《港口工程学》课程设计设计计算书

-18-《港口工程学》课程设计设计计算书1.码头总体设计1.1码头泊位长度确定根据《海港总平面设计规范JTJ291-98》的有关规定：4.3.6：码头泊位长度，应满足船舶安全靠离作业和系缆的要求。对有掩护港口的码头，其单个泊位长度可按下式确定：式中:表4-1富裕长度dL(m)<4041~8586~150151~200201~230>230d(m)58~1012~1518~2022~2530拟建码头是多泊位连续布置中首先建设的码头，其长度按单泊位计算。富裕长度d根据船长L=86m，按规定取13.51m，所以泊位长度为113.02m。1.2码头桩台宽度①结构宽度：码头结构总宽度主要取决于岸坡的稳定性和挡土结构位置。由于在上海天津一带，岸坡开挖坡度多取1:2.5，所以此处假定开挖岸坡坡度为1:2.5；挡土结构采用重力式挡土墙，再结合平面布置中确定的码头前沿底高程-5.05m，和码头面高程4.1m，在地形的横断面图中可确定码头结构的总宽度约为22m。其中，前方桩台宽14.5m，主要用于装卸桥的布置；后方桩台宽7.46m，主要起连接作用；前方桩台与后方桩台，后方桩台与挡土结构之间的变形缝间距为2mm。②结构沿码头长度方向的分段：为避免在结构中产生过大的湿度应力和沉降应力，沿码头长度方向隔一定距离应设置变形缝。从结构沿码头长度可分为2段，每段长56.5m，每个结构段的两端做成悬臂式上部结构，桩台沿长度方向在端部得悬臂段取1.25m、沿宽度方向在端部的悬臂段取2m。由于根据设计要求整个码头沿变形缝分为两个桩台，两个桩台的受力方式基本相同，所以计算时只算一个桩台。两个桩台间采用凹凸缝连接形式。1.3码头高程和桩台高度①码头顶高程：取码头面高程为4.1m。②码头前沿水底高程：取-5.05m。③桩台高度：根据横纵梁、桩帽及面板、面层的高度确定桩台高度，此处采用现浇倒T型梁，因此根据横纵梁、面板、面层的高度可初步拟定桩台高度为2.4m④桩顶的高程：规定桩顶高程在设计高水位以下1m左右，综合考虑码头顶面高程及桩台高度，桩顶的高程取为1.7m。1.4桩基设计与布置由《港口水工建筑物》中桩基布置原则：eq\o\ac(○,1)应能充分发挥桩基承载力，且使同一桩台下的各桩受力尽量均匀，使码头的沉降和不均匀沉降较小；eq\o\ac(○,2)应使整个码头工程的建设比较经济；eq\o\ac(○,3)应考虑桩基施工的可能与方便。根据规范拟定：前门机梁下设置双直桩，后门机梁下设置叉桩，叉桩倾斜度为3:1在双直桩和叉桩之间设置一根直桩。排架中桩距取3.5m，两端悬臂部分取2m。沿码头长度方向排架等间距布置，间距取6m，两端悬臂部分均取1.25m。桩基为400mm*400mm预应力钢筋混凝土实心方桩，边长为0.4m。图1.1码头断面图图1.2桩型图1.5靠船构件设计与布置沿码头前沿方向宽度(m)=1；靠船构件底部高程(m)=0.7；B1(m)=1；B2(m)=0.5；H1(m)=1.4；H2(m)=0.32.面板设计与计算2．1面板形式采用叠合板形式，预制部分为20mm,现浇部分为0.15mm。采用面板与面层分开现浇形式：现浇面层取0.05mm。2．2板的搁置形式与搁置长度采用固接的搁置形式，根据《港口水工建筑物》表4-2-2，面板搁置长度取15mm。2．3梁格布置根据《高桩码头设计与施工规范JTJ291-98》中4.1.2的有关规定：两边支承两边自由的板可按单向板计算。四边支承板，长边与短边的计算跨度之比大于或等于2时，可按单向板计算；长边与短边的计算跨度之比小于2时，可按双向板计算。由于沿码头前沿方向的横向排架中桩距是6m,沿码头宽度方向的桩距是3.5m，两者之比小于2；面板是两边支承在横梁上，两边支承在纵梁上，因此此处面板为双向板。其自重及作用在其上面的均布荷载通过如图2.1所示传给纵、横粱。图2.1面板荷载传递图其中QUOTEq=25×0.4=10kPa;3.纵梁设计与计算3.1轨道梁计算3.1.1断面设计根据《港口水工建筑物》可知纵梁的断面形式有矩形、花篮形（含半花篮形）和QUOTEπ形形。由于此处拟定将纵梁搁置在横梁上，纵梁采用花篮形断面。纵梁的高度应根据受力计算确定，而宽度主要由剪力计算确定。又根据一般规定可知纵梁的高度一般为90-120cm，宽度一般为30-50cm，此处拟定纵梁为花篮形断面，宽度400，高度1200。详见图3.1。图中：B=0.6mH=1.2mb1=0.4mh1=0.15mh2=0.15mh3=0.3m图3.1纵梁断面图3.1.2纵梁搁置长度根据《港口水工建筑物》表4-2-2，纵梁搁置长度取20mm。