Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Нарушение режима эксплуатации морских портов в условиях тягуноопасных явлений 8
1.1. Явление тягуна на акваториях морских портов 8
1.2. Нарушение режима эксплуатации порта Туапсе в результате воздействия тягуна 12
1.3. Повреждения судов и причальных сооружений в порту Туапсе при тягуноопасных ситуациях 17
1.4. Современное состояние морских портов России и перспективы строительства новых портовых акваторий в тягуноопасных районах 25
Выводы по главе I 37
Глава II. Формирование низкочастотных колебаний, вызывающих явление тягуна на портовых акваториях 39
2.1. Теоретические, лабораторные и натурные исследования низкочастотных колебаний на портовых акваториях 39
2.2. Исследования колебаний пришвартованных судов 47
2.3. Методы расчета элементов ветровых волн на глубокой воде 50
2.4. Формирование и расчет низкочастотных колебаний в поле ветровых волн в открытом море и на подходах к порту 61
2.5. Расчет параметров низкочастотных колебаний на акватории порта 66 Выводы по главе II 72
Глава III. Расчет и прогноз тягуноопасных колебаний на защищенной акватории (на примере порта Туапсе) 73
3.1. Условия образования тягуноопасных колебаний на акватории порта Туапсе 73
3.2. Методика расчета параметров тягуноопасных колебаний у причалов порта 83
3.3. Методика расчета нагрузок от судов на швартовые концы при тягуноопасных ситуациях 89
Выводы по главе III 91
Глава IV. Натурные исследования технического состояния причальных амортизационных устройств 92
4.1. Методические и технические средства натурных испытаний причальных амортизационных устройств 92
4.2. Натурные испытания причальных амортизационных устройств Д1000 96
4.3. Методика наблюдений за техническим состоянием причальных сооружений и амортизационных устройств в условиях эксплуатации 102
4.4. Результаты наблюдений за техническим состоянием амортизационных устройств в порту Туапсе 105 Выводы по главе IV 108
Глава V. Мероприятия по снижению риска повреждений судов и причальных сооружений при тягуне 110
5.1. Предотвращение и снижение интенсивности тягуноопасных колебаний на защищенной акватории 110
5.2. Рекомендации по рациональным схемам швартовки судов при тягуноопасных ситуациях 112
5.3. Рекомендации по оборудованию причальных сооружений амортизационными устройствами 122
Заключение 126
Список литературы
- Нарушение режима эксплуатации порта Туапсе в результате воздействия тягуна
- Формирование и расчет низкочастотных колебаний в поле ветровых волн в открытом море и на подходах к порту
- Методика наблюдений за техническим состоянием причальных сооружений и амортизационных устройств в условиях эксплуатации
- Рекомендации по рациональным схемам швартовки судов при тягуноопасных ситуациях
Введение к работе
Актуальность проблемы. В ряде морских портов, причальный фронт которых располагается на защищенных от волнения акваториях, при определенных условиях наблюдаются периодические колебания находящихся на акватории судов. Грузовые и пассажирские операции при таких ситуациях прекращаются, суда, по возможности, выводятся за пределы акватории, работа порта на некоторое время парализуется.
Наибольшую опасность эти колебания представляют для судов, пришвартованных к причальным стенкам, так как при больших амплитудах колебаний нагрузка на швартовные концы оказывается больше допустимой. В результате наблюдаются обрывы швартовых и повреждения как корпуса судна, так и причального сооружения.
В портах Черного моря данное явление получило название «тягун».
Масса воды, находящаяся в портовой акватории, колеблется практически всегда. Подвижки и колебания судов, обусловленные данным явлением и являются динамическим индикатором состояния водной массы.
Вместе с тем, не смотря на значительные усилия ученых различных стран в течение последних пятидесяти лет, вопрос возникновения и прогнозирования тягуна в морских портах все еще остается недостаточно изученным. Единой научно обоснованной теории, объясняющей физические причины возникновения тягуна до настоящего времени не существует. Инженерные методы расчета, позволяющие получить количественные характеристики тягуноопас-ных явлений, также недостаточно обоснованы.
