港口水工建筑物讲义6重力式码头计算丨32

港口工程I--港口水工建筑筑物陈达2012.04港口海岸与近近海工程学院院港口工程河海大学港港口海海岸与近海海工程学院院2前情提要重力式码头头的构造胸墙墙后回填基础墙身型式回填方式基床形式、、厚度临水面轮廓廓高度抛填棱体基槽底宽、、边坡坡度度、肩宽、、夯实块石石质量要求求、预留沉沉降量、倒倒坡变形缝设置置卸荷板码头端部处处理倒滤层回填土顶宽预留沉降量量港口工程3重力式码头头的计算设计状态重力式码头头的设计状状况持久状况短暂状况偶然状况正常条件下下，结构使使用过程中中的状况。。在结构使用用期按承载载能力极限限状态和正正常使用极极限状态设设计。结构施工和和安装等持持续时间较较短的状况况。施工期或使使用期可能能临时承受受某种特殊殊荷载时按按承载能力力极限状态态设计，必必要时也需需按正常使使用极限状状态设计。。结构承受设设防地震等等持续时间间很短的状状况。在使用期遭遭受偶然荷荷载时仅按按承载能力力极限状态态设计。河海大学港港口海海岸与近海海工程学院院港口工程4重力式码头头的计算设计状态序号计算和验算内容采用的极限限状态采用的效应组合1对墙底面和和墙身各水水平缝及齿齿缝计算面面前趾的抗抗倾稳定性性承载能力极限状态持久组合2沿墙底面、墙身各水平缝和基床底面的抗滑稳定性承载能力极限状态持久组合3基床和地基承载力承载能力极极限状态持久组合4整体稳定性承载能力极限状态持久组合5墙底面合力力作用点位位置承载能力极限状态持久组合6构件(卸荷板、沉箱、扶壁、空心块体和大圆筒)的承载力承载能力极限状态持久组合7码头施工期稳定性和构件承载力验算承载能力极限状态短暂效应组合8构件(卸荷板、沉箱、扶壁、空心块体和大圆筒)裂缝宽度验算正常使用极限状态长期效应(准永久)组合9地基沉降验算正常使用极限状态长期效应(准永久)组合河海大学港港口海海岸与近海海工程学院院港口工程5重力式码头头的计算—码头上的作作用根据时间的变异划分偶然作用在设计基准准期内，不不一定出现现，但一旦旦出现其量量值很大且且持续时间间很短可变作用在设计基准准期内，其其量值随时时间变化与与平均值相相比不可忽忽略永久作用在设计基准准期内，其其量值随时时间的变化化与平均值值相比可忽忽略不计结构自重力力固定设备自自重力墙后填料土土压力剩余水压力力堆货荷载流动起重运运输机械荷荷载船舶荷载、、水流波浪浪力可变作用引引起的土压压力地震荷载等等河海大学港港口海海岸与近海海工程学院院港口工程6重力式码头头的计算—码头上的作作用建筑物自重重包括构件本本身的重力力及其上的的填料重力力，按体积积乘重度计计算。重度度的标准值值宜通过试试验确定，，无实测资资料时，按按规范取取值。材料重度：：水上采用用天然容重重，水下采采用浮容重重。无粘性填料料重度：以以墙后地下下水位为界界，地下水水位以上采采用天然容容重，以下下采用浮容容重。粘性填料重重度：应考考虑饱和区区。对于于河港，饱饱和区范围围应根据当当地地下水水位变化情情况、填料料性质，根根据经验或或经勘探确定。。对于海港港，根据潮位确确定：设计高水位位设计低水位位墙后地下水水位浮重度饱和重度湿重度剩余水头河海大学港港口海海岸与近海海工程学院院港口工程7重力式码头头的计算—码头上的作作用剩余水压力力确定原则：：根据码头排排水的好坏坏和后方填填料的透水水性来确定定。定义：墙后地下水水位高于墙墙前计算低低水位时产产生的水压压力差值，，一般按静静水压力考考虑。剩余水压力力的确定墙后为中砂砂或细于中中砂的填料料（包括粘粘性土）墙后为抛石石棱体或粗粗于中砂的的填料河港：取决决于排水措措施和墙前前、墙后地地下水位情情况潮汐港：剩剩余水头取取1/5～1/3的平均潮差差可不考虑剩剩余水压力力河海大学港港口海海岸与近海海工程学院院港口工程8重力式码头头的计算—码头上的作作用土压力计算理论库仑理论朗肯理论索科洛夫斯斯基考虑墙背倾倾斜、地面面倾斜和土土与墙背摩摩擦力；假假定土是均均质和无粘粘性。