3.1.3计算跨度本设计将纵梁设计为刚性支承连续梁，根据《高桩码头设计与施工规范JTJ291-98》中4.2.1.2刚性支承连续梁的有关规定：弯矩计算中：当时，QUOTEl0=l；当时，QUOTEl0=1.05ln。式中：QUOTEl横梁或桩帽中心距（m）；纵梁支座、横梁或桩帽宽度（m）剪力计算：QUOTEl0=ln，式中：；。此处：其中，,；则：弯矩计算中：QUOTEl0=1.05ln=剪力计算中：QUOTEl0=ln=7.5m3.1.4计算荷载(1)永久荷载a.纵梁自重：b.面板传递力：如图2.1对面板的支座反力：由于一根纵梁上作用两块板的力，所以为72.8875kN(2)可变荷载c.堆货荷载:如图2.1对通过面板面板传递可变荷载的支座力：,由于一根纵梁上作用两块板上的力，所以为223.125kNd.门机荷载：根据设计资料可知门机类型为QUOTEMh-4-25图3.3门机荷载计算简图(3)荷载组合：a+b+c+d3.1.5内力计算结果（每种组合类型下的作用效应包络值）a．承载能力极限状态持久组合竖向位移跨截面位置竖向位移最大值最大效应对应的工况竖向位移最小值最小效应对应的工况1左端.92组合1-1.99组合11跨中.43组合1-1组合11右端0组合10组合12左端0组合10组合12跨中2.88组合1-.72组合12右端0组合10组合13左端0组合10组合13跨中1.97组合1-1.14组合13右端0组合10组合14左端0组合10组合14跨中2.12组合1-.91组合14右端0组合10组合15左端0组合10组合15跨中2.06组合1-.94组合15右端0组合10组合16左端0组合10组合16跨中2.06组合1-.92组合16右端0组合10组合17左端0组合10组合17跨中2.06组合1-.94组合17右端0组合10组合18左端0组合10组合18跨中2.12组合1-.91组合18右端0组合10组合19左端0组合10组合19跨中1.97组合1-1.14组合19右端0组合10组合110左端0组合10组合110跨中2.88组合1-.72组合110右端0组合10组合111左端0组合10组合111跨中.43组合1-1组合111右端.92组合1-1.99组合1剪力跨截面位置剪力最大值最大效应对应的工况剪力最小值最小效应对应的工况1左端375组合10组合11跨中484.72组合10组合11右端969.45组合10组合12左端0组合1-1575.44组合12跨中590.17组合1-267.04组合12右端1945.12组合10组合13左端0组合1-1805.31组合13跨中386.59组合1-439.51组合13右端1746.01组合10组合14左端0组合1-1761.71组合14跨中447.69组合1-422.9组合14右端1786.64组合10组合15左端0组合1-1774.12组合15跨中425.93组合1-429.19组合15右端1772.74组合10组合16左端0组合1-1773.38组合16跨中428.23组合1-428.23组合16右端1773.38组合10组合17左端0组合1-1772.74组合17跨中429.19组合1-425.93组合17右端1774.12组合10组合18左端0组合1-1786.64组合18跨中422.9组合1-447.69组合18右端1761.71组合10组合19左端0组合1-1746.01组合19跨中439.51组合1-386.59组合19右端1805.31组合10组合110左端0组合1-1945.12组合110跨中267.04组合1-590.17组合110右端1575.44组合10组合111左端0组合1-969.45组合111跨中0组合1-484.73组合111右端0组合1-375组合1弯矩跨截面位置弯矩最大值最大效应对应的工况弯矩最小值最小效应对应的工况1左端0组合10组合11跨中0组合1-268.67组合11右端0组合1-793.4组合12左端0组合1-793.4组合12跨中1674.56组合1-185.72组合12右端0组合1-1930.09组合13左端0组合1-1930.09组合13跨中1279.28组合1-368.78组合13右端0组合1-1751.77组合14左端0组合1-1751.77组合14跨中1316.58组合1-270.2组合14右端0组合1-1780.86组合15左端0组合1-1780.86组合15跨中1292.29组合1-280.31组合15右端0组合1-1770.54组合16左端0组合1-1770.54组合16跨中1296.93组合1-272.77组合16右端0组合1