何方

摘 要：本文介紹了碼頭荷載確定和計算的方法，包括碼頭恒載的確定，堆貨荷載、運(yùn)輸機(jī)械荷載、船舶荷載、系纜力、擠靠力和撞擊力等碼頭主要荷載，可為碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計提供基礎(chǔ)資料。

關(guān)鍵詞：碼頭荷載 荷載計算 碼頭設(shè)計

1.工程概況

某1000噸級集裝箱碼頭所處河面寬度約為100m，作業(yè)區(qū)陸域范圍內(nèi)除少量農(nóng)居外，地勢平坦，該區(qū)域兩岸植被較好，雨天地表徑流造成的水土流失比較輕微，河道水流平穩(wěn)，正常水位期基本無流速，泥沙來源極少，河床來源極少，河床沖淤變化較小，河道基本穩(wěn)定。根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)計本碼頭的集裝箱吞吐量為200萬噸，過船噸位為1000噸內(nèi)河駁船，屬于III級航道。

2.碼頭結(jié)構(gòu)的選擇原則

碼頭的布置形式和結(jié)構(gòu)型式的選擇，首先需了解港口碼頭的基本需求，結(jié)合所在地域的中長期規(guī)劃，遵循“因地制宜”的基本原則，考慮經(jīng)濟(jì)性、實用性和耐久性等基本目標(biāo)，按照港口的規(guī)劃要求，預(yù)留合理負(fù)荷空間和航道浚深空間，采用科學(xué)的預(yù)測方法進(jìn)行吞吐量預(yù)測、船型預(yù)測、堆場預(yù)測和泊位預(yù)測，通過多方案比選，從安全、經(jīng)濟(jì)等多方面進(jìn)行綜合分析比較，最終確定合理的碼頭結(jié)構(gòu)形式。

3.荷載的計算

設(shè)計船型為10 0 0 t，長×寬為67.5m×10.5m，滿載吃水2.0m，結(jié)構(gòu)安全等級為二級，根據(jù)吞吐量預(yù)測計算得到1000DWT集裝箱碼頭岸線長為323 m。

3.1恒載的確定

鋼筋混凝土：γ=25 kN/m3，塊石混凝土：γ=23 kN/m3，其他指標(biāo)如表1所示。

3.2堆貨荷載

根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范》第5.1.1條和表5.1.1-2，可以確定直立式集裝箱碼頭的堆貨荷載分布如圖1和表2所示。

碼頭前沿堆貨產(chǎn)生的作用效果，計算長度L1=10m：

作用力G1=q1×L1=30×10

=300（kN/m）

力矩M1

=300×（4.5×0.5+0.344+0.195）

=836.7（KN/m.m）

3.3 運(yùn)輸機(jī)械荷載

運(yùn)輸機(jī)械荷載應(yīng)根據(jù)裝卸工藝設(shè)計進(jìn)行計算，由裝卸方案、裝卸機(jī)型以及裝卸標(biāo)重及裝卸幅值等因素決定。

（1）集裝箱裝卸橋

最大起重量40.5t，軌距16m，外伸距為21m，內(nèi)伸距為8m?；啵?7.5m，輪數(shù)：8個/腿，輪壓：350 kPa，最大裝載量為45T。

（2）軌道式龍門起重機(jī)

最大起重量40t，軌距為33m，貨物在堆場的堆存高度為6 m，臺時效率為200 t/臺時，堆場作業(yè)方式采用堆拆垛，輪壓：350 kPa。

（3）牽引車荷載

拖頭：前軸（A軸）70kN，后軸（B軸）150kN。

掛車：后軸（C軸）330kN

單輪接地面積：0.26m×0.25m；雙輪接地面積：0.52m×0.25m。3.4船舶荷載

根據(jù)規(guī)范可知，作用于碼頭結(jié)構(gòu)上的傳播荷載主要由風(fēng)和水流產(chǎn)生的系纜力、擠靠力，船舶靠岸時對結(jié)構(gòu)的撞擊力以及波浪影響下形成的船舶撞擊力組成。對于結(jié)構(gòu)后有填土的重力式碼頭，由于撞擊力和擠靠力的荷載方向為向岸傳遞，而填土的存在保障了碼頭不會發(fā)生向岸傾斜，因此可以忽略船舶撞擊力和擠靠力的計算。

（1）風(fēng)荷載的計算

根據(jù)規(guī)范要求，計算船舶上的風(fēng)荷載可以分解為與碼頭前沿線平行和垂直的兩個分力，分別為：

式中：Fxw和Fyw分別為船舶上的風(fēng)荷載分解產(chǎn)生的與碼頭前沿線平行和垂直的兩個分力（kN）；Axw和Ayw分別為船舶在兩個方向上的受風(fēng)面積（m2）；Vx和Vy則分別表示風(fēng)速在與碼頭前沿線平行和垂直的兩個分量（m/s），根據(jù)規(guī)范要求，當(dāng)船舶在超過九級風(fēng)（最大風(fēng)速V=28m/s，年平均風(fēng)速2.3 m/s）時離碼頭到錨地避風(fēng)；ζ為風(fēng)壓不均勻折減系數(shù)，推薦取值0.9。

（2）作用在船舶上的水流力的計算

根據(jù)規(guī)范要求，針對透空式系船、靠船結(jié)構(gòu)，在水流方向與船舶縱軸平行或流向角小于15°或者大于165°的情況下，水流對船舶作用產(chǎn)生的水流力可以分解為船首橫向、船尾橫向和縱向等3個方向的分力，分別由下式計算得到：

式中：Fxsc、Fxmc和Fyc分別為水流對船舶的作用力分解得到的船首橫向分力、船尾橫向分力和縱向分力（kN）；Cxsc、Cxmc和Cyc分別為三個分力的計算取值系數(shù)，可根據(jù)實際情況結(jié)合推薦表進(jìn)行插值計算得到。

（3）系纜力的計算

船舶系纜力由風(fēng)和水流等因素共同決定，特別是當(dāng)碼頭前沿水流流速較大時，這種情況下，船舶的系纜力須考慮風(fēng)與水流對船舶共同作用。與前述幾個荷載類似，船舶系纜力的計算也可以直接計算其標(biāo)準(zhǔn)值N，或者也可以分解為垂直和平行于碼頭前沿線的橫向、縱向分力，其標(biāo)準(zhǔn)值N及其分力分別可以按下式進(jìn)行計算：

式中：Nx、Ny和Nz分別為船舶系纜力在橫向、縱向和豎向上的三個分力（kN）。

4.結(jié)語

本文結(jié)合具體工程，介紹了碼頭荷載確定和計算的方法，包括碼頭恒載的確定，堆貨荷載、運(yùn)輸機(jī)械荷載、船舶荷載、系纜力、擠靠力和撞擊力等碼頭主要荷載，可為碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計提供基礎(chǔ)資料。

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