Исследования, направленные на объективный и правильный учеттягуно-опасных явлений приобретают еще большую актуальность в связи со строительством новых портовых акваторий в Черноморском и Дальневосточном бассейнах, предусмотренных подпрограммой «Морской транспорт» Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России. 2002-2010 гг.».
Актуальность работы не ограничивается ее практической значимостью. Результаты выполненных исследований имеют вполне определенное научное значение: они позволяют понять и уточнить особенности физической природы тягуноопасных явлений, описать процесс их формирования на порто-
вой акватории, а также процесс взаимодействия с корпусами ошвартованных судов.
Объектом исследования является оперативное прогнозирование тягу-ноопасных явлений на акваториях морских портов, разработка мероприятий по повышению эффективности эксплуатации морских портов в условиях тягуно-опасных явлений, а также снижению риска повреждений причальных сооружений и ошвартованных судов.
Цель и задачи исследований. Цель работы - разработка метода оперативного прогноза тягуноопасных явлений на акватории морского порта и расчет параметров тягуноопасных колебаний у конкретных причалов различного технологического назначения.
Основные задачи работы состояли в следующем:
Рассчитать параметры и режимные характеристики типовых штормовых ситуаций, вызывающих тягуноопасные явления на акватории порта Туапсе;
разработать методику расчета параметров тягуноопасных колебаний в конкретных точках акватории порта;
разработать методику расчета нагрузок от судов на швартовые концы при тягуноопасных ситуациях;
провести натурные испытания причальных амортизационных устройств;
разработать рекомендации по предотвращению и снижению риска повреждений причальных сооружений и ошвартованных судов при тягуноопасных ситуациях.
Методы исследований. В процессе работы использовались результаты комплексных теоретических, натурных и лабораторных исследований морских низкочастотных волн, выполненных как в нашей стране, так и за рубежом.
Причальные сооружения в совокупности с отбойными устройствами, швартовными приспособлениями и ошвартованными судами рассматриваются в настоящей работе как полномасштабные модели, лишенные недостатков, присущих их прототипам в гидравлических лабораториях.
Научная новизна работы:
- рассчитаны параметры и вероятностные характеристики штормо-
„ вых ситуаций, вызывающих явление тягуна на восточном побере
жье Черного моря;
предложены зависимости для определения параметров тягунопас-ных колебаний в различных районах портовой акватории;
разработана методика расчета нагрузок от судов на швартовые концы при тягуноопасных ситуациях;
разработаны рекомендации по рациональным схемам швартовки судов при тягуноопасных ситуациях и оборудованию причальных сооружений амортизационными устройствами.
Практическая значимость и внедрение результатов работы.
В соответствии с предлагаемыми методами расчета ФГУП «Союзморни-ипроект» разработан атлас оперативного прогноза тягуноопасных ситуаций на акватории морского торгового порта Туапсе, используемый портовыми надзорными органами для принятия решений о прекращении грузовых или швартовных операций, а также необходимости отвода судов от причалов. *
Предложены рациональные схемы швартовки судов при тягуне.
На основании рекомендаций по снижению риска воздействия тягуноопасных ситуаций в 1998-2000 г.г. выполнена работа по оборудованию причальных сооружений порта Туапсе амортизационными устройствами Д1000.
Основные научные результаты могут быть использованы при дальнейших исследованиях тягуноопасных явлений на акваториях морских портов.
Научная обоснованность результатов работы подтверждается:
использованием результатов современных отечественных и зарубежных исследований процесса формирования тягуноопасных явлений;
привлечением достоверного массива натурных данных о параметрах и вероятностных характеристиках экстремальных штормов на акватории Черного моря;
привлечением обширного фактического материала, характеризующего работу отбойных устройств при воздействии тягуна;
применением методов теории вероятностей, подобия и размерностей;
результатами внедрения полученных соотношений в практику проектирования, строительства и эксплуатации морских портов.
Апробация работы. Работы автора были представлены или доложены им лично:
на международной конференции "Человечество и береговая зона Мирового океана в 21 веке". Москва, 4-5 февраля 2000 г.;
научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Московской Государственной Академии Водного Транспорта в 1999, 2000, 2001, 2003 и 2005 гг.
