本科码头毕业设计计算书

1总平面布置上海港改建码头是河口港码头，平面布置与工艺设计按《海港总平面设计标准》和《河港总平面设计标准》的有关规定确定。根据水文、地质、地形、货种、装卸工艺及施工条件等因素综合分析，采用高桩码头结构型式〔上层土为淤泥〕。码头前沿大致平行于黄浦江主流向，由于码头前江面宽约500米，水域面积不大，为了不使水流结构发生变化选用顺岸式。码头前沿布置在规划前沿线，考虑到当地陆域面积紧张，采用满堂式，1#和2#码头连片布置，拆掉原有的防洪墙，将后桩台至陆地之间的短距离水域用当地廉价的砂石料抛填，当汛期来临时，码头停止作业，采用堆沙包的方法来防汛。由资料得到的水位值：设计高水位：高潮位累积频率曲线的10%处————3.75设计低水位：高潮位累积频率曲线的90%处————1.22极端高水位：高潮位累积频率曲线的2%处————4.63极端低水位：高潮位累积频率曲线的98%处————0.601．1一号码头总平面布置1．1．1停靠方式停靠方式采用两点系泊〔如图〕，受力系船柱数目根据船长查得为n=2，系船柱间距最大为20m，最少系船柱个数为6个。1．1．2一号码头主要尺度的拟定1．1．2．1泊位长度单个泊位长度：=+2————单个泊位长度〔m〕————设计船长〔m〕,=82.6m;————富裕长度〔m〕,按《海港总平面设计标准》查表取值为8～10m=82.6+2×(8～10)=98.6～102.6m,取码头长度为118m,已有岸线满足要求.1．1．2．2泊位宽度为了不占用主航道，泊位宽度：B=2bb————设计船宽〔m〕,b=13.6mB=2×13.6=27.2m，取28m1．1．2．3码根本标准：E=HWL+超高值(1.0～1.5)复核标准：E=极端高水位+超高值(0～0.5)E————码头面高程〔m〕HWL————设计高水位〔m〕根本标准：E=3.75+(1.0～1.5)=4.75～5.25复核标准：E=4.63+(0～0.5)=4.63～5.13由资料知，当地万吨级泊位的码头面标高一般为+4.8m，所以取E=1．1．2．4码D=T+Z1+Z2+Z3+Z4Z2=K-z1d————码头前沿设计水深〔m〕t————设计船型满载吃水〔m〕,T=4.47mz1————龙骨下最小富裕深度〔m〕，查得z1=0.2z2————波浪富裕深度〔m〕,K————系数，顺浪取0.3，横浪取0.5————码头前的允许波高〔m〕由于地处黄浦江中，码头前江面宽度只有500米，波浪主要为顺浪，查《港口规划与布置》得3000吨级的杂货船的允许波高为=0.8m，所以：Z2=0.30.8-0.2=0.04mz3————船舶因配载不均而增加的船尾吃水值〔m〕,杂货船可不计，Z3=0mz4————备淤富裕深度〔m〕,Z4=0.5D=4.47+0.2+0.04+0+0.5=5.21m,所以码头前沿水底高程=设计最低水位-码头前沿设计水深=1.22-5.21=-3.99m,由于码头前沿布置在规划前沿线处，且规划挖至-9.0m1．1．3港口主要建设规模确实定1．1．3．1泊位数和泊位年通过能力==〔因泊位利用率不好确定，所以用港口生产不平衡系数法来确定泊位年通过能力〕————泊位数————码头年作业量〔t〕，=35万t————一个泊位的年通过能力〔t〕————泊位年营运天数〔d〕泊位年营运天数确实定：大雾：10天〔能见度＜1000ｍ〕降雨：15天〔日降水量＞10～25ｍｍ〕波浪：最大波高为０．６ｍ，所以无影响风：船靠码头无装卸作业的允许风速为8级，由资料知大于８级风的多年平均天数为18.6天气温：由上海港的地理位置，估计不会有冰冻考虑到以上资料不全和有些影响天数的重复，在总天数中扣掉10天，＝365－43.6＋10=331.4天————装卸一艘设计船型所需的时间〔h〕，＝＝21.43ｈ(有两台门机，后面会作说明)————设计船时效率〔t台/h〕，=70t台/h————昼夜小时数〔h〕，=24h————昼夜非生产时间之和〔h〕，=3h————船舶的装卸辅助作业、技术作业时间以及船舶靠离泊时间之和〔h〕，取=5h————设计船型的实际载货量〔t〕，=3000t————港口生产不平衡系数，查表得=1.6＝＞３５万ｔ＝＜１所以取一个泊位。1．1．3．2件杂货的仓库和堆场所需的容量＝＝————仓库和堆场所需的容量〔ｔ〕，〔应大于２倍设计船型容量，因为要考虑到一卸一装同时进行〕————年货运量〔ｔ〕，＝35万ｔ————仓库或堆场不平衡系数，＝1.1————货物最大入仓库或堆场的百分比〔％〕，考虑最不利的直取作业情况，＝１100％————仓库或堆场年营运天数(d〕,=365d————堆场容积利用系数，对件杂货取1.0————货物在仓库或堆场的平均堆存期〔ｄ〕，查得=10d————单位或有效面积的货物堆存量〔ｔ／ｍ２〕，查得=1ｔ／ｍ２————仓库或堆场总面积利用率，为有效面积占总面积的百分比〔％〕，查得=70%〔单层库〕＝＞2倍设计船型容量=6000t＝ｍ２库场面积取为16000ｍ２，预留二线取7000ｍ２，实际布置位置及面积见码头总平面布置图。1．1．4装卸工艺1．1．4．1作业线布置两条装卸线〔已留有开展空间〕，每条作业线配置如下：一台M—4—25型门机、一辆牵引车和三辆平板车〔平板车最大载重8t，自重2t〕、二辆16t轮胎吊〔仓库和堆场各一辆〕、一辆电瓶车、3辆叉车。电瓶车只作短距离运输，不上桩台，可在库场内运输；轮胎吊和叉车只在库场内作业；平板车工作时，一挂在前沿，一挂在前方卸货，还有一挂在中途跑，这样可节省时间，考虑每次往返调头、拆挂钩等操作需时3min，码头前沿作业地带距库场距离按最大200m计,行车速度取10km/h=2.78m/s，行车时间=s，那么每组拖挂车来回一次需时=+3=5.4min，1个小时能够来回11趟，即平板车台时效率为88t/台时，而门机的台时效率为70t/台时，所以每台门机配备一组牵引平板车即可。码头〔进口〕装卸工艺流程图：船门机牵引平板车叉车/轮胎吊/电瓶车仓库/堆场码头〔出口〕装卸工艺流程图：仓库/堆场叉车/轮胎吊/电瓶车牵引平板车门机船1．1．5港口平面布置1．1．5．1码门机轨距10.5m,前轨中心线距码头前沿2m〔吊幅满足要求〕，铁路不上码头，设前沿堆场,后轨距前沿堆场边缘1.5m,前沿堆场宽15m，码头总宽度为14+15=29m，码头前沿来往车辆频繁,属于主干道,道路宽度取12.0m1．1．5．