码头介绍与作用荷载.ppt

1 码头分类和组成码头结构上的作用和组合码头地面使用荷载船舶荷载其他荷载 第二章码头概论 2 码头分类和组成 一 码头的分类 1 按用途分类货运码头客运码头工作船用码头渔码头军用码头等 3 2 按平面布置分类 顺岸式 满堂式 引桥式 突堤式 窄突堤 宽突堤 主要用于海港 墩式 常用于外海开敞式码头 岛式 不设引桥的墩式码头 主要用于装卸液体货物 4 5 20万吨级黄岛油码头 南京新生圩港区 毛里塔尼亚友谊港 宁波北仑港矿石中转码头 6 顺岸式重力码头 7 突堤式码头 8 3 按断面形式分类 直立式 多用于水位变幅不大的港口 如海岸港 河口港 斜坡式 多用于水位变幅较大的港口 如上 中游河港或水库港 半斜坡式 适用于枯水期较长而洪水期较短的山区河港 半直立式 适用于高水位时间较长 而低水位时间较短的情况 水库港 9 10 重庆长江滨江路码头 广西桂林旅游码头 重庆泸州集装箱码头 重庆九龙坡集装箱码头 11 重庆江津分阶直立式码头 云南景洪港码头 重庆彭水分阶直立式码头 云南曼阁分阶直立式码头 12 对水位差8m以下的货运的货运码头 宜建直立式 对水位差8 17m的件杂货码头 主要采用直立式 对散货码头主要采用斜坡式 对水位差17m以上 以建斜坡式为主 也可因地制宜建一些其它形式 港口工程规范 内河直立式码头建设关键技术研究 以寸滩集装箱码头为依托 在水位差达30 以上建成了内河架空直立式码头的示范工程 交通部西部交通建设科技项目 13 4 按结构型式分类实体式 重力式 板桩式 透空式 混合式 重力式工作原理 是依靠结构本身及其上面填料的重量来维持稳定 优点 耐久性好 能抵抗大船 漂浮物的撞击 对超载 工艺变化适应能力最强 缺点 波浪反射严重 泊稳条件差 地基应力大 一般须作抛石基床 适用条件 地质条件较好的地基 14 实体斜坡式 重庆九龙坡集装箱码头 15 板桩式 工作原理 依靠板桩入土部分的侧向土抗力和安设在板桩上部的锚碇结构来维持稳定 优点 耐久性好 相对 结构简单 材料用量少 便于预制 可以先打桩 后开挖港池 缺点 波浪反射严重 泊稳条件差 对钢板桩需采取防锈措施 增加费用 适用条件 能打板桩的地基 万吨级以下的泊位 适用于有掩护的海港 16 17 透空式 工作原理 通过桩台将作用在码头上的荷载经桩基传给地基 优点 波浪反射小 泊稳条件好 砂石用量少 对开挖超深适应能力强 缺点 对地面超载 工艺变化的适应能力差 水平承载能力低 耐久性差 须设叉桩 大直径管柱例外 适用条件 软土地基 18 寸滩集装箱码头结构图 19 架空斜坡式 长江万州红花地码头 20 混合式 根据当地的地质 水文 材料 施工条件和码头的使用要求 也可采用各种不同型式的混合结构 如 前板桩高桩码头 后板桩高桩码头 透空重力式结构等 后板桩码头结构图 21 西江南宁陈东码头 西江贵港桥吊码头 22 二 码头的组成部分 23 上部结构的作用 直接承受船舶荷载和地面使用荷载 并将这些荷载传给下部结构 将下部结构的构件连成整体 设置码头设施 如防冲设施 系船设施等 下部结构的作用 支承上部结构 形成直立岸壁 将作用在上部结构和本身上的荷载传给地基 码头设备用于船舶的系靠和装卸作业等 24 码头结构上的作用和组合 结构上的作用施加在结构上的集中力和分布力 以及引起结构外加变形和约束变形的原因 直接作用集中力和分布力 工程上习惯称之荷载 间接作用地基沉降 砼收缩变形 湿度变形等 25 一 作用的分类 规范规定结构上的作用可按以下几种方式进行分类 按时间变异分类 永久作用 在设计基准期内 其量值随时间的变化与平均值相比可忽略不计的作用 如自重力 预加应力 土重力 永久作用引起的土压力等 可变作用 在设计基准期内 其量值随时间的变化与平均值相比不可忽略不计的作用 如堆货 流动起重运输机械 可变作用引起的土压力 船舶荷载 波浪力等 偶然作用 在设计基准期内 不一定出现 但一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用 如地震作用 港口工程钢筋砼结构的设计基准期为50年 26 2 按空间位置的变化分类 固定作用 在结构上具有固定分布的作用 如自重力等 自由作用 在结构的一定范围内可以任意分布的作用 如堆货 流动机械 按结构的反应分类 静态作用 加载过程中产生的加速度可以忽略不计的作用 如自重力 土压力等 动态作用 加载过程中产生的加速度不可忽略不计的作用 如船舶的撞击力 汽车荷载等 27 二 作用组合和作用代表值的取值 组合原则 