Результаты работы также докладывались автором и обсуждались на заседаниях гидротехнической секции НТС Союзморниипроекта в 2000-2005 гг. и ежегодных всероссийских совещаниях по вопросам технического контроля портовых гидротехнических сооружений в 1995-2005 гг.
Публикации: По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, написанные как лично автором, так и в соавторстве.
На защиту выносятся следующие положения диссертации:
прогностические карты условий образования тягуноопасных явлений на акватории порта Туапсе;
методика расчета параметров тягуноопасных колебаний у причалов порта;
методика расчета нагрузок от судов на швартовые концы при тягуноопасных ситуациях.
Нарушение режима эксплуатации порта Туапсе в результате воздействия тягуна
Наиболее частое и интенсивное воздействие тягуна в порту Туапсе наблюдалось до 70-х годов 20-го века. Пассажирские суда Крымско-Кавказской экспрессной линии регулярно вынуждены были прекращать посадку и высадку пассажиров и выходить из акватории порта.
Ежегодный ущерб Туапсинского морского торгового порта в результате потерь рабочего времени в результате воздействия тягуна составлял 300-400 тыс. руб. (в ценах 1961 года).
Известный русский инженер-гидротехник профессор Н.Н. Джунковский отмечал [1]: «Должен сказать, что явление это весьма неприятное и опасное, которое в ряде портов затрудняет работу. Нефть, которую мы продаем иностранцам, обходится им даром, в результате штрафов за простои...».
Основными этапами, существенно снизившими тягуноопасность Туапсинского порта являлись перекрытие, по рекомендации академика В.В. Шулей-кина, в начале 60-х годов входных ворот в старый порт (акваторию судоремонтного завода), реконструкция в 60-70-х г.г. широкого мола (сухогрузного района) и строительство нефтепирса. Строительство этих сооружений сплошной конструкции и длиной порядка 800 м расчленило акваторию порта на три части и, таким образом, существенно снизило амплитуду тягуноопасных колебаний.
Наиболее частое и интенсивное воздействие тягуна в порту Туапсе наблюдалось до 70-х годов 20-го века. Пассажирские суда Крымско-Кавказской экспрессной линии регулярно вынуждены были прекращать посадку и высадку пассажиров и выходить из акватории порта.
Известны десятки случаев повреждения корпусов судов и причальных сооружений порта. Так, в феврале 1958 г. в результате подвижек судна «Сухона» значительные повреждения получили и судно и причал.
В конце ноября 1964 г. греческое судно вынуждено было прекратить операции и с большим трудом выйти за пределы акватории порта. При этом как судно, так и причал получили значительные повреждения.
Особенно опасное воздействие тягун проявляет на суда, лишенные возможности отхода от причала. Также в конце ноября 1964 г. танкер «Труд» с неработоспособным главным двигателем и балластом 16 тыс. т стоял у причала судоремонтного завода. Учитывая штормовой период года и возможность возникновения тягуна, швартовка судна была выполнена с повышенными предосторожностями - на берег было подано по 9 швартовых концов с носа и кормы: два 8-ми дюймовых капроновых, два 28 мм стальных и пять 12-ти дюймовых манильских.
О выводе судна с неработающим главным двигателем из акватории не могло быть и речи. Было принято решение бороться с тягуном. Весь экипаж непрерывно сращивал лопнувшие" швартовы. Испытывая значительные горизонтальные подвижки судно держалось у причала одновременно на 14-18 концах, среди которых был и «понедельник» - наиболее крепкий, продержавшийся более часа, манильский трос толщиной 16 дюймов. В результате натяжения толщина капроновых тросов уменьшалась в 2-3 раза. Наконец было принято решение затопить судно. После четырехчасовой работы всех насосов танкер сел на грунт у причальной стенки. В общей сложности, с риском для жизни, борьба команды с тягуном потребовала колоссального напряжения сил и продолжалась двое суток. При этом был использован полностью весь запас швартовых.