2港区内道路布置该泊位有二条装卸作业线,可以对应布置两条主干道,取道路宽度为12m,人行道宽度1m,那么主干道宽度为12+2×1=14m。港内道路根据《海港总平面设计标准》确定港内道路参数。道路宽度：主干道9～15m;次干道7.0～9.0m;支道3.5道路边缘距货堆、机械、建筑物等距离取1.0～1.5m,距车辆出入口处的距离取4.5～6.0m,前方铁路中心线至库墙边的距离取11.75m，港内最小圆曲线半径≥20m，交叉路口处路面内缘最小转弯半径取12m，道路纵坡考虑排水要求取0.5%～1%。1．1．6生产、生活辅助设施1．1．6．1根据河港标准及当地实际情况,确定港区定员装卸工人总数：=————装卸工人数————作业线数,=2————昼夜作业班次数,因上海港较忙，所以用三班制，＝３————每条作业线的配工人数，＝６————装卸工人轮休率，＝－———装卸工人出勤率，〔90％～95％〕，＝90％取４７人，辅助工人数＝470.1=4.7,取5人，所以装卸工人总数为52人。机械司机人数：门机司机数：按标准三班制门机需7人/台，那么需２×7=14人牵引车司机数：牵引车需3.5人/台，那么需2×3.5=7人,取7人轮胎吊司机数：轮胎吊需3.5人/台，共4台轮胎吊,那么需4×3.5=14人叉车司机数：叉车需3.5人/台，设每组牵引平板车配三台叉车,那么需6×3.5=21人合计司机人数为14+7+14+21=56,考虑出勤率增加10%,共需司机人数为56×(1+10%)=61.6,取62人。由上面计算可知主要生产人数52+62=114人管理人员按10%设置,人数为114×10%=11.4,取12人,须水手人数为5人。1．1．6．2生产、生活辅助设施的面积综合办公室：１０～１２ｍ２／人侯工室：２．５～４．０ｍ２／人装卸及成组工具库：按工艺要求确定。维修保养间：根据当地条件，按工艺要求确定。材料供给站：１００～２００ｍ２／泊位码头水手间：１５～２０ｍ２／间，不宜小于１．５ｍ２／人加油站：１００～２００ｍ２还有小型流动机械库等等，具体位置及面积见码头总平面布置图。1．2二号码头总平面布置〔此处布置2#码头主要是为了进行总体规划，所以不如1#码头那么详细〕1．2．1二号码头主要尺度的拟定1．2．1．1泊位长度单个泊位长度：=+2————单个泊位长度〔m〕————设计船长〔m〕,=161.4m;————富裕长度〔m〕,按《海港总平面设计标准》查表取值为18～20m=161.4+2×(18～20)=197.4～201.4m,由于1#和2#码头连片布置，所以泊位长度有重叠，所以取码头长度为200m1．2．1．2泊位宽度为了不占用主航道，泊位宽度：B=2bb————设计船宽〔m〕,b=20.2B=2×20.2=40.4m，取1．2．1．3码根本标准：E=HWL+超高值(1.0～1.5)复核标准：E=极端高水位+超高值(0～0.5)E————码头面高程〔m〕HWL————设计高水位〔m〕根本标准：E=3.75+(1.0～1.5)=4.75～5.25复核标准：E=4.63+(0～0.5)=4.63～5.13由资料知，当地万吨级泊位的码头面标高一般为+4.8m，所以取E=1．2．1．4码D=T+Z1+Z2+Z3+Z4Z2=K-z1d————码头前沿设计水深〔m〕t————设计船型满载吃水〔m〕,T=8.46mz1————龙骨下最小富裕深度〔m〕，查得z1=0.2z2————波浪富裕深度〔m〕,K————系数，顺浪取0.3，横浪取0.5————码头前的允许波高〔m〕由于地处黄浦江中，码头前江面宽度只有500米，波浪主要为顺浪，查《港口规划与布置》得3000吨级的杂货船的允许波高为=1m，所以：Z2=0.31-0.2=0.1z3————船舶因配载不均而增加的船尾吃水值,杂货船可不计，Z3=0mz4————备淤富裕深度〔m〕,Z4=0.5D=8.46+0.2+0.1+0+0.5=9.26m,所以码头前沿水底高程=设计最低水位-码头前沿设计水深=1.22-9.26=-8.04m1．2．2港口主要建设规模确实定1．2．2．1泊位数和泊位年通过能力==〔因泊位利用率不好确定，所以用港口生产不平衡系数法来确定泊位年通过能力〕————泊位数————码头年作业量〔t〕，=40万t————一个泊位的年通过能力〔t〕————泊位年营运天数〔d〕泊位年营运天数确实定：大雾：10天〔能见度＜1000ｍ〕降雨：15天〔日降水量＞10～25ｍｍ〕波浪：最大波高为０．６ｍ，所以无影响风：船靠码头无装卸作业的允许风速为8级，由资料知大于８级风的多年平均天数为18.6天气温：由上海港的地理位置，估计不会有冰冻考虑到以上资料不全和有些影响天数的重复，在总天数中扣掉10天，＝365－43.6＋10=331.4天————装卸一艘设计船型所需的时间〔h〕，＝＝85.71ｈ(有两台门机，后面会作说明)————设计船时效率〔t台/h〕，=70t台/h————昼夜小时数〔h〕，=24h————昼夜非生产时间之和〔h〕，=3h————船舶的装卸辅助作业、技术作业时间以及船舶靠离泊时间之和〔h〕，取=5h————设计船型的实际载货量〔t〕，=18000t————港口生产不平衡系数，查表得=1.5＝＞40万ｔ＝＜１所以取一个泊位。1．2．2．2件杂货的仓库和堆场所需的容量＝＝————仓库和堆场所需的容量〔ｔ〕，〔应大于２倍设计船型容量，因为要考虑到一卸一装同时进行〕————年货运量〔ｔ〕，＝40万ｔ————仓库或堆场不平衡系数，＝1.1————货物最大入仓库或堆场的百分比〔％〕，考虑最不利的直取作业情况，＝１100％————仓库或堆场年营运天数(d〕,=365d————堆场容积利用系数，对件杂货取1.0————货物在仓库或堆场的平均堆存期〔ｄ〕，查得=10d————单位或有效面积的货物堆存量〔ｔ／ｍ２〕，查得=3.5ｔ／ｍ２————仓库或堆场总面积利用率，为有效面积占总面积的百分比〔％〕，查得=70%〔单层库〕＝＝ｍ２库场面积取为10000ｍ２〔满足大于2倍设计船型容量的要求〕，预留二线取5000ｍ２，实际布置位置及面积见码头总平面布置图。1．2．3装卸工艺1．2．3．1作业线布置三条装卸线〔已留有开展空间〕，每条作业线配置如下：一台M—4—25型门机、一辆牵引车和三辆平板车〔平板车最大载重8t，自重2t〕、二辆16t轮胎吊〔仓库和堆场各一辆〕、一辆电瓶车、3辆叉车。