高樁碼頭課程設(shè)計

1、目 錄第一章 設(shè)計資料 . 11.1 碼頭用途. . 11.2 工藝要求. . 11.3 自然條件. . 11.4 建材供應. . 21.5 施工條件. . 21.6 碼頭規(guī)劃尺度. . 2第二章 采用規(guī)范及參考資料 . 3第三章 碼頭結(jié)構(gòu)選型 . . 4第四章 碼頭結(jié)構(gòu)布置 . . 54.1 碼頭結(jié)構(gòu)總尺度的確定 . . 54.2 碼頭設(shè)備的型式和布置 . . 54.3 碼頭結(jié)構(gòu)的構(gòu)造型式與布置 . 7第五章 碼頭荷載 . . 125.1 永久荷載計算圖示 . . 125.2 荷載. . 12第六章 橫向排架計算 . . 166.1 計算基本假定. . 166.2 計算圖式. . I6.3

2、剛性系數(shù). . I6.4 計算. . I第七章 附件 . . 21第一章 設(shè)計資料1.1 碼頭用途擬設(shè)計的高樁碼頭系河北省滄州地區(qū)黃驊港（原名大口河港）二期工程的主要港口水工建筑物，供3000噸級沿海雜貨船和1000噸級駁船系、靠及裝卸件雜貨之用，主要貨種為玉米、棉花、鹽、砂石料、土特產(chǎn)品等。1.2 工藝要求滿足長100米、型寬14米、滿載吃水5.5米，載貨量為3000噸，滿載排水量為4900噸的2艘沿海雜貨船同時靠泊和裝卸作業(yè)要求。滿足軌距為10.5米起重量為5噸伸臂為25米的Mh-2-250型門座起重機在碼頭上作業(yè)的要求。碼頭上均布荷載為前沿地帶q 1=25kN/m2 、前方堆場q 2=4

3、0kN/m2碼頭前沿應設(shè)置系、靠船設(shè)施及供電、供水設(shè)施，以供船舶安全方便系靠，裝卸作業(yè)和取得補給。1.3 自然條件按二期工程件雜貨港區(qū)規(guī)劃，擬建碼頭位于宣惠河河口段的左側(cè)，黃驊一期煤碼頭下游約360米處的河段處。擬建碼頭處的地基土壤物理力學性質(zhì)指標，可據(jù)1#鉆孔資料確定，見表1-1。表1-1 地基土壤物理力學性質(zhì)指標 土層標高（m）土壤名稱 含水量(% 天然重度kN/m3 空隙比e 快剪 固快 允許承載力(kN/m2 樁側(cè)極限摩阻力(kN/m2 樁端極限阻力（kN/m2）(°C（kg/cm2）(°C（kg/cm2）-1.35至-3.45 粘土（軟-流塑）至-13.45 粘土

4、（軟-流塑）至設(shè)計高水位：+1.614（黃海零點），設(shè)計低水位：-1.746；校核高水位：+3.114 ，校核低水位：-3.646；平均潮位：0.00。地震：按7度設(shè)防1.4 建材供應砂、石料均由外地（山東及河北）通過水、陸運輸運入工地，三材由國家按計劃滿足供應，鋼筋品種、規(guī)格按實際構(gòu)造需要選用。1.5 施工條件由于當?shù)卮a頭施工力量薄弱，故碼頭施工可委托交通部第一航務工程局一公司承擔，如做灌注樁方案可委托天津市地基基礎(chǔ)開發(fā)公司來承擔。由于新建碼頭系在原港區(qū)附近，因此水陸運輸、水電供應均能滿足施工要求。1.6 碼頭規(guī)劃尺度碼頭長：251米；碼頭前沿標高：+3.30米（黃海零點）；港池底標高：-8

