【重庆交通大学课件】高桩码头（3-3） .ppt

纵向水平撑：加强悬臂梁 的纵向刚度，使全部悬臂梁共 同承受船舶荷载沿码头长度方 向的水平力。 适用条件：水位差5m以下。 当水位差继续增大，上述 两种靠船构件就不适用了，而 需采用其它型式以适应水位变 化时的系靠船要求，如框架式、 靠船桩式、浮式等。,五、 构件的连接与搁置,1、 构件的连接 固接：传递m和q； 铰接：只传递q； 不连接：不传力。 无论何种连接方式，都必须满足：符合构件连接处的受力 条件；确保连接质量；便于施工。 2、 构件的搁置 搁置长度根据局部挤压强度，并考虑构件预制和安装尺寸 的误差等因素来确定。 简支板：20cm；装配式整体板：15cm；装配式纵梁：20cm； 装配式横梁：20cm。,、高桩码头的结构布置,高桩码头的结构布置应根据使用要求、自然条件和施工 条件，并通过经济技术比较加以确定，在符合适用要求、保 证质量、经济技术合理和施工条件可能的前提下，我们所选 用的结构应尽量提高装配化程度，简化构件型式，采用预应 力砼结构。 结构布置主要包括：码头轮廓尺寸的确定；桩基布置； 上部结构布置。,一. 结构轮廓尺寸的确定,结构轮廓尺寸的确定主要包括以下内容： 前沿线的确定； 码头前沿高程的确定； 河底高程的确定； 码头岸线长度的确定； 结构尺寸的确定。 结构设计问题包括： a.结构宽度； b.桩顶高程； c.靠船构件的底面高程； d.码头的分段、长度等。,、结构宽度拟定 1、窄桩台 根据使用要求、荷载分布、装卸工艺取码头前沿地带宽度。 备注： 主要不是用来堆货，而是作为布置前方铁路线、道路、门机轨道以及 进行货物装卸作业和流动起重运输机械回转运行的区域）。 有门机：取1414.5m（2.5+10.5+1.5） 无门机：取810m 有集装箱装卸桥：根据装卸桥 轨距确定，一般岸边集装箱装卸桥 上午轨距应根据不同工艺布置、水 平运输作业方式及保证设备具有足 够的稳定性来确定，其轨距不应小 于16m。 备注：先拟定结构宽度，然后进行 整体稳定性验算，不满足就适当加宽。,2、 宽桩台 总宽度主要取决于前沿线位置、岸坡的地质条件（坡 度）、码头面高程和所采用的接岸结构形式及位置。 考虑到结构总宽度内作用的性质和大小的不同，用纵 缝将结构分为前后两部分前方桩台和后方桩台。 前方桩台的宽度一般采用 码头前沿地带的宽度（14.0 14.5m）。 结构总宽度减去前方桩台 的宽度即为后方桩台的宽度。,步骤： 确定码头前沿线位置以及码头面高程、设计河底高程 （影响因素：前沿水深、与岸线顺直、对航道影响、与原结 构物衔接）； 初拟开挖坡度，考虑码头修好后的稳定； 首先根据土质情况、有无护坡、打桩振动等初步选定， 然后根据整体稳定性验算结果来调整。一般小于1：1.5。常 取1：21：3。 抛石基础底高程、顶高程 抛石基础底高程打桩船施工水位吃水富裕（0.5m） 顶高程 底高程0.5m,抛石棱体前土体肩宽b111.5m，以保证棱体的稳定 棱体斜坡水平投影长度b2（决定于坡度和高度） 挡墙前抛石基础的肩宽b311.5m。 则结构宽度bb0b1b2b3 前、后平台及引桥长（满堂式无 引桥） 前方平台宽 a 门机双线火车：1414.5m b 门机三线火车：1819m c 无门机、火车：810m 后方平台宽度主要由工艺确定 （门机吊幅、车辆的 转弯半径和堆货布置形式） 引桥长b（前、后平台宽）, 上部结构的底高程 取决于码头前沿高程和桩台的高度。应考虑使用要求、施工 水位、波浪对结构影响和检修的可能性。例如：根据施工要求， 其高程不得低于桩帽或现浇横梁的施工水位。 靠船构件的底高程 应考虑设计船舶的安全停靠，同时要大、小船兼顾。一般应 低于设计低水位设计船型满载吃水的干舷高度。 结构的分段 为了避免结构在使用过程中产生过大的温度应力和沉降应力， 应沿码头长度方向隔一定距离设置变形缝。变形缝包括伸缩缝和 沉降缝。伸缩缝应根据温差、上部结构的刚度、桩的自由长度和 刚度等因素综合考虑。沉降缝位置视荷载结构型式和地质条件而 定。（上部结构为装配整体式时可取6070m，现场整体现浇时宜取35m）,1、 分段长： 一般4060m，缝宽24cm 的通缝，做成齿形（避免轨道错 位）。 2、 形式及构造 变形缝的形式通常有三种： 悬臂式变形缝 优点：对不均匀沉降的适应性 强。 缺点：设变形缝的跨跨度小， 增加了横向排架的数量，悬臂部分 需现浇，施工麻烦。