第 19 卷 第 8 期 2019 年 8 月
中国水运 China Water Transport
Vol.19 August
No.8 2019
大型集装箱船港口系泊分析
尹伟光
（上海华润大东船务工程有限公司，上海 202155）
摘 要：随着集装箱吨位和装载箱数的不断上升，对大型集装箱船港口系泊的研究显得尤为迫切。考虑风、浪、流
联合作用的环境条件，运用基于势流理论的 AQWA 软件对停靠港口船舶的系泊系统进行建模。调用 Hydrodynamic
Diffraction 和 Hydrodynamic Response 两个模块，在设定相关的参数和条件后，计算得到该停靠船舶在极端工
况下的船体时域运动响应情况和每根缆绳的系泊张力大小。由计算结果可知，当风、浪、流的速度和方向不同时，
图 2 AQWA 软件模块之间的相互关系 二、系泊船舶的主要参数和港口环境条件 1．船舶的主要参数 本文计算的集装箱船舶，装货量为 10,000 箱左右，其 主尺度为：总长 356.0m；垂线间长 335.0m；船宽 52m； 型深 29.6m；满载排水量为 132,400t。 2．港口的环境条件参数 本文系泊港口的环境条件如表 1 所示。
的波浪方向，可获知各种海况下相应的最大值。如表 2 所示。 表 2 不同工况下系泊缆绳的最大张力值
系泊缆绳
最大张力（kN）
安全系数
①
418.7
3.2
②
422.1
3.2
③
525.7
2.6
④
527.3
2.6
⑤
529.3
2.6
⑥
686.3
2.0
⑦
708.0
1.9
⑧
553.8
2.4
⑨
574.9
2.3
⑩
341.6
88mm，破断负荷为 1,350kN。
三、集装箱船系泊的建模与分析
收稿日期：2019-01-08 作者简介：尹伟光（1984-），男，上海华润大东船务工程有限公司工程师。
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本例中选择鼓型橡胶护舷，其阻尼系数为 0.2，线性拉 伸参数为 50,000N/m，弹性模量为 3,000N/m2。
船体在 x, y, z 方向的运动偏移量和各系泊缆的受力均不相同。最后，对系泊缆的破断安全性进行了校核。研究结果
可以为基于 AQWA 的大型集装箱船码头系泊研究提供参考和思路。
关键词：大型集装箱船；AQWA 软件；系泊缆绳；运动响应
中图分类号：U656.1
文献标识码：A
文章编号：1006-7973（2019）08-0027-02
图 5 船体运动的时域响应（x 方向）
图 6 船体运动的时域响应（y 方向）
图 7 船体运动的时域响应（z 方向） 由图 5~图 7 可以看出，船舶在 x, y, z 三个方向的运动 响应有较大的差别。y 方向的频率最低，是由于船体在 y 方 向的运动受到码头的护舷材和横向缆绳作用。z 方向的频率 最高，更多是由于波浪因素的作用。 2．最大的缆绳张力 通过计算在给定的环境载荷下码头系泊系统 36,000 步 步的运动情况，最终得到港口系泊下大型集装箱船舶的系泊 缆绳张力响应的时历变化曲线。根据不同类型的缆绳，不同
有限元模型如图 3 所示。系泊系统的布置图如图 4 所示。
图 3 船体和码头及护舷的有限元划分
图 4 船体和码头及护舷的有限元划分 四、计算结果 1．船体运动响应 设置步长为 0.1s，共 36,000 步；波浪方向为每隔 30 度设置为一个波浪方向，共 13 个波向；波浪频率由以恒定步 骤每次增加 0.05rad/s 进行，频率范围从 0.1rad/s 到 1.8rad/s，总共 35 个频率，如图 5~图 7 所示。
4.03
4.0
3．结果分析
由表 2 可知，最大受力的缆绳为⑦号缆绳，为 708kN。
按照选取的缆绳规格，缆绳的破断负荷为 1,350kN，⑦号缆
绳的安全系数为 1.9。按照 OCIMF 要求，完整状态安全系
数应大于 2.00，破损状态安全系数应大于 1.25。该缆绳的
布置略显不足，可以进一步通过系泊方案优化，增加缆绳数
量或者选择更高强度的缆绳，确保船舶在港口的系泊安全。
五、结语
应用 AQWA 可以船舶在某港口停泊的运动状况和系泊 缆绳及缆桩所受的拉力进行计算分析。其分析主要采用时域 的方法，可以计算系泊状态下船体的运动响应情况和系缆张 力大小，校核布置方案实际应用的可行性和安全性。该算例 为保证恶劣海浪环境下港口系泊的港口安全提供了参考。
基于上述现实，本文将应用 AQWA 计算软件对总长 356m 的 10,000TEU 集装箱船的港口或码头停泊进行分析。
一、AQWA 软件计算流程 AQWA 软件主要解决浮体在环境载荷作用下的运动响 应、系泊定位、以及波浪载荷传递等方面的问题[8]。其计算 流程如图 1 所示。
图 1 AQWA 分析系泊力的计算流程 外部的风、浪、流载荷，可以参照 OCIMF[9]（《Mooring Equipment Guidelines》）的规范公式进行载荷计算。 AQWA 软件的计算模块之间的相互关系如图 2 所示。
随着贸易市场的扩大和繁荣，集装箱船的海运市场需求 越来越大，其吨位和集装箱装载数呈线性上升的趋势，发展 十分迅猛[1-2]。集装箱船大型化对航道条件、码头配套设施和 货物装卸等提出更高的要求[3]，一旦遇到强烈的风浪载荷作 用，船舶运动响应过大，会出现因系缆绳强度不够而导致缆 绳的断裂，对船舶和码头造成极大地损伤[4]。国内学者运用 数值软件对半潜平台和液化天然气（LNG）的码头系泊进行 了分析[5]，也有基于 Ariane 软件对集装箱船码头系泊状态的 分析[6]。基于 AQWA 软件，胡毅［7］研究了大型 LNG 船码头 系泊时，在风、浪、流联合载荷作用下船舶的运动响应。
表 1 环境条件
环境因素
参数
风速 风
风谱
Vw=4-6m/s API*标准
波浪
波高 周期
Hs=0.5m， Tp=3.24s
海流
速度
Vc=0.7kn
*美国石油学会（American Petroleum Institute）
3．系泊方案和缆绳参数
系泊方案中，沿船舶长度布置了 12 条系泊缆。在系泊
缆绳设计中，系泊绳由八股锦纶复丝（线）制成，其直径为