Повреждения надводных и подводных частей причальных сооружений в результате аварийных навалов судов при тягуне наблюдаются во всех районах порта Туапсе: нефтеналивном, сухогрузном, пассажирском. Так, угроза повреждений подводных частей сооружений при тягунооласных явлениях имеет место на причалах № 5, 12а.
Причал № 12а, в прошлом использовавшийся для судоремонта, имеет особенности конструкции в виде выноса подводной части массивовой кладки за лицевую грань надстройки, что создает угрозу навала судна в подводной зоне.
Причал № 5 нефтепирса, предназначенный для обработки нефтеналивных судов водоизмещением до 50 тыс. тонн, имеет значительные отклонения стенки из металлического шпунта Ларсен-5 от вертикали. В связи с этим подводная часть стенки на отдельных участках причала выходит за линию кордона в сторону акватории до 600 мм. Указанный дефект создает условия навала судна на шпунтовую стенку, что приводит к аварийным ситуациям при выполнении швартовных и грузовых операций.
.В процессе обследования причала № 5 нефтепирса отмечен особый случай на двух участках длиной 40 и 30 м, где зафиксированы отклонения шпунтовой стенки от вертикали, создающие угрозу взаимодействия корпуса судна со шпунтовой стенкой в подводной части на отметках от -11.0 до -6.0 м. Наибольшее значение отклонения шпунтовой стенки от вертикали составили на указанных участках 8.6 и 7.7% при предельно допустимом значении 2%.
До 1997 г. причалы № 3 - 6 нефтепирса были оборудованы отбойными устройствами типа АЗДЗОО, изготовленными из автопокрышек и резиновых труб Д300, и не обладающими достаточной энергоемкостью для поглощения кинетической энергии швартующихся крупнотоннажных танкеров водоизмещением до 50 тыс. т. В 1997 г. на причалах № 3 - 6 были установлены амортизационные устройства Д1000 в соответствии с рекомендациями, разработанными автором.
Причалы № 1 и 2, предназначенные для обработки нефтеналивных судов водоизмещением 64 и 21 тыс. т соответственно, представляют собой эстакады на центрифугированных железобетонных сваях-оболочках диаметром 1.60 м с верхним строением из преднапряженных железобетонных плит и бортовых балок, уложенных по сборным железобетонным ригелям.
Формирование и расчет низкочастотных колебаний в поле ветровых волн в открытом море и на подходах к порту
По мнению подавляющего большинства ученых причиной возникновения явления тягуна на защищенных акваториях являются низкочастотные волны, распространяющиеся и штормовых зон в открытом море [1, 26, 36, 54].
Обнаруженные Ю.М.Крыловым, В.В.Кузнецовым и С.С.Стрекаловым [33] две основные системы в поле ветровых волн позволяют объяснить генерирование таких низкочастотных колебаний как результат нелинейного взаимодействия резонансной и дорезонансной систем волн.
Теория формирования низкочастотных колебаний на глубокой воде подробно рассмотрена в [12]. Согласно этой теории под воздействием поля постоянного ветра в открытом море при определенных условиях развиваются две системы ветровых волн: резонансная, с фазовой скоростью, равной скорости ветра, и до-резонансная с меньшей, монотонно возрастающей фазовой скоростью. В энергетическом спектре ветрового волнения этим системам соответствуют два максимума.
На поздней стадии развития ветрового волнения энергия резонансной и дорезонансной систем соизмеримы. Для одновременного развития двух систем в поле ветровых волн необходимо выполнение следующих условий: во-первых, ветровой поток должен быть устойчивым и значительным по скорости в течение длительного времени, во-вторых длина разгона должна быть не менее 100 км.
На развитие систем волн оказывают влияние особенности температурной стратификации в пограничном слое воздуха, шероховатость водной поверхности и ряд других факторов. Поэтому, даже при. выполнении перечисленных выше условий одновременное развитие двух систем волн происходит не всегда.
На поздней стадии развития резонансной и дорезонансной систем волн соответствующие им частоты становятся близкими. В этом случае нелинейное взаимодействие между двумя системами приводит к образованию низкочастотных колебаний с периодом порядка одной минуты.
