上海港高桩梁板式集装箱码头结构设计与施工组织设计.docx

上海港2号码头工程设计TheEngineeringdesignoftheNo.2dockofShanghaiport摘要上海港2号码头毕业设计主要以码头主要尺度确定、平面布置、结构选型、码头主要结构和构件的设计计算和码头整体稳定性验算为主要内容。通过查阅相关设计手册、书籍、系列规范和参考已经修建工程设计资料进行结构选型、码头型式确定。工程依据资料选取了高桩码头为设计方向。高桩码头不仅符合本次设计的工程条件，而且是常见的码头结构型式，在长江流域多采用这种形式。同时，高桩码头对以后码头向深海方向发展研究有很多帮助。确定主要方向之后便进行工程设计，包括船舶作用力、面板计算、纵梁设计、横梁设计、桩基验算、靠船构件计算和码头整体稳定性计算等内容，其中部分内容运用相关软件如易工软件进行计算或验算。通过对码头主要构件的选型以及计算，以熟悉高桩码头结构设计和高桩码头优缺点，为以后工作、学习做扎实铺垫。此次设计顺利完成了设计任务，最后绘制了码头平面布置图、码头主要结构施工图、指定构件的配筋图。关键字：高桩码头；纵梁；横向排架；大直径管桩IAbstractTheengineeringdesignoftheNo.2dockofshanghaiportmainlydeterminesthemajorscale,layout,structure,selection,thedesigncalculationsofthemainstructureandcomponentsofportandtheoverallstabilitycalculation.Throughaccessingtorelevantdesignmanuals,books,familynormsandreferencedatasthathasbeenconstructedforstructuralengineeringdesign,wecanworkoutthepropertypefortheterminal.Projectswereselectedbasedondataforthedesigndirectionofhigh-pilewharf.High-pilepierisnotonlyproperfortheconditionsofthisdesignproject,andisacommonterminalstructuretype,intheYangtzeRiverarea.Meanwhile,thehigh-pilepiercanrenderaserviceinthefiledofdeepseaterminalinthefuture.Afterhavingdeterminedthemaindirectionofprojectdesign,wecancalculatemostpartsincludingtheshipforce,panelcalculation,longitudinalbeamdesign,beamdesign,pilefoundationchecking,calculationandtheterminalbyshipcomponentsandtheoverallstability.Partofthecalculationofcontent,wecanmakeuseofthework-relatedsoftwaresuchasEasysoftwareforcalculationorcheckingcalculation.Throughtheselectionandcalculationofthemaincomponentsoftheterminal,wecanbecomefamiliarwithhigh-pilewharfandwithhigh-pilewharfadvantagesanddisadvantages,astomakeafoundationforfutureworkandstudy.Wesucceedinfinishingthedesigntask,andfinallydrawtheterminalfloorplan,themainstructureofterminalconstructionplans,specifyingcomponentsofreinforcementplan.Keywords:High-pilepier;longeron;transverse;largediameterpileII目录第一章绪论.11.1中国港口发展历史及现状.11.2高桩码头的优点及存在的问题.21.3高桩码头在工程中的一些经验教训.31.4高桩码头今后的设计施工方向.31.5上海港历史发展及其现状.41.6地理位置及航运条件.51.7上海港旧码头改造主要研究内容.6第二章总工程概况.72.1营运资料.72.1.1货运任务.72.1.2船舶资料.72.1.3建筑物的结构等级.72.2自然条件.72.2.1设计水位.72.2.2水文.72.2.3气象.82.2.4地形地质.82.3平面布置以及工艺设计.92.3.1总体布局.92.3.2码头泊位确定.92.3.3平面布置.102.3.4施工条件以及设备材料供应.122.3.5平面布置简图.12第三章结构选型.133.1结构选型及方案设计.133.2高桩码头的结构形式.15III3.3码头尺寸拟取.16第四章码头荷载计算.174.1永久作用.174.2起重机械和运输机械荷载.174.2.1门机荷载.174.2.2流动机械.174.3船舶荷载.184.3.1作用在船舶上的风荷载.184.3.2作用在船舶上的水流力.184.3.3系缆力.204.3.4撞击力.214.3.5挤靠力.22第五章面板计算.245.1计算原则.245.2计算跨度.255.3作用计算.265.4作用效应分析.275.4.1短暂状况（施工期）.275.4.2持久状况(使用期).285.5作用效应组合.305.5.1承载能力极限状态的作用效应组合.305.5.2正常使用极限状态的作用效应组合.315.6配筋计算.325.7面板弯矩作用的裂缝验算.34第六章纵梁计算.366.1纵梁断面尺寸.366.2计算跨度选取.376.2.1简支梁.37IV6.2.2连续梁.376.3作用.386.3.1永久作用.386.3.2可变作用.386.3.3作用效应分析.396.4内力计算.406.4.1施工期.406.4.2使用期.416.5计算示例.436.5.1计算图式.436.5.2弯矩计算.436.5.3剪力计算.466.6作用效应组合.496.6.1组合形式.496.6.2门机轨道梁计算结果.506.6.3连系纵梁计算结果.556.7纵梁配筋.586.7.1门机轨道梁.586.7.2连系梁.596.8裂缝宽度验算.616.8.1门机轨道梁.616.8.2连系梁.61第七章横梁计算.637.1工程基本信息.637.2组合信息.637.3横梁荷载计算.647.4配筋计算.727.4.1正截面承载力计算.727.4.2斜截面承载力计算.73V7.5裂缝宽度验算.747.5.1跨中抗裂验算.747.5.2支座抗裂验算.74第八章桩基计算.758.1概述.758.2桩轴力计算表.758.3桩截面配筋验算.78第九章桩帽配筋计算.809.1纵向桩帽配筋计算.809.1.1受弯配筋.809.1.2受剪配筋.819.2横向桩帽配筋计算.819.2.1受弯配筋.819.2.2受剪配筋.82第十章靠船构件的计算.8410.1概述.8410.2靠船构件断面形式.8410.3靠船构件的计算.8410.4靠船构件的配筋计算.8610.5靠船构件弯矩作用裂缝宽度验算.87第十一章岸坡稳定计算.8911.1计算原则.8911.2稳定验算.89结语.91致谢.92参考文献.93VI第一章绪论1.1中国港口发展历史及现状鉴于港口发展对经济社会发展的重要性，解放以来，特别是改革开放以来，我国港口在建设、运营、管理等各方面都取得了令世界瞩目的巨大成就。回顾过去，我国港口先后经历了5个不同的发展时期。第一阶段是恢复发展阶段。这一时期是建国初期的20世纪50年代到70年代初，由于战争使港口设施受到严重破坏，主要对港口进行恢复和重建。全国港口完成生产资料所有制改造，建立了集中统一、分级管理、政企合一的水运管理体制，由国家为主导有计划、有重点地建设和管理港口，使中国港口获得了新生。港口吞吐量从建国之初的1000万吨，到70年代初首次突破1亿吨。第二阶段是起步发展阶段。