,简支缝 就是在两个结构段之间设置简支跨，在简支梁的两端设 置变形缝。采用简支结构时，应满足简支构造，支座上应铺 设橡胶块、油毛毡等垫层，保证简支梁的梁端能自由滑动和 转动。在平面上应作成凹凸形，凹凸缝的齿高可取2040cm。 优点：适应不均匀沉降能力强，各跨跨度基本相同，不 增加排架数量。 缺点：承受水平力的能力差，且支座构造复杂。 公用跨式 在设置变形缝的横向排架上将横梁分成两半。 优点：结构简单，施工方便，不增加排架数量。 缺点：中间排架沉降，两边都受影响；且支座构造复杂。,二. 桩基布置,桩基既是高桩码头的基础，又是结构的主要受力构件， 它与其上面的横梁组成一个整体结构，称为横向排架，是高 桩码头的主要受力单元。在进行桩基布置时，必须综合考虑 各种因素进行优化设计，三条原则如下： 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； 应尽可能降低整个码头造价； 考虑施工的可能和方便。,、横向排架中桩的布置 横向排架中桩的数目和布置取决于桩台的宽度和码头荷 载。,1、 布置原则 布置时应考虑：（分前方平台和后方平台） 尽量发挥桩的单桩承载力； 对摩擦桩：桩距6b，常取35m，若6b，则单桩承 载能力就不能充分发挥，应视为群桩。 对支承桩：可不加限制。 同一桩台下基桩桩尖应打至同一土层，且桩尖标高不 宜相差太大，有利提高桩的承载能力，减小桩台沉降及不均 匀沉降； 同一桩台下各桩受力应尽量均匀，断面、倾斜度应尽 量一致桩位尽量布置在纵梁下；,前方桩台：桩的间距有门机无火车时，可采用等间 距（35m）；有门机有火车时，可采用等间距或不等间距 布置。倾斜度取3：1 承受水平力较大的码头，宜设置叉桩或半叉桩； 桩和桩的空间交叉应留有适当距离，防止碰撞； 空间净距0.5m，平面布置上扭一角度1520 桩顶净距0.3m（安放替打） 有门机时，门机下一般都布置双桩：前为双直桩，后 为叉桩；无火车时：在前后门机之间布置1或2根桩；有火车 时：每线火车下布置1或2根 窄突堤码头：一般两侧靠船，桩基布置成对称。,2、 桩距与桩数： 桩距：一般35m，且桩间净距6d（或6b）； 桩数：可根据结构宽度、桩距和码头面上的荷载 大小确定。, 桩基的纵向布置 桩的纵向布置与横向排架间距有关：,排架间距 取决于：码头面的荷载、桩的承载力、上部结构的技术、 经济的合理性、船舶系靠方便程度和施工起重能力等，应综 合考虑各种因素加以确定。为充分发挥桩的承载力，采用长 桩、粗桩和大跨径。一般应提高经济技术比较来确定。 前方平台：58m，（1014m）； 后方平台：堆货荷载较大，35m。 备注： 在整个码头上的横向排架间距应尽量一致，以减少构件 类型。,纵向叉桩的布置 取决于：码头的纵向受力和码头的纵向刚度。 一般： 码头短（几十米）：端部要设叉桩，以抵抗船舶顶水 平靠岸时产生的撞击力纵向分力； 码头长（几百米），常为连续梁板结构，整体性好， 纵向刚度大，可不设叉桩或仅在两端设叉桩或半叉桩； 在风暴系船柱和舾装码头的试车系船柱下面，因纵 向系缆力大，应设纵向叉桩。, 桩长的确定：根据计算确定 取决于：单桩承载能力、地质情况、施工中打桩船能施 打的长度。若超过打桩船能施打的长度，需接桩。 根据打桩船能施打的高度： l（hfl）h 满足在地基中的嵌固条件，如是岩面或打入困难的土 层（n30）的高度较高，需采用钻孔栽桩的方法来满足嵌固 条件。 为了提高桩的承载力和减小沉降，应尽量将基桩尖打 入良好持力层的一定深度。 桩未能达到硬土层，在满足单桩承载力的基础上应使 同一桩台的桩打至同一土层，且桩尖标高不宜相差太大，以 免桩台产生不均匀沉降。, 基桩的施工顺序（平面布置） 打桩需按一定顺序，因此在进行桩基布置时，必须考虑 施工可能性。 保证每根桩都能打，且施工方便； 不妨碍打桩船的抛锚和系缆； 尽量减少调船和变动打桩架斜度。 但有时由于结构的原因，桩基布置复杂，并受到水位、 地形条件和打桩船性能的限制，有些桩不易打，甚至打不 到，则需考虑是否改变桩基布置或采用特种施工方法。,三. 上部结构的布置, 布置原则 在拟定结构系统，进行构件布置和选择构件型式时应 遵守以下原则： 结构系统简单； 结构受力明确合理； 整体性好，有足够的刚度； 尽量采用预制构件和预应力构件； 构件类型少，便于预制安装，现浇工作量少。 、结构布置 在梁板式高桩码头的上部结构中，面板、横梁必不可少。