港口水工建筑物讲义3码头使用荷载（65页）

1、港口工程I -港口水工建筑物 陈 达 2013.04港口海岸与近海工程学院港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院2港口水工建筑物结构的设计状况持久状况短暂状况偶然状况正常条件下，结构使用过程中的状况。按承载能力极限状态的持久组合和正常使用极限状态的长期组合或短期组合分别进行设计。结构施工和安装等持续时间较短的状况。应对承载能力极限状态的短暂组合进行设计，必要时可同时对正常使用极限状态的短暂状况进行设计。结构承受设防地震等持续时间很短的状况。应按承载能力极限状态的偶然组合进行设计。前情提要I港口工程3作用组合正常使用极限状态承载能力极限状态持久组合短暂组合持久状况短暂状况偶然组合永久作用和持续

2、时间较长的可变作用包含了持续时间较短的可变作用包含了偶然作用包括短期效应（频遇）组合和长期效应（准永久）组合前情提要II河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程4前情提要III作用的分类根据时间的变异划分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可变作用在设计基准期内，其量值随时间变化与平均值相比不可忽略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 结构和固定设备自重力预加应力土重力永久作用引起的土压力堆货荷载流动起重运输机械荷载船舶荷载、水流波浪力可变作用引起的土压力地震荷载等固定水位引起的静水压力河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程5前情

3、提要IV作用代表值作用的代表值（应根据不同的极限状态与设计状况采用不同的量值作为作用的代表值）标准值频遇值准永久值作用的主要代表值作用在结构上时而出现的较大值代表作用在结构上经常出现的量值，它在设计基准期内具有较长的总持续期河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院6结构的设计状况港口水工建筑物结构的设计状况持久状况短暂状况偶然状况正常条件下，结构使用过程中的状况。按承载能力极限状态的持久组合和正常使用极限状态的长期组合或短期组合分别进行设计。结构施工和安装等持续时间较短的状况。应对承载能力极限状态的短暂组合进行设计，必要时可同时对正常使用极限状态的短暂状况进行设

4、计。结构承受设防地震等持续时间很短的状况。应按承载能力极限状态的偶然组合进行设计。港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院7码头地面使用荷载堆货荷载作用在港口工程结构上的堆货荷载标准值，应根据堆存货种、装卸工艺确定的堆存情况，结合结构型式、地基条件和不同计算项目并考虑今后港口发展等进行综合分析后确定。人群荷载对于客运码头的人行栈桥、引桥、专用码头中的人行检修道和各类码头中有可能作为人行通道的部位，均应考虑人群荷载。港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院8码头地面使用荷载码头地带根据码头作业的客观情况和使用经验，现行港口工程荷载规范（JTJ 215-98）根据堆货荷载的不同将码头分成三个区域：

5、码头前沿地带、前方堆场和后方堆场。港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院9码头地面使用荷载前沿地带一般情况下仅做为流动起重运输机械、门机和火车的通道和货物的倒载场地。宽度：有门机的码头取14m；没有门机的海港码头取10m；河港码头取4-8m。港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院10码头地面使用荷载前方堆场港口利用率最高的堆场，因为这个地带使用最方便，货物水平运距最短。宽度：有门机的码头，按门机吊臂可伸到的范围确定；不设门机的码头，可根据各港采用的装卸设备和管理情况确定。港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院11码头地面使用荷载后方堆场指前方堆场以后的堆场。后方堆场堆货荷载通常位于港口水

6、工建筑物边缘或以外，对码头结构设计一般影响很小，主要用于堆场地坪设计。港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院12流动起重运输机械荷载门座起重机荷载门座起重机荷载应按实际机型确定。当缺乏实际资料时，国产门机荷载标准值可根据其最大起重量、最大幅度、轨距按荷载规范采用。设计时不考虑冲击系数。港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院13流动起重运输机械荷载轮胎式起重机荷载轮胎式起重机又称轮胎吊，虽然越野和爬坡能力较差，行驶速度较慢，但机动灵活，能四面进行工作，使用方便，在内河中小港口应用较普遍。一般起重量时考虑冲击系数1.11.3，最大起重量时不考虑冲击力。港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院1

