دانلود مقاله معماری اسکله های دریایی

-1- مقدمه
هدف اصلی از احداث بنا در ایجاد ارتباط موثر و ایمن بین ترابری دریائی و حمل و نقل زمینی است.

در کشورهائی نظیر ایران که دارای مرزهای آبی قابل توجهی هستند، برای احداث یک بندر دلایل متعددی وجود دارد که از آن جمله موارد زیر را می توان بر شمرد:
الف- مسائل سیاسی و حاکمیت ملی (اهمیت کنترل مرزهای آبی)
ب- دسترسی به منابع سوختی و فسیلی و انرژی های پدیده های طبیعی دریا
ج- دسترسی به ذخائر غنی غذایی
د- شکوفائی اقتصادی و بازرگانی و توسعه صنعتی
ه- گسترش مسائل علمی و فنی در پدیده های دریایی
با توجه به این موارد بنادر را می توان دروازه مهمی برای رشد و شکوفایی همه جانبه کشورهائی دانست که از موهبت داشتن مرز آبی برخوردارند.

در استفاده از بنادر، شناورها نقش مهمی را برعهده دارند بنحوی که بوسیله شناورها امکان جابجائی کالا و مسافر از خشکی به دریا و برعکس میسر می گردد.

از اینرو ایجاد سهولت و ایمنی در ارتباط شناور و خشکی بسیار حائز اهمیت است که برای این منظور لازم است تسهیلاتی برای پهلوگیری شناورها ایجاد شود که از آن تحت عنوان اسکله نیز یاد می‌شود.

اسکله ها از قرنها قبل توسط بشر مورد استفاده قرار می گرفته و از مصالح ابتدائی و محلی ساخته می شده است.

در سالهای بعد و بویژه در قرن گذشته و با پیشرفت چشمگیر فناوری و علوم دریایی، انواع مختلف اسکله طراحی، اجرا و مورد بهره برداری قرار گرفته است.

احداث بندر در یک کشور معمولاً جزء طرحهای ملی بوده و بودجه ای ویژه از سوی دولت به آن تخصیص می یابد.

اسکله ها نیز که از مشخصه های اصلی بنادر هستند دارای هزینه طرح و اجرای قابل توجهی بوده و از اینرو طرح اقتصادی اسکله‌ها صرفه جویی قابل ملاحظه‌ای در سرمایه ملی را در پی خواهد داشت.

هزینه های تعمیر و نگهداری اسکله ها نیز بسیار قابل ملاحظه است.

عوامل مختلفی در فرسودگی زودرس سازه دخالت دارد که از آنجمله شرائط اقلیمی و عدم استفاده صحیح از سازه و نیز فقدان سیستم نگهداری دائمی است.

این نمونه و نمونه های مشابه، بیانگر اهمیت فوق العاده دقت در طراحی است.

بعبارت دیگر چنانچه مشاور طرح، در طراحی استفاده از مصالح مرغوب را لحاظ نموده و رعایت استفاده از آن را در اجرای طرح کنترل نماید و بعلاوه در بهره‌برداری از ضرائب اطمینان مناسب استفاده نماید، کاهش قابل ملاحظه‌ای در هزینه های تعمیر و نگهداری به دنبال خواهد داشت.

در این سیمنار سعی شده است که روندی برای طراحی سریع و در عین حال امکان مقایسه بین طرح های مختلف ارائه شود تا بتوان طرح اقتصادی را تعیین نمود.

در راستای تحقق این هدف یک برنامه کامپیوتری مبتنی بر فرضیاتی که در فصول آتی خواهد آمد تهیه گردیده است.

1-2- اسکله ها
اسکله ها که از آنها به عنوان سازه پهلوگیر نیز یاد می شود، عمدتاً برای بارگیری و تخلیه کالا و یا پایانه ای برای جابجائی مسافر قابل استفاده اند.

صرفنظر از انواع مختلف اسکله، برای هر اسکله سه نقش اساسی زیر را می توان بر شمرد:
الف- تامین پهلوگیری و تکیه گاه مناسب برای کشتیها و تسهیلات مهاربندی
ب- تامین رابطه بین کشتی و خشکی
ج- نقش دیوار نگهبان برای خاکریزی پشت اسکله
اسکله های جدا از ساحل ، غالباً دو نقش نخست را ایفا نموده، در حالی که اسکله‌های ساحلی هر سه وظیفه را برعهده دارند.

1-3- سیستم های کلی اسکله
با توجه به مشخصات محل اسکله و روشهای طرح و اجراء سیستمهای مختلفی برای اسکله‌ها وجود دارد که از مهمترین آنها عبارتند از:
الف) اسکله های شمع و عرشه
این نوع اسکله در نواحی دارای خاک نسبتاً سست مطلوبتر بوده در این حالت بار ناشی از سازه توسط نفوذ عناصر باربر (شمع) در خاک بر لایه های زیرین منتقل می‌شود.

مصالح سازنده این نوع اسکله عمدتاً بتنی یا فولادی و یا ترکیبی از آنهاست.

