码头受力荷载类型及其计算方法

何方

摘 要：本文介绍了码头荷载确定和计算的方法，包括码头恒载的确定，堆货荷载、运输机械荷载、船舶荷载、系缆力、挤靠力和撞击力等码头主要荷载，可为码头结构设计提供基础资料。

关键词：码头荷载 荷载计算 码头设计

1.工程概况

某1000吨级集装箱码头所处河面宽度约为100m，作业区陆域范围内除少量农居外，地势平坦，该区域两岸植被较好，雨天地表径流造成的水土流失比较轻微，河道水流平稳，正常水位期基本无流速，泥沙来源极少，河床来源极少，河床冲淤变化较小，河道基本稳定。根据设计要求，设计本码头的集装箱吞吐量为200万吨，过船吨位为1000吨内河驳船，属于III级航道。

2.码头结构的选择原则

码头的布置形式和结构型式的选择，首先需了解港口码头的基本需求，结合所在地域的中长期规划，遵循“因地制宜”的基本原则，考虑经济性、实用性和耐久性等基本目标，按照港口的规划要求，预留合理負荷空间和航道浚深空间，采用科学的预测方法进行吞吐量预测、船型预测、堆场预测和泊位预测，通过多方案比选，从安全、经济等多方面进行综合分析比较，最终确定合理的码头结构形式。

3.荷载的计算

设计船型为10 0 0 t，长×宽为67.5m×10.5m，满载吃水2.0m，结构安全等级为二级，根据吞吐量预测计算得到1000DWT集装箱码头岸线长为323 m。

3.1恒载的确定

钢筋混凝土：γ=25 kN/m3，块石混凝土：γ=23 kN/m3，其他指标如表1所示。

3.2堆货荷载

根据《港口工程荷载规范》第5.1.1条和表5.1.1-2，可以确定直立式集装箱码头的堆货荷载分布如图1和表2所示。

码头前沿堆货产生的作用效果，计算长度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 运输机械荷载

运输机械荷载应根据装卸工艺设计进行计算，由装卸方案、装卸机型以及装卸标重及装卸幅值等因素决定。

（1）集装箱装卸桥

最大起重量40.5t，轨距16m，外伸距为21m，内伸距为8m。基距：17.5m，轮数：8个/腿，轮压：350 kPa，最大装载量为45T。

（2）轨道式龙门起重机

最大起重量40t，轨距为33m，货物在堆场的堆存高度为6 m，台时效率为200 t/台时，堆场作业方式采用堆拆垛，轮压：350 kPa。

（3）牵引车荷载

拖头：前轴（A轴）70kN，后轴（B轴）150kN。

挂车：后轴（C轴）330kN

单轮接地面积：0.26m×0.25m；双轮接地面积：0.52m×0.25m。3.4船舶荷载

根据规范可知，作用于码头结构上的传播荷载主要由风和水流产生的系缆力、挤靠力，船舶靠岸时对结构的撞击力以及波浪影响下形成的船舶撞击力组成。对于结构后有填土的重力式码头，由于撞击力和挤靠力的荷载方向为向岸传递，而填土的存在保障了码头不会发生向岸倾斜，因此可以忽略船舶撞击力和挤靠力的计算。

（1）风荷载的计算

根据规范要求，计算船舶上的风荷载可以分解为与码头前沿线平行和垂直的两个分力，分别为：

式中：Fxw和Fyw分别为船舶上的风荷载分解产生的与码头前沿线平行和垂直的两个分力（kN）；Axw和Ayw分别为船舶在两个方向上的受风面积（m2）；Vx和Vy则分别表示风速在与码头前沿线平行和垂直的两个分量（m/s），根据规范要求，当船舶在超过九级风（最大风速V=28m/s，年平均风速2.3 m/s）时离码头到锚地避风；ζ为风压不均匀折减系数，推荐取值0.9。

（2）作用在船舶上的水流力的计算

根据规范要求，针对透空式系船、靠船结构，在水流方向与船舶纵轴平行或流向角小于15°或者大于165°的情况下，水流对船舶作用产生的水流力可以分解为船首横向、船尾横向和纵向等3个方向的分力，分别由下式计算得到：

式中：Fxsc、Fxmc和Fyc分别为水流对船舶的作用力分解得到的船首横向分力、船尾横向分力和纵向分力（kN）；Cxsc、Cxmc和Cyc分别为三个分力的计算取值系数，可根据实际情况结合推荐表进行插值计算得到。

（3）系缆力的计算

船舶系缆力由风和水流等因素共同决定，特别是当码头前沿水流流速较大时，这种情况下，船舶的系缆力须考虑风与水流对船舶共同作用。与前述几个荷载类似，船舶系缆力的计算也可以直接计算其标准值N，或者也可以分解为垂直和平行于码头前沿线的横向、纵向分力，其标准值N及其分力分别可以按下式进行计算：

式中：Nx、Ny和Nz分别为船舶系缆力在横向、纵向和竖向上的三个分力（kN）。

4.结语

本文结合具体工程，介绍了码头荷载确定和计算的方法，包括码头恒载的确定，堆货荷载、运输机械荷载、船舶荷载、系缆力、挤靠力和撞击力等码头主要荷载，可为码头结构设计提供基础资料。

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[2]陈文龙，李小烜.荷载作用下码头桩基承载特性计算分析[J]. 珠江水运，2016，（01）：76-77.

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