Поскольку для развития обеих систем требуются указанные выше условия, то низкочастотные колебания перед портом, а следовательно и тягун в порту возникают, как правило, при сильном и устойчивом поле ветра над обширной акваторией. Количественные оценки элементов низкочастотных колебаний в зависимости от параметров ветровых волн в том случае, когда эти возникают в результате нелинейного взаимодействия резонансной и дорезонансной систем волн на глубокой воде получены в работах [12, 33].
В работе [56] выполнено решение гидродинамической задачи о нелинейном взаимодействии систем регулярных прогрессивных плоских волн с частотами у, , їй J (tfj й 2) и амплитудами or,, а2, распространяющихся в одном направлении.
Согласно основной рабочей гипотезе эти системы волн в результате нелинейного взаимодействия формируют низкочастотные колебания с частотой у, -а2.
В результате выполненного в работе [56] решения было установлено, что высота низкочастотных колебаний связана с элементами исходных волн зависимостью Формулы {2.4.1)-(2.4.4) представляют собой результаты решения гидродинамической задачи для регулярных волн.
Поскольку системы ветровых волн относятся к категории нерегулярных с узким спектром, авторами [3, 5, 6, 7, 8]. установлены связи между элементами регулярных и нерегулярных волн. С учетом того, что значения высот обеих систем на поздних стадиях развития волн имеют один порядок величины (ht А,), формулы для расчета элементов низкочастотных колебаний при регулярном волнении на глубокой воде представлены в виде:
Формулы (2.4.6)-(2.4.7) являются основными оценочными соотношениями разработанной в [33] физической теории формирования низкочастотных колебаний в поле ветровых волн на глубокой воде.
Далее, в результате решения гидродинамической задачи о взаимодействии прогрессивных волн в условиях конечной глубины моря d [33], было получено выражение для расчета высоты низкочастотных колебаний конкретной точке прибрежной зоны с заданной глубиной:
Полученные соотношения были сопоставлены с данными натурных низкочастотных колебаний и элементов ветровых волн в портах Туапсе, Южно-Курильск и прилегающих к ним районах. Наиболее полными и корректными являются результаты натурного эксперимента, выполненного сотрудниками Морского гидрофизического института на подходах к порту Туапсе. Низкочастотные колебания измеряли волнографон Ван-Дорна, ветровые волны - с помощью датчика ГМ-16, установленного на глубине 11 м. Анализ результатов натурных измерений, выполненный С.С.Стрекаловым [1], позволил установить функциональные связи между элементами низкочастотных колебаний и ветровых волн, представленные в виде
Здесь функция у/, учитывающая влияние относительной глубины моря на высоту низкочастотных колебаний, неизвестна. Значение этой функции стремиться к единице при неограниченном возрастании безразмерной глубины / г
Числовые значения коэффициентов а=\\.% и Р \2, найденные по данным измерений ветровых волн на глубокой воде в районе Нефтяных камней на Каспийском море, [1] подтверждают справедливость расчетных формул (2.4.6)-(2.4.7).
Методика наблюдений за техническим состоянием причальных сооружений и амортизационных устройств в условиях эксплуатации
Наблюдения за состоянием причальных сооружений и амортизационных устройств производят для выявления влияния условий эксплуатации на работоспособность причалов и физико-механические характеристики амортизаторов, заданные зависимостями «нагрузка-деформация» и «деформация-энергопоглощаемость».
В задачи исследований входят; оценка естественных условий района расположения причалов; анализ опыта работы амортизаторов в производственных условиях; определение причин повреждений причалов и амортизаторов, изменения первоначальных характеристик амортизаторов в зависимости от условий эксплуатации,
В период опытной эксплуатации амортизаторов необходимо производить систематические наблюдения за поведением опытной партии амортизаторов на причалах порта, анализ случаев повреждения причальных сооружений, резиновых элементов амортизаторов и системы их крепления в результате аварийных происшествий; комплексный анализ материалов испытаний.