5、.30米。第二章 采用規(guī)范及參考資料港口工程荷載規(guī)范（JTJ215-98）高樁碼頭設(shè)計與施工規(guī)范（JTJ291-98）碼頭附屬設(shè)施技術(shù)規(guī)范（JTJ297-2001）海港工程設(shè)計手冊港工建筑物（天津大學出版社）港口水工建筑物第二版（人民交通出版社）黃驊港地區(qū)土質(zhì)較軟，承載力差，適合打樁，故選用高樁碼頭。對于其上部結(jié)構(gòu)，承臺式適用于岸坡土質(zhì)較好的情況，無梁板式只能采用非預應力面板，且跨度不宜太大，桁架式構(gòu)造復雜，故選用梁板式。梁板式碼頭各構(gòu)件受力明確合理；可以采用預應力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，提高構(gòu)件抗裂性能，減少了鋼筋用量；橫向排架跨度大，樁的承載力能充分發(fā)揮；裝配程度高，施工速度快；靠船構(gòu)件的懸臂長度

6、較短，適用于荷載較大且復雜的大型海港碼頭，故該碼頭采用梁板式上部結(jié)構(gòu)。由于當?shù)氐鼗浲翆虞^厚、土質(zhì)差，為了保證碼頭建筑物的穩(wěn)定性和減少填方，所以可在穩(wěn)定岸坡上建造寬樁臺式高樁碼頭。4.1 碼頭結(jié)構(gòu)總尺度的確定本碼頭采用寬樁臺高樁碼頭，由于碼頭結(jié)構(gòu)寬度大，結(jié)構(gòu)總寬度內(nèi)作用的荷載性質(zhì)和大小不同，故用縱向變形縫將結(jié)構(gòu)分為前后兩部分前方樁臺和后方樁臺。前方樁臺上設(shè)有軌距為10.5m 的門座起重機，取寬度為14m ；考慮門機吊臂的最大伸距為25m ，故取后方樁臺寬度為18m 。為了避免在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生過大的溫度應力和沉降應力，沿碼頭長度方向隔一定距離設(shè)置變形縫。變形縫的寬度取為20mm ，變形縫內(nèi)用泡沫塑料

7、填充，以保證結(jié)構(gòu)自由伸縮。變形縫的間距取為50.2m 。由于該地區(qū)土質(zhì)條件不好，為了加強對不均勻沉降的適應性，把結(jié)構(gòu)分段處的兩端做成懸臂式上部結(jié)構(gòu)，懸臂的長度為1.3m 。碼頭沿長度方向分為5段，每段長度50.2m 。港池底標高-8.30m ，碼頭前沿標高+3.30m，碼頭寬度32m ?？紤]當?shù)氐耐临|(zhì)條件和設(shè)定的碼頭結(jié)構(gòu)的寬度，岸坡坡度設(shè)為1：3。4.2 碼頭設(shè)備的型式和布置由于海水腐蝕性強，同時船舶的尺度較大，故采用橡膠護舷。船舶靠岸時的有效撞擊能量202n M V E r= 有效動能系數(shù)，取為0.8；M 船舶的質(zhì)量，4900t ； Vn 船舶靠岸時的法向速度，0.15m/s。 E 0=44

8、.1kJ ，船舶一般都是斜向靠碼頭，因此船舶的撞擊能量通常是考慮由一個護舷吸收。故選用D 型橡膠護舷50015005H L Z ´-（圖3-1）。橡膠護舷在碼頭高度方向的布置，應使船舶在不同水位和不同吃水深度時都能用船體干舷部分接觸護舷。船舶滿載時最大吃水時的干舷高度為1.8m ，而設(shè)計低水位與設(shè)計高水位之差為3.36m ，故在靠船構(gòu)件上設(shè)置3排橡膠護舷，高程分別為+2.814，+1.284，-0.246。 圖3-2 25t級單擋檐型系船柱護輪檻斷面為100´100。門機軌道布置在碼頭的前方樁臺上，距碼頭前沿2m ，間距為10.5m 。門機軌道下設(shè)縱梁。碼頭前沿應設(shè)供電、供

9、水設(shè)施，故鋪設(shè)2條工藝管溝，寬度均為0.6m ，深為1.4m ，中間用隔板隔開，上面蓋設(shè)厚度為0.15m ，寬度為1.65m 的蓋板。設(shè)置在碼頭前沿靠船構(gòu)件和前縱梁之間，在系船柱下方。管溝底板接于靠船構(gòu)件上，厚度為10cm 。為排除管溝內(nèi)積水，在上面設(shè)置排水孔。4.3 碼頭結(jié)構(gòu)的構(gòu)造型式與布置本碼頭采用預應力鋼筋混凝土空心方樁，斷面尺寸取為500mm ×500mm ，空心直徑為240mm ，混凝土采用C40。樁尖的寬度為（0.20.25）b=100125mm,取為100mm ；樁尖段的長度為(1.01.5b=500750mm，取為600mm ；樁尖段箍筋加密范圍為3b=1500mm；