因 此，结构布置关键在于是否设置纵梁和设几根纵梁，而纵梁的设 置取决于码头面上荷载的性质和大小以及结构的整体性要求。,1、 无门机、无火车 只承受一般车辆轮压荷载和均布荷载，可不设纵梁，而 设空心大板或“”型板和“”型板（有大型流动起重机 械时） 2、 有门机、无火车 设两根门机轨道梁。在轨道梁间：无大型流动起重机械 时：不设纵梁，（空心）板放在横梁上；有大型流动起重机 械时：设数根纵梁，板放在纵梁上。 3、 有门机、有火车 设两根门机轨道梁，增设二或四根火车轨道梁。,、板型、梁型的选择 按受力情况分： 梁： 简支梁 连续梁 悬臂梁 板： 单向板：简支板、连续板和悬臂板； 双向板：四边简支、四边固定、三 边简支一边自由和三边固定一边自由。 1、 悬臂板梁 尽量少用，除靠船构件及变形缝外。,2、 简支或连续板梁 前方平台：受力复杂，整体性要求高，刚度要求高。 横梁：连续梁 纵梁：梁板式高桩宜用连续梁，有条件可用预应力 迭合梁；高桩框架式由于排架本身刚度大，当码头较长 时可用简支梁，预应力简支梁，当码头较短时，宜用连续梁 或预应力迭合梁。 面板：取决于荷载的性质和大小，整体性要求及施工方 法。荷载大、整体性要求有地震设防的码头高可用连续梁 或四边固定板；荷载小、整体性要求不高，可用简支板或四 边简支板。 后方平台：整体性要求和刚度要求不高，一般都用简 支板梁结构或预应力简支结构。,备注： 单向板可采用预应力结构，其施工简单。但但单向板 承受集中荷载的能力较差，一般不适用于大集中荷载的情况。 双向板是双向承受荷载，因此内力比单向板小。但双 向板需要双向配受力钢筋，一般只能采用非预应力结构。当 有良好整体性要求或作用有较大集中荷载时，宜采用双向板。,、高桩码头的计算,计算原则： 高桩码头计算应分别按持久状况、短暂状况、偶然状况 三种设计状况，并按不同的极限状态和效应组合进行计算和 验算。 按承载能力极限状态设计的有： 结构的整体稳定、岸坡稳定和挡土结构稳定等； 构件的强度； 桩、柱的压屈稳定等； 桩的承载力等。,按正常使用极限状态设计的有： 砼构件抗裂、限裂； 梁的挠度； 柔性靠船桩水平变位； 装卸机械作业引起的结构振动。 本节仅介绍梁板式高桩码头上部结构和横向排架的计算。 上部结构的计算：面板、纵梁（门机梁等）、横梁和靠 船构件。横梁与基桩一起构成横向排架，横梁的内力通过横 向排架的计算求得。,一. 面板内力计算,可按弹性薄板小扰度理论以静力分析法进行数值计算， 也可按面板的支承情况分为单向板和双向板按简支法计算。 、计算图式和计算跨度 1、计算图式 单向板：简支板、悬臂板和连续板； 双向板：四边简支、四边固定、三边简支一边自由和三 边固定一边自由等。 在计算时应根据实际的结构型式（如空心板）、板的尺 寸及其周边支承情况和板间连接情况等因素来合理选择计算 图式。,支承情况 两边支承、两边自由板：为单向板，如空心板。 四边支承板：la/lb2为单向板，la/lb2为双向板（事实 上均为双向板） 单向板：计算时沿长边方向取板宽，短边方向取为板跨，只 考虑单向配筋，类似于梁。 双向板：则考虑双向受力，按双向配筋。 支承构造 简支板、悬臂板和连续板的判别：主要根据板和板之间、板 与梁之间的连接构造来确定。 简支板：在支座处自由搁置或简单连接； 连续板：在支座处整体连接，如迭合板； 悬臂板：板的一边与梁整体连接，而另三边自由。 计算同简支梁、连续梁和悬臂梁。,2、 计算跨度 在确定板的计算跨度时，应考虑支座对板的影响， 计算跨度分弯矩计算跨和剪力计算跨。 弯矩计算跨度 p86表441 简支板：ll0h且l0e，l0净跨 连续板：b10.1lc时，llc（不考虑支座宽度 影响），lc中心线 b10.1lc时，l1.1lc（考虑支座宽度影响） 剪力计算跨度 无论是简支板还是连续板， 均取净跨，ll0,、集中荷载的接触宽度和传递宽度 设集中荷载的接触宽度为a2b2，垫层厚度为hs，则： 1、 传递宽度（传递到面板上的传递宽） 单轮作用时：顺板跨方向a1a22hs；垂直板跨 方向b1b22hs。 多轮作用时，且轮距较小，传递范围相互重叠： 顺板跨方向： a1a22hsy； 垂直板跨方向：b1b22hsx。 y、x分别为顺板跨和垂直板跨方向的最外两轮的 中心距。 多轮不重叠时：按单轮情况计算。,2、 传递以后的荷载强度q0 q0p/a1b1， p传递范围内的集中力总和。 