国际海运码头的PLaquemines Parish煤运中转站南码头建于1982年,座落在密西西比河西岸,距新奥尔兰约60公里处。该码头能接纳从1.3万吨远洋驳到十五万吨级散货船。为使码头维修量降至最低,码头上部结构采用预应力混凝土,基础采用钢管桩。鉴于码头上只供人员出入,设计采用了不设码头面板的桁架结构(即明板结构)。这种结构型式,混凝土用量很少,同时可以大量预制,使桩上所受恒荷载最大限度地减小。
船舶的靠泊挤靠力主要产生水平荷载,在码头前沿安装的高效能压曲型护舷使这种水平荷载降至最低限度,这种护舷系由Seibu公司制造的TTV型构件。为了使护舷传到单桩上的反力很小,上部结构设计为一个水平桁架,这样,作用于桩的水平力由许多桩共同承受:斜桩的斜度控制在1:8,桩的柔性相当好,这就更改善了船舶挤靠力的传递和分布。
这种轻微的倾斜几乎对桩的竖直承载力没有多大影响。自然,斜桩是用来既承担竖直荷载又承担水平荷载,因为码头没有直桩。
得克萨斯州的Exxon Bavtown炼油厂,情况则大不相同。它的一号码头建于1921年,至1947年扩建时,在2万吨级的码头岸壁上安装一种新型的钢弹性护舷系统。到1982年这种护舷已残旧不堪,而码头又需停靠4.7万吨散货船和驳船。由于码头前沿疏浚加深,加之近年来码头上部结构上恒荷载的增加,基础状况又不明,使得新的护舷系统不能对码头产生任何荷载。
过去的25年,贝顿(Baytown>地区的地面沉降超过了3.0米多,码头面更接近水面,使护舷系统的竖向使用范围相对变小。在新型护舷的选择上还受到码头航道对护舷设施突出距离的限制,和当护舷损坏更新时,必须保证码头正常作业及船舶安全靠泊的要求。
HPA公司确定的最佳方案,是使用一种木护面的钢架结构,该钢架沿码头全长布置,架在橡胶护舷上。这种压曲型橡胶护舷由摩尔斯橡胶生产公司(Morse Rub-ber Products Co)专门制造,它依次支撑在扭曲的托架上,扭曲托架固定于新打的垂直钢桩上,垂直钢桩又与新打的斜桩固定在一起。所有的直桩沿纵向与焊接在扭曲托架后面的连续固定梁相联接,以便安装时无需各桩准确对位。
每一个桩组(包括一个直桩和一个斜桩)支撑一套四个护舷,每组排桩纵向支撑间距为5m-5m-3m。选择这种布置型式主要考虑了三个设计因素:1、提供吸能量所需足够的集中排桩;2、提供与原有码头支撑互不相关的空间型式:3、提供典型的既好用又易于搬运的护舷面板尺寸,以便施工(选用了十二米长的贴面板),图2即为这种新型护舷系统的一个断面图。
护舷构架的横撑按大小排列,以便当任一位置受撞击时其邻近的护舷都能产生足够的挠曲度。这样,当船舶以设计动能冲撞护舷系统时,受力的四个压曲型护舷构件能发挥相当于三个护舷的戏能量。护舷构架采用高强度钢,以减轻压曲型橡胶护舷支撑构架的自重,这些构架依靠压曲型橡胶护舷的支撑,增加其柔性,进而使其吸能量增加护舷系统的构架包括为完全预制的木护面板。这些预制构件与支撑在桩上的橡胶护舷构件用螺栓固定在一起,为使这些护舷构件便于安装且不影响其吸能量或承载能力,在构件各方面均有5厘米左右的间隙。护舷面板通过销钉或铰链相互连接在一起,这种连接方式适合于现场的快速安装,但对它的弯曲度有很大限制,且在护舷面板安装使用后还要弯曲,这样就要求最大限度地减小其尺寸和重量.