10、樁頭段加設(shè)鋼筋網(wǎng)的長度為4b 4×5002000mm 。樁的各段尺寸見圖3-3。 圖3-4 單樁樁帽尺寸對于雙直樁和叉樁上方的樁帽，相鄰兩根樁在樁頂處的凈距取為300mm ，樁帽底面尺寸為1600mm ×800mm ，樁帽頂面尺寸為2000mm ×1200mm ，樁帽形式及斷面尺寸如圖3-5。 （a）前方樁臺（b）后方樁臺由于縱梁荷載較大，并且頂面需要裝設(shè)鋼軌，故采用空心矩形斷面，采用下部預制、上部現(xiàn)澆的疊合梁。縱梁斷面如圖3-7。 圖3-8 面板斷面圖為找平碼頭地面和作為磨耗層，在面板上鋪設(shè)50mm 厚的混凝土面層。為防止面層混凝土在氣溫變化時引起膨脹或產(chǎn)生裂縫

11、，面層設(shè)伸縮縫，縫寬10mm ，縫深10mm ，用瀝青填塞，縫的間距為4m 。面層上做坡度為0.5%的排水坡。為排除梁格內(nèi)的蒸汽，在面板內(nèi)設(shè)置排氣孔，直徑為50mm ，間距2m 。由于板式靠船構(gòu)件沿碼頭長度方向有全面的防護，小船不至誤入碼頭下面，并可防護樁免收冰凌及其他漂浮物的撞擊，該碼頭的靠船構(gòu)件形式采用懸臂板式。懸臂板式靠船構(gòu)件由懸臂板、胸墻板和水平縱梁三部分組成，每兩個橫向排架之間設(shè)一塊。懸臂板在預制場整體預制，運到現(xiàn)場安裝，并與橫梁整體連接。兩靠船構(gòu)件之間在施工水位以上的接縫在現(xiàn)場澆筑，使其在碼頭長度方向連成整體。靠船構(gòu)件斷面圖見圖3-9。 因為采用的是寬樁臺式碼頭，故僅需設(shè)矮小的接岸

12、結(jié)構(gòu)。在本次設(shè)計中采用重力式擋土墻，斷面為梯形。根據(jù)穩(wěn)定計算，設(shè)定上底1m ，下底1.8m ，高1.95m ，具體形式見圖3-10。 圖3-10 接岸結(jié)構(gòu)斷面第五章 碼頭荷載5.1永久荷載計算圖示 5.2荷載永久荷載包括面層、面板、橫縱梁等構(gòu)件的自重。（1）P 1=g 靠船構(gòu)件+g管溝蓋板=400.30kNg 靠船構(gòu)件=（2）P 2=g 面層+g面板+g縱梁=273.47kN（3）P 3=g 面層+g面板+g縱梁=440.48kN（4）P 3=g 面層+g面板+g縱梁=358.80kN門機荷載為主導可變荷載，堆貨荷載和船舶撞擊力為非主導可變荷載。 取門機起重臂與碼頭前沿線平行時計算，由結(jié)構(gòu)力學

13、求解器求得 輸入命令：結(jié)點,1,0,0結(jié)點,2,6.8,0結(jié)點,3,13.6,0結(jié)點,4,20.4,0結(jié)點,5,27.2,0結(jié)點,6,34,0單元,1,2,1,1,1,1,1,1單元,2,3,1,1,1,1,1,1單元,3,4,1,1,1,1,1,1單元,4,5,1,1,1,1,1,1單元,5,6,1,1,1,1,1,1結(jié)點支承,1,3,0,0,0結(jié)點支承,2,1,0,0結(jié)點支承,3,1,0,0結(jié)點支承,4,1,0,0結(jié)點支承,5,1,0,0結(jié)點支承,6,1,0,0單元材料性質(zhì),1,5,10000,100,0,0,-1影響線參數(shù),-2,2,1,3 碼頭前沿地帶q 1=25 kN/m2，則256