-1770.54组合17左端0组合1-1770.54组合17跨中1292.29组合1-280.31组合17右端0组合1-1780.86组合18左端0组合1-1780.86组合18跨中1316.58组合1-270.2组合18右端0组合1-1751.77组合19左端0组合1-1751.77组合19跨中1279.28组合1-368.78组合19右端0组合1-1930.09组合110左端0组合1-1930.09组合110跨中1674.56组合1-185.72组合110右端0组合1-793.4组合111左端0组合1-793.4组合111跨中0组合1-268.67组合111右端0组合10组合1b．正常使用极限状态持久状况的标准组合竖向位移跨截面位置竖向位移最大值最大效应对应的工况竖向位移最小值最小效应对应的工况1左端.56组合1-1.36组合11跨中.26组合1-.68组合11右端0组合10组合12左端0组合10组合12跨中1.98组合1-.39组合12右端0组合10组合13左端0组合10组合13跨中1.33组合1-.73组合13右端0组合10组合14左端0组合10组合14跨中1.45组合1-.56组合14右端0组合10组合15左端0组合10组合15跨中1.4组合1-.58组合15右端0组合10组合16左端0组合10组合16跨中1.4组合1-.57组合16右端0组合10组合17左端0组合10组合17跨中1.4组合1-.58组合17右端0组合10组合18左端0组合10组合18跨中1.45组合1-.56组合18右端0组合10组合19左端0组合10组合19跨中1.33组合1-.73组合19右端0组合10组合110左端0组合10组合110跨中1.98组合1-.39组合110右端0组合10组合111左端0组合10组合111跨中.26组合1-.68组合111右端.56组合1-1.36组合1剪力跨截面位置剪力最大值最大效应对应的工况剪力最小值最小效应对应的工况1左端250组合10组合11跨中333.77组合10组合11右端667.57组合10组合12左端0组合1-1084.14组合12跨中400.34组合1-167.77组合12右端1344.38组合10组合13左端0组合1-1246.12组合13跨中254.98组合1-294.85组合13右端1202.9组合10组合14左端0组合1-1214.72组合14跨中298.95组合1-281.2组合14右端1232.32组合10组合15左端0组合1-1223.61组合15跨中283.77组合1-286.25组合15右端1222.44组合10组合16左端0组合1-1222.99组合16跨中285.49组合1-285.49组合16右端1222.99组合10组合17左端0组合1-1222.44组合17跨中286.25组合1-283.77组合17右端1223.61组合10组合18左端0组合1-1232.32组合18跨中281.2组合1-298.95组合18右端1214.72组合10组合19左端0组合1-1202.9组合19跨中294.85组合1-254.98组合19右端1246.12组合10组合110左端0组合1-1344.38组合110跨中167.77组合1-400.34组合110右端1084.14组合10组合111左端0组合1-667.57组合111跨中0组合1-333.78组合111右端0组合1-250组合1弯矩跨截面位置弯矩最大值最大效应对应的工况弯矩最小值最小效应对应的工况1左端0组合10组合11跨中0组合1-182.44组合11右端0组合1-542.22组合12左端0组合1-542.22组合12跨中1152.95组合1-69.64组合12右端0组合1-1341.37组合13左端0组合1-1341.37组合13跨中874.29组合1-214.21组合13右端0组合1-1211.41组合14左端0组合1-1211.41组合14跨中903.22组合1-142.44组合14右端0组合1-1233.76组合15左端0组合1-1233.76组合15跨中885.92组合1-150.83组合15右端0组合1-1226.14组合16左端0组合1-1226.14组合16跨中889.38组合1-145.26组合16右端0组合1-1226.14组合17左端0组合1-1226.14组合17跨中885.92组合1-150.83组合17右端0组合1-1233.76组合18左端0组合1-1233.76组合18跨中903.22组合1-142.44组合18右端0组合1-1211.41组合19左端0组合1-1211.41组合19跨中874.29组合1-214.21组合19右端0组合1-1341.37组合110左端0组合1-1341.37组合110跨中1152.95组合1-69.64组合110右端0组合1-542.22组合111左端0组合1-542.22组合111跨中0组合1-182.44组合111右端0组合10组合13.2一般纵梁计算3.2.1断面设计同轨道梁，即：为花篮形断面，宽度400，高度1200。