3、 当火车、门机轨道铺在横向枕木上时： 顺板跨方向a1l2h（式中l枕木长） 垂直板跨方向b1b12h（式中h为道渣厚，b1为枕木宽） 4、 当火车、门机轨道直接作用在板上时： 顺板跨方向a1a2 垂直板跨方向b12h,、集中荷载作用下板的计算宽度 1、影响有效分布宽度的主要因素 宽跨比； 板厚； 荷载接触面积； 荷载作用位置。,2、 集中荷载作用下单向简支板和连续板的计算宽度 现设想以bmmax的矩形来代替实际的mx曲线分布图 形，即： 则得： 弯矩图形的换算宽度：bm/mmax（m为总弯矩）。 mmax荷载中心处的最大弯矩值。 上式中b即为集中荷载作用下板的计算宽度。 板的有效分布宽度（计算宽度）b主要决定于荷载作 用的位置和大小，板的计算跨度以及板的支承情况。 相同条件下：固接板的工作宽度比简支板小3040；愈靠近支座处，板的工作宽度也愈小。,考虑实际情况的诸多因素，并便于计算，规范规 定简支板和连续板的工作宽度可按如下计算： 中置荷载（荷载接触面积中心位于1/2 板宽至 y0.5bc）的弯矩计算宽度： 偏置荷载（荷载接触面积中心位于自由边附近， 且y0.5bc）的弯矩计算宽度：,当有多个集中荷载同时作用，弯矩计算宽度重叠时，其计算宽度取bcs，s为最外面集中荷载的中心距离： 备注：,单向板集中荷载作用下的剪力计算宽度 平行板跨方向的剪力计算宽度： 垂直板跨方向的剪力计算宽度 、中置荷载（荷载位于l/2板宽附近，且y0.3x1.8h0） 的剪力计算宽度： 式中：h0板的有效高度（m）；钢筋砼中的有效高度为 h0ha。 、偏置荷载（荷载位于自由边附近，且y0.3x1.8h0） 的剪力计算宽度：,3、 集中荷载作用下悬臂板的弯矩计算宽度 悬臂板根部沿y 方向各板条的弯矩分布根据弹性薄板理论 分析，当板端作用集中力p时，在荷载中心处 的板条根部最大 弯矩为mmax0.465p，而此荷载所引起的总弯矩mpl0，因此 按最大弯矩换算的工作宽度为： bm/mmaxp l0/0.465p2.15l0 由此可见，悬臂板的工作宽度接近于2倍悬臂板长度，也即 荷载可近似按45角向悬臂板支承处传布，因此规范规定： bcb12x 备注： 对于履带式起重机，鉴于履带与板的接触宽度较大，故不管 简支板、连续板或悬臂板，通常都忽略荷载压力面以外的板条参 与工作，不论是荷载在跨中还是在支座处，均取单宽按实际荷载 强度q进行计算。,、内力计算 1、单向板计算 确定计算跨径及计算宽度 计算荷载 施工期：板的自重（预制板重现浇层面层）； 施工荷载按均布满载：q施2.5 kn/m2 使用期：自重均布荷载（堆货）或流动机械荷 载； 内力计算 简支板、悬臂板和连续板 计算时分别按简支梁、悬臂梁和连续梁的计算方法进 行计算。,与梁整体连接的单向连续板 对于装配式的单向连续板，应考虑施工和使用两种情 况。,、计算图式 施工期：因板的街头尚未浇注或现浇砼还未达到一定 的强度，故按简支板计算（计算断面为预制部分）。 使用期：接头处的砼已达到设计强度，活载产生的内 力按连续板计算（计算断面为整块板）。 、计算方法 采用简便的系数法计算，即：先按简支板计算出跨中 最大弯矩 m。然后考虑梁对板的固接作用，乘以修正系数 来计算跨中和支座处的计算弯矩。 即： mmm。 m 弯距系数； m。按简支板计算时跨中最大弯矩设计值，在计算 m。时应考虑各项作用效应组合。,在考虑固接作用时，其影响程度分两种情况： 当h/h1/4时（板薄、梁高，梁不易转动，对板 的嵌固作用显著，跨中弯矩减少较多）： 边跨板：边支座0.50m0；跨中0.6m0； 中跨板：支座0.6m0；跨中0.6m0； 当h/h1/4时（板厚、梁低，梁易转动，对板的 嵌固作用不显著，跨中弯矩减少较少）： 边跨板：边支座0.50m0；跨中0.6m0； 中跨板：支座0.7m0；跨中0.65m0； 配筋计算 对面板的配筋为施工期和使用期所算的总和。,2、 双向板的计算 双向板为双向受力，需双向配筋，双向钢筋既是受力 钢筋，又是分布钢筋，故较为经济，但双向板只能做非预 应力。关于双向板的计算属于弹性薄板理论课题，其计算 较为复杂。 关于双向板弯矩计算查高桩码头设计与施工规范 （附录b）或建筑结构静力计算手册。,备注： 双向板的剪力计算近似按两个方向的单向板进行计算， 分配到两个方向单向板上的荷载可按跨中挠度相等的原则 求得： 假设四边简支板，跨径为la、lb，当板中心处作用一集 中力 p时，设分配到两个方向的单向板的荷载为pa、pb，板 中心的两个方向的挠度：,根据：,对均布荷载： 根据 得到：,二. 