高樁梁板碼頭上部結(jié)構(gòu)選型和

1、高樁梁板碼頭上部結(jié)構(gòu)選型和面板設(shè)計一、面板的主要型式與發(fā)展1.面板型式按受力條件分類：單向板、雙向板、連續(xù)板和簡支板。按支承條件：無梁面板、有梁面板。按施工條件：現(xiàn)澆板、預(yù)制裝配式整體板、迭合板、梁板式組合構(gòu)件、空心板。2.各種板型的優(yōu)缺點3.發(fā)展趨勢 隨著高樁碼頭大管徑樁基的應(yīng)用，碼頭大管徑樁距和碼頭排架間距的增大，板的厚度也要相應(yīng)增加，從而抵消了采用大直徑管樁降低造價的效果。為了解決這一問題，我國研制了高強粗鋼筋預(yù)應(yīng)力大空心板和鋼筋混凝土微折板。面板設(shè)計面板設(shè)計面板設(shè)計二、面板的一般設(shè)計方法(一)有梁面板1.計算圖式根據(jù)實際結(jié)構(gòu)型式、板的尺寸、支承性質(zhì)和接頭的構(gòu)造情況確定是單向板還是雙向板

2、、是簡支、連續(xù)還是懸臂板等。2.計算跨度3.集中荷載的傳遞寬度假定：集中荷載按45度角在墊層內(nèi)擴散。單輪：順板跨方向 a1=a2+2H 橫板跨方向 b1=b2+2H多輪：順板跨方向 a1=a2+2H+Y 橫板跨方向 b1=b2+2H+XY、X分別為順、橫板跨方向的最外輪子的中心距。面板設(shè)計傳遞以后的荷載強度按下式計算： 為分布在a1b1面積上的集中力。4.單向板在集中荷載作用下的有效分布寬度集中荷載有效分布寬度的概念：板承受集中荷載作用的寬度既不是板的實際寬度B也不是b1，而是介于這兩者之間，這個承受集中荷載的板寬稱為有效分布寬度.規(guī)定:根據(jù)理論計算和試驗研究的結(jié)果，規(guī)定如下單向板荷載作用在跨

3、中時: b=b1+L/3 但不小于2L/3;荷載作用在支座附近時: b=b1+2X 但不小于L/3+2X，又不大于荷載作用在跨中情況的b值。荷載作用在支座邊緣時： b=b1 但不小于L/3。110baPqP面板設(shè)計式中：b單向板在集中荷載作用下的有效分布寬度；b1集中荷載在橫跨方向的傳布寬度；L板的計算跨度；X集中荷載中心至支座的距離。有自由邊的板當(dāng)集中荷載位于自由邊附近且距離小于b/2時，有效分布寬度應(yīng)按下式采用： b=b/2+X式中：b集中荷載位于自由邊附近時的分布工作寬度；X集中荷載中心至自由邊的距離。懸臂板(如板式靠船構(gòu)件) b=b1+2X式中：X集中荷載中心至固定邊的距離。橫向鉸接的

4、簡支空心板面板設(shè)計 當(dāng)鉸點切力足夠，在各構(gòu)件內(nèi)的橫向撓度符合直線變化假定的情況下(每塊板較窄時，一般寬跨比小于1/4)，可采用公路橋梁鉸接板荷載橫向分布的計算方法來確定荷載橫向分配，并確定有效分布寬度。當(dāng)不符合上述條件時，每塊板應(yīng)按兩邊自由的板確定有效分布寬度。裝配式整體板(如疊合板等) 當(dāng)板間拼縫能保證其整體性時，集中荷載作用下的有效分布寬度按四邊支承的整體板確定；當(dāng)板間拼縫不能保證其整體性而符合情況時，應(yīng)按情況確定板的有效分布寬度。5.內(nèi)力計算單向板 板的計算寬度：均布荷載作用下的單向板，一般取單寬(1m)；集中荷載作用下的面板設(shè)計一般取有效分布寬度。內(nèi)力計算：簡支板、懸臂板和自由擱在粱上

5、的單向連續(xù)板的內(nèi)力，可按一般簡支梁、懸臂梁和連續(xù)梁的內(nèi)力計算方法計算。下面介紹與梁整體連接的單向連續(xù)板和裝配式單向連續(xù)板的內(nèi)力計算。與梁整體連接的單向連續(xù)板：與梁整體連接的單向連續(xù)板的內(nèi)力計算可按經(jīng)驗系數(shù)分配法進行。各跨先按簡支板計算跨中最大彎矩M0，然后根據(jù)板的厚度h與肋的高度H (即板以下的梁高)的比值，對跨中彎矩和支座彎矩乘以不同的分配系數(shù)，其切力則采用簡支粱的切力數(shù)值。當(dāng)h/H1/4時，跨中彎矩等于0，支座彎矩等于0.當(dāng)h/H1/4時，跨中彎矩等于0，支座彎矩等于0.面板設(shè)計裝配式單向連續(xù)板: 計算裝配式單向連續(xù)板時，應(yīng)考慮施工和使用兩種計算情況。施工時期，板的接頭尚未澆注，預(yù)制板是按