با توجه به بافت زمین شناسی (سازندهای مختلف) ایران، نواحی نظیر بندرعباس، برای اجرای این نوع اسکله ها مناسب است.

ب) اسکله سپری این نوع اسکله بوسیله کوبیدن سپر بعنوان عناصر باربر، و پر کردن پشت سپر از مصالحی مانند خاک و احداث عرشه ساخته می شوند.

سپرهای مورد استفاده می‌توانند بتنی، فولادی و یا حتی چوبی باشند.

ج) اسکله های وزنی اسکله های وزنی در خاکهای سخت که دارای باربری مناسبی است، قابلیت طرح و اجرا دارند.

اسکله وزنی بوسیله بلوکهائی که غالباً بتنی هستند احداث می شوند.

در ایران و در مناطقی مانند بوشهر، این نوع اسکله به تعداد زیادی طراحی و اجرا شده‌اند.

در ادبیات مهندسی دریا، اسکله های موازی ساحل تحت عنوان Wharf یاد شده و اسکله های عمود بر ساحل به نام Pier شناخته می شوند.

در انگلستان و بعضی از کشورهائی اروپائی اصطلاحات Quay و Jetty به ترتیب به جای نامهای آمریکائی استفاده می شود.

1-4- انتخاب محل اسکله و مطالعات لازم برای محل انتخابی ملاحظاتی نظیر سهولت اجرا و دسترسی اسکله به سیستم های حمل و نقل مستقر در خشکی و نیز با عنایت به وضعیت ژئوتکنیکی منطقه، محل مناسبی برای اسکله انتخاب شده و بعد از انتخاب موقعیت مکانی اسکله، لازم است که اطلاعات دقیقتری تهیه گردد که فهرست آنها به شرح زیر می باشد: 1-4-1- مطالعات هیدرودینامیکی و جوی در این بخش، وضعیت باد، موج و جزر و مد مورد بررسی واقع می شود.

الف) باد در مورد باد، شدت، تداوم و جهت آن حائز اهمیت است که دسترسی به این اطلاعات باید در مطالعات لحاظ گردد و در صورت عدم وجود اطلاعات و با توجه به اهمیت پروژه در این خصوص تصمیم گیری شود.

ب) موج موج نیز از نظر خصوصیات اصلی یعنی ارتفاع، پریود و طول موج در طرح اسکله‌های واقع در آبهای محافظت نشده (بنادر فاقد تسهیلات تخفیف اثر موج مهاجم مانند موج شکن) حائز اهمیت است.

در صورت فقدان آمار موج، مشخصات موج از روشهای متداول (نظیر روش S.M.B) تخمین زده می شود.

ج) جزر و مد وضعیت جزر و مد منطقه تأثیر زیادی بر روی مشخصات اسکله، نظیر تراز عرشه اسکله داشته و از این رو پیش از طراحی حتماً بایستی مورد توجه قرار گیرد.

1-4-2- مطالعات ژئوتکنیکی هدف از انجام مطالعات ژئوتکنیکی، تعیین پارامترهای مقاومتی و نشت پذیری لایه‌های خاک در محل تاسیسات مورد نظر است و در صورت استفاده از خاک و سنگ به عنوان مصالح قرضه، پارامترهای مذکور، برای مصالح ریخته شده باید تعیین شوند.

دسترسی به فاکتورهای ژئوتکنیکی، نیازمند حفر گمانه و انجام آزمایشهای صحرایی بوده و آزمایشهای لازم دیگری نیز بایستی بر روی نمونه های اخذ شده انجام شود.

تعداد و عمق گمانه‌های حفاری و نیز نوع آزمایشهای خاک بستگی به اهمیت پروژه و نوع اسکله و وضعیت لایه های خاک دارد.

بطور مثال اگر لایه های خاک محل، از یکنواختی نسبی برخوردار باشد، می توان گمانه کمتر و در صورت وجود تغییرات غیرقابل پیش بینی، گمانه های بیشتری حفر نمود.

گمانه زنی بایستی در امتداد محورهای مشخصی صورت گیرد که این محورها می تواند محور تقارن اسکله را شالم شوند.

در صورتیکه لایروبی نیز در طرح احداث اسکله مطرح باشد، نمونه برداری سطحی از مسیر کانال دسترسی و حوضچه لازم می باشد.

1-4-3- بررسی های هیدروگرافی و توپوگرافی وجود نقشه های هیدروگرافی برای طراحی هر نوع سازه دریائی در کلیه مراحل لازم است.

در مرحله تصمیم گیری، وجود این اطلاعات کمک شایانی در انتخاب محل مناسب بندر و اسکله با توجه به فرم ساحل و وضع طبیعی دریا می نماید.

2-1- مقدمه اسکله های شمع و عرشه که از آنها تحت عناوین سازه با عرشه معلق یا اسکله با ساختمان باز نیز یاد می شود، ممکن است از فولاد، بتن یا چوب و یا ترکیبی که از آنها ساخته شده باشند.