纵梁的计算, 计算图式和计算跨度 计算图式 根据支承性质： 简支梁支座处断开或简单连接。 连续梁支座处整体连接 于桩帽上的连续纵梁，其内力应按弹性支承连续梁计 算。 支承于横梁上的装配整体式纵梁，具有弹性支承性质， 对于重要工程宜按弹性支承连续梁计算，对一般工程（特别 是反映支承弹性性质的系数6ebibk/l3较小时）可简化按 刚性支承连续梁计算。,迭合梁 施工期：面板自重、纵梁自重、施工荷载作用下按简支 梁计算 使用期：在使用荷载作用下按连续梁计算。 计算跨度（p89表444）, 计算荷载 纵梁是板的支承，故纵梁除承受本身的自重及直接作用 在其上的荷载（如门机、火车）外，还要承受面板传来的荷 载，包括面板的自重，以及作用在面板上的荷载产生的面板 支座反力。 均布荷载 包括面板自重、堆货 等均布荷载q0。 单向板 q0.5（l1l2）q0 双向板 qq0lb, 集中荷载 单向板 板支承在纵梁上，纵梁支承于横梁，横梁支承于桩帽， 受力后弹性变形情况复杂，工程上近似按简支板考虑。根据 杠杆原理，由支座反力影响线按最不利情况布置荷载求出简 支板的最大反力，即为单向板传给纵梁的计算荷载。 作用在纵梁上的力即为： 双向板 可按前面讲述的双向板剪力计算方法计算。 先按挠度相等原则求得pa、pb。 按简支板的支座反力影响线求对纵梁的作用力。, 纵梁内力计算,支承桩帽的纵梁，其内力应按弹性支承连续梁计算，支 承在横梁上的纵梁，对重要工程宜按弹性支承连续梁计算， 对一般工程可近似按刚性支承连续梁计算。 弹性支承连续梁 计算时，弯矩计算跨取支座中心距l0l，剪力计算跨度 取lln（净跨），计算关键在于确定支座反力系数（单位力 作用下支座的垂直变位）。 对支承于桩帽上的纵梁，取其支承处桩的轴向反力系数； 支承在横梁上的纵梁，其支座反力系数取搁置处横梁在 单位力作用下的垂直变形值； 计算一般采用电算（港工电算；三弯矩方程和五弯矩方 程（手算）。, 纵梁按刚性支承连续梁 计算时，其内力按查表法计算或查图法计算或电算。 注意：当荷载跨过支座时，应考虑支座宽度的影响。 有两种处理方法：荷载扣除支座宽度和削峰。 弯矩计算时 支座宽度：b计ll0 当门机跨过一个支座时，荷载长度应扣除一个b计，即 ab计 当门机跨过二个支座时，荷载长度应扣除二个b计，即 a2b计，查弯矩影响线时应按l0查取。 剪力计算时 lln（净跨），同样应考虑支座宽度的影响。, 悬臂板的处理 若变形缝处做成悬臂梁，则可把悬臂段上的荷载向支座 处简化为一个集中力和一个端弯矩。 计算时应分别计算出纵梁各断面的最大弯矩、最大 剪力，并绘制包络图（以配筋）。 计算时若梁跨度超过5跨，均按5跨计算。,三、靠船构件计算,、荷载 靠船构件主要承受船舶的挤靠力和撞击力，但撞击力较 大，因此一般以撞击力作为设计荷载。,、撞击力的作用点位置 撞击力作用点位置应根据水位和防护设备情况确定，但对悬臂 式结构，撞击力作用点位置越低越不利，因此一般假定船舶撞击力 作用在设计低水位以上第一排防护设施上。 圆筒形防冲设施；d型橡胶护舷。 、内力计算 正向靠船 悬臂梁或和悬臂板式靠船构件按悬臂梁（板）计算（对悬臂梁 式、全部撞击力应由一个构件 承受）。 船舶斜向靠岸 如与码头前沿线夹角较小，应考虑撞击力产生的水平摩擦力和 由此产生的扭距作用。故悬臂梁式靠船构件一般按双向受弯、受扭 构件设计，如有可靠的纵向水平撑也按单向受弯构件设计 。,四. 横梁排架的计算,横向排架由基桩和联结基桩的上部结构构件组成。 梁板式：横梁桩基； 框架式：桁架桩基 无梁板式：横向板带桩基； 承台式：承台桩基 横向排架是高桩码头的主要受力单元，计算它的目的是 为了求得桩基和连接桩基的构件的内力。,、计算图式 1、计算单元 计算中：取一代表排架计算内力，计算段长取排架间距； 端排架的内力计算另行考虑；高桩墩台按空间问题计算。,2、 桩台刚度 桩台根据刚度可分为三类： 刚性桩台：ei，在外荷载作用下，桩台只发生变位 （水平、竖向和转角），不发生变形，适用于框架时式码头和 承台式码头的上部结构； 柔性桩台：ei常数，受力后桩台不仅产生变位，且发 生变形。适用于梁板式高桩码头的横梁和无横梁式高桩码头的 横向板带； 非刚性桩台：支座处ei0，该支承处不能承受弯矩， 桩台按简支梁计算，适用于钢结构、木结构的栈桥。