HPA设计的第三个工程要求创造性地解决美国Connecticut New London潜艇基地独特的护舷设施。该基地第17号突堤码头建于1946年,为两个浮(船)坞的靠泊设施,由于使用要求的改变,美国海军指示将其申一个坞调离,并改码头的一侧为潜艇服务,另一倒为维修另一个浮坞服务。改建包括突堤码头的桩和面板复原及面板结构的改造,同时,增加一些公共设旋所需的工艺管沟,如新装的暖气管、消防水管、淡水管和污水管等管道系统、新建配电、照明设施,增设一个独特的护舷系统以吸收系泊潜艇的冲力,然而,原突堤码头并非为承担这样的挤靠力所用,何况还要引进使工程得以实施的新概念,抟在工程上采用大量的创造性措施。
在广泛应用计算机进行设计工作之前,为估算沿码头长度方向系泊挤靠力的分布,采用了保守的经验估算方法算。计算结果表明、码头每一排桩须抵抗大约总冲力的20%.而码头面板,则如水平横梁一样把系泊冲力传布到许多排桩上,这种力的准确分布取决于码头面板结构和桩的相对刚度。通过计算机分析认定,一排桩所抵抗的冲力仅占全部冲力的8%,显然,码头的实际抗挤靠力与经验计算法结果相差1.5倍。计算机的使用使新型护舷设备的安装趋于合理,同时加快了工程进度。
在投资受到限制的条件下,提供高吸能量、低维修量的潜艇护舷系统是一个极其难以解决的问题。由于潜艇的船型特点,其挤靠力作用点在码头面板支撑护舷的点到海底之间的中点附近,使护舷桩如同一根长1 5米左右的支撑横举。当潜艇挤靠护舷设施的瞬间,挤靠力有一个横向速庋分量和一个纵向速度分量,横向悬臂梁就会在两个方向产生很大挠度。
归结起来,问题就在于原突堤码头横向受载能力相当小,使改建工程受到限制。为了避免码头斜桩超负荷受载,使护舷设施的选择受到严格的限制。
HPA公司设计的l7号码头所使用的新型护舷设施,在满足美国海军通甩标准方面可谓首屈一指。其设备吸能量是目前New London潜艇基地其它护舷设备的三倍多,这种护舷设备是由摩尔斯橡胶生产公司制造的,它是用一对弯曲型的橡胶构件,使之富有弹性.然后再与高强度的弹性护舷钢桩相桔合,在护舷钢枇的外侧表面又壤上一种翼型的橡胶护舷构件(如图3所示)。
“对接V型”护舷构件中心间距3米配置一对,面对面用螺栓把“V”型护舷对接在一起成“X”型。这样,它的吸能量为单个“V”型护舷吸能量的二倍,而反力却与单个构件相等。每对护舷都固定在码头面板的前沿与护舷钢桩栓接在一起。
护舷钢桩为“H”形,总长40米。泥面上21米是重型高强钢桩,泥面以下19米是轻型软钢桩。泥面以土部分均采用高强槽钢,预应力固定在法兰盘上。桩的上半部使用开槽高强钢,以防止既长又无支撑的钢桩因弯曲而引起的失稳,增加弯曲强度,减轻自重,提高柔性进而增强吸能量。
在潜艇船体可能撞击的地方,护舷钢柱外截面还安装有翼型橡胶护舷。这种护舷对艇体和钢桩起保护作用并发挥附加吸能作用。大约护敞系统所吸能量的65%由"x'型护舷构件最担,20%由护舷钢桩承担,15%由翼型构件承担。
这种护舷设施的施工,去年下半年就完工了,进度相当快。护舷钢桩包括开括,装托架和翼型护舷等,完全在交货之前运到现场预制。海底土壤特性适用把桩打到预定标高,再将木护面横撑就位,并用单个大螺栓将其固定在每根护艇钢桩上。