考虑土的粘粘性、地面面均布荷载载、土体水水平分层；；假定墙背背垂直、地地面水平和和墙背光滑滑。计算较较复杂杂，工工程中中用的的较少少。（1）朗肯肯和库库仑土土理论论都是是由墙墙后填填土处处于极极限平平衡状状态的的条件件得到到的。。但朗朗肯理理论求求的是是墙背背各点点土压压力强强度分分布，，而库库仑理理论求求得的的是墙墙背上上的总总土压压力。。（2）朗肯肯理论论在其其推导导过程程中忽忽视了了墙背背与填填土之之间的的摩擦擦力，，计算算的主主动土土压力力误差差偏大大，被被动土土压力力误差差偏小小；而而库仑仑理论论考虑虑了这这一点点，其其主动动土压压力接接近于于实际际值，，但被被动土土压力力因为为假定定滑动动面是是平面面误差差较大大，因因此，，一般般不用用库仑仑理论论计算算被动动土压压力。。（3）朗肯肯理论论适用用于填填土表表面水水平的的无粘粘性土土或粘粘性土土，而而库仑仑理论论适用用于填填土表表面为为水平平或倾倾斜的的无粘粘性土土。河海大大学港港口海海岸与与近海海工程程学院院港口工工程9重力式式码头头的计计算—码头上上的作作用墙后主主动土土压力力无粘性性填料料的墙墙背永久作作用可变作作用—第n层填料料的土土压力力合力力的水水平分分力标标准值值（kN）—第2破裂角角（o）—墙背与与铅垂垂线的的夹角角（o），仰斜为为正，，俯斜斜为负负—地面上上的均均布荷荷载标标准值值，地地面倾倾斜时时为单单位斜斜面积积上的的重力力（kPa）—分别为为第i层和第第n层填料料重度度标准准值（（kN/m3）—分别为为第i层和第第n层填料料厚度度标准准值（（m）—地面荷荷载系系数—第n层填料料的主主动土土压力力系数数—第n层填料料与墙墙背的的摩擦擦角河海大大学港港口海海岸与与近海海工程程学院院港口工工程10重力式式码头头的计计算—码头上上的作作用墙后主主动土土压力力粘性土土的墙墙背永久作作用可变作作用粘性土土的土土压力力可按按图解解法确确定；；当有有经验验时，，也可可采用用等代代内摩摩擦角角，按按无粘粘性填填料考考虑。。当地面面水平平，在在铅直直墙背背或计计算垂垂面上上可按按下式式计算算：—土压力力强度度（kPa）—主动土土压力力系数数—土的粘粘聚力力标准准值（（kPa）河海大大学港港口海海岸与与近海海工程程学院院港口工工程11重力式式码头头的计计算—码头上上的作作用码头前前被动动土压压力（（地面面水平平）无粘性性填料料—墙前床床面上上均布布荷载载标准准值（（kPa）—被动土土压力力系数数粘性土土—被动土土压力力强度度（kPa）河海大大学港港口海海岸与与近海海工程程学院院港口工工程12重力式式码头头的计计算—码头上上的作作用墙后有有抛石石棱体体当破裂裂面通通过两两种填填料时时，出出坡点点P以上和和以下下分别别按两两种填填料的的指标标计算算土压压力。。出坡点点填料抛石—分别为为两种种填料料破裂裂角（（o）有卸荷荷板M点以上上的土土压力力不计计卸荷荷板底底面以以上重重力的的影响响；N点以下下的土土压力力按无无卸荷荷板的的情况况计算算，M、N之间按按直线线过渡渡。滑动面面—填料内内摩擦擦角标标准值值（o）—主动土土压力力破裂裂角（（o）河海大大学港港口海海岸与与近海海工程程学院院港口工工程13重力式式码头头的计计算—码头上上的作作用系缆力力沿码码头方方向分分布（垂直直码头头线的的分力力）系缆力力沿码码头线线方向向的分分布长长度，，按沿沿墙高高以45o角向下下扩散散的原原则确确定。。当扩扩散线线遇到到竖缝缝就截截止，，然后后从缝缝底端端向下下继续续扩散散。对于分分段长长度内内为一一个整整体结结构的的码头头（如如沉箱箱码头头、现现浇混混凝土土和浆浆砌石石码头头等）），验验算沿沿墙底底的稳稳定性性时，，系缆缆力的的分布布长度度等于于一个个分段段的长长度。。