,3、 桩端固定性质 桩与桩台及地基的连接，性质上是介于固接和铰接之间的 弹性嵌固，但为便于计算，一般简化为固接和铰接。选择时， 应考虑：桩顶与桩台的连接，桩下端埋入地基的实际情况 和桩端固定性质对横向排架中各构件内力的影响。具体可按 如下确定： 桩和横梁（桩台）的连接性质的确定 刚性桩台 按桩与桩台的连接一般为固接，计算也不复杂（格尔法）， 但刚性桩台由于其刚度远远大于桩的刚度（且只变位、无变 形），实际桩顶的弯矩很小，为简化计算，往往假设桩与桩台 为铰接（参考水运工程1997年）。,柔性桩台 a.有叉桩时，水平力由叉桩承受，侧向位移小，为简化 计算，可假定桩与桩台为铰接。 b.全直桩时，为固接。 c.当桩台线刚度和桩的线刚度之比： （ecic/l）/（eziz/l）4 式中： ecic、eziz分别为桩台和桩的截面刚度； l、l桩台计算跨度和桩的计算长度。 此时，桩对桩台变形的约束作用不可忽略，应按固接计算。,桩下端与地基的连接性质 应考虑桩的断面尺寸、入土深度、工作性质和土质情况 等。如：支承桩的入土深度较浅，支承在坚硬土层上时，可 按铰接考虑。摩擦桩，入土深度较深，一般仍按弹性嵌固计 算，此时应 考虑桩的计 算长度（即 按桩的嵌固 点，第一变 形零点）。,4、桩台计算跨度和桩帽对内力的影响,计算跨度 单桩与单桩：单桩轴线与桩台底面交点间的距离； 单桩与叉桩：叉桩轴线交点的垂线和单桩轴线与桩台底 面交点的距离； 单桩与双直桩：双直桩中心线和单桩轴线与 桩台底面 交点的距离 全直桩：取桩轴线与梁底面线交点之间的距离,桩台内力修正 当有桩帽时，应考虑桩帽对计算跨度的影响（对内力 的影响）对算得的桩台内力进行修正。有两种方法： 跨径折减系数法 对算得的弯矩乘以跨径折减系数n， 参阅“规范”； 对内力图进行削峰，削峰范围应根据单桩、双直桩 和叉桩的具体情况而定，各设计单位不一定相同。 二航院：弯矩削峰从桩帽边缘开始。 三航院：弯矩削峰从桩帽边缘内b/4处开始。,5、 桩的受弯计算长度 排架中的受弯计算长度等于桩的自由长度加上桩在土中 的嵌固点深度之和。嵌固点深度理论上应根据竖向弹性地基 梁的计算方法确定（m法、有限元法），即找到入土的变形第 一零点。规范在法基础上，给出了弹性长度受弯嵌固点 深度的经验公式： 式中： 反映桩顶与桩台嵌固程度和桩的自由长度大小的 系数，1.82.2。 t桩的相对刚度系数（m）。,、桩的刚性系数及支座的压缩系数（或反力系数）,实际情况表明，桩顶变位对横向排架的计算结果影响很大， 因此，在计算横向排架内力时，需知道桩的变形特征。一般用刚 性系数、压缩系数或反力系数等表示。 刚性系数：桩顶发生单位变位时（轴向变位、法向变位或转 角），在桩顶断面产生的内力（轴向力n、剪力q、弯矩m）。 压缩系数（或反力系数）：桩顶断面在单位轴向力n作用下， 桩顶发生的轴向变位。 由于工作状态不同，显然对于摩擦桩和支承桩来说，相应的刚 性系数是不一样的。,1、桩的轴向刚性系数cen（kn/m） 定义：桩顶发生单向轴向变位时在桩顶断面处所产生的 轴向力。 支承桩 因桩尖支持在硬土蹭上,可假定桩尖不下沉,桩顶位移完 全由桩材料的弹性变形引起的. 桩在轴向力作用下，在弹性限度范围内应力和应变正比 （虎克定律）。 ez、fz桩材料的弹性模量（kn/m2）和桩断面的面积（m2）,摩擦桩 桩顶的轴向变形由自由长度段l0的材料弹性变形和桩 入土段的变形（包括材料弹性变形和桩尖下沉）两部分。 根据刚性系数定义可得： 式中：c0桩入土段的刚性系数，即桩入土段的单位沉 降所需轴向力（n/m）。由于入土段单位变位包括材料弹性变形 和沉降变形，很难求得，常须静载试验确定，入无试桩条件， 可按： c0（115145）r 其中 r单桩垂直极限承载力标准值（kn）,桩和支座的压缩系数（反力系数） k1/cen 即 ： 对单桩支座 （支承桩）； （摩擦桩）,对叉桩支座 根据虎克定律可得： ，将上式代入求得：,对双直桩的支座压缩系数 根据压缩系数定义为： kkn/2 注意：此处kn应考虑群桩效应。 2、 桩的横向刚度系数 定义：桩顶产生单位法向位移时所需的力（或桩顶断 面产生的力）。