大剖 浮心纵向位 浮心垂向位 重心位置 重心位置zg 水线面 B/ D/ 名称 Loa/ 长Lpp/ 长Lw1/ 水d/ 水量/ 数Cb 数Cp 面系数 置（距10 置（距基 xg（距10 （距基线） 系数Cwp Cm m m m m m m t 站）/m 线）/m 站）/m /m 5.690 330 5.798 336.3 0.810 0.431 0.158 47 25 9.15 97 417.4 0.686 0.690 0.861 0.499 0.686 0.690 0.861 0.995 0.995 -0.126 -7.286 0.087 5.036 -0.126 -7.286 11.194 0.193
舶左右两边受力分别为24.867 N和23.648 N。采用
4 500
700
700
5 000
图3
邮轮受风面及测点位置(单位:cm)
3.2
单风作用下的船舶撞击能量试验 在试验水位下，分别运用挂重法和风机法向
λJ=λL5，重力比尺λG=λL3，速度比尺λv=λL0.5。 2.1
船舶施加两组试验风荷载时，测出邮轮撞击能量大 小相近且很小。风速为13.8 m/s时，系泊撞击能量为 3.3 单浪作用下船舶撞击能量的试验 289 kJ；风速为22.4 m/s时，系泊撞击能量为659 kJ。 单浪试验采用了4组波高(1.0,1.5,2.0和2.5别进行单风、单浪和风浪共同作用下的系泊撞击能量试验，研究在风机法和挂重法两种
用时的撞击能量远大于单浪作用时的撞击能量。
Model test on impact energy of moored cruise under two different wind loads simulation methods
22.5万t邮轮船体要素
1.4
码头结构、护舷及缆绳布置 码头结构均采用直立式沉箱结构，码头高
1.5
试验设备 试验在波浪港池进行，港池长50 m,宽17.5 m,
计反力 2 588 kN，沿码头长度方向15 m均匀布置。
15.8 m,采用SUC1450两鼓一板高反力橡胶护舷，设
高1.2 m,布置见图2。试验运用总力（拉压力）传
式为：
试验波浪滤定采用JONSWAP谱，其表达
-6
p 2 2
s (f) = aH s2 T p4 f 5 exp 8- 5 ^Tp f h- 4 B cexp -^T f - 1h /2v （3） 4
@
3组周期(5,8,10 s)的横浪, 图4给出了邮轮受到不同
a=
0.062 4 0.230 + 0.033 6c - 0.185^1.9 + c h- 1 （4） f 1 fp f H fp （5）
Key words: cruise; impact energy; blower fan method; method of hanging weight
随着经济不断发展，世界邮轮旅游业日趋繁 轮系泊撞击能量的影响很大，在船舶系泊撞击能 量模型试验中，风荷载的模拟方法有风机法和挂 重法两种方法：风机法是将风荷载作为均布荷载 进行模拟，假定风场恒定均匀，使用风机来模拟 不同速度的风场；而挂重法是通过公式计算出风 荷载大小，然后以挂重方法作为集中荷载进行模 中没有邮轮风荷载大小的计算方法。 拟，但在JTS144-1—2010《港口工程荷载规范》[1]
船舶系缆方式
图2
港池布置
第4期
赵明志，等：两种风荷载模拟方法下的邮轮系泊撞击能量试验研究
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91
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感器是应变式的，采用一体化防水结构，分辨率 船舶撞击力和撞击能量采用 2008 型护舷缆力仪进 试验内容 分别进行了单风和单浪作用下的试验以及两 种不同风荷载模拟方法下的风浪共同作用试验，以 分析单因素和多因素情况下的邮轮撞击能量。 2 模型相似 试验遵循《港口工程技术规范》和《波浪模 型试验规程》的规定，采用正态模型，按重力相 似设计，模型几何比尺 λ L比尺为 1∶58 ，波高、波 力比尺 λ F = λ L 3 ，质量比尺 λ M = λ L 3 , 质量惯性矩比尺 波浪模拟 长、水深均按几何比尺λ计算；时间比尺λT=λL0.5， 为0.01 N，自振频率为1 000 Hz，温度稳定性高，