6、簡支板工作的，其上作用有板的自重和施工荷載。施工荷載主要有施工機械荷載、堆料和堆放構(gòu)件荷載，對于疊合式板，施工荷載還包括現(xiàn)澆混凝土的重量。使用時期，接頭混凝土已達到設(shè)計強度，應(yīng)按連續(xù)板計算，這時的荷載包括碼頭地面各種使用荷載和面板上的墊層重量(如路面、道渣、填土等重量)，不考慮面板的自重，因為它是在成為連續(xù)板之前作用的。使用時期，板的內(nèi)力等于上述的作為連續(xù)板產(chǎn)生的內(nèi)力和作為簡支板在板自重作用下產(chǎn)生的內(nèi)力之和。雙向板 雙向板由于雙向變形和雙向受力，計算比較復(fù)雜，彎矩采用系數(shù)查表方法。面板設(shè)計四邊自由支承的板：均布荷載和局部均布荷載產(chǎn)生的彎矩，可按我國交通部港口工程技術(shù)規(guī)范中高樁碼頭的附錄計算。與

7、梁整體連接的板：應(yīng)考慮梁對板的固結(jié)作用，先按四邊自由支承的板計算出兩個方向的最大彎矩Ma和Mb，然后乘以考慮梁對板的固結(jié)作用的分配系數(shù)：兩個方向的跨中彎矩分別為和；兩個方向的支座彎矩分別為和。切力可近似地按兩個方向的單向板計算，荷載根據(jù)板內(nèi)一點的兩個方向撓度相等的原則，分配到各單向板上。(二)無梁面板無梁板直接支承在樁帽上，系一空間問題，目前還沒有一種既簡便又精確的計算方法，一般采用近似的所謂“代替框架法”。這個方法的基本步驟是：先將空間問面板設(shè)計題簡化為雙向平面問題，用線支承代替點支承，最后用經(jīng)驗系數(shù)進行修正。1.計算圖式 將無梁面板劃分為若干互相垂直的縱向和橫向計算板帶(通常把與碼頭線平行

8、的方向稱為縱向，垂直碼頭線方向稱為橫向)，板帶寬度分別為： 分別為橫、縱向計算板帶的寬度； 橫向樁列的中心距； 縱向排樁的中心距。 把計算板帶連同下面的基樁構(gòu)成的排架作為獨立的柔性樁臺進行計算。柔性樁臺的厚度等于無梁板的厚度(不包括摩損層厚度)，其計算跨度等于樁的中心距。縱向板帶只承受豎向荷載，可按連續(xù)梁計算。梁的支承性質(zhì)可用下式判別：2/1iiiLLb2/1nnnLLbnibb ,1,iill1,nnll面板設(shè)計式中：E、I分別為縱向板帶材料的彈性模量和斷面的慣性矩；K樁頂?shù)膹椥宰兾幌禂?shù)；1縱向樁列樁的中心距。 當(dāng)時，應(yīng)按彈性支承連續(xù)梁計算；當(dāng)時，可按剛性支承連續(xù)梁計算。橫向板帶既承受豎向荷

9、載，又承受水平荷載，應(yīng)按柔性樁臺橫向排架進行計算.2.計算荷載進行縱向板帶計算時，假定作用在面板上的豎向荷載(包括板的自重)全由縱向板帶承受，其中活荷載在順著跨度方向應(yīng)按實際可能出現(xiàn)的最不利情況布置。當(dāng)豎向集中荷載不位于縱向樁列的中心線上，而位于兩相鄰樁列之間時，應(yīng)按求簡支梁反力的原則，將荷載分配至兩相鄰的縱向板帶上。3/6lEIK面板設(shè)計進行橫向板帶計算時，同樣假定作用在面板上的豎向荷載全部由橫向板帶承受，活荷載亦按最不利情況布置。對于豎向均布荷載，計算荷載取作用在板帶寬度上的實際荷載值，對于豎向集中荷載，取縱向板帶內(nèi)力計算得出的支座反力作為計算荷載，并按集中荷載的實際位置作用在橫向板帶上。

