[科普中國]-橡皮護舷材

簡介橡膠護舷

護舷又稱護木，是港口碼頭或船舶上使用的一種能量緩沖裝置，用以減緩船舶與碼頭或船舶與船舶在靠泊或系泊時的沖擊或擊震，使船舶和碼頭免受損壞。

橡膠護舷具有彈性好、吸能高、維護方便、使用壽命長和便于大批定型生產(chǎn)等特點，在日本、歐美和東南亞國家被廣泛采用。橡膠護舷不僅可以保護船舶和碼頭，而且可以減小作用于碼頭的水平載荷，提高碼頭的停泊能力，使新建碼頭輕型化并降低造價。

橡膠護舷主要包括剪切型、轉(zhuǎn)動型、壓縮型、充氣型和水壓型。其中壓縮型橡膠護舷具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易和安裝方便等特點，是國內(nèi)外應(yīng)用最廣的品種。其又可按結(jié)構(gòu)形式細(xì)分為D 型、圓筒型、V 型、拱形（V 型的改進型）、H 型、鼓型和II 型。

對橡膠護舷進行選型設(shè)計時，首先應(yīng)確定船舶靠岸的有效撞擊能量，所選用的橡膠護舷在設(shè)計壓縮變形時的吸能量要大于船舶的有效撞擊能量，而護舷反力應(yīng)小于靠船建筑物的允許反力，護舷面壓力應(yīng)小于船舶傍板的容許面壓力。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的現(xiàn)代航運業(yè)、船舶制造業(yè)及港口碼頭的建設(shè)也日新月異，橡膠護舷的作用及其發(fā)展趨勢也越來越突顯其重要性。本課題組通過對多組橡膠護舷進行試驗研究，針對橡膠護舷力學(xué)性能試驗方法進行不斷的改進，達(dá)到良好效果1。

世界最大的船用橡膠護舷材世界上最大的船用橡膠護舷材“ Cell型C3000H ” 已由日本出光興產(chǎn)公司與鹿島建設(shè)公司共同試制成功。所謂C ell型護舷材就是指費爾什通公司生產(chǎn)的園筒立體結(jié)構(gòu)型橡膠護舷材, 它是具有低反力、高吸收能力的大型船舶用護舷材。

Cell型C3000H護舷材是高3 m、凸緣外徑3.5 m、本體直徑2.8 m 的巨大護舷材。其重量僅本體就18 頓, 與框架共計24 頓。一個“ Cell 型C3000H” 橡膠護舷材的重量, 相當(dāng)于2000條轎車輪胎的重量.

之前生產(chǎn)的“ Cell型C2000H(仍在生產(chǎn)) 與日本的’, “Cell型C3000H ” 相比, “Cell型C3000H ” 要高1 .5倍，重量多4倍, 能吸收量約3。5倍。發(fā)展這種大型橡膠護舷材的背景是:

① 隨著油船大型化的發(fā)展, 為吸收靠牢時所受的巨大沖擊能量, 有必要進一步研究包括護舷材在內(nèi)的港口設(shè)置。

②港口設(shè)置除了船舶的沖擊力之外, 還要考慮狂風(fēng)、巨浪、潮流等影響。過去, 生產(chǎn)大型橡膠護舷材時, 在生產(chǎn)上存在超大型硫化罐, 在技術(shù)上存在形狀設(shè)計、制造條件等問題, 可是費爾什通總結(jié)了各橡膠廠家的技術(shù)能力、利用電子計算機進行了形狀設(shè)計、制造條件等設(shè)計、終于完成了世界最大的橡膠護舷材。對大型護舷材的實物使用尚未進行質(zhì)量鑒定, 該公司僅用超大型壓縮試驗裝置進行了大型油船靠岸沖擊能量模似試驗, 試驗結(jié)果, 有很高的可靠性。日本出光輿產(chǎn)北海道制油所把“Cell型C3000H ” 三個為一組設(shè)置二組。從橡膠護舷材的能力來看, 一組就可承受40 ~ 50 萬頓級的油船靠岸, 一個“Cell型C3000H ” 護舷材的吸收能量為460頓/ 米。2

橡膠護舷材材料特性制造橡膠護舷的基材是橡膠。橡膠是高分子化合物，分子結(jié)構(gòu)決定了其屬于粘彈性高阻尼材料，具有彈性和粘性雙重特性。橡膠的粘彈性質(zhì)主要表現(xiàn)為下述兩方面。

(1)彈性模量小、形變大。這是由于大分子的鏈段在外力作用下可以運動，即分子沿受力方向進行取向，能使橡膠的彈性形變高達(dá)1 000%。橋墩保護對柔性防撞裝置的基本要求就是必須具有反力小、變形(位移)大的良好碰撞性能。用橡膠護舷制造的防撞裝置完全具備該特性。