moored ship under the action of the single wind and single wave, and under that of the combined wind and wave,
Abstract: Based on the conditions of a 225 000 DWT cruise, we carry out tests on the impact energy of a
(1. Hohai University, Nanjing 210098, China; 2. Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210024, China; ZHAO Ming-zhi1, WANG Zhen1, ZHOU Yi-ren2, JU Lie-hong2, LI Peng3, CAO Kan1 3. China Power Investment Corporation Jiangsu Branch, Nanjing 210008, China)
测点安装总力测力块，用风机向船舶施加均匀风 速，总力多功能监测系统测量出静止时的邮轮两 力分别为7.995 N和7.566 N；风速为22.4 m/s时，船 个测点受力。风速为13.8 m/s时，船舶左右两边受
行测量。 1.6
挂重法时，重物通过细绳和滑轮悬挂于邮轮，细 绳和邮轮的连接点为测力时的测点处，测点位置 以及邮轮受风面见图3。
S.Nagai 在只考虑系泊船舶的横移、横摇以及护
[2] [3]
船舶吨级有关。范自明[9]将船舶撞击能量作为船舶 性体，提出撞击能量公式
式中： M为船舶总质量；vg为船舶重心横移速度； I为横摇时的质量惯性矩；ω船舶横摇角速度。 由于目前还没有针对邮轮这种特定船型的系 泊撞击能量研究，因此，运用风机法和挂重法这 两种风荷载模拟方法，分别进行单风、单浪和风 浪共同作用下的邮轮系泊撞击能量试验，通过试 验对比两种风荷载模拟方法的差别，为今后的邮 轮系泊撞击能量研究和邮轮码头设计提供参考。 1 1.1 1.2 模型试验 水位和潮流 码头前沿水深13.44 m,不考虑潮流。 动力要素 波浪要素选用波高为1.0, 1.5, 2.0及2.5 m，波
荣，为保证大型邮轮停泊的需求，码头系泊设施 不断向深水区域发展，使得邮轮系泊安全尤为重 要，系泊撞击能量是邮轮系泊安全的重要控制因 素。基于舒适性考虑，相比其他船型（散货船、 击能量也有更严格的要求。另外，邮轮上部受风 面积大，对风荷载的敏感度高，因此风荷载对邮
收稿日期：2012-09-20
油轮、 LNG 船、集装箱船），邮轮对运动量和撞
作者简介：赵明志（1988—），男，硕士研究生，从事河口、海岸动力学研究。
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水 运 工 程
2013 年
船舶系泊撞击能量的研究方法主要包括理论 分析、数值计算、经验分析，原型观测、统计学 方法和物理模型试验。理论分析是通过对系泊船 舶—系缆系统—防冲装置—系靠船结构进行合理 假设，推导得出系泊船舶撞击能量的计算公式。 舷线性变形的情况下进行理论分析得出撞击力解 析解。李向群 通过理论分析研究了多点系泊船舶 在波浪中的运动及系泊力；李玉成等[4-8]通过数值 模拟研究了系泊船舶动力响应和系缆力、撞击能 量等；经验分析的成果很多，其中，李玉成在综 合分析各种影响因素的基础上，结合试验资料提 出了撞击能量公式： E/H = a1 a2 a3 a4 k ` T j （1） T0 式中：T0为船舶自震周期；k为频率响应系数，与
๖ํಔ ๖ํனڸ
缆绳采用44 mm HMPE，缆绳破断力为1491.1 kN，
缆绳布置为3-2-2-2，系缆方式和护舷布置见图1，
22.5ʹtᥪᣂ
缆是 3 根缆绳，在试验中也归并为 1 根缆绳，初始 拉力为100 kN。
จํ
试验中将同一位置的双缆归并为1根缆绳，其中艏
᮲
22.5ʹtᥪᣂ
图1
ᤴจ
study the influence on the impact energy under the action of the single wind and single wave and under that of the weight. Test results show that the impact energy by the blower fan method is 17.4﹪ larger than that by method of increases.
