游艇码头浮箱横稳性计算的初步探讨

苏长南 刘锋 广东粤电阳江海上风电有限公司

在游艇码头设计中，需要通过计算确定浮桥选用浮箱的规格和数量，同时需要对浮箱横稳性进行验算。《游艇码头设计规范》（JTS165-7-2014）给出了浮箱横稳性的计算方法，但未明确浮箱布置的具体计算方法及各参数的取值。本文以《游艇码头设计规范》（JTS165-7-2014）为基础，参考澳大利亚《游艇码头设计指南》（AS3962-2001），以某游艇码头工程计算为例，对浮箱的相关计算进行了详细分析。

1.某游艇码头浮桥概况

浮桥标准段平、立、断面图如图1、2、3。

2.浮箱选用及布置

本工程选用浮箱及平面布置为浮码头常用型式，工程设计具有一定的代表性。

本工程标准浮箱尺寸为：长1400×宽850×高700mm。单个浮箱自重与箱体配重总重量为43kg。

每个浮桥单元长度为12 m，宽2m，根据《游艇码头设计规范》浮桥上均载为3kpa，横向稳定性计算时折减系数0.5，因而取浮桥均载为1.5kpa。

浮桥自重包括浮桥钢结构框架、浮桥木方、铝合金配件及水电管线材料等。其中浮桥钢结构框架采用20#a槽钢，经计算，单个浮桥钢结构框架总重930kg。浮桥木方、铝合金配件和水电管线材料等材料根据工程经验，一般取钢结构框架重量的15%，即930×0.15=14。

图1 浮桥标准段平面图

图2 浮桥标准段立面图

本工程选用10个浮箱，总重为43×10=430kg。一个浮桥单元总重量折算为均载应为：(930+430 +140)/(12×2)=0.625kpa。一个浮桥单元总重量为：

空载时浮箱干舷高度为：

满载时浮箱干舷高度为：

图3 浮桥标准段断面图

根据《游艇码头设计规范》（JTS165-7-2014），自重条件下（空载），浮箱干舷高度宜取0.3m-0.6m，因此本工程浮箱干舷高度满足要求。

3.浮箱横稳性计算

浮箱在外力的作用下偏离其平衡位置而倾斜，当外力消失后，能自行回复到原来平衡位置的能力，称为浮箱稳性。或者说浮箱稳性是浮箱在外力作用消失后保持其原有位置的能力。浮箱稳性根据倾斜角度可分为小倾角稳性和大倾角稳性。小倾角稳性（初稳性）一般指倾斜角φ小于15°的稳性，大倾角稳性一般指倾斜角φ大于15°的稳性。浮箱稳性包括浮箱横稳性和浮箱纵稳性。浮箱纵稳性一般情况下都可以满足，因此，本文只对浮箱横稳性进行研究。浮箱横稳性一般情况下均属于小倾角稳性。小倾角稳性理论认为当倾斜角φ小于15°时，tanφ=φ，通过这个假定，既可简化计算，又能较明确获得影响小倾角稳性的各种因素之间的规律。以下计算均基于小倾角稳性理论，只适用于倾斜角小于15°的情况。

图4

3.1 浮箱横向定倾中心高度计算

（1）浮箱横向定倾中心高度应按下列公式验算：

式中：

hmc-横向定倾中心高度（m）；

hmb-浮力中心上的定倾高度（m）；1

h-浮箱在恒荷载和活荷载作用下的吃水（m）；g

h-从浮箱舭部到重心的高度（m）。

（2）浮箱在恒荷载和活荷载作用下的吃水应按下式计算：

式中：1h-浮箱在恒荷载和活荷载作用下的吃水（m）；1

V-浮箱在恒荷载和活荷载作用下的排水量（m3）；1

W-恒荷载和活荷载的总和（kN）；取为2.125×12×2=51kN

A-浮体在水面上的截面积（m2）；取为1.4×0.85×10=11.9

γ-水的重度（kN/m3）。取为10

（3）稳心在浮心以上的高度应按下式计算：

式中：

hmb-浮力中心上的定倾高度（m）；

I-浮箱水线面截面横惯性矩（m4）；取为1

V-浮箱在恒荷载和活荷载作用下的排水量（m3）；

γ-水的重度（kN/m3）。取为10

W1-恒荷载和活荷载的总和（kN）；取为2.125×12×2=51kN

（4）从浮箱舭部到重心的高度可利用合力矩平衡求出。

经计算：

3.2 浮箱干舷计算

（1）浮箱在偏心荷载作用下，干舷应按下列公式验算：

式中：

hf-浮箱干舷（m）；

h-浮箱高度（m）；取为0.71

h-浮箱在恒荷载和活荷载作用下的吃水（m）；取为0.429

b-浮箱宽度（m）；同一断面有两个浮箱按整体考虑，取为1.8

φ-倾角（°）。

（2）横倾角应按下式计算：

式中：

φ-倾角（°）。

M-作用力矩（kN.m）；由水平力作用在护舷上产生，作用点为护舷中部(对定倾中心求矩)，取为:24.19×(0.93-0.717-0.1645)=1.173kN.m1

W-恒荷载和活荷载的总和（kN）；取为2.16×12×2=51.84kN

hmc-横向定倾中心高度（m）；取为0.1061

4.结论

通过对浮箱浮力、浮箱自重和浮桥均载的计算，以浮箱空载干舷高度为依据，确定了选用浮箱数量。

通过计算浮箱横向定倾中心高度和浮箱干舷高度，复核了浮箱横稳性。并指出浮箱横稳性属于小倾角稳性，因此本文浮箱横稳性计算只适用于倾斜角φ小于15°的情况。