1、1抗冰锥体在开敞式原油码头中的应用分析【摘要】大连港长兴岛 30 万吨原油码头工程长兴岛西北部港区，属于重冰区，冰荷载是码头设计时考虑的重要荷载之一。常规重力式圆沉箱结构需要承受较大冰荷载，增大了结构投资。长兴岛 30 万吨原油码头工程各墩体使用抗冰锥体结构，可有效降低冰荷载，从而增强结构安全，减少工程投资。 【关 键 词】抗冰锥体；冰荷载；圆沉箱；结构 中图分类号： U656.1 文献标识码： A 文章编号： 长兴岛 30 万吨油码头工程位于长兴岛西北部的北港区，北港区海域宽阔，近岸水深基本在-5-10m 以上，-25m 水深离岸约 1km，是环渤海地区最为优良的深水岸线资源。但该区域地处辽
2、东湾重冰区，冰期长达 90天，最大浮冰块水平尺度达 2120m，厚度大于 30cm，冰荷载是码头设计过程中考虑的重要因素。在长兴岛 30 万吨油码头工程设计过程中，码头靠船墩、系缆墩和栈桥墩均采用了常规重力式圆沉箱上增设抗冰锥体的结构方案，大幅降低了作用在码头结构上的冰荷载，保证了码头结构的安全。 本文通过分析比较常规重力式沉箱结构与增设抗冰锥体的圆沉箱结构所受冰荷载大小，说明在长兴岛 30 万吨油码头工程中采用抗冰锥体结构的必要性和优越性。 21.工程概况 长兴岛 30 万吨油码头采用“蝶”型布置，码头长度为 436m，停泊水域宽 120m，码头前沿底高程-25.0m，泊位顶高程+11.0m
3、。码头共设一个工作平台及 6 个系缆墩、4 个靠船墩，内侧靠船墩间距为 82m，可兼顾到10 万吨级原油船舶的靠泊，外侧靠船墩间距为 130m，可满足 30 万吨级船舶靠泊要求。系缆墩、靠船墩顶高程+8.0m。各墩及工作平台之间采用钢质人行桥连接，桥宽 3.2m。码头通过栈桥、引桥引道与东防波堤相连接，栈桥长为 310.3m，共 3 跨，桥净宽 11.2m，全宽 13.6m，顶标高+11.0m，引桥引道全长 205.5m。工程设计高水位 2.35 m，设计低水位0.23 m，极端高水位 3.40 m，极端低水位-1.40 m。重现期为 50 年的波浪 H1%=7.73m，平均周期 T=8.2s
4、，长兴岛北部海域 50 年一遇的平整冰设计厚度取为 47.6cm，单轴抗压强度标准值为 2.35MPa，弯曲强度标准值为 835kPa1。 2.海冰对结构的作用 海冰的特性与形态的多样化使海冰对直立结构物作用的破坏错综复杂。研究表明，对于宽体的垂直和斜度较小的结构物，可能同时存在若干种破坏模式，海冰对直立结构物作用危害最大、最受工程设计重视的为挤压破坏荷载。常规重力式圆沉箱墩体结构。 在我国港口工程荷载规范2中，冰排在直立结构物产生挤压破坏时，产生的极限挤压冰力标准值按下式计算： F=Imkbhc（1） 3式中，F 为极限冰压力标准值（kN） ；I 为冰的局部挤压系数；m 为墩横断面形状系数，
5、取 0.9；k 为冰和墩之间及接触条件系数，取0.320.85；B 为圆沉箱直径；h 为计算冰厚；c 为冰的单轴抗压强度标准值，取 2350kPa。 理论分析和物理模型试验研究均表明，斜度较大的结构（如锥体结构，一般斜面角度小于 60 度效果较好）使流冰产生弯折破坏，可有效减小冰荷载。增设抗冰锥体的重力式圆沉箱墩体结构。 目前，我国规范上倾斜结构物冰力标准值计算公式并不适用于抛石构成的斜面。国际上常用的几种斜体冰荷载计算模型中，Ralston 公式的应用最为广泛。国外学者进行了大量的实验，将得到的实验值与计算值进行了比较，Ralston 模型的计算结果与实验值吻合良好。在模型的整个区间内，Ra
6、lston 模型的计算值稍高于实验值，说明该模型模型偏于保守，这对工程设计具有一定的指导意义。 Ralston 模型作为海冰对斜体结构物的作用力计算公式如下： 水平荷载： 垂直荷载： 式中， DT 为锥体顶部直径；D 为水线直径；hR 为冰上爬的厚度；A1，A2 为取决于 wgD2/fh 大小的系数； A3，A4，B1，B2 为取决于4锥体角度和冰与锥体表面摩擦系数。 3.结构承受冰荷载分析 表 1、表 2 分别为两种不同的圆沉箱结构所受冰荷载（重现期为 50年）计算结果。在不同的计算水位下，常规重力式圆沉箱所受流冰荷载大小一致；优化后的重力式圆沉箱结构计算水位发生变化，锥体的水线直径发生变化
7、，根据 Ralston 模型计算所得冰荷载也发生变化。对比两表，如采用常规圆沉箱结构各墩所受最大水平冰荷载可达 17889kN，冰荷载产生的倾覆力矩可达 513544 kN.m；如采用优化的结构各墩所受最大水平冰荷载仅为 9339 kN，较之常规圆沉箱结构降低 47.8%，海冰作用在椎体上的垂直荷载将产生稳定力矩，叠加后墩体所受倾覆力矩仅为 203361 kN.m，较之常规圆沉箱结构降低 60.4%。 表 1 增设抗冰锥体的圆沉箱墩体结构冰荷载计算结果 表 2 常规圆沉箱墩体结构冰荷载计算结果 4.结语 在长兴岛 30 万吨原油码头设计过程中，采用抗冰锥体结构，水平流冰荷载可减小 47%，流冰荷载产生的倾覆荷载减小 60%以上，效果十分明显，从而有利于降低结构投资。该种结构对于流冰严重的外海开敞式油5品泊位工程具有良好的推广价值，因而具有良好的经济效益和社会效益。参考文献： 1 大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司.大连港长兴岛 30万吨级码头工程初步设计R. 2009. 2 JTJ215-1998 港口工程荷载规范S。 3 交通运输部港口工程初步设计文件编制规定 （JTS110-1-2008） ；