电瓶车只作短距离运输，不上桩台，可在库场内运输；轮胎吊和叉车只在库场内作业；平板车工作时，一挂在前沿，一挂在前方卸货，还有一挂在中途跑，这样可节省时间，考虑每次往返调头、拆挂钩等操作需时3min，码头前沿作业地带距库场距离按最大200m计,行车速度取10km/h=2.78m/s，行车时间=s，那么每组拖挂车来回一次需时=+3=5.4min，1个小时能够来回11趟，即平板车台时效率为88t/台时，而门机的台时效率为70t/台时，所以每台门机配备一组牵引平板车即可。码头〔进口〕装卸工艺流程图：船门机牵引平板车叉车/轮胎吊/电瓶车仓库/堆场码头〔出口〕装卸工艺流程图：仓库/堆场叉车/轮胎吊/电瓶车牵引平板车门机船1．2．4港口平面布置1．2．4．1码门机轨距10.5m,前轨中心线距码头前沿2m〔吊幅满足要求〕，铁路不上码头，设前沿堆场,后轨距前沿堆场边缘1.5m,前沿堆场宽15m，码头总宽度为14+15=29m，码头前沿来往车辆频繁,属于主干道,道路宽度取12.0m,人行道2.0m1．2．4．2港区内道路布置该泊位有三条装卸作业线,可以对应布置三条主干道,取道路宽度为12m,人行道宽度1m,那么主干道宽度为12+2×1=14m。港内道路根据《海港总平面设计标准》确定港内道路参数。道路宽度：主干道9～15m;次干道7.0～9.0m;支道3.5道路边缘距货堆、机械、建筑物等距离取1.0～1.5m,距车辆出入口处的距离取4.5～6.0m,前方铁路中心线至库墙边的距离取11.75m，港内最小圆曲线半径≥20m，交叉路口处路面内缘最小转弯半径取12m，道路纵坡考虑排水要求取0.5%～1%。1．2．5生产、生活辅助设施1．2．5．1根据河港标准及当地实际情况,确定港区定员装卸工人总数：=————装卸工人数————作业线数,=3————昼夜作业班次数,因上海港较忙，所以用三班制，＝３————每条作业线的配工人数，＝６————装卸工人轮休率，＝－———装卸工人出勤率，〔90％～95％〕，＝90％取71人，辅助工人数＝710.1=7.1,取8人，所以装卸工人总数为79人。机械司机人数：门机司机数：按标准三班制门机需7人/台，那么需3×7=21人牵引车司机数：牵引车需3.5人/台，那么需3×3.5=10.5人,取11人轮胎吊司机数：轮胎吊需3.5人/台，共6台轮胎吊,那么需6×3.5=21人叉车司机数：叉车需3.5人/台，设每组牵引平板车配三台叉车,那么需9×3.5=31.5人，取32人合计司机人数为21+11+21+32=85,考虑出勤率增加10%,共需司机人数为85×(1+10%)=93.5人,取94人。由上面计算可知主要生产人数79+94=173人管理人员按10%设置,人数为173×10%=17.3,取18人,须水手人数为15人。1．2．5．2生产、生活辅助设施的面积综合办公室：１０～１２ｍ２／人侯工室：２．５～４．０ｍ２／人装卸及成组工具库：按工艺要求确定。维修保养间：根据当地条件，按工艺要求确定。材料供给站：１００～２００ｍ２／泊位码头水手间：１５～２０ｍ２／间，不宜小于１．５ｍ２／人加油站：１００～２００ｍ２还有小型流动机械库等等，具体位置及面积见码头总平面布置图。2第一方案此方案采用纵横梁不等高连接，横梁现浇，纵梁采用预制叠合梁，面板搭在纵梁上，面板采用叠合板，中间设中纵梁，两侧设两个边纵梁。2．1面板设计面板上的垫层考虑到要安放门机轨道取为10cm，现浇层厚度取15cm，预制板厚度根据起重能力取为25cm，面板受到自重和可变荷载作用，其中可变荷载包括堆货荷载和流动机械荷载，这两者不能同时存在，取起控制作用的一个验算。整个前方桩台的面板有4跨，取靠海侧门机纵梁和中纵梁之间的这一跨进行尺寸验算，对于变形缝和码头端部的板，因尺寸小，所以可不必验算。2．1．1计算跨度由于采用的是叠合板，因此按连续板计算，预制板的搭接长度e=20cm，L=5.25m〔中到中〕，Ln=5.25－0.4－0.35=4.5m〔净跨〕，预制板长Lb=4.5+0.2×2=4.9m，B1=70cm，B2=80cm，当B1≤0.1L时：L0当B1＞0.1L时：L0=1.1Ln因B1=0.7m＞0.1L=0.525m，所以L0=1.1Ln=4.95m2．1．2预制板起重量验算G=Lb×a×b×G————预制板自重〔kN〕Lb————预制板的长度〔m〕，Lb=4.9a————预制板的宽度〔m〕，a=7mb————预制板的厚度〔m〕,b=0.25m————钢筋砼的重度〔kN/m3〕,=25kN/m3G=4.9×7×0.25×25=214.375kN=21875kg＜陆上起重能力=60t所以，满足起重能力。2．1．3荷载计算2．1．3．1板的自重q1=×h1q1————板的自重(kPa),h1————板的厚度〔m〕,h1=0.4m————钢筋砼的重度〔kN/m3〕,γ钢筋砼=25kN/m3q1=25×0.4=10kPa2．1．3．2砼垫层自重q2=×h2q2————砼垫层的自重(kPa)h2————砼垫层的厚度〔m〕，h2=0.1m————砼的重度〔kN/m3〕，γ砼=24kN/m3q2=24×0.1=2.4kPa2．1．3．3整个板的自重q0=q1+q2q0————整个板的自重(kPa)q1————板的自重(kPa)q2————砼垫层的自重(kPa)q0=10+2.4=12.4kPa2．1．3．4堆货荷载查《港口工程荷载标准》知，对海港中的件杂货码头〔有门机〕，前沿堆货荷载标准值为20kPa2．1．3．5流动机械荷载流动机械有轮胎吊、电瓶车、牵引平板车和牵引车，电瓶车只用于短距离运输，不上桩台，只在前方工作，轮胎吊主要在前方堆场作业，也不上桩台，牵引平板车和牵引车都上桩台，但由《港口工程荷载标准》知，牵引车的荷载值比牵引平板车小，因此只考虑牵引平板车，查《港口工程荷载标准》知，牵引平板车自重2t满载轮压25kN，最大载重量为8t。2．1．4跨中弯矩计算〔取单宽〕2．1．4．1板的自重产生的跨中弯矩————永久荷载产生的跨中弯矩〔〕q0————整个板的自重(kN/m),q0=12.4kN/mL0————板的计算跨度〔m〕,L0=4.95m2．1．4．2堆货荷载产生的跨中弯矩————堆货荷载产生的跨中弯矩〔〕q0————堆货荷载(kN/m),q0=20kN/mL0————板的计算跨度〔m〕,L0=4.95m2．1．4．