详见图3.1。3.2.2计算跨度同轨道梁，即：弯矩计算中：QUOTEl0=1.05ln=剪力计算中：QUOTEl0=ln=7.5m3.2.3计算荷载(1)永久荷载a.纵梁自重：b.面板传递力：如图2.1对面板的支座反力：由于一根纵梁上作用两块板的力，所以为72.8875kN(2)可变荷载c.堆货荷载:如图2.1对通过面板面板传递可变荷载的支座力：,由于一根纵梁上作用两块板上的力，所以为223.125kN(3)荷载组合：a+b+c承载能力极限状态持久组合编号组合内容1永久荷载+件杂货荷载1+门机1正常使用极限状态持久状况的标准组合编号组合内容1永久荷载+件杂货荷载1+门机13.2.4内力计算结果【同轨道梁】（每种组合类型下的作用效应包络值）a．承载能力极限状态持久组合b．正常使用极限状态持久状况的标准组合4.横梁的设计与计算4.1断面设计根据《港口水工建筑物》第四章高桩码头第二节可知横梁的横断面形式一般矩形、倒T形、花篮形和倒梯形四种，其中前三种主要用于前方桩台的横梁。此处拟定的纵梁为花篮形且将搁置在横梁上，因此拟定横梁断面形式为倒T形。结构采用整体现浇形式，从而此处可以不设桩帽，下横梁尺寸按照桩帽的标准考虑。横梁断面为倒梯形T形断面形式，下横梁为矩形断面宽1200，高度800；上横梁为矩形断面，宽度400，高度1200根据《港口水工建筑物》第四章高桩码头第二节可知横梁的宽度根据计算确定，并应考虑纵梁或板的搁置长度等构造要求，现浇混凝土横梁尚应考虑打桩偏位的影响，倒T型横梁的上横梁宽约为35-45cm，高度一般为80-150cm。下横梁宽度一般为90-120cm，高度一般为60-80cm。故本设计拟定倒T形梁断面尺寸为：下横梁高800mm，宽1200mm；上横梁高1200mm，宽400mm。图中：B=1.2mH=2mb1=0.4mh1=0.8m图4.1横梁截面图(单位:mm)4.2计算跨度高桩码头的结构分段是一个空间整体结构。按空间结构进行计算的方法尚在发展中，但由于本设计采用的是板梁式高桩码头，它的结构布置和受荷条件各排架（边排架除外）基本上是相同的，可按纵向和横向两个平面进行结构内力计算。故本设计取一个横向排架作为计算单元，计算跨度等于横向排架的跨度即为14.5m。4.3计算荷载（1）永久荷载a.横梁自重：b.面板自重—横梁：如图2.1QUOTE12×25×横梁对面板的支座反力：由于一根横梁上作用两块板的力，所以为120.05kNc.面板自重—纵梁—横梁：面板—轨道梁横梁横梁对面板传递到重量上的力的支座反力：由于一根横梁上作用两块板的力，所以为72.kN2）面板—一般纵梁—横梁：横梁对面板传递到重量上的力的支座反力：由于一根横梁上作用两块板的力，所以为72.kNd.纵梁自重—横梁：（2）可变荷载e.堆货荷载—横梁：f.堆货荷载—纵梁—横梁：1）堆货荷载—一般纵梁—横梁：2）堆货荷载—轨道梁—横梁：g.门机滚动荷载—轨道梁—横梁：根据轨道梁计算结果，可得F=818.76KN。永久荷载图散货荷载图h.船舶撞击力:R=280KN，作用在设计低水位附近，设计低水位标高为0.2m。作用位置撞击力名称作用点高程(m)撞击力(kN)码头前部船舶靠岸撞击力10.3280船舶撞击力作用图i.船舶系缆力:N=170KN,作用在轨顶面以上0.5m,即4.6m处。作用位置系缆力名称系缆力N(kN)α(°)β(°)作用点高程(m)离码头对应边沿距离DL(m)码头前部船舶系缆力117015304.60.5船舶系缆力作用图（3）作用组合1）a+b+c+d+e+f+g+i2）a+b+c+d+e+hA．施工期组合承载能力极限状态短暂状况作用效应的短暂组合编号组合内容1永久荷载2永久荷载+施工均布荷载正常使用极限状态持久状况的频遇组合编号组合内容1永久荷载2永久荷载+施工均布荷载B．使用期组合承载能力极限状态持久状况作用效应的持久组合编号组合内容1永久荷载2永久荷载+件杂货、集装箱荷载1+门机1+船舶系缆力13永久荷载+件杂货、集装箱荷载1+门机1+船舶靠岸撞击力1正常使用极限状态持久状况的标准组合编号组合内容1永久荷载2永久荷载+件杂货、集装箱荷载1+门机1+船舶系缆力13永久荷载+