《5623695174集装箱堆场铺面结构设计方法及其存在的主要问题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《5623695174集装箱堆场铺面结构设计方法及其存在的主要问题（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、集装箱堆场铺面结构设计方法及其存在的主要问题集装箱堆场铺面结构设计方法及其存在的主要问题王守忠随着我国交通运输事业的不断发展,集装箱运输已在我国一些港口相继出现,而且应用范围也愈来愈广.根据集装箱码头装卸工艺要求,集装箱堆场除承受各种重型车量产生的动荷载外,还将承受很大的集装箱箱脚产生的集中静荷载(操作不慎也可能是冲击荷载)在一般情况下,港口地基又多为淤泥质土或吹填土,土质松软,所以,集装箱堆场的铺面结构断面较厚,耗费材料多,单方造价较高.由于一个集装箱泊位的堆场面积大多在1O万平米以上,所以建造集装箱码头堆场所需的投资很大,一般约占总投资的10-25%(不包括地基处理).例如,新港第四港池集
2、装箱堆场面积为18万多平方米,投资为2400多万元,约占该集装箱泊位总投资的9.0%左右如果设计不当,不但增加投资而且还会带来维修费用高,翻修不便,影响生产等一系列不良后果(据有关资料介绍,码头铺面年维修费用约占码头营运收入的5%25%).虽然,码头铺面结构已开始受到港口工程界的重视,但是,目前码头铺面工程尚无准则规范可循,而且基础理论也不统一,因此,探讨这方面的课题具有重大的现实意义.下面简要论述集装箱堆场的各种铺面结构型式,特点,设计方法和存在的主要问题.一.荷载作用在集装箱堆场铺面上的荷载主要有集装箱箱垛荷载,装卸机械车辆荷载,拖挂车的支轮等荷载.(一)集装箱荷载在港口中通常使用的集装箱
3、主要有两种规格,其尺寸和重量见表1.高度宽度长度最大重量额定重量名称备注(毫米)(毫米)(毫米)斤)(长吨)2438243812192壳称40英lA3048030(8)(81加1尺243824386058壳称20英.1C2032020侣1(8)(203尺在各个集装箱下底面四角处,设有箱角支承铸件,该箱角铸件突出箱底12.5毫米,当集装箱满载时,箱底纵横粱将产生6毫米的变形(允许挠度值).箱角铸件的一1一平面尺寸为:178mm162mm(165mm150ram).见图1.由于集装箱在堆场上堆放时仅箱脚四角铸件着地,因此对堆场铺面产生很大的集中荷载.表2给出按不同集装箱堆垛层数时的箱角荷载值.尉目
4、图l2O英尺箱20英尺箱层数(吨)(吨)57.5一l015.O=I522.5四2030.0作用在堆场上的集装箱堆垛平均荷载,当堆放三层时,最大为45吨/平米.从以上数据可以看出,集装箱箱垛荷载的特点是,施加在堆场铺面上的集中荷载甚大,接触应力很高,但平均荷载并不大.(=)车辆荷载1.集装箱堆场上使用的装卸机械及其荷载通常有以下几种,可根据装卸工艺要求,选用相应的车辆荷载.见表3.车辆名称荷载跨运车轮压1O12吨,压强710公斤/厘米轮胎式龙门起重机.轮压253O吨有轨式龙f1起重机轮压4O50吨正向叉车轴重60-:-90吨压强78公斤/厘米侧向叉车轮压132O吨,压强89公斤/厘米拖挂车轴重l