3牵引平板车产生的跨中弯矩由于是初步设计，采用简化法大致计算平板车在跨中产生的弯矩，影响线如图，最不利荷载位置如下图。M————牵引平板车荷载产生的跨中弯矩〔〕P————牵引平板车的简化集中力〔kN〕，P=50kNyi————牵引平板车荷载影响线的各荷载位置下的纵距〔m〕2．1．5抗弯模量W————面板的抗弯模量〔m3〕b————垂直于板跨方向的板宽〔m〕,b=1mh————板的厚度〔m〕,h=0.2．1．6荷载组合考虑恒载+可变荷载这种组合，可变荷载中牵引平板车荷载起控制作用，因此选用牵引平板车荷载。————荷载组合后的跨中弯矩〔〕————永久荷载在跨中产生的弯矩〔〕，=37.98————可变荷载在跨中产生的弯矩〔〕，=61.26————荷载组合系数，=0.72．1．7抗裂平安验算————抗裂平安系数————截面影响系数，查《港口工程砼结构设计标准》得=1.55————砼的轴心抗拉强度，由于采用的是C30号砼，所以=2000kPaW————板的抗弯模量〔m3〕，W=0.0267————荷载组合后的跨中弯矩〔〕,=101.155＞0.6~0.7满足采用螺纹刚的抗裂要求。2．2门机纵梁设计门机纵梁预制高度为130cm,底宽50cm，两边都设有牛腿，尺寸如图。门机纵梁受到本身自重、面板自重、面板传来的堆货荷载、流动机械荷载和门机荷载作用，堆货荷载和门机荷载可以同时存在。选取靠海侧的门机纵梁验算〔此情况最不利〕，变形缝和码头端部的悬臂门机纵梁，因悬臂长度小，所以可不必验算。2．2．1计算跨度因纵梁搭在横梁上，应按连续梁考虑计算跨度，此处为初步设计，先取L中-中为计算跨度，按简支梁计算和，然后对连续梁进行修正可得跨中设计弯矩。由于横向排架间距为7m，所以L0=L中-中=7m。2．2．2预制门机纵梁起重量验算①预制门机纵梁断面面积：S==0.72②预制门机纵梁自重G=L0×S×G————预制门机纵梁自重〔kN〕L0————门机纵梁的长度〔m〕,L0=7S————门机纵梁断面面积〔m2〕,S=0.72m————钢筋砼的重度〔kN/m3〕,=25kN/m3G=7×0.72×25=126kN=12857.14kg满足起重能力的要求。2．2．3荷载计算2．2．3．1门机纵梁自重×S————门机纵梁自重〔kN/m〕S————门机纵梁断面面积〔m2〕,S=0.72m————钢筋砼的重度〔kN/m3〕,=25kN/m325×0.72=18kN/m2．2．3．2面板层自重2．2．3．3门机纵梁上的面板层自重〔如图〕————门机纵梁上的面板层自重〔kN/m〕———门机纵梁承受的面板宽度〔m〕要使连续梁跨中产生最大弯矩,均布荷载应隔跨布置(如图)2．2．3．4由面板传到门机纵梁上的堆货荷载(图与上两图一样)————门机纵梁上的堆货荷载〔kN/m〕————堆货荷载kPa，=20kPaL———门机纵梁承受的面板宽度〔m〕=20×3.625=72.5kN/m2．2．3．5流动机械荷载只考虑牵引平板车，理由同面板设计中，采用简化法考虑最不利情况，假设平板车满载时的全部自重都作用在跨中，P=100kN〔如图〕,不考虑冲击系数。2．2．3．6门机荷载作用在门机纵梁上的门机荷载有两种最不利情况，一种是一台门机作用在跨中，另一种是二台门机作用在一跨纵梁上。2．2．3．6．1一台门机吊臂的位置如下图，此时轮压为P=250kN,此时有可能最不利。2．2．3．6．2二台门机吊臂的位置如下图，二台门机同时作用在一跨纵梁上时吊臂不能交叉，此时轮压为P=220kN，此时也可能最不利。2．2．4跨中弯矩计算2．2．4．1纵梁自重及其上面板自重产生的跨中弯矩————永久荷载产生的跨中弯矩〔〕q1————门机纵梁自重(kN/m),q1=18kN/mq3————门机纵梁上的面板层自重(kN/m),q3=44.95kN/mL0————门机纵梁的长度〔m〕,L0=72．2．4．2堆货荷载产生的跨中弯矩————堆货荷载产生的跨中弯矩〔〕q4————堆货荷载(kN/m),q0=72.5kN/mL0————门机纵梁的长度〔m〕,L0=7m2．2．4．3流动机械荷载产生的跨中弯矩=————流动机械荷载产生的跨中弯矩〔〕P————流动机械荷载〔kN〕，P=100kNL0————门机纵梁的长度〔m〕,L0=7m=由上可知，流动机械荷载产生的跨中弯矩没有堆货荷载在跨中产生的弯矩大，堆货荷载起控制作用。2．2．4．4门机荷载产生的跨中弯矩2．2．4．4．1一台门机此情况下的最不利位置为支腿对称分布，采用结构力学中的影响线来求，影响线如图：M————门机荷载产生的跨中弯矩〔〕P————门机的轮压〔kN〕，P=250kNyi————门机荷载影响线的各荷载位置下的纵距〔m〕M=250×(1.125+1.5)×2=1312.52．2．4．4．2二台门机此时有两种情况最不利，如下：①情况〔影响线如图〕门机的支腿荷载对称分布在跨中M————门机荷载产生的跨中弯矩〔〕P————门机的轮压〔kN〕，P=220kNyi————门机荷载影响线的各荷载位置下的纵距〔m〕M=220×2×(1.375+1+0.5+0.125)=1320②情况〔影响线如图〕门机有一个支腿作用在跨中M————门机荷载产生的跨中弯矩〔〕P————门机的轮压〔kN〕，P=220kNyi————门机荷载影响线的各荷载位置下的纵矩〔m〕M=220×(0.5+0.875+1.375+1.75+1+0.625+0.125)=1375综上所述，当二台门机作用时的情况②跨中产生的弯矩最大，M=13752．2．5荷载组合考虑恒载+可变荷载这种组合，可变荷载中堆货荷载+门机荷载起控制作用。————荷载组合后的跨中弯矩〔〕————永久荷载在跨中产生的弯矩〔〕，=385.57————可变荷载在跨中产生的弯矩〔〕，=444.06+1375=1819.06————荷载组合系数，=0.72．2．6门机纵梁高度验算h————门机纵梁所须高度〔m〕————抗裂平安系数，=1.1————截面影响系数，查《港口工程砼结构设计标准》得=1.5————砼的轴心抗拉强度，由于采用的是C30号砼，所以=2000kPa————荷载组合后的跨中弯矩〔〕,=1658.912B————门机纵梁底宽〔m〕,B=0.5m————预加应力〔kPa〕，=8000kPa＜1.3m满足所须要求。2．3中纵梁设计中纵梁预制高度为110cm,底宽40cm,两边都设有牛腿，尺寸如图。中纵梁受到本身自重、面板自重、面板传来的堆货荷载和流动机械荷载的作用，且这两者不能同时存在。