原创《冰期船舶挤冰和扇冰操纵》：本文关于冰期论文范文,可以做为相关论文参考文献,与写作提纲思路参考。
摘 要：挤冰和扇冰是冰期船舶靠泊中较为常用的两种操纵方式,由于不同阶段冰体会呈现出不同的破碎模式和效果,且船舶靠拢速度过快易导致码头和船体受损,因此这两种方式存在着一定的操纵难度.文中采用经验公式就靠岸法向速度对码头的影响进行了深入分析,并针对不同阶段冰体的破碎模式、效果、分散情况及船舶排出流对冰体的作用,详细介绍了船舶挤冰、扇冰的操纵方法,提出了相应的注意事项.实践证明这两种操纵方式是安全、有效、可行的,操纵的注意事项也可为解决实际情况中出现的问题提供技术支持.
关键词：船舶 操纵 挤冰 扇冰 破碎 能量
0 引言
我国渤海和黄海北部是季节性结冰海域,同时也是全球纬度最低的结冰海域之一,每年冰情差别较大.冬季受寒潮侵袭时,许多港口会出现海冰在码头附近大量聚集的现象,常规的船舶操纵将无法完成靠泊,要达到靠泊要求可能需要采取一系列特殊的冰期靠泊操纵方式,挤冰、扇冰就是其中较为常用的两种操纵方式.
1 挤冰操纵
冰期靠泊中船舶首尾都无法靠拢时,可以将船舶平行拖出,然后首尾拖轮快速顶推,使船舶获得较快的拢速,利用船体的动能给靠泊舷一侧冰体一个较大的撞击力,这个操纵过程习惯上称为挤冰或者撞冰.挤冰过程操纵时间短,挤冰效果明显,但挤冰时,船体受损风险较大,挤冰过度还会造成码头的损伤.
破冰是船舶进行挤冰操纵的首要条件,船舶靠泊前要派拖轮在所靠泊位进行破冰.大块冰体被破碎成小块冰体,可为挤冰操纵创造有利条件,可减小码头、船体受损的风险.大块冰体在破碎之前的瞬间可以认为是刚体,当内部应力达到破断压力时则立刻失效,引起碰撞力的突然卸载.[1]所以,如果靠泊舷一侧存在大块冰体,不利于控制船舶平行挤冰,增加码头受损的风险.另外,如果冰体的尺寸较大,被推到码头外沿的大块冰体或者原来就贴靠在码头外沿的大块冰体处于约束状态,船-冰碰撞时,没有缓冲,冰体夹在船体与码头之间,碰撞作用力大,船体局部受力大,使船体受损的风险增加.
船舶挤冰操纵时,以平行拖开1/3-2/3倍船宽的横距为宜,过宽的横距会让首尾之外的冰体拥进靠泊舷一侧,增加冰量；过窄的横距不利于调节首尾拢速使船舶保持与码头平行挤冰.挤冰操纵,冰体随着船舶的横移发生叠加、破碎、压缩、分散,其过程可分为四个阶段.
第一阶段,叠冰散落阶段.船舶被平行拖出,在重力势能、浮力势能、弹性势能和水流的共同作用下,叠加压缩的冰体散落,会产生弯曲、拉伸等破碎模式,但冰体破碎程度不大.
第二阶段,船位调整阶段.船舶被拖出预期的横距后,拖轮由拖曳转换为准备顶推,调整船舶的姿态使船舶平行于码头.此时多数冰体处于没有叠加的散落漂浮分布状态.
第三阶段,冰体叠加阶段.船舶在拖轮顶推力的作用下,快速横移靠拢,冰体逐渐叠加,处于自由状态的冰体开始爬升和下潜,冰体间产生不规则的挤压破坏、屈曲破坏、剪切破坏、弯曲破坏和冲击破坏等[2],冰体破碎程度大.随着冰体叠加厚度的增加,船舶受到的阻力也不断增加,横移速度减慢.
第四阶段,冰体挤压分散阶段.受到码头边界束缚的冰体随着船体的挤压逐渐压缩,船舶横移停止时压缩达到最大,压缩过程中冰体内部的压力出现峰值.冰体在极高压力作用下破碎的同时,产生向上、向下、向船首、向船尾、向码头下面的空隙（高桩式码头）和船底分散,见图1-1.
图1-1 挤冰操纵冰体分散示意图（高桩式码头）
冰体挤压分散阶段,船体与冰体之间压力巨大.在船体与冰体接触的高压区域中有剪切发生,从而导致冰内部的微观结构发生改变.[3]这种改变微观结构的材料与未经破坏的完整冰相比,在顺应性方面有明显的提高.当载荷达到某一水平时,整个碎冰层变做到非常松软,而碎冰也被频繁地挤出[4].重复挤冰过程,会发现船舶拖开时,船体与冰体接触的高压区域冰体会变成对靠泊没有影响的松软碎末.
2 挤冰操纵对码头的影响
船舶挤冰操纵中,船舶的动能会转变为冰体的重力势能、浮力势能、弹性势能、冰体破损变形吸收的能量、码头吸收的能量、船体吸收的能量等.《港口工程荷载规范》（JTS 114-1-2010）中指出无冰情况下,码头有效撞击能量计算公式为：
E0等于ρ/2·m·Vn2 （1）
式（1）中 E0 为船舶的有效撞击能量（kJ）；
ρ 为有效动能系数,取0.7～0.8；
m为船舶质量（t）,按排水量计算；
Vn 为船舶靠岸法向速度（m/s）.
操纵船舶快速靠拢时,对于码头结构而言,冰体相当于延长了护舷和碰垫的作用距离,使船舶动能缓慢释放.如果动能过大,船体挤走冰体直接碰到码头或者冰体被压缩到极限,剩余的动能就会被码头吸收,超过码头的承受能力时,会造成码头结构的损伤.由公式可以看出,E0与Vn成平方关系,所以船舶挤冰操纵中,应先使用较小Vn试探性挤冰,再根据冰力反馈情况,逐渐增加Vn,操纵中需要重复多次挤冰,不可追求一次完成.另外,E0还与m有关,满载船舶因为m值较大,所以控制Vn要比空船小.
对于高桩式码头,《港口工程荷载规范》（JTS 114—1—2010）中指出,自由冰体在直立桩前挤碎时,产生的极限破碎挤压冰力计算公式为：
Fi等于I·m·k·B·H·σc （2）
式（2）中 Fi—极限挤压冰力标准值（kN）；
I—冰的局部挤压系数；
m—桩迎冰面形状系数；
k—冰和桩之间的接触条件系数；
B—桩迎冰面投影宽度（m）；
H—单层平整冰计算冰厚（m）；
σc—冰的单轴抗压强度标准值（kPa）.
该公式计算的冰力是单层冰体在水流和风驱动下对直立桩的极限破碎挤压冰力,在船舶挤冰操纵中,作用在前沿直立桩上的冰体是叠加多层的,且冰速较快,所以直立桩所受到的冰压力要更大,但碎冰在群桩间堵塞使群桩变成实体可以同时抵抗冰力,对前沿直立桩起到了保护作用.盛冰初期,码头下没有碎冰堵塞时,要注意挤冰给前沿直立桩带来的极限挤压冰力.泊位设计时,考虑冰期船舶操纵的需要,前沿直立桩迎冰面宜做成圆弧形、多边形或棱角形,降低m系数值从而减小直立桩所受的冰力.
冰期论文参考资料：
结论：冰期船舶挤冰和扇冰操纵为关于本文可作为相关专业冰期论文写作研究的大学硕士与本科毕业论文冰期论文开题报告范文和职称论文参考文献资料。