对实际有可能同时出现的作用 应按其最不利情况进行组合 对于不同的计算项目 应分别按各自的最不利情况进行组合 3 受水位影响的建筑物 应把水位作为一个组合组合条件 28 作用效应组合和作用代表值的取值 港口工程技术规范规定对实际有可能在港口工程结构上同时出现的作用应分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态考虑作用效应的组合 当结构超过承载能力极限状态时 结构和构件丧失承载能力 超过正常使用极限状态时 结构和构件就不能满足适用性和耐久性的要求 29 作用效应组合和作用代表值的取值 对承载能力极限状态验算可分为 持久组合 永久作用和持续时间较长的可变作用组成的作用效应组合 短暂组合 包含持续时间较短的可变作用所组成的作用效应组合 偶然组合 包含偶然作用所组成的作用效应组合 30 对正常使用极限状态验算可分为 持久状况和短暂状况 其中持久状况作用又可分为短期效应 频遇 组合和长期效应 准永久 组合两种 31 作用代表值的取值在设计表达式中采用不同的作用代表值 分为 标准值 作用的主要代表值 频遇值 作用在结构上时出现的较大值 准永久值 作用在结构上经常出现的量值 32 对承载能力极限状态 可变作用应分别按如下规定取值 持久组合 主导可变作用取标准值 非主导可变作用取组合值 组合值是将标准值乘以组合系数 0 7 短暂组合 对由环境条件引起的可变作用 按有关结构规范的规定确定 其它作用取可能出现的最大值为标准值 偶然组合 按现行行业标准 水运工程抗震设计规范 中的有关规定取值 33 1 承载能力极限状态应符合如下设计表达式式中 Sd 作用效应设计值 其表达式与作用效应组合有关 Rd 结构抗力设计值 三 设计表达式 34 式中 Gk Q1k Qik 分别为永久作用 主导可变作用和第i个非主导可变作用的标准值 CG CQ1 Cqi 分别为永久作用 主导可变作用和第i个非主导可变作用的效应系数 G 永久作用的分项系数 Q1 Qi 分别为主导可变作用和第i个非主导可变作用的分项系数 组合系数 0 7 0 结构重要性系数 持久组合 35 式中 Qi 第i个可变作用的分项系数 偶然组合按 水运工程抗震设计规范 有关规定执行 短暂组合 36 S 作用效应设计值 如变形 裂缝宽度和沉降量等的设计值 R 限值 如规定的最大变形 裂缝宽度和沉降量等的设计值 对正常使用极限状态 应分别考虑以下可能的作用效应组合 结构正常使用极限状态的作用效应组合应符合如下表达式 37 短暂状况当需要考虑正常使用极限状态时式中 Ss S1 分别为作用的短期效应 频遇 和长期效应 准永久 组合 S 短暂状况的效应组合 1 频遇值系数 1 0 8 2 准永久值系数 2 0 6 持久状况的长期效应 准永久 组合 持久状况的短期效应 频遇 组合 38 四 说明 正常条件下 结构使用过程中的状况为持久状况 按承载能力极限状态的持久组合和正常使用极限状态的持久组合分别进行设计 如 基床和地基承载力应按承载能力极限状态的持久组合进行设计 构件裂缝宽度验算应按正常使用极限状态的长期效应组合进行设计 结构施工和安装等持续时间较短的状况为短暂状况 宜按承载能力极限状态的短暂组合进行设计 必要是可同时对正常使用极限状态的短暂状况进行设计 如码头施工期稳定性验算应按承载能力极限状态的短暂效应组合进行设计 结构承受设防地震等持续时间很短的状况为偶然状况 应按承载能力极限状态的偶然组合进行设计 39 4 在港口工程结构设计中 设计水位是一个相当重要 又比较复杂的问题 对于承载能力极限状态的持久组合 海港规定了五种水位 河港规定了三种水位 对于承载能力极限状态的短暂组合 海 河港都规定了两种水位 对正常使用极限状态 则规定组合中不考虑极端高 低水位 40 码头地面使用荷载 码头使用荷载按作用方向不同可分为二类 地面使用荷载 竖直作用 堆货 人行 流动机械 铁路 汽车等2 船舶荷载 水平作用 系缆力 挤靠力 撞击力 41 一 堆货荷载与人群荷载 堆货荷载 确定堆货荷载时应考虑下列主要因素 装卸及码头堆码工艺 不同货物 其堆存的极限高度不一样 即使是同一种货物 由于所用装卸工艺不同 其堆货荷载值也不相同 货种和包装方式 货物批量和堆存期 小批 临时 小堆 利于货物的转运 大批 堆存期较长 大堆 提高库场利用率 码头结构型式 不同结构型式的码头 对堆货荷载反应的敏感程度不同 管理水平 管理严格 堆存有序 库场利用率高 不会出现超载 42 堆货荷载的分区与取值 港口工程荷载规范 码头前沿地带 