选取两个横梁之间的一跨中纵梁验算〔此情况最不利〕，变形缝和码头端部的悬臂中纵梁，因悬臂长度小，所以可不必验算。2．3．1计算跨度因纵梁搭在横梁上，应按连续梁考虑计算跨度，此处为初步设计，先取L中-中为计算跨度，按简支梁计算和，然后对连续梁进行修正可得跨中设计弯矩。由于横向排架间距为7m，所以L0=L中-中=7m。2．3．2预制中纵梁起重量验算①预制中纵梁断面面积：S=②预制中纵梁自重G=L0×S×G————预制中纵梁自重〔kN〕L0————中纵梁的长度〔m〕,L0=7S————中纵梁断面面积〔m2〕,S=0.51————钢筋砼的重度〔kN/m3〕,=25kN/m3G=7×0.51×25=89.25kN=9107.14kg满足起重能力的要求。2．3．3荷载计算2．3．3．1中纵梁自重×S————中纵梁自重〔kN/m〕S————中纵梁断面面积〔m2〕,S=0.51m————钢筋砼的重度〔kN/m3〕,=25kN/m325×0.51=12.75kN/m2．3．3．2面板层自重2．3．3．3中纵梁上的面板层自重〔如图〕————中纵梁上的面板层自重〔kN/m〕———中纵梁承受的面板宽度〔m〕，要使连续梁跨中产生最大弯矩,均布荷载应隔跨布置(如图)。2．3．3．4由面板传到中纵梁上的堆货荷载(图与上两图一样)————中纵梁上的堆货荷载〔kN/m〕————堆货荷载kPa，=20kPaL———中纵梁承受的面板宽度〔m〕，=20×5.25=105kN/m2．3．3．5流动机械荷载只考虑牵引平板车，理由同面板设计中，采用简化法考虑最不利情况，假设平板车满载时的全部自重都作用在跨中，P=100kN,不考虑冲击系数。2．3．4跨中弯矩计算2．3．4．1纵梁自重及其上面板自重产生的跨中弯矩————永久荷载产生的跨中弯矩〔〕q1————中纵梁自重(kN/m),q1=12.75kN/mq3————中纵梁上的面板层自重(kN/m),q3=65.1kN/mL0————中纵梁的长度〔m〕,L0=7m2．3．4．2堆货荷载产生的跨中弯矩————堆货荷载产生的跨中弯矩〔〕q4————堆货荷载(kN/m),q0=105kN/mL0————中纵梁的长度〔m〕,L0=7m2．3．4．3流动机械荷载产生的跨中弯矩=————流动机械荷载产生的跨中弯矩〔〕P————流动机械荷载〔kN〕，P=100kNL0————中纵梁的长度〔m〕,L0=7m=由上可知，流动机械荷载产生的跨中弯矩没有堆货荷载在跨中产生的弯矩大，堆货荷载起控制作用。2．3．5荷载组合考虑恒载+可变荷载这种组合，可变荷载中堆货荷载起控制作用。————荷载组合后的跨中弯矩〔〕————永久荷载在跨中产生的弯矩〔〕，=476.83————可变荷载在跨中产生的弯矩〔〕，=643.13————荷载组合系数，=0.72．2．6中纵梁高度验算h————中纵梁所须高度〔m〕————抗裂平安系数，=1.1————截面影响系数，查《港口工程砼结构设计标准》得=1.5————砼的轴心抗拉强度，由于采用的是C30号砼，所以=2000kPa————荷载组合后的跨中弯矩〔〕,=927.02B————中纵梁底宽〔m〕,B=0.————预加应力〔kPa〕，=8000kPa＜1.1满足所须要求。2．4边纵梁设计边纵梁预制高度为90cm,底宽30cm,一边设有牛腿，尺寸如图。边纵梁受到本身自重、面板自重、面板传来的堆货荷载和流动机械荷载的作用，且这两者不能同时存在。选取靠海侧的边纵梁验算〔此情况最不利〕，变形缝和码头端部的悬臂边纵梁，因悬臂长度小，所以可不必验算。2．4．1计算跨度因纵梁搭在横梁上，应按连续梁考虑计算跨度，此处为初步设计，先取L中-中为计算跨度，按简支梁计算和，然后对连续梁进行修正可得跨中设计弯矩。由于横向排架间距为7m，所以L0=L中-中=7m。2．4．2预制边纵梁起重量验算预制边纵梁断面面积：S=由于预制边纵梁的尺寸较小，所以肯定能满足起重能力的要求。2．4．3荷载计算2．4．3．1边纵梁自重×S————边纵梁自重〔kN/m〕S————边纵梁断面面积〔m2〕,S=0.————钢筋砼的重度〔kN/m3〕,=25kN/m325×0.3=7.5kN/m2．4．3．2面板层自重2．4．3．3边纵梁上的面板层自重〔如图〕————边纵梁上的面板层自重〔kN/m〕———边纵梁承受的面板宽度〔m〕，要使连续梁跨中产生最大弯矩,均布荷载应隔跨布置(如图)。2．4．3．4由面板传到边纵梁上的堆货荷载(图与上两图一样)————边纵梁上的堆货荷载〔kN/m〕————堆货荷载kPa，=20kPaL———边纵梁承受的面板宽度〔m〕，=20×1=20kN/m2．4．3．5流动机械荷载只考虑牵引平板车，理由同面板设计中，采用简化法考虑最不利情况，假设平板车满载时的全部自重都作用在跨中，P=100kN,不考虑冲击系数。2．4．4跨中弯矩计算2．4．4．1纵梁自重及其上面板自重产生的跨中弯矩————堆货荷载产生的跨中弯矩〔〕q1————边纵梁自重(kN/m),q1=7.5kN/mq3————边纵梁上的面板层自重(kN/m),q3=12.4kN/mL0————边纵梁的长度〔m〕,L0=7m2．4．4．2堆货荷载产生的跨中弯矩————堆货荷载产生的跨中弯矩〔〕q4————堆货荷载(kN/m),q4=20kN/mL0————边纵梁的长度〔m〕,L0=7m2．4．4．3流动机械荷载产生的跨中弯矩=————流动机械荷载产生的跨中弯矩〔〕P————流动机械荷载〔kN〕，P=100kNL0————边纵梁的长度〔m〕,L0=7m=由上可知，堆货荷载产生的跨中弯矩没有流动机械荷载在跨中产生的弯矩大，流动机械荷载起控制作用。2．4．5荷载组合考虑恒载+可变荷载这种组合，可变荷载中流动机械荷载起控制作用。————荷载组合后的跨中弯矩〔〕————永久荷载在跨中产生的弯矩〔〕，=121.89————可变荷载在跨中产生的弯矩〔〕，=175————荷载组合系数，=0.72．4．6边纵梁高度验算h————边纵梁所须高度〔m〕————抗裂平安系数，=1.1————截面影响系数，查《港口工程砼结构设计标准》得=1.5————砼的轴心抗拉强度，由于采用的是C30号砼，所以=2000kPa————荷载组合后的跨中弯矩〔〕,=244.39B————边纵梁底宽〔m〕,B=0.————预加应力〔kPa〕，=2500kPa＜0.9m满足所须要求。