[科普中国]-橡皮护舷材

简介橡胶护舷

护舷又称护木，是港口码头或船舶上使用的一种能量缓冲装置，用以减缓船舶与码头或船舶与船舶在靠泊或系泊时的冲击或击震，使船舶和码头免受损坏。

橡胶护舷具有弹性好、吸能高、维护方便、使用寿命长和便于大批定型生产等特点，在日本、欧美和东南亚国家被广泛采用。橡胶护舷不仅可以保护船舶和码头，而且可以减小作用于码头的水平载荷，提高码头的停泊能力，使新建码头轻型化并降低造价。

橡胶护舷主要包括剪切型、转动型、压缩型、充气型和水压型。其中压缩型橡胶护舷具有结构简单、制造容易和安装方便等特点，是国内外应用最广的品种。其又可按结构形式细分为D 型、圆筒型、V 型、拱形（V 型的改进型）、H 型、鼓型和II 型。

对橡胶护舷进行选型设计时，首先应确定船舶靠岸的有效撞击能量，所选用的橡胶护舷在设计压缩变形时的吸能量要大于船舶的有效撞击能量，而护舷反力应小于靠船建筑物的允许反力，护舷面压力应小于船舶傍板的容许面压力。随着我国经济的快速发展，我国的现代航运业、船舶制造业及港口码头的建设也日新月异，橡胶护舷的作用及其发展趋势也越来越突显其重要性。本课题组通过对多组橡胶护舷进行试验研究，针对橡胶护舷力学性能试验方法进行不断的改进，达到良好效果1。

世界最大的船用橡胶护舷材世界上最大的船用橡胶护舷材“ Cell型C3000H ” 已由日本出光兴产公司与鹿岛建设公司共同试制成功。所谓C ell型护舷材就是指费尔什通公司生产的园筒立体结构型橡胶护舷材, 它是具有低反力、高吸收能力的大型船舶用护舷材。

Cell型C3000H护舷材是高3 m、凸缘外径3.5 m、本体直径2.8 m 的巨大护舷材。其重量仅本体就18 顿, 与框架共计24 顿。一个“ Cell 型C3000H” 橡胶护舷材的重量, 相当于2000条轿车轮胎的重量.

之前生产的“ Cell型C2000H(仍在生产) 与日本的’, “Cell型C3000H ” 相比, “Cell型C3000H ” 要高1 .5倍，重量多4倍, 能吸收量约3。5倍。发展这种大型橡胶护舷材的背景是:

① 随着油船大型化的发展, 为吸收靠牢时所受的巨大冲击能量, 有必要进一步研究包括护舷材在内的港口设置。

②港口设置除了船舶的冲击力之外, 还要考虑狂风、巨浪、潮流等影响。过去, 生产大型橡胶护舷材时, 在生产上存在超大型硫化罐, 在技术上存在形状设计、制造条件等问题, 可是费尔什通总结了各橡胶厂家的技术能力、利用电子计算机进行了形状设计、制造条件等设计、终于完成了世界最大的橡胶护舷材。对大型护舷材的实物使用尚未进行质量鉴定, 该公司仅用超大型压缩试验装置进行了大型油船靠岸冲击能量模似试验, 试验结果, 有很高的可靠性。日本出光舆产北海道制油所把“Cell型C3000H ” 三个为一组设置二组。从橡胶护舷材的能力来看, 一组就可承受40 ~ 50 万顿级的油船靠岸, 一个“Cell型C3000H ” 护舷材的吸收能量为460顿/ 米。2

橡胶护舷材材料特性制造橡胶护舷的基材是橡胶。橡胶是高分子化合物，分子结构决定了其属于粘弹性高阻尼材料，具有弹性和粘性双重特性。橡胶的粘弹性质主要表现为下述两方面。

(1)弹性模量小、形变大。这是由于大分子的链段在外力作用下可以运动，即分子沿受力方向进行取向，能使橡胶的弹性形变高达1 000%。桥墩保护对柔性防撞装置的基本要求就是必须具有反力小、变形(位移)大的良好碰撞性能。用橡胶护舷制造的防撞装置完全具备该特性。