در این سازه ها مقاومت شمعها ناشی از مقاومت نوک و یا اصطکاک جداره و یا ترکیبی از آنهاست.

عرشه این سازه ها، عموماً برای توزیع بارهای افقی بین عناصر دیگر مورد استفاده قرار می گیرد.

2-2- تناسب کاربرد اسکله های شمع و عرشه به پیشنهاد آئیین نامه دریائی انگلستان (1989، مرجع 14) در شرایط زیر مناسب اند: الف) خاک بستر شامل یک لایه سست مستقر بر روی لایه ای مقاوم است.

ب) دسترسی به خاکریزی مناسب مورد استفاده در اسکله های دیوار ساحلی (اسکله‌های دارای نگهبان) ممکن نیست.

ج) به حداقل رساندن تزاحم سازه و رژیم هیدرولیکی.

د) زیاد بودن عمق آب.

لازم به ذکر است که در صورت استقرار سازه بر روی بستر سنگی، بستر بایستی قبل از اجرای شمعها آماده شده باشد.

2-3- کاربردها اسکله های شمع و عرشه، عموماً برای سازه های پهلوگیری موازی ساحل و نیز اسکله های انگشتی عمود بر ساحل مورد استفاده قرار می گیرند.

در اسکله های موازی ساحل، سازه روی یک شیب مشخص ساخته می شود که این شیب از سطح لایروبی شده مجاور وجه پهلوگیری تا سطح زمین پشت اسکله امتداد یافته است.

لازم به ذکر است که عمق لایروبی از آبخور کشتی های پهلوگیرنده متاثر است.

2-4- انواع اسکله های شمع و عرشه نوع سازه به روشهای مورد استفاده جهت تامین مقاومت در برابر بارهای افقی اعمال شده و به آن و نیز نحوه توزیع بارهای قائم در شمعها وابسته است.

جدول 2-1 تقسیم بندی پیشنهادی آئین نامه انگلستان (1989، مرجع 14) را نشان می دهد.

جدول 2-1: تقسیم بندی انواع اسکله های شمع و عرشه 2-5- روشهای متداول اجرای اسکله های شمع و عرشه اسکله ها و بطور کلی بنادر را به دو روش اصلی می توان ساخت: 2-5-1- روش ساخت در دریا در این روش، سازه در محلی از دریا که قبلاً مشخص شده است، در یک محیط کاملاً دریائی ساخته می شود و این روش از لحاظ تکنولوژی و مهارت نیروی انسانی حائز اهمیت است.

2-5-2- روش ساخت در خشکی در این روش که در ایران متداول است، ابتدا تسهیلات بندری در خشکی ساخته شده و سپس در بندر آبگیر می شود.

از نظر اقتصادی، در شرایط مختلف، هر کدام از دو روش مزبور ممکن است توجیه داشته باشد.

دراین نوشته روش اول یعنی ساخت در خشکی مورد نظر است از اینرو در ادامه جزئیات بیشتری از این روش ارائه می‌گردد.

مراحل اجرای اسکله های شمع و عرشه در خشکی شامل مراحل زیر است: الف) عملیات خاکی در این مرحله، محل احداث اسکله تا عمق مورد نظر (که معمولاً تراز لایروبی پای اسکله است)، خاکبرداری شده و بستری مناسب (پلاتفرم) جهت استقرار دستگاه حفار تهیه می گردد.

ب) حفاری محل شمعها پس از تعیین محل دقیق شمعها به وسیله عملیات نقشه برداری، عملیات حفاری آغاز شده و شمع تا عمق مورد نظرحفاری می شود.

در این شرائط به علت ریزشی بودن خاک، داخل چاه شمع با پنتونیت پر می شود که البته در خاکهای بسیار سست که امکان ریزش دهانه چاه در اثر استقرار دستگاه حفار در انتهای حفاری وجود دارد، پیش از حفاری لوله های فولادی در ادبیات اجرائی تحت عنوان کیسینگ خوانده می‌شوند.

ج) آرماتورگذاری شمع سبدآرماتوری که قبلاً بافته و آمده‌شده است توسط جرثقیل و با اعمال رواداری‌های مجاز مکانی درون چاه شمع مستقر شده و در پایان این مرحله، سبد آرماتور به صورت قائم و مستغرق در نبتونیت، درون چاه شمع قرار خواهد گرفت.

د) بتن ریزی شمعها پس از استقرار میلگردهای شمع، در صورت مناسب بودن شرائط عملیات بتن ریزی که عموماً با روش ترمی صورت می گیرد، آغاز شده و با شروع بتن ریزی از انتهای شمع، بنتونیت از شمع خارج و توسط دستگاهی دیگر مجدداً بازیافت و استفاده می‌شود.

ه) قالب بندی ستون با آمادگی و سطح مجاور شمع، بخش فوقانی شمع که به ستون گفته می شود قالب بندی شده و برای ادامه عملیات آماده می شود.

و) آرماتورگذاری و بتن ریزی ستون پس از آرماتورگذاری ستون، عملیات بتن ریزی انجام می شود.