В состав естественных факторов и процессов, воздействие которых может привести к изменениям физико-химических свойств и характеристик резиновых амортизаторов входят: температурный режим окружающей среды; солнечное излучение; агрессивное влияние метеоосадков и брызгообразований морской воды; природные факторы, влияющие на поведение пришвартованных судов, в первую очередь, такие как тягуноопасные колебания водных масс портовой акватории. Источником сведений для количественной оценки указанных факторов и обусловленных ими процессов являются материалы гидрологических, метеорологических и климатологических наблюдений гидрометеорологической службы.
Основными производственными факторами, влияющими на износ, изменение свойств и характеристик, механические повреждения или разрушение амортизаторов являются: интенсивность работы причального сооружения; характеристика обслуживаемых судов.
Амортизаторы предварительно маркируют и подвергают тщательному обследованию с целью определения их фактических показателей, а также для выявления дефектов, обусловленных нарушением технологии изготовления или полученных до начала испытаний в процессе транспортировки и хранения. В состав наблюдений за техническим состоянием причальных сооружений и амортизационных устройств входит накопление данных: о типе, размере-ниях и конструктивных особенностях принятых и обработанных у причала судов, состоянии их загрузки, о схемах и характеристиках их взаимодействия с сооружением при швартовке, стоянке и в процессе выполнения погрузочно-разгрузочных операций; о числе, расположении, величине и виде деформаций резиновых амортизаторов; о гидрометеоусловиях, включая особые случаи, такие как явление тягуна; о роде перерабатываемых на причале грузов с анализом их химического и механического воздействия на установленные амортизаторы и систему их крепления.
В процессе эксплуатации особое внимание уделяют случаям повреждения причальных сооружений и амортизационных устройств, возникших в результате аварийных ситуаций или вследствие неблагоприятного сочетания естественных факторов и их воздействий. Анализируются характер полученных дефектов и разрушений, обстоятельства и причины их возникновения.
Причальные амортизационные устройства необходимо подвергать осмотрам не реже одного раза в месяц. При этом на основании анализа данных регулярных наблюдений и результатов осмотра выделяют на причалах зоны повышенной интенсивности воздействия естественных и производственных факторов, оценивают результаты их влияния на состояние амортизаторов и систему их крепления, назначают контрольные образцы для повторных испытаний.
По результатам наблюдений за техническим состоянием причальных сооружений и амортизационных устройств выполняют анализ их технического состояния, включающий в себя: 1. Цели, задачи и методы обследований. 2. Анализ естественных условий района испытаний с характеристикой температурного, ветрового, гидрологического, режимов акватории, с указанием числа солнечных дней за рассматриваемый период. 3. Обобщение опыта работы причальных сооружений, амортизационных устройств и систем их крепления, анализ их исходных и конечных состояний, тенденций и причин изменения характеристик, обстоятельств аварийных повреждений. 4. Заключение с рекомендациями и техническими решениями по обеспечению оптимальных условий эксплуатации причальных сооружений и амортизационных устройств.
Методические основы и требования к выполнению наблюдений за техническим состоянием причальных сооружений изложены в РД 31.35.10-86 «Правила технической эксплуатации портовых сооружений и акваторий» и РД 31.3.3-97 «Руководство по техническому контролю гидротехнических сооружений морского транспорта».
Рекомендации по рациональным схемам швартовки судов при тягуноопасных ситуациях
К третьему направлению предотвращения последствий тягуноопасных явлений относятся мероприятия по снижению вероятности возникновения резонанса колебаний судна и портовой акватории путем применения рациональных схем швартовки.
Внешнее проявление тягуна в порту характеризуется возникновением ритмичного возвратно-поступательного движения пришвартованных к причалам судов. Эти перемещения совершаются по сложной замкнутой криволинейной траектории.
На механизм движения судов при тягуне влияние оказывают три фактора: волнение, ветер и течение.
Дополнительным фактором, действующим на движение судна в период тягуна, является влияние швартовов, так как длина пути, совершаемого судном, зависит от интенсивности тягуна. В то же время, находясь в зависимости и от количества швартовных тросов, длина пути ограничена их слабиной. Свободное судно совершает путь, равный средней скорости на период его движжения.