7、4流动起重运输机械荷载汽车式起重机荷载汽车起重机的越野性能好，适用于流动性较大的场所作业。进行作业时不能吊货行驶，加之起重效率低，又不能配用抓斗装卸散货，所以在中小港口用得不太普遍，仅只能做点辅助作业，用于港口进行装卸作业的较少。港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院15流动起重运输机械荷载缆车荷载缆车是河港斜坡码头上、下坡的主要运载工具，必须与选定的坡顶绞车配套使用。作用在轨道上的缆车荷载应根据缆车自重、载重量、轮数及影响轮压的各种因素确定。缆车轮压标准值（kN）；重力加速度，取10m/s2；缆车载重量（t）；缆车自重（t）；缆车总轮数；轮压不均匀系数。港口工程河海大学 港口海岸与近海工程

8、学院16铁路和汽车荷载铁路荷载铁路列车由机车和车辆组成。由于港口铁路所用机车和车辆的型号甚多，设计时一般不采用实际机车和车辆的轴压力，而是采用中华人民共和国铁路标准荷载(又称中一活载)。按此图式计算时，按其最不利的情况截取任意数量的荷载加载。普通活载一般对大跨度结构起控制作用，特种活载一般对小跨度(小于3-5m)结构起控制作用。 港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院17铁路和汽车荷载汽车荷载作用在港口建筑物上的汽车荷载，包括各级汽车和平板挂车荷载。汽车荷载按单辆汽车总重量分为：10t、15t、20t、30t、55t汽车五个等级，其技术指标和平面尺寸按附录一的规定采用。 30 t 汽车平面尺

9、寸港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院18船舶荷载船舶荷载根据作用方式不同划分船舶系缆力船舶挤靠力船舶撞击力由于风和流的作用，通过系船缆作用在码头系船柱上的力由于风和流的作用，使停靠在码头的船舶直接作用在码头建筑物上的力船舶靠岸或在波浪作用下撞击码头时产生的力港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院19船舶荷载系缆力分为纵、横向系缆力两部分，主要由风作用产生。当码头前沿水流较大时，系缆力应考虑风与水流可能同时出现的对计算船舶共同作用所产生的横向分力总和Fx 和纵向分力总和Fy 。系缆力系船柱受力分布不均匀系数,与实际受力的系船柱数目有关。系缆力标准值；风和流对船舶产生横向和纵向分力总和；计

10、算船舶同时受力的系船柱数量，与船长有关；系船缆水平投影与码头前沿线所成夹角；系船缆与水平面之间的夹角；港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院20船舶荷载港口工程荷载规范规定计算系缆力标准值不应大于缆绳的破断力，也不应低于规范规定的下限值。系缆力取值标准聚丙烯尼龙缆绳的破断力（kN）；缆绳直径（mm）。港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院21船舶荷载防冲设施连续布置船舶挤靠力挤靠力分布不均匀系数，采用1.1；船舶直线段与防冲设施接触长度（m）。可能同时出现的风和流对船舶作用产生的横向分力总和（kN） ；防冲设施间断布置挤靠力标准值（kN/m)；作用于一组（或一个）防冲设施上的挤靠力标准值（

11、kN)；挤靠力不均匀系数，采用1.3；与船舶接触的防冲设施组数或个数。港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院22船舶荷载防冲设施橡胶护弦 港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院23船舶荷载按发生的原因可分为船舶靠向码头时产生的撞击力和系泊中船舶受横向波浪作用产生的撞击力。船舶撞击码头时产生的有效撞击能量，通过防冲设施、码头和船舶的变形全部转化外力做功。船舶靠岸时撞击力的标准值应根据船舶有效撞击能量和橡胶护舷性能曲线确定。 船舶撞击力有效动能系数；船舶质量(t)，按满载排水量计算；船舶靠岸时的有效撞击能量（kJ）；船舶靠岸法向速度(ms)。港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院24船舶荷载

12、船舶撞击力船舶与橡胶护舷之间摩擦系数；船舶撞击力沿码头长度方向的分力标准值（kN）；船舶撞击力法向分力标准值(kN)。港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院25其他荷载水流力设计流速（m/s）；水流力标准值（kN）；水流阻力系数；水流力是内河敦式码头及其他透空式码头需考虑的设计荷载，一些外海建筑物当水流速度较大时，也需要考虑水流力的作用。 水密度（t/m3），淡水取1.0，海水取1.025；计算构件在与流向垂直平面上的投影面积（m2）。港口工程河海大学 港口海岸与近海工程学院26其他荷载冰荷载桩（墩）迎冰面投影宽度（m）；极限冰压力标准值（kN）；计算冰厚（m）；对于寒冷地区冰情严重的内河及