,计算刚度系数 1桩顶作用单位切力时，桩顶产生的法向位移； 3桩顶作用单位切力时，桩顶产生的转角； 桩顶作用单位弯矩时，桩顶产生的法向位移； （位移互等定律） 2桩顶作用单位弯矩时，桩顶产生的转角； 则在qi、mi作用下桩顶的法向位移：,当qi1，mi0时，单位法向位移时桩顶断面所产生 的剪力(切向力)、弯矩： 当qi0，mi1时，单位转角时桩顶断面所产生的剪力、 弯矩：,具体推导可参阅范文田编著: 地下墙柱静力计算（人民铁道出版社1983）,图中： q泥面处qo1时在泥面处产生的水平位移 m泥面处mo1时在泥面处产生的水平位移； q泥面处qo1时在泥面处产生的水平转角； m泥面处mo1时在泥面处产生的水平转角；,所以：,由m法求解q ,m ,m ，公式如下： 令：q01，m00，可求得 q00，m01，可求得,、 作用及其效应组合,1、 横向排架上的作用分类 永久作用：上部结构自重力，固定设备自重力 横梁自重 以均布荷载作用在排架上； 纵梁自重 以集中力作用在排架上，其值等于一根梁的重量； 面板自重（与梁格布置有关）： a.板直接放在横梁上：（空心大板）以均布荷载作用在 横梁上； b.支承在纵梁上的单向板：板（均布）纵梁（集中力） 横梁；,c.支承在纵、横梁上的双向板（纵梁放在横梁）： 面板（梯形或三角形）纵梁（集中力）横梁；面板（梯形 或三角形）横梁。 d.靠船构件自重（包括走道板、水平撑和牛腿等）： 以集中力和力矩的形式作用在横向排架中桩台的端部，其 值等于横向排架间一个靠船构件的重量。 可变作用 堆货、起重运输机械、铁路、船舶、施工荷载、波浪力等。 堆货：同面板自重的传递方式。 门机或火车：轨道梁（集中力）横梁。 轨道梁应根据实际情况按连续梁或简支梁求支反力，荷载 布置按可能出现的最不利情况。,流动机械的传递：按面板的支承性质而定 a.板直接放在横梁上：集中力（面板支反力）横梁。 b.板放在纵梁上，纵梁放在横梁上：集中力（面板支反力） 纵梁（集中力）横梁。 c.双向板：在集中荷载作用下，按挠度相等的原则进行分 配到两个方向的单向板，再求支反力。,d.船舶荷载：系缆力、撞击力 a 撞击力或系缆力计算见规范。 b 撞击力、系缆力应根据规范确定分配系数，系缆力的 垂直分力全部中所在排架承受。 当系缆力和撞击力作用在上部结构为整体连接的码头上 时，可将码头上部结构在水平方向视为一个以排架基桩作为 支承点的连续梁，按弹性支承刚性梁计算。当码头排架间距 和支撑点的水平反力系数相等或相近时，水平集中力的横向 分力在排架中的分配系数可按规范附录a确定。 c 系缆力、撞击力作用点位置：撞击力见靠船构件 偶然作用：地震荷载,作用效应组合 各种可变作用和偶然作用，应按不同的设计状况和不 同的极限状态，并根据可能出现的最不利情况进行布置和 作用效应组合。不可能同时出现的作用不应组合，如船舶 靠码头十门机不可能工作；系缆力与撞击力不可能同时发 生；波浪力与船舶荷载；冰荷载与波浪力。有些作用虽然 可能同时出现，但可变作用效应组合时应分清主导作用和 非主导作用。另外，组合时应考虑作用可能出现的机遇率， 即有些作用虽然可能同时出现，但机遇率很小，就可以不 组合或降低组合等级。,、 刚性桩台横向排架的计算（格尔谢瓦诺夫法或变位法）,刚性桩台横向排架是一个刚性横梁支承在弹性柱(桩)上 的结构体系。 1、 基本思路 以桩台变位三要素（水平位移a、竖向变位b和转角c） 为未知数，根据作用在桩台上的力平衡条件（h0， v0，m0）建立三元联立方程式，求解变位三要素， 最后由变位求桩力。 2、 基本假定 平面假定； 桩顶在同一标高（同一水平面）； 桩台ei，只有变位，无变形； 桩顶与桩台为固接，桩下端为弹性嵌固； 遵守小变形假定，tgcc。,3、 符合规定（正方向） 外力与位移：向下为正，逆时针为正，向左为正。 桩顶内力：向下为正，逆时针为正，向左为正。 桩身内力：压力为正，拉力为负； 桩的倾角：桩顶垂线到桩轴线顺时针为正，桩顶垂线到桩 轴线逆时针为负。 4、 桩顶变位 桩顶的水平变位和竖向变位（可根据桩台变位确定） 任一根桩，桩顶水平变位都一样：ana 任一根桩，桩顶竖向变位：bnb0xnc 式中： xn桩顶至原点的距离； b0桩台原点竖向变位； c桩台转角。,的轴向变位和法向变位 5、 桩顶内力 桩顶轴向力： 法向力（以切力为例）：qn由变位产生产生的切力由 转角产生的切力根据前面计算刚性系数时方向假定与这里的不 同，可得：,6、 建立桩台的平衡方程式 以桩台的最后一叉桩交点作为坐标原点,将上式nn、qn、mn等式代入上述方程式（可得以a、b0、 c为未知数的三元联立方程组）： 解得：a、b0、can、bn an、bn nn（计算桩 的轴向力承载能力）、mn、qn，然后用m法计算桩身入土段的 内力和变位）。 