这一时期是20世纪70年代初到70年代末，这一阶段以大力建设新码头、努力提高港口吞吐能力为主要特征。当时，我国对外关系取得重大突破，对外贸易迅速扩大，外贸海运量猛增，沿海港口货物通过能力不足，港口的船舶压港、压货、压车情况日趋严重。在这样的形势下，周恩来总理于1973年初发出了三年改变港口面貌的号召，开始了建国后的第一次港口建设高潮，到1978年港口新增吞吐能力1亿多吨，吞吐量达到近3亿吨，成为中国港口发展史上的重要里程碑。第三阶段是快速发展阶段。这一时期从20世纪80年代到90年代。这一阶段的特点积极发展港口主枢纽、建设专业化深水泊位、改革港口管理体制等。随着改革开放政策的实施，特别是沿海14个城市和5个经济特区的开放，国民经济迅速增长，交通部提出了三主一支持交通发展长远规划，我国迎来了第二次港口建设热潮。1996年党中央、国务院提出了建设上海国际航运中心的战略目标。在第三阶段全国新增吞吐能力6亿吨,是第二阶段的6倍,港口吞吐量达到22亿吨,中国港口在20世纪最后20年间实现了历史性跨越，谱写了中国港口发展史上的辉煌篇章。第四阶段是我国港口能力和水平全面提升的阶段。进入新世纪，中国港口迈进了新的发展阶段。2001年11月，我国正式加入世界贸易组织，启动了新一轮港口管理体制改革，2003年港口法颁布实施，2006年全国沿海港口布局规划出台，形成了第三轮港口建设高潮。进一步完善港口布局，优化港口结构，努力建设港口强1国，全面开创港口发展新局面，成为这一阶段的主旋律。从2001年到2008年,我国港口货物吞吐量从28亿吨达到70亿吨,集装箱吞吐量从3700万箱到2007年1.2亿箱，实现了从千万箱到亿箱的大跨越。现我国港口码头业有着巨大的发展前景。从2006年到2010年的5年间，中国将新增港口吞吐能力80以上；到2010年底，我国港口年吞吐量将达到61亿吨，集装箱吞吐量将达到1.2亿至1.4亿标箱，港口崛起正是中国经济迅猛发展的一个缩影。与此同时，我国港城互动发展正进入黄金发展期.经济全球化使港城经济互动进入新的发展阶段，港口的发展有效支撑着我国经济的持续高速增长；同时我国经济的规模化发展有力促进了港口的现代化发展。我国已经基本建立了主要港口、地区性重要港口和其他一般港口三个层次的港口，在长江三角洲、珠江三角洲、环渤海湾、东南沿海、西南沿海五大区域形成了规模庞大并相对集中的港口群。在长江、珠江、黑龙江、淮河水系和京杭运河形成了绵延的沿岸港口带。以集装箱、煤炭、矿石、油品、粮食五大货种和客运为重点，构架了具有我国特色的水路客货港口运输装卸系统。内河主要港口面貌有较大改观。三峡库区码头淹没复建工程全部完成，在长江、西江干线和长三角、珠三角地区建成了一批集装箱、大宗散货和汽车滚装等专业化泊位，港口机械化和专业化水平不断提高。在中国经济强力发展的今天，港口作为其独特的贡献体一定会蓬勃发展，为经济发展做出有力贡献。高桩码头是应用广泛的主要码头结构型式，因此在我国的地位也越来越重要。1958年起，上海港的码头建设开始以高桩板梁结构代替框架结构，这是上海港码头结构的重大进步。与此同时，上海市筑港工程局开始对预应力钢筋混凝土构件制造技术进行研究。60年代，这一技术发展成熟，70年代开始得到广泛应用。1970年起，三航局科技人员又对码头上部结构进行多次改革，将原现浇横梁改为预制，用预制空心大板代替纵梁和面板，使万吨级大型深水码头及中小型码头的预制装配程度提高至80%左右，节约了三大主材（钢材、水泥、木材），从而速度加快，工程质量得到提高，并形成以高桩码头为主要结构体系的设计通用图。1.2高桩码头的优点及存在的问题高桩码头是在软弱地基上修建的一种主要结构型式，其工作特点是通过桩台将作用在码头上的荷载经桩基传给地基。高桩码头适宜做成透空结构，其结构轻，减弱波浪的效果好，沙石料用量省，对于挖泥超深的适应性强。高桩码头适用于可以沉桩的2各种地基，特别适用于软土地基。在岩基上有适当厚度的覆盖层也可采用桩基础。对于长江一带的地区，高桩码头是应用最广最多的码头型式之一。但是建筑物的耐久性较其他型式差，其中钢筋锈蚀是导致其可靠性降低，使用寿命短的主要原因。而在不同的环境下原因并不相同，防治措施也在进一步的探索中。高桩码头构件易损坏且不易修复；抗震性能较差。其中梁板式构件数量类型多，施工麻烦，不易水汽排除，钢筋易锈蚀。