13、外海透空式高桩码头或支墩式码头，冰荷载也是一项重要的设计荷载。冰荷载可分为：（1）风和水流作用下大面积冰场运动时产生的静冰压力；（2）风和水流驱动下流冰产生的撞击力；（3）冻结在建筑物上的冰因水位升降产生的竖向力；（4）建筑物内、外的冰因温度变化产生的膨胀力。 冰抗压强度标准值（kPa）；桩（墩）迎冰面形状系数；冰温系数。港口工程27重力式码头河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程28重力式码头河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程29重力式码头工作原理：依靠结构本身及其上填料的重量抵抗建筑物的滑动和倾覆。优点：抗冻和抗冰性能好，坚固耐久，可承受较大码头地面荷载，对码头地面超载和装卸工艺变

14、化适应性强，施工比较简单，维修费用少，造价低，设计和施工经验比较成熟。缺点：要求有一定承载力的地基，以及较大数量的砂石料。适用条件：较好的地基。如岩石、砂、卵石、砾石及硬粘土地基。河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程30重力式码头的组成胸墙和墙身：是重力式码头的主体结构，挡土、承受并传递外力、构成整体，便于安装码头设备。基础：（1）扩散、减小地基应力，降低码头沉降；（2）有利于保护地基不受冲刷；（3）便于整平地基，安装墙身。墙后回填：（主要指抛石棱体，倒滤层）减小土压力，减小水土流失。码头设施：供船舶系靠，装卸作业。 河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程31重力式码头的结构型式重力式码

15、头的结构型式主要取决于墙身结构。根据墙身结构型式划分方块码头沉箱码头格形钢板桩码头干地施工的现浇砼和浆砌石码头扶壁码头大圆筒码头我国常用的结构型式我国常用的结构型式近年采用较多的型式常用于有干地施工条件的内河港我国南方较常用的型式近年采用较多的型式河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程32重力式码头的结构型式方块码头河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程33重力式码头的结构型式沉箱码头河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程34重力式码头的结构型式扶壁码头河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程35重力式码头的结构型式大直径圆筒码头河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程36重力式码头的结

16、构型式格形钢板桩码头河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程37重力式码头的结构型式根据墙身的施工方法划分干地现场浇筑（或砌筑）结构水下安装预制结构较少用预制墙身构件开挖基床抛填块石基床基床夯实和整平在基床上安装强身预制件浇注胸墙抛填墙后块石棱体和铺设倒滤层安装码头设备和铺设路面施工顺序河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程38重力式码头的结构型式干地现场浇筑（或砌筑）结构河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程39重力式码头的结构型式水下安装预制结构河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程40方块码头适用：地基较好，当地有大量石料，缺少钢材和冰况严重的情况。缺点：水下工作量大，结构整体和抗

17、震性能差，需要石料量大。优点：耐久性好，基本不需要钢材，施工简单，不需要复杂的施工设备，如果没有大型起重船，可把块体做得小一些。河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程41方块码头断面形式卸荷板式是衡重式的一种，卸荷板的存在，减小了墙背后的土压力，基底应力较均匀，断面和底宽大大减小，整体稳定性较好。衡重式土压力减小，重心靠后，基底应力分布均匀，横断面方向整体性好，但结构重心靠上，抗震性能差，且衡重式断面在施工中存在后倾稳定问题。阶梯形断面和底宽较大，材料用量较多，横断面方向整体性差，且地基应力不均匀。河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程42空心方块有底空心：外形尺寸大，抗倾能力大（填料全部

18、参加抗倾），基底应力较小，但易断裂。无底空心：抗倾能力小，基底局部应力集中，仅用于小码头。方块码头结构形式异型方块结构轻型，材料较省，土压力较小（空腔内不完全填满石料），造价低，但施工中稳定性差，基底局部应力集中，一般用于小码头。 实心方块制作方便，耐久性好，施工维修简便，但砼或石料用量大，若起重设备能力足够，地基承载力好，材料供应充足，宜选用这种型式。河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程43空心块体：工字，双工字，多工字，日字，口字，T形，双T形等。方块码头构造块体形状实心块体：直角六面体河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程44卸荷板一般采用钢筋砼结构，其型式有悬臂式、锚固式和简支式

19、。悬臂式最为常用，其悬臂长度和厚度应通过后倾稳定性和强度计算确定，一般悬臂长1.53.0m，厚度0.81.2m。为防止后倾，悬臂不能太长，应满足控制条件：悬臂长/墙身顶宽0.5。当悬臂长度/厚度1.5，一般可采用素砼，此时厚度11.2m；悬臂长度/厚度1.5，应采用钢筋砼，此时厚度0.81.0m。 方块码头构造块体尺寸原则上越大越好，但应考虑预制和起重设备的能力以及码头的分段长度。构造卸荷板 河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程45（2）尽量使断面重心后移，以增大稳定，减小地基应力，宜采用衡重式断面，衡重式码头在施工过程中，若墙后未及时回填，存在向后倾覆的危险，为了保证墙在施工期的稳定性应