若桩端为铰接，则：, 柔性桩台横向排架的计算,柔性桩台受力后，结构不仅产生变位，而且还发生变 形；同时还要考虑柱（桩）的轴向弹性变形。计算较复杂。 柔性桩台的计算方法较多，有： 力法假定两端为铰接 位移法假定两端为铰接或上端固接，下端弹性嵌 固； 混合法假定两端为铰接 简化法两端为铰接或上端为固接，下端为弹性嵌 固。 这里介绍混合法(精确法)的计算方法。,1、混合法 基本假定 桩台有一定刚度，eiconst， 支承处连续，有一定 抗弯能力，在外荷载作用下桩台只产生弯曲变形，无轴向变 形各支座的水平位移相同。 桩的两端为铰接，只能轴向变形，无弯曲变形（只有 轴向力）。 不计横梁的剪力变形，且满足小变形假定。 符号规定 外力及变位（正向）：向下为正，向左为正。 桩力：压为正，拉为负。 桩的倾角：左为正，右为负。,公式推导 建立轴向力与桩顶变位的关系式 任意桩顶n在整个排架变后移至n，其水平变位为a（m）， 竖向变位为bn（m），由几何关系可得出桩顶的轴向变形： 则桩的轴向力（kn）为： n桩轴线与垂线的夹角，顺时针为正； cennn桩的轴向刚性系数（kn/m）,建立各支座的平衡方程式 因为桩两端为铰接，故可把横向排架上部结构视为弹 性支承的连续梁。则支座的竖向反力为： 式中： rnn支座的实际反力（kn）； ron把各跨横梁当作简支梁时的n支座反力（kn）； ln、ln+1支座n左右两侧横梁的计算跨度（m）； mn+1、mn、mn-1横梁在支座n+1、n、n-1断面的弯矩，使梁凹者为正。,根据各支座垂直分力的平衡条件有：y0有： 对单桩支座： （n1i） 对叉桩支座： （n1m） 式中： nn、n分别为叉桩中各斜桩与垂线的轴向力 和夹角； i、m分别为单桩支座和叉桩支座的数目，imn,根据各支座水平力平衡条件：x0有： （1个） 联合求解可解得：a及bn，他们是支座弯矩的函数。 n1个未知数 求解支座弯矩 在垂直荷载（包括水平对横梁中和轴产生的力矩）作用 下，由直桩和叉桩支承的横梁按弹性支承连续梁计算，可采 用带支座沉陷的三弯矩方程进行计算。,式中： mn-2、mn、mn+1、mn+2分别为n2、n1、n、n1、 n2处的弯矩； kn-1、kn、kn+1分别为支座n1、n、n1的压缩系数； e、i为桩台材料弹性模量和断面惯性矩； l跨度； bn、an+1简支梁ln和ln+1跨在荷载作用下，支座n处梁 端的转角。 令n2、3k1，可得（k2）个中间支座截面的五弯 矩方程式。,联立求解，即可得横梁各中间支座的弯矩值。 求得mn后，将其代入a、bn式中，可求得a、bn，进而可 求得各桩的桩力值nn、支座反力值rn。 最后可求解横梁任意截面的内力： 梁任意断面弯矩为： 式中：mx0简支梁断面x处由于外荷载产生的弯矩。,梁任意断面的剪力： 式中： qx0简支梁断面x处由于外荷载产生的剪力。 2、简化法： 对于有叉桩的横向排架,采用简化法与采用精确法算出 的结构内力相差甚微,能满足工程所需精度要求。 基本假定：桩两端为铰接；作用在横向排架上的水平力 完全有叉桩承受。横梁只考虑垂直力和弯矩的作用，按一般 弹性支承连续梁工作。 计算方法：弹性支承连续梁。,单桩支座的刚性系数 当单桩n桩顶发生单位1竖向位移时，桩的轴向变位为 ，桩的轴向力为 ，其垂直力即为单桩的竖向刚性系数，即： 叉桩支座的竖向刚性系数 使叉桩m桩顶产生单位1竖向变位时需要在叉桩顶施加的竖向力。,支座刚性系数确定,叉桩支座的横向刚性系数 使叉桩m桩顶产生单位水平 变位时需要在叉桩顶施加的水 平力。,注意： a.计算所得的各桩支座反力即为直桩桩力，而叉桩桩力可由叉桩支座反力和桩顶水平力求得。 b.当横向排架中有两组以上叉桩时，水平力应按叉桩的横向刚度系数分配。,3、全直桩（大直径管柱、钻孔灌注桩等） 假定： 桩与横梁之间固接，桩下端弹性嵌固； 在垂直力和力矩（包括水平力对横梁中和轴产生的力 矩）作用下，按弹性支承连续梁计算； 水平力作用下，按无支座沉陷的刚架计算，然后把两 种荷载作用下的内力叠加，即为计算结果。,4、精确法 假定： 桩与横梁之间固接，桩下端弹性嵌固； 横梁只考虑弯曲变形，不考虑轴向变形和剪切变形 （各节点水平位移相等）； 组成结点的各构件之间的相对角度不变，即各构件 端转角相同，具体计算见港工电算或老教材。 方程式中基本未知数：各结点的转角、水位位移、竖 向位移。,五. 其它型式高桩