2．5横梁设计横梁为全现浇的〔尺寸如图〕，由于当地砼浇筑水位在+2.5m，码头顶高程为+4.8m,根据预报的施工期潮位历时曲线，潮位底于+2.5m和底于+2.3m的时间相差不大，取下横梁高度为0.7m，上横梁高度为1.7m横梁截面面积为1.24底宽考虑到桩所须的外包宽度取为80cm。由于横梁的断面面积很大，一般均可满足承载能力要求，可不用验算尺寸。2．6基桩桩力计算2．6．1靠船构件设计靠船构件由悬臂梁、牛腿、纵向水平支撑、橡胶护舷等构件组成。考虑到船舶停靠平安等因素，靠船构件底高程取为+1.3m，纵向水平支撑尺寸不小于35cm×30cm,靠船构件宽度应小于下横梁宽度，取为70cm，尺寸如图。2．6．1．1悬臂梁自重=×————悬臂梁自重〔kN〕————钢筋砼的重度〔kN/m3〕,=25kN/m3————悬臂梁的体积〔m3〕2．6．1．2牛腿自重=×————牛腿的自重〔kN〕————钢筋砼的重度〔kN/m3〕,=25kN/m3————牛腿的体积〔m3〕2．6．1．3纵向水平支撑=×————牛腿的自重〔kN〕————钢筋砼的重度〔kN/m3〕,=25kN/m3————牛腿的体积〔m3〕2．6．1．4靠船构件总重及其重心到码头前沿线的距离靠船构件总重：靠船构件重心到码头前沿线的距离：2．6．2船舶撞击力计算船舶撞击力按《港口工程荷载标准》的10.6计算，此次设计按橡胶护舷吸收的能量大于10倍靠船结构的吸能量来考虑。2．6．2．1排水量吨位估算在《港口规划与布置》中查得估算公式为：log△f=0.404+0.932logDWT△f————满载排水量〔t〕DWT————船舶总载重量〔t〕，DWT=3000t解得：△f=4412.42t2．6．2．2船舶靠岸时的有效撞击能计算=M————船舶靠岸时的有效撞击能量〔kJ〕————有效动能系数，=0.7M————船舶的质量，〔t〕，按满载排水量计算，M=△f=4412.42t————船舶靠岸时的法向速度〔m/s〕，查《港口工程荷载标准》得，3000的有掩护的海船的法向靠岸速度为=0.15m/s2．6．2．3选择橡胶护舷由于上部结构高2.5m，靠船构件长1m，查《橡胶护舷性能手册》，选用SA250H×3000+2625型橡胶护舷，反力为P=420kN。2．6．2．4作用在横向排架上的最大撞击力N=×PN————作用在横向排架上的最大撞击力〔kN〕————水平集中力的横向分力在排架中的最大分配系数，查《高桩码头设计与施工标准》得=0.370P————橡胶护舷的总反力〔kN〕，P=420kNN=0.370×420=155.4kN2．6．3船舶系缆力计算船舶系缆力应按《港口工程荷载标准》的10.4计算，在计算系缆力前，先按10.2和附录E计算风荷载和水流力。2．6．3．1风荷载计算2．6．3．1．1受风面积计算满载时：log=-0.036+0.742logDWlog=-0.107+0.621logDW半载或压载时：log=-0.283+0.727logDWlog=0.019+0.628logDW、————分别为相应装载情况下船体水面以上横向和纵向的受风面积〔m2〕DW————船舶的载重量〔t〕,DW=3000t满载时：=349.96m2,=半载或压载时：=646.94m2,=159.452．6．3．1．2风压力计算=73.6×10-5=49.0×10-5、————分别为作用在船舶上的计算风压力的横向和纵向分力〔kN〕、————横向和纵向风压不均匀折减系数，查《港口工程荷载标准》得、————分别为相应装载情况下船体水面以上横向和纵向的受风面积〔m2〕，=646.94m2,=159.45m2〔取最大值〕、————分别为设计风速的横向和纵向分量〔m/s〕，在《港口规划与布置》中查得，船靠码头门机装卸作业时的允许风速为7级，船靠码头无装卸作业的允许风速为8级，查得8级风速为20.7m/s，考虑=20.7m/s，=0m/s这种最不利情况。2．6．3．2水流力计算上海港位于黄浦江边，流向角＜1502．6．3．2．1水流对船舶作用产生的水流力的船首横向分力和船尾横向分力==、————水流力的船首横向分力和船尾横向分力〔kN〕————水的密度〔t/m3〕,=1t/m3————水流速度，由资料知，在大汛落潮时的最大流速为1m/s，取=1————船舶吃水线以下的横向投影面积〔m2〕近似取为=4.47×82.6=369.222m、————分别为水流力的船首横向分力系数和船尾横向分力系数，这两个系数可查表求得：D————平均吃水〔m〕，D=4.47d————系靠船结构前沿水深〔m〕，d=10.22时，d/D=2.29，表中没有，取d/D=1.5时的值，=0.09，=0.042．6．3．2．2水流对船舶作用产生的水流力的纵向分力=S————水流对船舶作用产生的水流力的纵向分力〔kN〕————水流力纵向分力系数————水的密度〔t/m3〕,=1t/m3————水流速度，由资料知，在大汛落潮时的最大流速为1m/s，取=1S————船舶吃水线以下的外表积〔m2〕①雷诺数Re————雷诺数————水流速度〔m/s〕，=1m/sL————船舶吃水线长度〔m〕，L=————水的运动粘性系数〔m2/s〕,由资料有平均水温为15.30C，查得=1.13×10-4②系数b杂货船的船舶方型系数查得为=0.625B————船舶宽度〔m〕，B=13.6D————船舶吃水〔m〕，D=4.47B/D=3.04由以上数据查得b=0.0026③水流力纵向分力系数=0.046Re-0.134+b————水流力纵向分力系数Re————雷诺数，Re=1362123.9b————系数b，b=0.0026=0.0046×0.151+0.0026=0.009546④船舶吃水线以下的外表积S=1.7LD+LBS————船舶吃水线以下的外表积〔m2〕L————船长〔m〕，L=82.6D————船舶吃水〔m〕，D=4.47B————船宽〔m〕，B=13.6m————船舶方型系数，=0.625S=1.7×82.6×4.47+0.625×82.6×13.6=1329.78所以，水流力对船舶作用产生的水流力纵向分力为：=0.009546×0.5×12×1329.78=6.35kN2．6．3．