Роль швартовов при этом сводится к действию регулятора движения, характеризуемого количеством заведенных с противоположных сторон концов. Попеременно возникающие в швартовах упругие напряжения зависят одновременно от общего веса каждой группы концов, их податливости на растяжение, слабины и способа швартовки.
Исходя из того, что период собственных колебаний ошвартованного судна зависит в комплексе от его размеров, характеристик отбойных устройств, жесткости, натяжения и взаиморасположения швартовов, разработаны рекомендации, относящиеся к способам швартовки: к схеме подачи и качеству швартовных тросов и типу амортизационных устройств, т. е. осуществляется не борьба с самим тягуном, а принимаются меры для предотвращения аварийных случаев.
При выборе метода и средств крепления к причалу следует учитывать, что колебания судна на швартовах имеют нелинейный характер. В начальной стадии процесса, когда подвижки и растяжение тросов малы, причем последние хорошо надраены, проявление нелинейности столь незначительно, что ее можно не учитывать. Когда возрастающая амплитуда превзойдет некоторую малую величину, с увеличением растяжения тросов начнет оказываться нелинейность этой характеристики. Кроме того, швартовы, «работающие» в сторону, противоположную смещению судна, будут ослабевать и провисать. Оба эти фактора определят нелинейность колебаний системы, что, в свою очередь, приведет к появлению новых резонансных областей. Подобное положение возможно и на начальных стадия «раскачки», если швартовные концы держатся со слабиной, провисают.
Чем сильнее оказывается нелинейный характер системы судно - швартовы, тем более вероятно возникновение резонанса. Именно это делает более предпочтительным использованием слабо растяжимых тросов.
Полученные в результате натурных наблюдений данные указывают на отсутствие закономерной зависимости изменения периодов собственных колебаний ошвартованных судов от их размеров, если при этом не учитывается жесткость и схема заводки тросов. Как уже указывалось, эти факторы действуют в комплексе. Следовательно, комплексными должны быть и методы предотвращения тягуна.
В общем случае рекомендуются следующие меры: использовать в качестве швартовов одинаковые по всем характеристикам тросы; принимать специальную схему расположения швартовов в условиях возможного возникновения резонансных колебаний (рис. 5.1).
Швартовы должны обеспечивать надежную стоянку судна у причала при воздействии на него длиннопериодных волн, ветра и течения. Чем крупнее судно, тем большую нагрузку воспринимают швартовы. У крупнотоннажного судна нагрузка на швартовы при ветре силой 10—11 баллов составляет более 1000 кН. Она увеличивается еще на несколько сотен кН в случае, если у причала действует течение. Действие длиннопериодных волн увеличивает нагрузку на швартовы многократно. Такие нагрузки невозможно скомпенсировать увеличением прочности швартовов и их числа. Необходимо использовать соответствующие рациональные схемы швартовки и специальные технические устройства.
При выборе мест крепления швартовов следует учитывать, что относительные усилия, воспринимаемые швартовами, зависят от их направления относительно судна и причала, т. е. от горизонтальных и вертикальных углов, которые швартовы составляют с диаметральной плоскостью судна и горизонтом. Особенно неблагоприятно влияет на эксплуатацию швартовов большая разница по высоте точек их закрепления на судне и причале.
Так, при видимом угле наклона швартова к горизонту в 50—60 его держащая сила уменьшается примерно в 2 раза. Поэтому не рекомендуется, чтобы этот угол превышал 55. На высокобортных судах швартовные устройства целесообразно располагать на более низких палубах либо в специальных швартовных нишах. Горизонтальные углы между диаметральной плоскостью судна и направлением швартова должны находиться в пределах 20—50.
Ниже приводятся рекомендуемые оптимальные схемы заводки швартовов в зависимости от их числа и от направления преобладающих сил, действующих на судно. На рис. 5.2 приведены схемы заводки швартовов для случая, когда равновероятно воздействие на судно внешней силы как в продольном, так и поперечном направлениях. При преобладающем воздействии внешней силы вдоль диаметральной плоскости судна рекомендуется заводка восьми швартовов, показанная на рис. 5.3.