方块码码头扶壁码码头河海大大学港港口海海岸与与近海海工程程学院院港口工工程14重力式式码头头的计计算—码头上上的作作用地面使使用荷荷载设计重重力式式码头头，地地面使使用荷荷载一一般只只考虑虑堆货货荷载载、门门机荷荷载和和铁路路荷载载。对对于重重件码码头，，当地地面设设置重重型固固定起起重机机和大大型平平板车车运行行时，，还应应考虑虑这些些设备备产生生的集集中荷荷载和和局部部均布布荷载载。门机和和铁路路荷载载以轮轮压力力形式式作用用在轨轨道上上，然然后通通过轨轨枕或或基础础梁沿沿码头头的纵纵横方方向向向下传传播。。工程程中常常采用用等代代均布布荷载载的方方式处处理：：沿钢钢轨长长度方方向将将轮压压力化化为线线荷载载，再再将这这些荷荷载通通过轨轨枕、、道渣渣等沿沿码头头横向向传布布，达达到一一定深深度后后成均均布荷荷载，，并移移至地地面。。河海大学港港口海岸与与近海工程学学院港口工程15重力式码头的的计算—码头上的作用用堆货荷载用于验算基底底面后踵应力力垂直力最大+水平力最大用于验算建筑筑物的滑动和和倾覆稳定性性用于验算基床床和地基承载载力及计算建建筑物的沉降降和验算整体体滑动稳定性性。垂直力最小+水平力最大垂直力最大+水平力最小河海大学港港口海岸与与近海工程学学院港口工程16重力式码头的的一般计算抗滑稳定性验验算（以岸壁壁式码头为例例）验算内容包括括沿墙底面、、墙身各水平平缝和基床底底面的抗滑稳稳定性。组合一：不考考虑波浪力作作用，可变作作用产生的土土压力为主导可变作作用组合二：不考考虑波浪力作作用，沿胸墙墙底面的抗滑滑稳定性，系系缆力为主导导可变作用组合三：考虑虑波浪力作用用，波浪力为为主导可变作作用组合四：考虑虑波浪力作用用，堆载土压压力为主导可可变作用此为一种水位位情况，若将将水位作为一一个组合条件件，则可得十十几种组合情情况。河海大学港港口海岸与与近海工程学学院港口工程17重力式码头的的一般计算抗滑稳定性验验算（以岸壁壁式码头为例例）计算时候按平平面问题取单单宽计算。组合一：不考考虑波浪力作作用，可变作作用产生的土土压力为主导可变作作用：—作用在计算面面以上的结构构自重力标准准值（kN）—计算面以上永永久作用总主主动土压力的的水平和垂直直分力标准值值（kN）—计算面以上可可变作用总主主动土压力的的水平和垂直直分力标准值值（kN）—计算面以上的的剩余水压力力标准值（kN）—系缆力水平分分力标准值（（kN）—自重力的分项项系数，取1.0—结构重要性系系数，一般港港工结构取1.0—土压力、剩余余水压力、系系缆力的分项项系数—作用效应组合合系数，持久久组合取0.7，短暂组合取取1.0—结构系数，无无波浪作用取取1.0，有波浪作作用取1.1—沿计算面的摩摩擦系数设计计值河海大学港港口海岸与与近海工程学学院港口工程18重力式码头的的一般计算抗倾稳定性验验算（以岸壁壁式码头为例例）对墙底面和墙墙身各水平缝缝及齿缝计算算面前趾的抗抗倾稳定性。。组合一：不考考虑波浪力作作用，可变作作用产生的土土压力为主导可变作作用组合二：不考考虑波浪力作作用，对胸墙墙底面前趾的的抗倾稳定性性，系缆力产产生的倾覆力力矩为主导可可变作用组合三：考虑虑波浪力作用用，波浪力为为主导可变作作用组合四：考虑虑波浪力作用用，堆载土压压力为主导可可变作用此为一种水位位情况，若将将水位作为一一个组合条件件，则可得十十几种组合情情况。河海大学港港口海岸与与近海工程学学院港口工程19重力式码头的的一般计算抗倾稳定性性验算（以以岸壁式码码头为例））计算时候按按平面问题题取单宽计计算。