5、013吨,压强5公斤/厘2l挂车支轮停车时,挂车前部支在两个支腿上,支腿底部各有两个直径为225毫米,宽88毫米的刚质支轮.挂车满载时的总轮荷载为l4吨,假定没有贯人深度,接触应力可达408公斤/厘米,一般码头铺面是难以承受的.因此,有的挂车用枢轴支板取代钢质支轮,这样接触面积大为增加,一般宽150毫米,长225毫米,装载同样的重量,其接触应力将大大降低.而且,用支轮时铺面一般会留下5O毫米深的刻痕,而用枢轴支板时,铺面不留痕迹.3.侧叉车支腿为了维持稳定,侧叉车在提升集装箱时,必须放下一排千斤顶作为支腿.当处于最大工作半径时,由于悬臂大,这些支腿需要承受车重和最大载重时组和重量的7O%.车型
6、不同,千斤顶的数目也不一样,接触应力一般为O.41.3牛顿/毫米这种支腿压力虽然较支轮产生的压力小,但由于千斤顶支承板总是支承在同一位置上,故对较软的堆场铺面仍产生一定的破坏.(三)存在的问题1.集装箱实载率集装箱在堆场上是严格按照周定位置存放的,当堆放三层箱时,对某一点最不利的荷载情况是12个箱子全部满载,用此四个箱角中心点处的集中荷载来分析堆场铺面结构的应力,并选取铺面厚度.根据国外统计资料表明,集装箱达到满载的比倒较少,完全满载并达到最大荷载的集装箱且彼此叠放在一起的机率就更小,因此采用折减系数予以折减.国外有关资料介绍,当堆放一层集装箱时,实载率为1.0,二层集装箱时实载率为0.9,三
7、层集装箱时实载率为0.8,四层集装箱时实载率为O.7,五层集装箱时实载率为0.6.下面表4给出40英尺集装箱三种码垛方式,堆放l5层时的最大荷载和接触应力的数值.毛重折减系数接触应力按不同排列方式作用在铺面上的荷载箱垛层数(吨(%)牛顿/毫米公斤/厘米平面单个堆放平面成列堆放平面成块堆放1o2.592646215.2430.4821o4.6747.613:7227.7354.863206.2263.4t8.2936.s873.154307.257342l_3442.7285.345407.7779.322.8645.729l_44在表5中,给出近几年我国新建或改荷载值.建的几个集装箱码头所采用
8、的集装箱箱垛单箱重量不均匀系铺面上的接触应力设计港口名称箱垛层数实载率冲击系数备注(吨)数荷载(吨)忪斤/厘米).时间,天津新港三港池30403l_0o091上92.124o英尺箱1978上海十区5Ol2o.3231.01.1l_494.o94.95201975黄埔二期30483o8o1.4102.498.2o401981上海十区4Ol30.oo31.00090.o90.91401978上海九区30.oo3080o72.o7273401980青岛八号码头30.4038oo73.1573.7401982天津新港四港池30.4030.8oo73.1573.7401982由上可见,我国目前由于缺乏大
9、量的集装箱实载率的统计资料,所以还没有制一3一定统一的折减标准,但这将对铺面厚度有较大应响,虽然各单位已有所认识,并在1981年集装箱码头堆场设计交流会上,基本同意折减:当集装箱堆高15层时,其实载率分别为1.0,0.9,0.8,0.7,和0.6,且不在考虑冲击系数和不均匀系数但是还应及早制定部颁标准.2.冲击系数车辆在公路上行驶时,因路面不平整车辆将发生冲击和震动,致使车辆荷载比静荷载增大,因此在公路路面设计规范中规定,设计路面厚度时,对设计荷载应乘以冲击系数1.11.2.但是集装箱堆垛时因受操作规程的限制,且最不力的箱脚荷载又是在堆放最高层的箱子时出现,因此不会产生汽车在公路上行驶时的冲击
