碼頭受力荷載類型及其計算方法

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、運輸機械荷載、船舶荷載、系纜力、擠靠力和撞擊力等碼頭主要荷載，可為碼頭結構設計提供基礎資料。

關鍵詞：碼頭荷載 荷載計算 碼頭設計

1.工程概況

某1000噸級集裝箱碼頭所處河面寬度約為100m，作業區陸域范圍內除少量農居外，地勢平坦，該區域兩岸植被較好，雨天地表徑流造成的水土流失比較輕微，河道水流平穩，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，河道基本穩定。根據設計要求，設計本碼頭的集裝箱吞吐量為200萬噸，過船噸位為1000噸內河駁船，屬于III級航道。

2.碼頭結構的選擇原則

碼頭的布置形式和結構型式的選擇，首先需了解港口碼頭的基本需求，結合所在地域的中長期規劃，遵循“因地制宜”的基本原則，考慮經濟性、實用性和耐久性等基本目標，按照港口的規劃要求，預留合理負荷空間和航道浚深空間，采用科學的預測方法進行吞吐量預測、船型預測、堆場預測和泊位預測，通過多方案比選，從安全、經濟等多方面進行綜合分析比較，最終確定合理的碼頭結構形式。

3.荷載的計算

設計船型為10 0 0 t，長×寬為67.5m×10.5m，滿載吃水2.0m，結構安全等級為二級，根據吞吐量預測計算得到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，其他指標如表1所示。

3.2堆貨荷載

根據《港口工程荷載規范》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 運輸機械荷載

運輸機械荷載應根據裝卸工藝設計進行計算，由裝卸方案、裝卸機型以及裝卸標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，內伸距為8m。基距：17.5m，輪數：8個/腿，輪壓：350 kPa，最大裝載量為45T。

（2）軌道式龍門起重機

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

根據規范可知，作用于碼頭結構上的傳播荷載主要由風和水流產生的系纜力、擠靠力，船舶靠岸時對結構的撞擊力以及波浪影響下形成的船舶撞擊力組成。對于結構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）風荷載的計算

根據規范要求，計算船舶上的風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分別為船舶上的風荷載分解產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面積（m2）；Vx和Vy則分別表示風速在與碼頭前沿線平行和垂直的兩個分量（m/s），根據規范要求，當船舶在超過九級風（最大風速V=28m/s，年平均風速2.3 m/s）時離碼頭到錨地避風；ζ為風壓不均勻折減系數，推薦取值0.9。

（2）作用在船舶上的水流力的計算

根據規范要求，針對透空式系船、靠船結構，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，可根據實際情況結合推薦表進行插值計算得到。

（3）系纜力的計算

船舶系纜力由風和水流等因素共同決定，特別是當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準值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，其標準值N及其分力分別可以按下式進行計算：

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.結語

本文結合具體工程，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、運輸機械荷載、船舶荷載、系纜力、擠靠力和撞擊力等碼頭主要荷載，可為碼頭結構設計提供基礎資料。

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