(2)形變需要時間。彈性形變和塑性形變同時發(fā)生是高分子材料的形變行為特征，稱為粘彈性，粘彈行為則依賴于時間[6]。形變落后于應(yīng)力稱為滯后現(xiàn)象口]，滯后現(xiàn)象會使一部分彈性能轉(zhuǎn)變成熱能損耗掉。將具有粘彈性能的橡膠制作橋墩防撞設(shè)備——橡膠護舷，因其表現(xiàn)出粘滯性，能消耗掉船舶一部分的撞擊能，同時撞擊過程需要較長時間，大大降低撞擊力。3

結(jié)構(gòu)與性能我國于1987年制訂并實施GB/T 7540((橡膠護舷》國家標(biāo)準(zhǔn)，在2003年用新標(biāo)準(zhǔn)HG/T 2866替代了GB/T 7540—1987和HG/T 2866—1997，使橡膠護舷產(chǎn)品實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。

結(jié)構(gòu)

橡膠護舷按結(jié)構(gòu)分為圓筒型(CY)、半圓型(D)、超級拱型(A，sA)和超級鼓型(sc)等D]。每種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品規(guī)格已經(jīng)形成系列化，例如圓筒型護舷，從CYl50×L到CYl600×L共有17個規(guī)格等級。D型、A型(V型)、SA型和SC型等均各自形成相關(guān)規(guī)格系列，具體可參見HG/T 2866--2003((橡膠護舷》標(biāo)準(zhǔn)。每種結(jié)構(gòu)的橡膠護舷的壓縮變形量均達(dá)本體的50%以上，這個結(jié)構(gòu)特點證明用其完全符合橋墩防撞裝置“反力要小，變形要大”的實用要求。

性能

HG/T 2866--2003《橡膠護舷》標(biāo)準(zhǔn)對各規(guī)格橡膠護舷的力學(xué)性能已作出相應(yīng)的規(guī)定。GB 50139--2004((內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》將內(nèi)河航道按可通航內(nèi)河船舶的噸級劃分為7級(見表1)。我國兩個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTG D 60—2004《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》和TB 10002．1—2005《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》均提出對位于通航河流中的橋梁墩臺設(shè)計時應(yīng)考慮船舶或漂流物的撞擊作用，并列出撞擊作用的標(biāo)準(zhǔn)值(見表1)4

應(yīng)用舉例四川通善大橋橋墩防撞設(shè)施工程

通善大橋原是四川遂寧培江一、二橋，要求通航100噸級旅游船。通過現(xiàn)場勘察，知道大橋的水中樁柱均為圓形，選用艷色(黃色)圓筒型200×2500橡膠護舷作橋墩防撞裝置的主要構(gòu)件，將其圓周均勻布置在樁柱上，防撞裝置效果圖見右圖。圓筒型橡膠護舷具有下列特點。

(1)圓筒型橡膠護舷被撞上時會后退(受壓縮)，此時雖受力較小，變形會很大；由于護舷是圓型，其被撞的每一點都是切點，撞點能給船頭一個780 kg)、貼面板(超高分子聚乙烯材質(zhì))、貼面板安裝用的不銹鋼螺栓、預(yù)埋螺栓(安裝護舷用)、定位板(厚6 mm)，合計約15 000元。(3)安裝難度大。防撞設(shè)施設(shè)計是利用定位板將橡膠護舷安裝在圓弧防撞圍墻上(見圖3)，但會出現(xiàn)兩端翹起現(xiàn)象，護舷不能緊固，必須加工有弧度的支承護舷底座，才能安裝橡膠護舷，使之與圓弧防撞墻緊固，但是底座與預(yù)埋套筒的連接側(cè)向推力使船頭滑開，這是一種理想的防撞態(tài)勢(見右圖)。

(2)圓筒型橡膠護舷安裝固定點是各類型橡膠護舷中最少的，將其配置于正在運作使用中的橋墩(舊橋墩)是較理想的防撞構(gòu)件。采用創(chuàng)新型的緊固護舷的結(jié)構(gòu)使施工過程不損傷水中樁柱的鋼筋或橋墩內(nèi)在結(jié)構(gòu)，由于橋墩受到橡膠護舷防撞裝置的合理保護，因此還會延長橋墩的使用壽命。

(3)規(guī)格為200×2500的圓筒型橡膠護舷的力學(xué)性能完全能夠滿足100噸級旅游船通航的安全要求。查HG/T 2866—2003得CY200X1000的R=59.8 kN，E=2.6 kJ，換算得CY200×2500的R=59.8x 2.5=149.5 kN，E=2.6 X 2.5=6.5kJ。根據(jù)GB 50139—2004所列100噸級船舶的船型寬5．5 m，那么不管船體是以橫橋向還是順橋向碰撞橋墩，都會觸及兩組以上的圓筒型橡膠護舷，可見其抵御船舶的撞擊力是綽綽有余的。此項工程的實施得到遂寧市的好評。4