10、作用在碼頭上的船舶荷載(系纜力和撞擊力)，亦應(yīng)考慮到各橫向排架之間進行分配。3.計算板帶的計算彎矩 根據(jù)上述計算荷載和計算圖式求得的板帶彎矩M，并不符合板帶的實際受力情況，這是因為在確定樁臺的計算跨度時，取的是樁的中心距，而樁帽是具有一定寬度的，實際跨度小于計算跨度；在確定計算荷載時，沒有考慮板的雙向受力性質(zhì)，而假定作用在板上的豎向荷載全部由縱向板帶或橫向板帶獨自承受，而實際上荷載是由縱向板帶和橫向板帶共同承受的。面板設(shè)計 為了符合板帶的實際受力情況，必須對上面求得的彎矩值M進行修正，即計算彎矩Mc式中:n跨度折減系數(shù)；m荷載折減系數(shù). M和n值表 荷載性質(zhì) m n 均布荷載 集中荷載 表中：

11、 Bs樁帽寬度，不得大于lz/3；lz樁的中心距。4.計算彎矩沿板帶寬度的分配 縱橫向板帶的計算圖式是假定支座處沿整個板帶寬度為線支承，而實際上是由樁帽局部支承。樁帽尺寸比板帶小很多，因此，計算彎矩沿板帶寬度的分布nmMMc22/3/zslBl zslBl/3/面板設(shè)計是不均勻的，中間大兩邊小。為了解決計算彎矩沿板帶寬度的分配，將整個計算板帶分為兩種配筋板帶：樁上配筋板帶和跨中配筋板帶，寬度均為和 其分配情況如下。 在集中荷載作用下：當(dāng)荷載有效分布寬度小于或等于樁上(或跨中)配筋板帶寬度時，集中荷載產(chǎn)生的彎矩，全部由有效分布寬度承受；當(dāng)荷載有效分布寬度等于或大于計算板帶寬度時，在計算板寬度內(nèi)產(chǎn)

12、生的彎矩，同均布荷載作用產(chǎn)生的彎矩一樣，按樁上板帶和跨中板帶分配；當(dāng)有效分布寬度大于樁上板帶(或跨中板帶)寬度而小于計算板帶寬度時，在樁上板帶和跨中板帶分界線兩側(cè)對稱寬度內(nèi)產(chǎn)生的彎矩，同均布荷載產(chǎn)生的彎矩一樣，按樁上板帶和跨中板帶分配，剩余寬度內(nèi)產(chǎn)生的彎矩則全部由所在配筋板帶承受。4/1iill4/1nnll面板設(shè)計三、高強粗鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土大空心板1.預(yù)應(yīng)力混凝土大空心板的幾何特性2.預(yù)應(yīng)力混凝土大空心板的設(shè)計方法 現(xiàn)行空心板的設(shè)計，一般簡化為工字型構(gòu)件，按梁的方式進行計算。首先，根據(jù)經(jīng)驗擬定初始方案（主要是幾何尺寸），進行內(nèi)力計算；然后根據(jù)計算結(jié)果（內(nèi)力和 造價）作分析后，修改設(shè)計方案；重

13、復(fù)進行，直到滿意為止。這種設(shè)計方法需要花費大量的人力和時間，而且設(shè)計方案并非理想方案，很大程度上取決于設(shè)計者經(jīng)驗的較優(yōu)方案。面板設(shè)計 由于碼頭上使用的空心板是多連簡體，除受布滿全板的均布面荷載或受垂直板跨方向的均布線荷載作用下可簡化為梁條計算外，其余荷載難以求得理論解。用有限元法計算時，不能采用薄板單元，宜采用空間等參單元，因位移參數(shù)多，計算規(guī)模相當(dāng)大。 南京水科院提出了一種新的設(shè)計方法。即應(yīng)用有限棱柱條法，將空心板結(jié)構(gòu)分割為若干個棱柱條，空間三維問題轉(zhuǎn)化為平面二維問題，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方法進行設(shè)計。面板設(shè)計1）空心板有限元模型2）空心板優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)函數(shù)：單位長度板的材料和模板造價之和。約束

14、條件：強度、構(gòu)造要求等。3）優(yōu)化設(shè)計步驟初擬截面尺寸（高度、孔洞數(shù)及尺寸）、材料等級；計算受力鋼筋截面面積和箍筋數(shù)量；計算造價重復(fù)步直至造價最小為止。具體設(shè)計方法及步驟參見文獻2。面板設(shè)計四、鋼筋混凝土微折板1. 微折板的幾何特性2.微折板的力學(xué)特性微折板具有明顯的拱作用；在使用期間，橫向是微折板的主要受力方向，縱向內(nèi)力一般較小，剪力一般不起控制作用；整體性好，空間剛度大；肋是整個結(jié)構(gòu)中受力最不利的薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)破壞首先從肋開始，然后導(dǎo)致整個上部結(jié)構(gòu)破壞。3.微折板的設(shè)計方法 微折板的橫向內(nèi)力計算簡化為中格板的計算，面板設(shè)計將中格板劃分為中板帶和支座板帶，利用空間有限元的計算成果，可得到各種荷載情況下各板帶的內(nèi)力分配系數(shù)。以平面有限元的計算結(jié)果