ز) اجرای تیر کلاهک و عرشه تیر کلاهک تیری است که در پیشانی اسکله برای تامین سختی جانبی بیشتر و سطح مناسب جهت استقرار ضربه گیرها طراحی و ساخته می شود.

با رسیدن به تراز عرشه، تیر مزبور و عرشه بتنی اجرا می شوند البته با توجه به سیستم عرشه (معمولاً دال ویتر)، اجرای دال مستلزم داربست بندی است.

نظر به طول نسبتاً بلند ستونها و طرح مباحثی مانند کمانش، معمولاً طراحان ترجیح می دهند که در ترازی در حدود تراز حداقل جزر، از یک مجموعه تیرهای سخت کننده استفاده نمایند.

استفاده از این تیرها، علاوه بر تامین سختی جانبی بیشتر، و کنترل طول کمانش ستونها، پایه ای مناسب را جهت استقرار داربست مربوط به قالب بندی و بتن ریزی عرشه مهیا می‌کند.

ح) اجرای راههای دسترسی و آبگیری اسکله راههای دسترسی (پل دسترسی) به اسکله نیز دارای روند اجرائی مشابه با سازه اصلی بوده و پس از اتمام اجرای آن اسکله آماده آبگیری است.

جهت آبگیری، اب دریا توسط پمپ به داخل حوضچه (که قبلاً تراز لایروبی مورد نظر رسیده است)، منتقل شده و عملیات اجرا، با حذف سد موقت بین حوضچه و دریا و لایروبی ورودی حوضچه تا تراز مطلوب به پایان می رسد.

3-1- مقدمه در فصل حاضر نکات آئین نامه ای طراحی اسکله های شمع و عرشه ارائه گردیده و مبانی ارائه شده در این فصل بعنوان فرضیات طراحی اسکله و بارگذاری آن منظورشده است.

3-2- پارامترهای مهم طراحی اصلی ترین پارامترهای طراحی یک اسکله عبارتند از: 3-2-1- ابعاد و ظرفیت کشتی ها در شروع طرح یک اسکله، وزن و اندازه بزرگترین کشتی پهلوگیرنده بایستی مشخص گردد.

این پارامترها مبنای تمام طرحهای بعدی خواهد بود.

از روی آبخور کشتی ها اندازه آبخور اسکله و از مقدار وزن و اندازه کشتی، طول و عرض اسکله مشخص می شود.

برای طراحی یک اسکله اطلاعات زیر در رابطه با کشتی مورد نیاز می باشد: الف) ظرفیت و ابعاد کشتی (بزرگترین کشتی) پهلوگیرنده، شامل طول و عرض و آبخور.

ب) تعداد کشتی های پهلوگیرنده.

ج) زمان تخلیه و بارگیری کشتی ها.

د) ابعاد و وزن کالاهائی که تخلیه و یا بارگیری خواهند شد (برای طراحی تجهیزات تخلیه و بارگیری).

3-2-2- نوع تخلیه و بارگیری این عامل در اسکله یک مسئله اساسی می باشد.

در اسکله های نفتی و مایعات، از سیستم پمپ استفاده می شود، بنابراین این گونه اسکله ها می تواند بصورت سبک ساخته شود.

اسکله غلات و مواد معدنی عمدتاً دارای تجهیزات تسمه نقاله برای تخلیه و بارگیری می باشند.

برای کالاهای عمومی از جرثقیل ها استفاده می شود که دارای چهار نوع عمده زیر است.: الف) جرثقیل ثابت.

ب) جرثقیل متحرک روی ریل که در طول کشتی حرکت می کند.

ج) جرثقیل تلسکوپی که منطقه زیادی را پوشش می دهد.

د) جرثقیل های شناور که غالباً برای تخلیه کشتی های پهلوگیرنده دور از ساحل بکار می رود.

3-2-3- ظرفیت بندر برای محاسبه تعداد اسکله لازم، طول لازم برای پهلوگیری کشتی ها و ظرفیت وسائل تخلیه و بارگیری، داشتن ظرفیت سالانه بندر ضروری است.

برای تعیین ظرفیت بندر بایستی کلیه عملیات مربوط به پهلوگیری، مهاربندی، تخلیه و بارگیری با زمانهای مربوطه در نظر گرفته شوند.

در این روند، لازم است شرائط بد آب و هوائی، شرائط جزر و مدی و کلاً شرائطی را که در انجام عملیات یک بندر وقفه ایجاد می کند، مورد بررسی قرار گیرد.

3-2-4- موج طرح آئین نامه ژاپن سرعت باد بحرانی و ارتفاع موج بحرانی در حوضچه را برای مصونیت کشتی ها در بندر به شرح جدول (3-2) معین کرده است (1991، مرجع 6).

جدول 3-2: سرعت باد و ارتفاع موج بحرانی در شرائط مختلف 3-2-5- عمق لایروبی حوضچه و کانال دسترسی برای محاسبه پی اسکله ها، مخصوصاً اسکله های وزنی و سپری، مقدار عمق لایروبی داخل حوضچه و یا بی اسکله بسیار حائز اهمیت است.