10、和震动,所以不应再考虑冲击作用.致于均匀系数,也应明确其含义并作出规定.3.集装箱底纵横梁着地问题集装箱箱脚与箱底纵横梁之间有l2,5毫米的间隙,但是集装箱受荷载后纵横梁将产生6毫米的变形,因此箱底纵横梁与堆场铺面间仅有6.5毫米的空隙,当集装箱堆场铺面稍有不平,则箱底纵横梁即与铺面接触.尤其是沥青类铺面结构,夏季气候炎热,沥青面层容易变软,箱角支承铸件板易压人堆场铺的表层.从调查国内外集装箱堆存情况看,实际上箱底纵横梁着地情况是普遍存在的,因此集装箱箱角荷载并非真正的集中荷载,而逝沿着箱底纵横梁重新分配扩散.所以应深入研究它在铺面上的分布规律,定出接近实际情况的计算图式,这对铺面结构断面,也
11、将产生较大影响.4.设计荷载及其组合问题过去我们在设计集装箱堆场铺面结构时,其设计荷载是根据装卸工艺确定的堆存情况和使用的流动起重运输机械,按其最不利的荷载进行组合.而日英等国则基-4-本上采用车辆荷载作依据.如日本根据车辆一个轮(或一个支腿)的最大荷载,接触地面的面积和接触压力等三个因素,将车辆荷载分为六大类,对于不同的铺面结构,如沥青类铺面,现浇混凝土铺面等分别制定了设计荷载.我国港口工程技术规范中尚缺乏该项内容,因此应制定统一的设计荷载标准及其组合原则.由于设计条件的不同,设计结果则相差较大,如我国天津上海等港口,集装箱码头都采用过现浇混凝土铺面,其铺面结构厚度就有差别,若按国外的荷载取
12、值及其计算方法,则相差更大.当然除设计荷载上的差别外,尚存在计算方法上的不同,但首先必须统一设计荷载,使其标准化,规格化.二.集装箱堆场铺面的种类及设计方法由于集装箱堆码方式的不同,也就是用于拆码垛的机械选型和布置的不同,对集装箱堆场铺面的要求也不一样.如跨运车装卸工艺方案,因为跨运车几乎要在堆场上到处行走,所以要求堆场铺面都需平整,而轮胎式集装箱龙门起重机和底盘车装卸方案,由于起重运输机械在规定的道路上行走,故仅对该部份铺面的平整度有较高的要求,所以应根据不同的装卸工艺要求,合理地设计铺面结构.(一)现浇混凝土铺面现浇混凝土铺面包括无筋混凝土和刚筋混凝土两种,属刚性铺面结构.它们强度高,水稳
13、性,热稳性均较好;表面光滑,耐磨性能好,抗油蚀耐高温,在强大的荷载作用下不会出现波浪起伏的变形;使用寿命长,维修费用少.但其缺点是对路基要求高,路基不均匀沉降会引起面层破损;建造的纵横向温度缝,在铺面中形成内在弱点;需用大量的水泥和一定数量的钢材;建设费用高,铺面损胡;后翻修较困难.混凝土板下一般需铺设1020厘米厚的基层,可采用泥结碎石,级配砾石,石灰石,工业废渣,水泥土等材料的基层结构.混凝土铺面结构,一般都把它看成为弹性地基上的弹性板,按照弹性力学的簿板理论进行应力分析见(图2假定板是均匀的,各向同性的,在荷载作用下,板底面和地基表面吻合而且无摩阻,板没有压缩变形)板绕曲面的微分方程为:
14、-EI式中圈2DVV()=p)一q(x)(1)v=+鲁JXv拉普拉斯算子;D:板的园柱刚度12(1一)式中:k她基反力系数.按照威斯特卡德(Westcrgard)求得的三种点型荷载情况(见图3)计算板中应力W(x,y卜板的挠度,也即地基表面的沉降;p(x,Y卜板上作用的荷载;式中q(x,YH电基反力jE.凝土的弹性模量和泊松比;h_板厚.一般均采用文克勒(E.Winkled假设,即图31.荷载作用在板中时zsc+培景2.荷载作用在板边缘时3.荷载作用在板角时max:【1h一(I_二半)(,R)(5)Ehd板的最大弯拉应力;P_车辆荷载;R轮迹面积当量园半径;H电基反力系数;h板厚;E,混凝土的弹性模量和泊松对于厚板,以上公式尚应进行修正.一5一H培+OOJJ一附由于地基反力系数假说不符合实际情况,因之有人把地基假定为均质,连续和各向同性的弹性半空间俸霍格式中(A_H.A.Hogg)根据半空间体假说,对轴对称荷载下,弹性半空间体地基上半