14、.8170/q kN m =´=（1）作用在船舶上的風荷載作用在船舶上的風壓力的橫向分力F xw 和縱向分力F yw 可按下式計算：525F A V F A V xx-=´=´式中： A xw 、A yw 船體水面以上橫向和縱向受風面積（m 2）；V x 、V y 設(shè)計風速V 的橫向和縱向分量（m/s）； 風壓不均勻折減系數(shù)，取0.90。貨船半載或壓載時：=+=+DW 船舶載重量3000t 。 A xw =647.14 m2；A yw =159.59 m2 基本風壓：2011600V W =查港口工程荷載規(guī)范得黃驊港W 0=0.45kPa，計算得s m V /83

15、. 26=。考慮最不利情況，假設(shè)其完全為橫風時：xw yw F kN F -=´´´´=（2）船舶系纜力計算系纜力標準值N （kN ）及橫向分力N x （kN ）、縱向分力N y （kN ）和豎向分力N z （kN ）應按下列各式計算：sin cos cos cos sin cos cos cos sin y x x y z F F KN nN N N N N N ababababbéùú=+êúëû= 式中：x y F F åå、可能同時出現(xiàn)的風和水流對船舶作用產(chǎn)

16、生的橫向分力總和和縱向分力總和（kN ）；K 系船柱受力分布不均勻系數(shù)，n=2時，K 取1.2； n 受力系船柱數(shù)目，船長100m ，取n =2； 系船纜的水平投影與碼頭前沿線的夾角（°），對于海船碼頭，采用=30°；系船纜與水平面的夾角（°），對于海船碼頭，采用15°。計算，得：N kN N kN N kN=N x 的作用點距橫梁中性軸的距離為1.56m ，產(chǎn)生的彎矩（3）船舶撞擊力船舶靠岸時的有效撞擊能量E 0=44.1kJ ，選用D 型橡膠護舷50015005H L Z ´-，查表得撞擊時產(chǎn)生的反力R 700kN ，則單個排架受到的船舶撞

17、擊力H=700×0.333=233.1kN 。船舶撞擊力的作用點距橫梁中性軸距離為2.036m ，故作用于橫梁上的彎矩M 233.1×2.036=474.59KN ·m 。第六章 橫向排架計算6.1計算基本假定1. 結(jié)構(gòu)分段的長度與寬度之比為50.2：143.6，所以可以認為各橫向排架是獨立工作的；2. 分段內(nèi)各橫向排架的間距和結(jié)構(gòu)相同； 3. 各橫向排架的承荷條件和能力相同；4. 樁與樁臺為固接， 樁臺剛度為無窮大，在外力作用下只發(fā)生變位而不變形，所有樁頂均在同一水平面上，按剛性樁臺計算。6.2計算圖式 承載能力極限狀態(tài)的持久狀況的持久效應組合：01112n d

18、 G G k Q Q k Qi Qi ik i S C G C Q C Q gggyg=éùæöêú=+ç÷êúèøëûå式中：0 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，設(shè)碼頭安全等級為二級，取為1.0；G g 永久作用分項系數(shù)，取為1.2； 可變作用組合系數(shù)，取為0.7；1Q g主導可變作用的分項系數(shù)，門機荷載為主導可變作用，取為1.5；Qi g可變作用分項系數(shù)，堆貨荷載取為1.4，船舶撞擊力取為1.5。對荷載進行組合簡化得：P kNq kN mM é&#

19、249;=´´+´=ëûH kNéù+´+´´=·ëûæöç÷=´´´´+´´´´=·ç÷èø對于摩擦樁，樁頂?shù)妮S向位移由樁自由長度段L 0的材料彈性變形和樁入土段的變形兩部分組成，后者包括入土段樁的材料變形和樁尖下沉。樁的等效剛性系數(shù)計算公式為：0011eN Z Z C E F C =+式中：L 0 樁自由長度L 0（m ），各樁不同；E Z 樁材料的彈性模量（kPa ）， E z =0.8Eh =0.8×3.30×107=2.64×107kPa ；F Z 樁斷面的面積（m 2），對于500mm &