در اسکله های سپری، معمولاً پای اسکله بعد از تمام شدن سپر کوبی، لایروبی می شود، در محاسبه عمق لایروبی عوامل زیر موثرند: الف) مقدار متوسط حداقلتراز جزر (M.L.L.W) ب) حداکثر آبخور کشتی ج) ترکیبی از حرکات مختلف کشتی (دوران حول محورهای سه گانه کشتی) د) فاصله اطمینان مورد قبول ه) جنس بستر دریا 3-2-6- طول اسکله طول اسکله بر مبنای تعداد کشتی هائی که بطور همزمان در کنار اسکله پهلوگیرنده تعیین می گردد.

در طول اسکله نوع دو طول کشتی از عوامل تعیین کننده است.

طول پهلوگیر بایستی به اندازه طول کشتی بعلاوه فاصله مورد نیاز بین کشتی ها به هنگام پهلوگیری و جداسازی از اسکله باشد.

در طرح جامع بنادر ایران طولهر پهلوگیر برای ب: کشتی های بارکش کوچکتر کنارهر دو اسکله با یک ردیف قایقهای باری و یک راه عبور با پهنای چهار برابر عرض کشتی های مذکور موجود باشد بطوریکه دو کشتی بتوانند از کنار هم عبور کنند.

ج: در بنادر رودخانه ای، بایستی عرض راههای آبی آنقدر باشد که بتوان یک ردیف ستون مهار بند در وسط معبر بعنوان لنگر گاه‌هائی جهت کشتی ها، قرار داد، تا این گونه کشتی ها بتوانند بارشان را مستقیماً به قایقهای باری و رودخانه پیما تخلیه نمایند.

3-2-9- ارتفاع اسکله ارتفاع اسکله با توجه به آبخور کشتی و تغییرات سطح آب بر اثر جزر و مد تعیین می گردد.

آئین نامه های مختلف برای ارتفاع اسکله، اعداد متفاوتی را پیشنهاد کرده‌اند.

طرح جامع بنادر ایران، حداقل ارتفاع اسکله را برای کشتی های اقیانوس پیما برابر 20 متر بالاتر از متوسط مدهای بزرگ (MHHW) یا 5/0 متر بالاتر از حداکثر مد (EHW) تعیین نموده است.

این ضابطه برای بنادر کوچک خلیج فارس 1 متر بالاتر از (MHHW) و برای بنادر دریای خزر 5/2 متر بالاتر از متوسط سطح آب دریا (MSL) توصیه شده است.

(1977، مرجع 7) شاپن ارتفاع کلی اسکله را از کف دریا، برابر مجموع حداکثر آبخور کشتی طرح و حداکثر تغییرات سطح آب به اضافه 2 تا 3 متر توصیه کرده است (1982، مرجع 1) آئین نامه کارهای دریائی ژاپن در مورد ارتفاع اسکله های چسبیده به ساحل و یا دیوارهای ساحلی اعداد جدول 3-5 را پیشنهاد نموده است.

(1991، مرجع 6) جدول 3-4: ارتفاع اسکله برای کشتیهای مختلف این اعداد حداقل ارتفاع اسکله بالاتر از (MHHW) را نشان می دهد.

در هر صورت ارتفاع اسکله باید به نحوی انتخاب شود که موج به زیر اسکله برخورد نکند.

3-3- بارگذاری اسکله های شمع و عرشه 3-3-1- بار مرده بار مرده عبارت است از بارهائی که مقدار آنها با توجه به نحوه بهره برداری و زمان تغییر نمی کند.

بعضی از انواع این بارها را می توان بصورت زیر بر شمرد: الف) وزن سازه، شامل وزن کلیه المانها مثل پایه ها، دیوارها، تیرها، دال ها و سایر اجزاء نصب شده در سازه‌.

در طرح اولیه می توان بار ناشی از وزن عرشه بتن مسلح را تقریباً برابر 9/1 تن بر متر مربع در نظر گرفت.

ب) وزن ماشین‌ آلات دائمی بر روی سازه مثل جرثقیل ثابت مستقر بر روی عرشه.

3-3-2- بار زنده بارهای زنده، بارهائی هستند که با توجه به نحوه بهره برداری از سازه دارای مقادیر مختلف بوده و در موقعیتهای مختلف بر سازه اعمال می گردد.

با توجه به این تعریف موارد زیر را جزء بارهای زنده می توان بر شمرد: الف) وزن وسایل و ماشین آلات مورد استفاده، که دارای محل ثابتی نیستند نظیر کامیونها و جرثقیل‌ها برای کامیون‌ها آئین نامه های مختلف، توصیه هائی ارائه نموده‌اند که مثلاً برای بارگذاری کامیون طرح می توان از ابلاغیه منفی شماره 11 وزارت راه و ترابری استفاده نمود (1994، مرجع 2).