3系缆力计算=————系缆力〔kN〕、————分别为可能同时出现的风和水流对船舶作用产生的横向分力总和及纵向分力总和〔kN〕K————系船柱受力分布不均匀系数，根据船长查得受力系船柱数目为2，所以K=1.2n————计算船舶同时受力的系船柱数目，n=2————系船柱的水平投影与码头前沿线所成的夹角〔0〕，海船=300————系船柱与水平面之间的夹角〔0〕，海船=150=++=190.76+16.615+7.384=214.759kN==6.35kN=查《港口工程荷载标准》得3000t的海船系缆力标准值为233.3kN，而实际系缆力比它大，所以满足要求，且系缆力取为271.34kN①系缆力的分力计算，，，————分别为系缆力标准值及其横向、纵向、和竖向分力〔kN〕————系船柱的水平投影与码头前沿线所成的夹角〔0〕，海船=300————系船柱与水平面之间的夹角〔0〕，海船=150=271.34×0.5×0.966=131.06kN=271.34×0.866×0.966=227kN=271.34×0.289=78.42kN②作用于横向排架上的系缆力〔如图〕查《高桩码头设计与施工标准》得水平集中力的横向分力在排架中的最大分配系数为=0.370，所以=×=131.06×0.370=48.49kN作用于横向排架上的系缆力的竖直分力，考虑最不利情况，取有系船柱的一跨计算，所以==78.42kN2．6．4门机荷载门机荷载通过门机纵梁传给横梁,传到横梁上的为集中力,考虑两台门机作用于2跨纵梁时对中间的横梁产生的集中力和一台门机作用于一跨时对横梁产生的集中力这两种最不利情况,门机吊臂的位置不同,轮压有变化,横梁受的集中力也不同。2．6．4．1二台门机2．6．4．1．1吊臂位置伸向码头前沿〔如图〕此时横梁所受集中力，靠海侧大，靠陆侧小，门机轮压为P=220kN,使横梁所受集中力最大的轮压分布图和影响线如图。此时横梁靠海侧的集中力为：————门机荷载对横梁靠海侧产生的集中力〔kN〕P————门机的轮压〔kN〕，P=220kNyi————门机荷载影响线的各荷载位置下的纵距〔m〕kN横梁靠陆侧的集中力为：————门机荷载对横梁靠陆侧产生的集中力〔kN〕————门机荷载对横梁靠海侧产生的集中力〔kN〕,=1257.14kN————靠海侧门机的轮压〔kN〕，=220kN————靠陆侧门机的轮压〔kN〕，=80kNkN2．6．4．1．2吊臂位置伸向前方陆域〔如图〕此位置时横梁所受集中力与吊臂伸向码头前沿时对称，靠海侧横梁所受集中力为457.14kN靠陆侧横梁所受集中力为1257.14kN。2．6．4．2一台门机最不利轮压的情况如图，此时A支座下的轮压为P=250kN，最不利轮压时的影响线如图。此时横梁所受的最大集中力为：————门机荷载对横梁产生的最大集中力〔kN〕P————门机的轮压〔kN〕，P=250kNyi————门机荷载影响线的各荷载位置下的纵距〔m〕kN一台门机作用时对靠陆侧横梁产生的最大集中力数值也为875kN，由此比拟得二台门机时为控制作用，但二台门机的吊臂位置不同时产生的桩力不同，因此都要考虑。2．6．5挤靠力由于码头距出海口60公里，码头前江面宽约500m，风和水流的作用可以忽略不计，所以该港船舶对码头的挤靠力忽略不计。2．6．6桩力计算桩承受的荷载有上部结构自重、堆货荷载、门机荷载、系缆力、撞击力等。除横梁自重为均布力外，其于的荷载最后都以集中力的形式作用在横梁上，应按弹性支撑连续梁计算，在初步设计时可将横向排架分成两个简支跨来计算桩力，这样计算的桩力比用五弯矩方程，按弹性支撑连续梁计算出的桩力大，结构偏于平安。桩的布置如图，其中斜桩的斜度为3：1，靠海侧门机梁下布置叉桩，因无铁路荷载，在双直桩和叉桩之间设一根直桩。高桩码头的结构分段是一个空间结构，由于各排架〔边排架除外〕的结构布置和受荷条件根本相同，取一个横向排架作为计算单元。2．6．6．1恒载及其产生的桩力2．6．6．1．1面板及纵梁自重产生的集中力、横梁自重产生的均布力2．6．6．1．1．1靠海侧边纵梁及其上面板产生的集中力=〔q1+q2〕×Lq1————边纵梁自重〔kN/m〕，q1=7.5kN/mq2————面板自重〔kN/m〕，q2=12.4kN/mL————边纵梁的计算跨度〔m〕，L=7m=〔7.5+12.4〕×7=139.3kN2．6．6．1．1．2靠陆侧边纵梁及其上面板产生的集中力=〔q1+q2〕×Lq1————边纵梁自重〔kN/m〕，q1=7.5kN/mq2————面板自重〔kN/m〕，q2=9.3kN/mL————边纵梁的计算跨度〔m〕，L=7m=〔7.5+9.3〕×7=117.6kN2．6．6．1．1．3靠海侧门机纵梁及其上面板产生的集中力=〔q1+q2〕×Lq1————门机纵梁自重〔kN/m〕，q1=18kN/mq2————面板自重〔kN/m〕，q2=44.95kN/mL————门机纵梁的计算跨度〔m〕，L=7m=〔18+44.95〕×7=440.65kN2．6．6．1．1．4靠陆侧门机纵梁及其上面板产生的集中力=〔q1+q2〕×Lq1————门机纵梁自重〔kN/m〕，q1=18kN/mq2————面板自重〔kN/m〕，q2=41.85kN/mL————门机纵梁的计算跨度〔m〕，L=7m=〔18+41.85〕×7=418.95kN2．6．6．1．1．5中纵梁及其上面板产生的集中力=〔q1+q2〕×Lq1————中纵梁自重〔kN/m〕，q1=12.75kN/mq2————面板自重〔kN/m〕，q2=65.1kN/mL————中纵梁的计算跨度〔m〕，L=7m=〔7.5+12.4〕×7=544.95kN2．6．6．1．1．6横梁自重产生的均布力〔按等截面考虑〕q=×S————钢筋砼的重度〔kN/m3〕,=25kN/m3S————横梁的截面面积〔m2〕,S=1.24q=25×1.24=31kN/m2．6．6．1．2横梁自重产生的桩力将横向排架分成两跨按简支梁计算，所得支座反力即为桩力，靠海侧为第一跨，靠陆侧为第二跨，中纵梁下的桩力为两跨分别计算所得的支座反力叠加，其它荷载计算桩力时都这样考虑。2．6．6．1．2．1横梁自重在第一跨产生的桩力〔如图〕解得：=155.18kN=69.57kN2．6．6．1．2．2横梁自重在第二跨产生的桩力〔如图〕解得：=74.73kN==70.9kN2．6．6．1．3面板、靠船构件及纵梁自重产生的桩力2．6．6．1．3．1面板、靠船构件及纵梁自重在第一跨产生的桩力〔如图〕解得：=668.79kN=-58.74kN2．6．6．1．3．