+7 922 664 43 22

Как правильно рассчитать нагрузку 
на пирс: 

инженерные тонкости

Введение
Пирсы - ключевые элементы портовой инфраструктуры, обеспечивающие швартовку судов, погрузку и разгрузку грузов. Их надежность напрямую зависит от точного расчета нагрузок, который требует учета множества факторов: от постоянного веса конструкции до динамических воздействий волн и судов. Ошибки в проектировании могут привести к катастрофическим последствиям, включая разрушение сооружения. В этой статье разберемся, как грамотно подойти к расчету нагрузок на пирс, опираясь на инженерные нормы и практический опыт.
1. Типы нагрузок на пирс
Расчет начинается с классификации нагрузок, которые делятся на несколько категорий:
Постоянные нагрузки
  • Собственный вес конструкции: вес бетонных плит, балок, свай, настила.
  • Стационарное оборудование: краны, освещение, коммуникации.
Временные нагрузки
  • Эксплуатационные: люди, транспорт (грузовики, погрузчики), временные грузы.
  • Климатические: снег, лед (в северных регионах).
Динамические нагрузки
  • Ветровые: рассчитываются по формуле W=0.5⋅ρ⋅V2⋅CW=0.5⋅ρ⋅V2⋅C, где ρρ - плотность воздуха, VV - скорость ветра, CC - аэродинамический коэффициент.
  • Волновые: зависят от высоты волны, периода и направления.
  • Ударные от судов: энергия швартовки определяется массой судна, скоростью подхода и демпфирующими свойствами причальных устройств.
Особые воздействия
  • Сейсмические: в зонах с высокой сейсмичностью.
  • Ледовые нагрузки: давление льда на конструкции в холодных регионах.
  • Климатические изменения: рост уровня моря, учащение штормов.
2. Сбор исходных данных
Перед расчетами необходимо собрать информацию:
  • Геотехнические исследования: состав грунта, несущая способность, уровень грунтовых вод. Проводятся бурением скважин и лабораторными испытаниями.
  • Гидрометеорологические данные: максимальная скорость ветра, высота волн, ледовая обстановка.
  • Параметры судов: габариты, осадка, масса для определения швартовых и ударных нагрузок.
3. Геотехнические аспекты
Основание пирса должно выдерживать все нагрузки без чрезмерной осадки. Важные шаги:
  • Расчет несущей способности грунта: использование методов Терцаги или Мейергофа.
  • Оценка осадки: метод послойного суммирования.
  • Усиление основания: при слабых грунтах применяют сваи (забивные, буронабивные) или песчаные подушки.
4. Выбор материалов
и защита от коррозии
  • Бетон: используется морской класс с низкой проницаемостью и добавками против сульфатов.
  • Сталь: покрытия эпоксидными смолами или катодная защита.
  • Дерево: пропитка антисептиками для защиты от гниения.
5. Методы расчета
Статический анализ
  • Распределение постоянных и временных нагрузок по элементам конструкции.
  • Проверка на изгиб, сдвиг и сжатие.
Динамическое моделирование
  • Учет колебаний от волн и ветра с помощью программ (ANSYS, SAP2000).
  • Анализ резонансных частот.
Комбинации нагрузок
Сочетания по нормам (например, Eurocode 0):
  • Основная комбинация: 1.35⋅постоянные+1.5⋅временные1.35⋅постоянные+1.5⋅временные.
  • Сейсмическая: 1.0⋅постоянные+0.3⋅временные+1.0⋅землетрясение1.0⋅постоянные+0.3⋅временные+1.0⋅землетрясение.
6. Пример расчета (упрощенный)
Дано: Пирс длиной 50 м, шириной 10 м, железобетонный на свайном основании.
Постоянные нагрузки:
  • Вес плиты: 50⋅10⋅0.3 м⋅2500 кг/м³=375 т50⋅10⋅0.3м⋅2500кг/м³=375т.
  • Вес балок и свай: 100 т100т.
  • Итого: 475 т475т.
Временные нагрузки:
  • Грузовики (5 т/м²): 50⋅10⋅5=2500 т50⋅10⋅5=2500т.
  • Снег (1 кН/м²): 50⋅10⋅1=500 кН50⋅10⋅1=500кН.
Ветровая нагрузка:
При V=25 м/сV=25м/с, C=1.2C=1.2:
W=0.5⋅1.225⋅252⋅1.2=459 ПаW=0.5⋅1.225⋅252⋅1.2=459Па.
На площадь пирса: 459⋅50⋅2 м=45.9 кН459⋅50⋅2м=45.9кН.
Проверка по предельным состояниям:
  • Прочность: 1.35⋅475+1.5⋅2500=4143.75 т1.35⋅475+1.5⋅2500=4143.75т.
  • Деформации: осадка не должна превышать 50 мм.
7. Нормативы и стандарты
  • ISO 21650: Учет волновых нагрузок.
  • Eurocode 3: Проектирование стальных конструкций.
  • ASCE 7: Ветровые и сейсмические нагрузки.
  • СП 38.13330.2018 (российские нормы для портовых сооружений).
8. Типичные ошибки
  • Пренебрежение динамическими воздействиями (например, резонансом).
  • Недооценка коррозии материалов.
  • Использование устаревших гидрометеорологических данных.
9. Мониторинг и обслуживание
После строительства необходимо регулярное обслуживание:
  • Контроль трещин в бетоне.
  • Измерение коррозии металлических элементов.
  • Обновление данных о нагрузках (например, увеличение габаритов судов).

Заключение
Расчет нагрузок на пирс - комплексная задача, требующая глубоких знаний в механике, геотехнике и материаловедении. Ключ к успеху - строгое соблюдение нормативов, учет местных условий и привлечение квалифицированных специалистов. Современные технологии моделирования
и качественные материалы позволяют создавать надежные сооружения, способные служить десятилетиями даже в экстремальных условиях.

Инженерный опыт WaterSide на страже ваших берегов

Мы превращаем проблемные участки береговой линии 
в функциональные
и эстетичные пространства. Обратитесь 

к нам за консультацией, и мы предложим решение, идеально подходящее для вашей ситуации.