20、控制基底应力分布，应对墙身合力到后趾的距离作限制。 方块码头断面设计（1）尽量减小土压力 。（3）在施工许可的情况下，尽量增大块体尺寸，以减少层数和数量。（4）卸荷板的位置应适当低一些，一般卸荷板顶面以放在现浇胸墙的施工水位为宜。河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程46沉箱码头适用：当地有沉箱预制场或工程量较大，工期短的大型码头，或需要采用沉箱结构的特殊工程，如灯塔基础等 。缺点：钢材用量大，耐久性不如方块结构，且需专门的预制下水设备；基床整平要求高；沉箱一旦遭到破坏，修理难度较大。优点：整体性好，空心率大，内部填料自重小，地基应力较小；抗震能力强，施工速度快，水下工作量少，箱内可填充砂石

21、料，造价低。河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程47沉箱码头河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程48沉箱码头船用气囊上下水河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程49沉箱码头河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程50沉箱码头断面形式矩形沉箱制作简单，浮游稳定性好，施工经验丰富，多用于岸壁式码头。1）对称式：最常用；2）非对称式：节省钢筋砼，但制作麻烦，浮游稳定性差；3）开孔式：对无掩护的港口，消能效果较好。圆形沉箱（多用于墩式码头）1）受力条件好，浮游时产生径向水压力，壁内产生压应力，使用时产生径向侧压力，壁内产生拉应力；2）按构造配筋，用钢量少（填料侧压力按储仓压力计算，数值不大，

22、往往不起控制作用）；3）腔体内不设隔板，砼用量减少，重量减小，且空间大，施工方便；4）环形箱壁对水流的阻力小。河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程51沉箱码头构造外形尺寸宽度：沉箱的底宽应根据建筑物的稳定性和地基承载力确定，同时也要满足浮运吃水，干舷高度和浮游稳定性的要求，若不满足，应尽量从施工上采取措施，如用起重船或浮筒吊护，不得已才考虑增大宽度。长度或直径：应根据施工设备能力，施工要求的最小尺寸及码头变形缝间距确定。我国船厂生产的一般在1012-1214m，约600800t，国内最大2000t，世界上最大沉箱为我国为马尔太设计并利用马尔太船坞生产的沉箱，lbh=262621.5m，约6

23、400t。高度：顶部高程宜适当放低，但不得低于现浇胸墙的施工水位，构造上沉箱要伸入胸墙3050cm，以保证整体性。河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程52沉箱码头构造壁厚作用：增大沉箱刚度，减小立板、底板的计算跨度，从而减小内力。隔墙间距：35m，隔墙顶应比外壁低1020cm，便于封舱板或搭设工作平台，隔墙上可以挖孔，以减小材料用量。 沉箱的外壁和底板的厚度应由计算确定，但壁厚25cm，一般取30-35cm，底板厚度壁厚，一般取3540cm。 应根据当地的材料，选用量大、便宜、易密实和易填充的填料，如：砂、块石、卵石、开山土等。构造纵、横隔墙构造填料河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程

24、53沉箱码头构造接缝构造 1）每隔一箱格在前后壁设置一个灌水孔，不设灌水孔的箱格，应在隔墙上设置通水孔。2）为了便于沉箱沉放时的定位，应在箱顶的四个角上埋置拉环。1）平接：当墙后设置抛石棱体或全部采用块石回填时。2）空腔对接：当墙后不设抛石棱体而全部采用砂或开山土回填时，腔内设置倒滤层，平均缝宽5cm。注意：沉箱接缝的底面防漏。 构造其它河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程54扶壁码头适用：有起重运输设备，有预制能力的情况或有干地施工条件。缺点：整体性差，耐久性差。优点：结构简单，施工速度快，节省材料，造价低 。河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程55扶壁码头肋板：将立板和底板连成整体，并支撑立板和底板。底板：将上部荷载传给基床。立板：挡土并构成码头直立岸壁。组 成河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程56扶壁码头无底扶壁翘尾式扶壁将上部荷载传给基床。空腹式或折线式可节省砼和钢筋，但配筋复杂，施工麻烦，工程意义不大。型 式河海大学 港口海岸与近海工程学院港口工程57扶壁码头长度：预制安