در مورد جرثقیل ها نیز می توان مشخصاتی را که توسط سازنده برای جرثقیل اعلام می شود را مبنا قرار داد.

ب) وزن کالاهای انباشته شده بر روی سازه برای در نظر گرفتن بار ناشی از این کالاها، در اکثر آئین نامه ها مرسوم است که از سربار گسترده استفاده می شود.

اندازه این بار گسترده در ارتباط مستقیم با نوع اسکله و بهره برداری از آن است.

در طرح جامع بنادر ایران بارهای گسترده برای موارد مختلف ارائه گردیده است.

این مقادیر با توجه به نوع اسکله سایر مسائل 5/1 تا 5 تن بر مترمربع متغیر است.

مثلاً برای اسکله های نفتی و سازه های مشابه که مواد خام یا مواد فله را بوسیله لوله یا تسمه نقاله تخلین و بارگیری می کنند بار زنده 5/1 تن بر مترمربع در نظر گرفته می شود در اسکله های مورد استفاده برای جابجائی فلزات سنگین و اسکله‌های مورد استفاده کشتیهای کانتیزبر، بار فوق حتی به مقدار 5 تن بر مترمربع هم بالغ می‌شود.

(1977، مرجع 7) ج) نیروهای وارد بر سازه در خلال استفاده از آن ج-1) نیروی ناشی از پهلوگیری کشتی در هنگام پهلوگیری کشتی، به سازه پهلوگیر نیروهائی اعمال خواهد شد که این نیروها از اولین لحظه تماس تا هنگامی که کشتی کاملاً مهار شود تداوم خواهد داشت، اندازه این نیروها علاوه بر ابعاد کشتی طرح و سرعت پهلوگیری، به نوع و ضریب ارتجاعی ضربه گیرها نیز وابسته است.

در حالتی که خاکریزی در پشت اسکله های پهلوگیری استفاده شود، بارهای افقی ناشی از ضربه توسط نیروی مقاوم خاک پشت دیوار خنثی می شود و به این علت اینگونه اسکله در مقابل ضربه های افقی کمتر دچار شکست کلی می شوند.

در اسکله های دیوار ساحلی، به علت محصور شدن آب بین بدنه کشتی و دیوار اسکله مقدار ضربه تا حدودی مستهلک خواهد شد.

در محاسبه میزان انرژی ناشی از پهلوگیری آئین نامه های مختلف روشهای متفاوتی را ارائه کرده اند که در ادامه روش آئین نامه ژاپن در این خصوص تشریح می گردد.

(1991، مرجع 2) ج-1-1) انرژی پهلوگیری در این روش پهلوگیری کشتی از رابطه زیر قابل محاسبه است: (3-1) که در این رابطه: :g شتاب ثقل :W وزن جابجائی کشتی (tf) :V سرعت برخورد کشتی در هنگام پهلوگیری و برخورد با ضربه گیر (m/s) مولفه عمود بر سطح مد نظر است.

:Ce فاکتور خروج از مرکز :Cm فاکتور خروج مجازی :Cs ضریب نرمی (برای حالت استاندارد برابر 1 می باشد) :Cc ضریب شکل پهلوگیر (برای حالت استاندارد برابر 1 می باشد) در محاسبه انرژی پهلوگیری ذکر چند نکته حائز اهمیت است: الف) با توجه به رابطه نسبی بین وزن مرده (D.W) وزن جابجائی کشتی (D.T) روابط زیر قابل استفاده اند: (3-2) (3-3) در این روابط ب) ضریب نرمی Cs نسبت بین انرژی پهلوگیری و انرژی جذب شده بوسیله تغییر بدنه کشتی است.

معمولاً انرژی جذب شده توسط بدنه کشتی کم بوده و از اینرو Cs=1.0 مورد استفاده قرار می گیرد.

ج-1-2) سرعت برخورد کشتی کشتیهای مخصوص، نظیر کشتی های مسافر بر و کشتی های کانتیز بر (کشتیهای سیستم RO-RO) یا کشتیهای کوچک مخصوص محل کالا، گاهی اوقات روشهای پهلوگیری متفاوتی نسبت به کشتیهای بزرگ بر می گزینند مثلاً پهلوگیری را با استفاده از نیروی خود، بدون کمک یدک کش و یا با جابجائی موازی اسکله انجام می دهند.

ج-1-3) فاکتور خروج از مرکزیت این فاکتور از رابطه زیر بدست می آید: (3-4) در رابطه قبل داریم: :L فاصله اندازه گیری شده به موازات تجهیزات مهاربندی از نقطه تماس کشتی و اسکله تا مرکز ثقل کشتی (m) :r شعاع طولی چرخش کشتی (m) رابطه (3-4) با ملاحظاتی نظیر نحوه پهلوگیری توسط کاپیتان کشتی (مهارت وی)، مشخصات کشتی و نحوه قرارگیری ضربه گیرها بدست آمده است.