前方堆场和后方堆场 不同的地带采用不同的堆货荷载值 43 前沿地带 在多数情况下 码头前沿地带不堆货 主要作为流动其中运输机械的通道 少数情况 作为货物的临时堆放和倒载场地 前沿地带考虑堆货值并不是从堆货角度出发 而是从结构安全角度出发 宽度 有门机情况 取14m 无门机情况 取10m 海港 4 8m 河港 44 前方堆场 使用最方便 货物水平运距最短 利用率最高的堆场 也是杂货泊位中实际堆存荷载最大的部位 宽度 有门机 18 23 m 对应门机最大吊幅 25 30 m 无门机 取仓库同宽度 前方有仓库 荷载取值 设计时应根据计算项目不同考虑两种情况 对构件计算 小面积局部堆货 对整体计算 大面积平均堆货 45 后方堆场 前方堆场以后的堆场 堆存批量较大 堆存期较长的货物 或堆存较重的五金钢铁等 宽度 主要决定于港口土建规划及港方要求 取值 主要用于地坪设计 对码头结构无多大影响 具体取值随货种而异 人群荷载 46 47 起重运输机械 门机 轮胎式 汽车式 履带式起重机 集装箱装卸桥和缆车等 装卸搬运机械 叉式装卸车 电瓶搬运车 牵引车 单斗车等 二 流动起重运输机械 48 门机 表示方法 Mh n p 如Mh 4 250 单机作用主要考虑三种工作状态相应工作状态下的支腿竖向荷载 两台门机共同作业 两台门机的最小距离为1 5m 不考虑门机荷载的冲击系数 门机荷载作用下 计算土压力时 应将门机荷载换算成等代线荷载 49 轮胎式起重机和汽车式起重机 轮胎式起重机主要用于中小码头 无门机情况 轮胎式起重机的工作状态有空载行驶 不打支腿工作和打支腿工作 码头设计时 对于轮胎吊只考虑两种情况 最大吊幅 最小吊重 最小吊幅 最大吊重 当采用最大吊重时 一般不考虑冲击系数 否则应考虑1 1 1 3的冲击系数 50 缆车荷载 河港斜坡码头上 下坡的主要运载工具 作用在轨道上的缆车荷载应根据缆车自重 缆车载重 轮数以及影响轮压的各种因素确定 51 三 铁路荷载 铁路荷载是指由铁路机车 车辆营运过程中施加于结构上的荷载 影响铁路荷载的因素主要是 机车 车辆的类型及码头的结构型式 目前进港机车有 按使用性质分 干线机车 机型较大 荷载值相应也较大 调车机车 机型较小 荷载值相应也较小 按动力型式分 蒸汽机车 自重较大 荷载值较大 内燃机车 荷载值一般均小于同类型的蒸汽机车 电力机车 港内一般不适用 目前进港车辆有 普通车辆 载重量在60t以下的各种货运车辆 特种车辆 载重量在60t以上的货运车辆 52 铁路荷载取值 港内铁路荷载通常按 中华人民共和国铁路标准荷载 即 中 活载 取代实际机车和车辆轮压进行设计 普通活载一般对大跨度结构起控制作用 特种活载一般对小宽度 小于3 5m 结构起控制作用 中 活载 是轴压 计算轮压要除2 铁路机车在码头上行驶一般不考虑冲击力 离心力 制动力 对直接承受铁路荷载的结构和构件 如梁 单向板 轨枕 港口铁路荷载的标准值应将 中 活载 分别乘以荷载系数Kt 计算铁路荷载产生的土压力时 为方便计算 其竖向计算活载采用线荷载形式 53 关于用 中 活载 加载影响线的有关规定 分别用 普通活载 和 特种活载 图式加载 取其中不利者 作为控制条件 加载时 两种荷载图式均可按最不利情况任意截取其加载荷载的长度 对同号不连续区加载 可截取两种荷载图式中任意数量的荷载加载 对同号连续区 则只能用一种荷载图式加载 54 四 汽车荷载 分级 取值 荷载布置 冲击系数 55 船舶荷载 船舶荷载按其作用方式可分为 系缆力 挤靠力 撞击力 影响船舶荷载的主要因素 1 自然因素 风 水流 冰 波浪力等 2 操作因素 靠离码头 移泊 调头 试车等 56 1 系缆力的成因 有掩护的海港 系缆力主要有风引起 无掩护的海港 系缆力主要由风 波浪引起 河港 系缆力主要由风 水流 冰等引起 一 船舶系缆力 57 2 风和水流产生的系缆力 式中 Fx Fy 分别为可能同时出现的风和水流对船舶产生的横向分力总和 KN 与纵向分力总和 KN K 系船柱受力不均匀系数 58 n 计算船舶同时受力的系船柱个数 系船缆的倾角 海船码头 30 15 河船码头 30 0 孤立墩柱 30 30 K 系船柱受力不均匀系数 由图示可知 Nx NSin Cos Ny NCos Cos Nz Nsin 式中 Nx Ny Nz 分别为系缆力的垂直码头前沿线 平行码头前沿线和垂直码头面的分力 59 3 系缆力的取值标准 计算系缆力标准值不应大于缆绳的破断力 Fx Fy 应根据可能同时出现的风和水流的情况 不应将两者最大值叠加 一般可按