高桩在季节和温度的变化影响下码头结构将产生不同程度的变形以及码头与岸坡变形的相互关系都是高桩码头要注意的1.3高桩码头在工程中的一些经验教训地质条件不够清楚，缺乏试桩验证，相似地质条件沉桩经验不足，造成设计桩长过大，工程实施中大量截桩，造成较大的浪费。桩基结构承受长期水平力，受制于沉桩能力，桩的抗拔、抗压的承载能力不足，如湛江老码头工程，上部结构直接承受土压力，桩基先水冲沉桩后锤击，造成在使用期结构不断位移、开裂，严重影响码头正常使用及其耐久性。负摩擦对桩基码头的不利影响，如上海港早期建成的部分码头，由于桩基入土深度比较小，码头后方回填比较大，造成堆场比较大的沉降，从而给码头桩基带来负摩擦力，造成桩基沉降、上部结构开裂和位移，影响码头的使用及耐久性，最常见的是指向码头的后方的斜桩或紧邻挡土结构的直桩开裂或桩帽开裂。地基处理不当，造成边坡的稳定性不足，引起桩基损坏。最常见的是辩驳位移后造成上部结构开裂，严重情况下边坡失稳滑动，造成桩基损坏。桩基质量不稳定，造成预应力方桩胶囊偏心，局部混凝土强度不足，沉桩设备工作状态不稳定，出现偏心锤击或水锤锤击原因导致沉桩过程中出现断桩、桩基局部破坏等情况。在窄短的受力平台段，特别是结构端部，没有设置纵向叉桩，横向叉桩的平面扭角布置又不合理，造成码头纵向刚度太小，位移过大。由于混凝土强度密实性不足、钢筋保护层太小、接头混凝土质量差等原因，在海水环境下，混凝土过早开裂破坏，结构使用年限达不到设计要求。1.4高桩码头今后的设计施工方向随着港口工程设计、施工系列规范的不断完善和设计手段的提高，高桩码头的结3构设计已经比较成熟。结构设计可以采用简化平面设计方法也可以采用空间有限元结构设计，考虑的因素比较全面，计算精度也越来越高，与结构设计相配套的荷载、水文、材料、施工、检验和验收、测试等规范和规程也比较配套和完善。尽管设计已经非常成熟但是在结合近几年国内大码头的工程实例，可以发现设计方面仍存在以下问题：桩基和土的作用比较复杂，如桩基负摩擦力对结构的影响问题，要在理论上解决还存在较大的难度，目前一般以实验和原型观测为解决手段；由于海工混凝土和钢结构所处的环境比较恶劣，腐蚀作用比较强，一些结构过早的损坏，目前一般采用高性能的混凝土、混凝土涂层、环氧涂层钢筋等防腐措施。如何提高混凝土的耐久性和使用寿命是设计和科研面临的重要问题；最近几年船舶运输的大型化发展趋势迅猛，推动了港口向深水化发展。如何解决码头向深水大浪区域发展也是值得研究的方向：高桩码头在施工过程中容易发生结构位移，码头横向水平位移产生的原因、预防措施和沉降控制也是今后设计、施工中要解决的重要问题之一。本次工程设计为上海港2号码头工程设计经过比选决定采用高桩码头梁板式结构，设计采用简化平面设计的方法，大部分计算如面板、纵、横梁等采用手酸或者EXCEL计算，桩力部分和边坡稳定等部分计划采用软件计算。由于上海港处于河口地区受潮汐影响，腐蚀比较严重，所以文中将会对防腐措施着重讲述；同时上海地基较多为软土地基还伴有淤泥质地基所以对地基的处理以及桩基的稳定将会着重考虑。鉴于上海港部分码头受到负摩擦力的影响文中也将会对此进行初步探讨。1.5上海港历史发展及其现状20世纪初，黄浦河道局对吴淞口和黄浦江的局部河段进行了整治和疏浚，万吨级船舶可以乘潮进入黄浦江，适应了当时船型发展和经济发展的要求。20世纪30年代，上海港已经成为远东航运中心，年货物吞吐量一度高达1400万吨；船舶进口吨位居世界第七位，上海成为世界上重要的港口城市。1949年5月上海解放，上海港的历史从此揭开了新的一页。经过解放初的三年恢复期，70年代大建港和党的十一届三中全会以后的建设，上海港有了很大的发展。特别是改革开放以来，上海港在上海市政府和交通部支持下，在黄浦江内新建了张华浜、军工路、共青、朱家门、龙吴五个港区，在长江口南岸建了宝山、罗泾和外高桥港区。此外，宝钢集团、石洞口电厂、外高桥电厂等也各自建了专用码头，上海港吞4吐能力不断扩大，对上海市的建设和长江流域以及全国经济发展发挥了重要的促进作用。1995年12月，党中央、国务院作出了建设上海国际航运中心的战略决策。并开始进行长江深水航道治理工程。2005年12月10日，洋山深水港区一期工程建成投产，洋山保税港区同时启用，标志着上海国际航运中心建设取得重要的阶段