در هنگام پهلوگیری به موازات محور طولی اسکله و در خلال عکس العمل ضربه گیرها، شناور شروع به چرخش حول نقطه تماس نموده و نیز حول محور طولی خود هم دوران می کند (1989، مرجع 10) در نتیجه بخشی از انرژی جنبشی مضمحل می گردد اما استهلاک ناشی از چرخش حول نقطه تماس کمتر از دوران حول محور طولی بوده و قابل اغماض است.

در تعیین رابطه فاکتور خروج از مرکزیت، استهلاک ناشی از چرخش ملحوظ گردیده است.

(1991، مرجع 6) انواع درجه های آزادی برای یک جسم شناور ج-1-4) فاکتور جرم مجازی این عامل از رابطه زیر برای حالت استاندارد محاسبه می گردد: (3-5) در این رابطه: :Cb ضریب بلوک :d آبخور کشتی :B پهنای کشتی (عرض موثر) :L طول کشتی : وزن مخصوص آب دریا در استفاده از رابطه (3-5) نکات زیر قابل توجه است: الف) در زمان پهلوگیری کشتی هم جرم کشتی (Ms) و هم جرم آب اطراف کشتی در یک زمان تحت شتاب ناشی از ضربه واقع می گردند.

بنابراین نیروی اینرسی جرم آب باید به جرم کشتی افزوده گردد.

با توجه به مطالب مذکور ضریب جرم از رابطه زیر قابل محاسبه اسن: (3-6) در رابطه قبل: :Cm فاکتور جرم مجازی :Ms جرم کشتی (جابجائی کشتی تقسیم بر شتاب جاذبه) :Mw جرم افزوده اطراف کشتی ب) معادله توسط یودا (Ueda) پیشنهاد شده است و اساس آن نتایج مشاهدات محلی و مدلهای آزمایشگاهی است.

(1991، مرجع 6) ج-2) نیروی ناشی از مهاربندی کشتی نیروی مهاربندی که توسط کشتی به اسکله ها اعمال می گردد ناشی از مهار کشتی به سازه می باشد که هم از طریق تماس بین کشتی و سازه و هم از طریق کشش در طنابهای مهاربندی ایجاد می گردد.

این نیرو در بنادر و محیطهای حفاظت شده، اساساً ناشی از بادها و جریانهای دریائی است که هر دو بصورت جریانهای آشفته، اعمال می‌گردند.

آئین نامه های گوناگون عمدتاً با توجه به وزن کشتی، حداکثر نیروی کششی ایجاد شده در مهاربند را به صورت نیروهای متمرکز تعیین می کنند.

آنچه در ادامه می‌آید روش آئین نامه ژاپن در تعیین نیروی مهاربندی کشتی هاست.

(1991، مرجع6) در تعیین این نیرو موارد زیر قابل طرح است: الف) نیروی کششی بولاردها، با توجه به وزن کل کشتی در جدول (3-5) نشان داده شده است.

در طراحی، فرض می شود که نیروی مذکور به صورت افقی و نصف همین مقدار به طور همزمان در جهت قائم اثر می کند.

ب) نیروی کشش، در مورد کشتیهائی که در جدول (3-5) ارائه نشده است، باید با توجه به شرائط آب و هوائی و دریا و ساختار تسهیلات مهاربندی و اندازه گیری های مقدار کشش در محل تعیین گردد.

جدول (3-5) تعیین نیروی مهاربندی برای کشتیهای مختلف د) سربار ناشی از تغییرات سطح آب بر اثر جزر و مد، سطح آب در ساعات مختلف تغییر نموده و این تغییرات باعث ایجاد نیروی شناور می گردد.

تعیین نیرو به عنوان جزئی از بارهای زنده در محاسبات اسکله ها حائز اهمیت است.

در خلیج فارس و دریای عمان، آثار ناشی از تغییرات سطح آب زیاد بوده و در طراحی باید مد نظر قرار گیرد.

3-3-3- نیروی ناشی از تغییر شکل این نیروها که بر اثر تغییر شکل به سازه اعمال می گردد ممکن است در اثر تغییرات حرارت باشد که می تواند تنشهای حرارتی در سازه ایجاد نماید و یا اینکه ناشی از جابجائی خاک (اختلاف تست پی ها و تغییر مکان جانبی دیوار در اثر فشار خاک) و یا تغییر شکل سازه مجاور باشد.

3-3-4- نیروهای ناشی از عوامل طبیعی چه نیروهایی ناشی از پدیده‌های طبیعی در حالت کلی از عوامل زیر ناشی می‌گردد؟

الف) نیروی ناشی از امواج نیروی موج در موقعیت های مختلف و اشکال گوناگون سازه، اثرات متفاوتی بر جای می گذارد.

رفتار موج در تعامل با سازه و با تعریف پارامتر بدون بعد که در آن D قطر سازه و L طول موج است، در سه حالت بررسی می شود: (I) : در این حالت موج از سازه تأثیر ناچیزی پذیرفته و از تئوری اجسام کوچک استفاده می شود.

(II) : در این حالت تئوری تفرق حاکم خواهد بود.