组合一：不不考虑波浪浪力作用，，可变作用用产生的土土压力为主导可变变作用：—结构自重力力标准值对对计算面前前趾的稳定定力矩（kN.m）—永久作用总总土压力的的水平和垂垂直分力标标准值对计计算面前趾趾的倾覆力力矩和稳定定力矩（kN.m）—剩余水压力力标准值对对计算面前前趾的倾覆覆力矩（kN.m）—结构系数，，无波浪时时取1.25—系缆力标准准值对计算算面前趾的的倾覆力矩矩（kN.m)—可变作用总总土压力的的水平和垂垂直分力标标准值对计计算面前趾趾的倾覆力力矩和稳定定力矩（kN.m）河海大学港港口海海岸与近海海工程学院院港口工程20重力式码头头的一般计计算承载力验算算基床承载力力—结构重要性性系数，一一般取1.0—基床顶面最最大应力分分项系数，，可取1.0—基床承载力力设计值，，一般取600kPa，不得大于于800kPa—基床顶面最最大应力标标准值（kPa）河海大学港港口海海岸与近海海工程学院院港口工程21重力式码头头的一般计计算承载力验算算基床顶面应应力按刚性墙计计算，基床床顶面应力力呈直线分分布，按偏偏心受压公公式计算，，对矩形墙墙底：—基床顶面的的最大和最最小应力标标准值（kPa）—墙底宽度（（m）—作用在基床床顶面的竖竖向合力标标准值（kN/m）—墙底面合力力标准值作作用点的偏偏心距（m）—合力作用点点与墙前趾趾的距离（（m）—竖向合力标标准值和倾倾覆力标准准值对墙底底面前趾的的稳定力矩矩和倾覆力力矩（kN.m）河海大学港港口海海岸与近海海工程学院院港口工程22重力式码头头的一般计计算承载力验算算基床底面应应力基床顶面应应力通过基基床向下扩扩散，扩散散宽度为B1+2d1，呈直线分分布。—基床底面的的最大和最最小应力标标准值（kPa）—块石的水下下重度标准准值（kN/m3）—抛石基床厚厚度（m）—墙底面的实实际受压宽宽度（m）—抛石基床底底面合力作作用点的偏偏心距（m）河海大学港港口海海岸与近海海工程学院院港口工程23重力式码头头的一般计计算整体滑动稳稳定性验算算整体稳定破破坏的特征征码头结构顶顶面及其后后一定范围围的地面突突然下沉，，且下沉量量超过计算算地基沉降降量。在码头后方方一定距离离的地面出出现裂缝和和断裂，且且这个地点点比墙后主主动破裂面面的出坡点点要远。码头结构后后倾，底部部突出码头头线很多，，但前沿线线基本无多多大变化或或稍后移。。码头前面水水底泥面有有明显的隆隆起。计算方法—圆弧滑动法法—抗力分项系系数—作用于危险险滑弧面上上的滑动力力矩设计值值和抗滑力力矩的标准准值（kN.m）当地基浅层层有软弱夹夹层和倾斜斜岩石情况况，宜采用用非圆弧滑滑动面计算算。河海大学港港口海海岸与近海海工程学院院港口工程24重力式码头头的一般计计算地基沉降计计算地基沉降计计算均匀沉降不均匀沉降降建筑物横断断面方向沿码头长度度方向不会引起建建筑物破坏坏，但沉降降量过大会会影响使用用，同时带带来较大的的不均匀沉沉降。引起码头倾倾斜用在基床顶顶面预留倒倒坡的方法法解决破坏性较大大，如胸墙墙断裂，墙墙身发生横横向裂缝用设置变形形缝的方法法解决河海大学港港口海海岸与近海海工程学院院港口工程25重力式码头头的一般计计算河海大学港港口海海岸与近海海工程学院院港口工程26方块码头的的计算卸荷板计算算卸荷板的后后倾稳定性性卸荷板的承承载力和裂裂缝宽度—A点左侧的卸卸荷板以上上的结构自自重产生的的稳定力矩矩（kN.m）—A点右侧的卸卸荷板以上上的结构自自重和其上上的均载自自重力产生生的倾覆力力矩（kN.m）—结构系数按悬臂板验验算承载力力和裂缝宽宽度。注意意计算时应应将支撑点点后移20～30cm，至河海大学港港口海海岸与近海海工程学院院港口工程27方块码头的的计算无底板空心心块体码头头抗倾稳定定性对无底空心心方块码头头，由于空空心块体的的填料与块块体壁之间间的摩擦力力存在，填填料有一部部分重量直直接作用到到基床上，，而另一部部分则是通通过块体壁壁传到基床床上（同储储仓压力））。因此，，在计算抗抗倾稳