combined wind and wave by two different wind simulation methods, i.e. blower fan method and method of hanging hanging weight under the combined action of wind and wave. In addition, the wind load has a great impact on the impact energy under that of the combined wind and wave, the impact energy will increase rapidly as the wave height
横移和横摇产生的，并将系泊船舶看成对称的弹 （2）
表1
型和模拟船型尺度和运动性能以及参数见表1。
试验选用22.5万t的当前世界最大邮轮,原型船
模型 6.241
实船 362
总长 垂线间 设计水线 型宽 型深 设计吃 设计排 方型系 棱型系 最大剖 浮心纵向位 浮心垂向位 重心位置 重心位置zg 水线面 B/ D/ 名称 Loa/ 长Lpp/ 长Lw1/ 水d/ 水量/ 数Cb 数Cp 面系数 置（距10 置（距基 xg（距10 （距基线） 系数Cwp Cm m m m m m m t 站）/m 线）/m 站）/m /m 5.690 330 5.798 336.3 0.810 0.431 0.158 47 25 9.15 97 417.4 0.686 0.690 0.861 0.499 0.686 0.690 0.861 0.995 0.995 -0.126 -7.286 0.087 5.036 -0.126 -7.286 11.194 0.193
舶左右两边受力分别为24.867 N和23.648 N。采用
4 500
700
700
5 000
图3
邮轮受风面及测点位置(单位:cm)
3.2
单风作用下的船舶撞击能量试验 在试验水位下，分别运用挂重法和风机法向
λJ=λL5，重力比尺λG=λL3，速度比尺λv=λL0.5。 2.1
船舶施加两组试验风荷载时，测出邮轮撞击能量大 小相近且很小。风速为13.8 m/s时，系泊撞击能量为 3.3 单浪作用下船舶撞击能量的试验 289 kJ；风速为22.4 m/s时，系泊撞击能量为659 kJ。 单浪试验采用了4组波高(1.0,1.5,2.0和2.5别进行单风、单浪和风浪共同作用下的系泊撞击能量试验，研究在风机法和挂重法两种
用时的撞击能量远大于单浪作用时的撞击能量。
Model test on impact energy of moored cruise under two different wind loads simulation methods
22.5万t邮轮船体要素
1.4
码头结构、护舷及缆绳布置 码头结构均采用直立式沉箱结构，码头高
1.5
试验设备 试验在波浪港池进行，港池长50 m,宽17.5 m,
计反力 2 588 kN，沿码头长度方向15 m均匀布置。
15.8 m,采用SUC1450两鼓一板高反力橡胶护舷，设
高1.2 m,布置见图2。试验运用总力（拉压力）传
式为：
试验波浪滤定采用JONSWAP谱，其表达
-6
p 2 2
s (f) = aH s2 T p4 f 5 exp 8- 5 ^Tp f h- 4 B cexp -^T f - 1h /2v （3） 4
@
3组周期(5,8,10 s)的横浪, 图4给出了邮轮受到不同
a=
0.062 4 0.230 + 0.033 6c - 0.185^1.9 + c h- 1 （4） f 1 fp f H fp （5）
Key words: cruise; impact energy; blower fan method; method of hanging weight
随着经济不断发展，世界邮轮旅游业日趋繁 轮系泊撞击能量的影响很大，在船舶系泊撞击能 量模型试验中，风荷载的模拟方法有风机法和挂 重法两种方法：风机法是将风荷载作为均布荷载 进行模拟，假定风场恒定均匀，使用风机来模拟 不同速度的风场；而挂重法是通过公式计算出风 荷载大小，然后以挂重方法作为集中荷载进行模 中没有邮轮风荷载大小的计算方法。 拟，但在JTS144-1—2010《港口工程荷载规范》[1]
船舶系缆方式
图2
港池布置
第4期
赵明志，等：两种风荷载模拟方法下的邮轮系泊撞击能量试验研究
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感器是应变式的，采用一体化防水结构，分辨率 船舶撞击力和撞击能量采用 2008 型护舷缆力仪进 试验内容 分别进行了单风和单浪作用下的试验以及两 种不同风荷载模拟方法下的风浪共同作用试验，以 分析单因素和多因素情况下的邮轮撞击能量。 2 模型相似 试验遵循《港口工程技术规范》和《波浪模 型试验规程》的规定，采用正态模型，按重力相 似设计，模型几何比尺 λ L比尺为 1∶58 ，波高、波 力比尺 λ F = λ L 3 ，质量比尺 λ M = λ L 3 , 质量惯性矩比尺 波浪模拟 长、水深均按几何比尺λ计算；时间比尺λT=λL0.5， 为0.01 N，自振频率为1 000 Hz，温度稳定性高，
moored ship under the action of the single wind and single wave, and under that of the combined wind and wave,
Abstract: Based on the conditions of a 225 000 DWT cruise, we carry out tests on the impact energy of a
(1. Hohai University, Nanjing 210098, China; 2. Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210024, China; ZHAO Ming-zhi1, WANG Zhen1, ZHOU Yi-ren2, JU Lie-hong2, LI Peng3, CAO Kan1 3. China Power Investment Corporation Jiangsu Branch, Nanjing 210008, China)
测点安装总力测力块，用风机向船舶施加均匀风 速，总力多功能监测系统测量出静止时的邮轮两 力分别为7.995 N和7.566 N；风速为22.4 m/s时，船 个测点受力。风速为13.8 m/s时，船舶左右两边受
行测量。 1.6
挂重法时，重物通过细绳和滑轮悬挂于邮轮，细 绳和邮轮的连接点为测力时的测点处，测点位置 以及邮轮受风面见图3。
S.Nagai 在只考虑系泊船舶的横移、横摇以及护
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船舶吨级有关。范自明[9]将船舶撞击能量作为船舶 性体，提出撞击能量公式