(III) : در این حالت مسئله انعکاس تعیین کننده بوده و لازم است که از تئوری اجسام بزرگ استفاده شود.

اسکله های شمع و عرشه در رده نخست قرار گرفته و به تعبیر دیگر، چنین سازه‌هائی رژیم کلی جریان را چندان تغییر نمی دهند.

در برآورد نیروی ناشی از موج روشهای مختلفی وجود دارد که از مرسوم ترین و در عین حال ساده ترین این روشها، روش موسوم به روش موریسون (Morison) و نیز روش استاندارد آمریکا است که در ادامه، به صورت مختصر به آنها پرداخته می شود.

(1989، مرجع 8) برآیند نیروهای رانشی را در حالت حداکثر بصورت زیر می توان نوشت: (3-8) (3-9) در روابط قبل پارامترها عبارتند از: :Fm حداکثر نیروی موج ناشی از مجموع نیروهای اینرسی (FI) و نیروی رانشی (FD) که در جهت موج بر روی سازه عمل می کند.

:Mm لنگر حداکثر ناشی از مجموع نیروی اینرسی (MI) و رانشی (MD) که نسبت به سطح بستر دریا تعیین می شود.

:Qm ضریبی که با مشخص بودن از شکلهای (3-5) تا (3-7) تعیین می گردد.

ضریبی که با مشخص بودن از شکلهای (3-8) تا (3-10) تعیین می گردد.

W مطابق رابطه زیر تعریف می شود: (3-10) در محاسبه W، D قطر شمع و H ارتفاع موج است.

شکل مقدار fDM از رابطه زیر قابل محاسبه می باشد.

(3-12) نیروی حداکثر نیز مطابق رابطه زیر تعریف می شود.

(3-13) که در آن (3-14) مقدار Qm از اشکال (3-5) تا (3-7) بدست می آید.

:fm نیروی افقی وارد بر شمع در عمق Z می باشد.

با انتخاب مقادیر مختلف برای Z می توان نمودار توزیع نیروهای افقی را بدست آورد.

که اندیس n بیانگر شماره شمع بوده و Ln و وی شکل مشخص شده اند.

اگر فاصله شمعها به حد کافی زیاد باشد، می توان هر یک از شمعها را به صورت تنها در نظر گرفته و آنالیز نمود به نحوی که هر شمع روی دیگری اثری نخواهد داشت.

در بخشهای قبل در رابطه موریسون تغییرات نیروی موج، نسبت به زمان مشاهده شد.

زاویه فاز را می توان به صورت زیر نشان داد که در آن L طول موج و T پریود موج است.

روابط مربوط به نیروهای اینرسی و رانشی، در محاسبه نیروهای وارد بر یک شمع منفرد و با استفاده از تئوری موج خطی، به صورت زیر خواهد بود.

(3-15) (3-16) روابط فوق برای یک شمع در موقعیت X=0 است و ممکن است به شکل کلی با جانشین کردن جدید بکار برده شود، یعنی به جای قرار داده شود.

با تشکیل جداولی، محاسبه کل نیروهای افقی F(X) و لنگر حول سطح کف دریا، M(X) بعنوان تابعی از ارتفاع موج امکان پذیر می گردد.

با انتخاب مبدا مختصات (شمع مبنا) در یک وضعیت جدید X=X2 نسبت به ارتفاع موج طرح، کل نیرو و لنگر وارد به گره شمع با روابط زیر قابل محاسبه می باشد.

(3-17) (3-18) 5-1- مقدمه در این فصل ضمن جمع بندی کلیه نتایج حاصل از تحلیلهای کامپیوتری و مطالب ارائه شده در فصول گذشته سعی شده است که به یک نتیجه گیری مطلوب در بررسی رفتار انواع اسکله های شناور برسیم و در نهایت ضمنم ارزیابی نتایج حاصل از رفتار سنجی عمومی و رفتار سنجی تحت ترکیبات بارگذاری و همچنین در نظر داشتن مسائل مربوط به جانمایی اعضاء مهاربند، محدودیتهای کاربری و پایداری و… به نتیجه گیری کلی در انتخاب ابعاد بپردازیم.

5-2- ارزیابی عوامل موثر بر طراحی 1- بار زنده گسترده: بار زنده گسترده که براساس نوع کاربری اسکله مقادیر متنوعی می تواند داشته باشد در آرایشهای خاصی می تواند مشکل ساز باشد و طراحی ها را تحت تأثیر قرار دهد مهمترین آرایش در یان خصوص بارگذاری نیم دهانه پانتون است که در پانتون ابتدایی یک اسکله نتایج فرو رفت و شیب حداکثر قابل ملاحظه ای ایجاد می کند.

2- بار زنده متمرکز: بار متمرکز در نواحی گوشه های پانتونها به خصوص در پانتونهای سر زنجیره نتایج قابل توجهی ایجاد می کند.

نتایج نشان داده است که بار متمرکز در سومین گوشه پانتون ابتدایی (مطابق شکل3-20) بحرانی ترین نتایج فرو رفت و شیب طراحی را باعث می گردد.