(2)形变需要时间。弹性形变和塑性形变同时发生是高分子材料的形变行为特征，称为粘弹性，粘弹行为则依赖于时间[6]。形变落后于应力称为滞后现象口]，滞后现象会使一部分弹性能转变成热能损耗掉。将具有粘弹性能的橡胶制作桥墩防撞设备——橡胶护舷，因其表现出粘滞性，能消耗掉船舶一部分的撞击能，同时撞击过程需要较长时间，大大降低撞击力。3

结构与性能我国于1987年制订并实施GB/T 7540((橡胶护舷》国家标准，在2003年用新标准HG/T 2866替代了GB/T 7540—1987和HG/T 2866—1997，使橡胶护舷产品实现了标准化和系列化。

结构

橡胶护舷按结构分为圆筒型(CY)、半圆型(D)、超级拱型(A，sA)和超级鼓型(sc)等D]。每种结构的产品规格已经形成系列化，例如圆筒型护舷，从CYl50×L到CYl600×L共有17个规格等级。D型、A型(V型)、SA型和SC型等均各自形成相关规格系列，具体可参见HG/T 2866--2003((橡胶护舷》标准。每种结构的橡胶护舷的压缩变形量均达本体的50%以上，这个结构特点证明用其完全符合桥墩防撞装置“反力要小，变形要大”的实用要求。

性能

HG/T 2866--2003《橡胶护舷》标准对各规格橡胶护舷的力学性能已作出相应的规定。GB 50139--2004((内河通航标准》将内河航道按可通航内河船舶的吨级划分为7级(见表1)。我国两个行业标准JTG D 60—2004《公路桥涵设计通用规范》和TB 10002．1—2005《铁路桥涵设计基本规范》均提出对位于通航河流中的桥梁墩台设计时应考虑船舶或漂流物的撞击作用，并列出撞击作用的标准值(见表1)4

应用举例四川通善大桥桥墩防撞设施工程

通善大桥原是四川遂宁培江一、二桥，要求通航100吨级旅游船。通过现场勘察，知道大桥的水中桩柱均为圆形，选用艳色(黄色)圆筒型200×2500橡胶护舷作桥墩防撞装置的主要构件，将其圆周均匀布置在桩柱上，防撞装置效果图见右图。圆筒型橡胶护舷具有下列特点。

(1)圆筒型橡胶护舷被撞上时会后退(受压缩)，此时虽受力较小，变形会很大；由于护舷是圆型，其被撞的每一点都是切点，撞点能给船头一个780 kg)、贴面板(超高分子聚乙烯材质)、贴面板安装用的不锈钢螺栓、预埋螺栓(安装护舷用)、定位板(厚6 mm)，合计约15 000元。(3)安装难度大。防撞设施设计是利用定位板将橡胶护舷安装在圆弧防撞围墙上(见图3)，但会出现两端翘起现象，护舷不能紧固，必须加工有弧度的支承护舷底座，才能安装橡胶护舷，使之与圆弧防撞墙紧固，但是底座与预埋套筒的连接侧向推力使船头滑开，这是一种理想的防撞态势(见右图)。

(2)圆筒型橡胶护舷安装固定点是各类型橡胶护舷中最少的，将其配置于正在运作使用中的桥墩(旧桥墩)是较理想的防撞构件。采用创新型的紧固护舷的结构使施工过程不损伤水中桩柱的钢筋或桥墩内在结构，由于桥墩受到橡胶护舷防撞装置的合理保护，因此还会延长桥墩的使用寿命。

(3)规格为200×2500的圆筒型橡胶护舷的力学性能完全能够满足100吨级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，换算得CY200×2500的R=59.8x 2.5=149.5 kN，E=2.6 X 2.5=6.5kJ。根据GB 50139—2004所列100吨级船舶的船型宽5．5 m，那么不管船体是以横桥向还是顺桥向碰撞桥墩，都会触及两组以上的圆筒型橡胶护舷，可见其抵御船舶的撞击力是绰绰有余的。此项工程的实施得到遂宁市的好评。4