2面板、靠船构件及纵梁自重在第二跨产生的桩力〔如图〕解得：=514.71kN==298.72kN2．6．6．2堆货荷载和牵引平板车荷载及其产生的桩力2．6．6．2．1堆货荷载在横梁上产生的集中力2．6．6．2．1．1堆货荷载通过靠海侧边纵梁传到横梁上的集中力=q×L1×L2q————堆货荷载〔kPa〕，q=20kPaL1————边纵梁的计算跨度〔m〕，L1=7mL2————由此边纵梁承受的荷载分布宽度〔m〕，L2=1m=20×7×1=140kN2．6．6．2．1．2堆货荷载通过靠陆侧边纵梁传到横梁上的集中力=q×L1×L2q————堆货荷载〔kPa〕，q=20kPaL1————边纵梁的计算跨度〔m〕，L1=7mL2————由此边纵梁承受的荷载分布宽度〔m〕，L2=0.75=20×7×0.75=105kN2．6．6．2．1．3堆货荷载通过靠海侧门机纵梁传到横梁上的集中力=q×L1×L2q————堆货荷载〔kPa〕，q=20kPaL1————门机纵梁的计算跨度〔m〕，L1=7mL2————由此门机纵梁承受的荷载分布宽度〔m〕，L2=3.625=20×7×3.625=507.5kN2．6．6．2．1．4堆货荷载通过靠陆侧门机纵梁传到横梁上的集中力=q×L1×L2q————堆货荷载〔kPa〕，q=20kPaL1————门机纵梁的计算跨度〔m〕，L1=7mL2————由此门机纵梁承受的荷载分布宽度〔m〕，L2=3.375=20×7×3.375=472.5kN2．6．6．2．1．5堆货荷载通过中纵梁传到横梁上的集中力=q×L1×L2q————堆货荷载〔kPa〕，q=20kPaL1————中纵梁的计算跨度〔m〕，L1=7mL2————由此中纵梁承受的荷载分布宽度〔m〕，L2=5.25=20×7×5.25=735kN2．6．6．2．2牵引平板车荷载在横梁上产生的集中力采用简化法，假设牵引平板车满载时的总重全部作用在横梁上，那么此集中力为100kN，小于上述堆货荷载作用在横梁上的任何一个集中力，又因为这两者不能同时存在，所以计算桩力时只考虑堆货荷载。2．6．6．2．3堆货荷载产生的桩力2．6．6．2．3．1堆货荷载在第一跨产生的桩力〔如图〕解得：=696.83kN=-49.33kN2．6．6．1．2．2堆货荷载在第二跨产生的桩力〔如图〕解得：=708kN==318.57kN2．6．6．3门机荷载产生的桩力2．6．6．3．1吊臂伸向码头前沿时产生的桩力此时=1257.14kN=457.14kN2．6．6．3．1．1第一跨的桩力〔如图〕==1257.14kN=02．6．6．3．1．2第二跨的桩力〔如图〕解得：=0kN==240.91kN2．6．6．3．2吊臂伸向码头前方时产生的桩力此时=457.14kN=1257.14kN2．6．6．3．2．1第一跨的桩力〔如图〕==457.14kN=02．6．6．3．2．2第二跨的桩力〔如图〕解得：=0kN==662.51kN2．6．6．4横梁的几何特征尺寸如图，=0.4m，=0.8m,，=1.7m，=0.7m下横梁的面积：==0.8×0.7=0.56m2上横梁的面积：==0.4×1.7=0.68m2总面积：=+=1.24m2中和轴的位置：惯性矩：2．6．6．5系缆力及其产生的桩力系缆力垂直于码头前沿线方向的水平分力的作用点位于系船柱上，它对横梁中和轴会产生弯矩M，同时还有一竖向分力Nz作用在横向排架上。2．6．6．5．1系缆力对横梁中和轴产生的弯矩M=Nx×LNx————系缆力垂直于码头前沿线方向的水平分力〔kN〕，Nx=131.06kNL————系缆力作用点到横梁中和轴的距离〔m〕，L=0.4+0.1+1.7+0.7-1.01=1.89M=131.06×1.89=247.72．6．6．5．2系缆力产生的桩力系缆力对横向排架的作用如图，水平力全部由叉桩承受。2．6．6．5．2．1系缆力在第一跨产生的桩力〔如图〕由前面知Nz=78.42kN解得：=-49.91kN=128.331kN2．6．6．5．2．2系缆力在第二跨产生的桩力〔如图〕可简化为如图所视，Nx=131.06kN解得：=-49.91kN=128.331kN2．6．6．6撞击力及其产生的桩力撞击力对横向排架有两个作用力,一个是水平方向的撞击力对横梁中和轴产生的弯矩,另一个是水平力,由叉桩承受.2．6．6．6．1撞击力对横梁中和轴产生的弯矩M2=P×LP————撞击力〔kN〕，P=155.4kNL————撞击力作用点到横梁中和轴的距离〔m〕，经分析，设计低水位船舶满载时，L最大，如图，船的型深6.1m，满载吃水4.47m，因此干舷高M2=155.4×1.235=191.922．6．6．6．2撞击力产生的桩力2．6．6．6．2．1撞击力在第一跨产生的桩力〔如图〕=36.556kN=-36.556kN2．6．6．6．2．2撞击力在第二跨产生的桩力〔如图〕=-81.9kN=81.9kN2．6．7荷载组合计算桩力时应考虑承载能力极限状态下的持久组合，此时设计表达式如下：=————作用效应设计值；————结构重要性系数；=1.0————永久作用标准值；————永久作用效应系数，为永久作用效应，当有多个永久作用时，应对其作用效应进行叠加；————永久作用分项系数，对以永久作用为主的构件，其分项系数宜适当提高；————主导可变作用标准值；————主导可变作用效应系数，为主导可变作用效应，取值应大于其它可变作用效应；————主导可变作用分项系数；————组合系数，=0.7————第i个非主导可变作用标准值；————第i个非主导可变作用效应系数，为第i个非主导可变作用效应，应小于主导可变作用效应；————第i个非主导可变作用分项系数永久荷载分项系数为1.2，堆货荷载分项系数为1.4，门机荷载分项系数为1.5，系缆力荷载分项系数为1.4，撞击力荷载分项系数为1.5。2．6．8桩力桩力〔kN〕作用N1N2N3N4N5横梁自重77.5977.59144.370.970.9纵梁及面板自重334.395334.395455.97298.27298.27①永久荷载作用411.985411.985600.27369.17369.17②堆货荷载348.415348.415658.67318.57318.57③门机荷载1628.57628.570240.91240.91③门机荷载2228.57228.570662.51662.51④系缆力-24.955-24.955128.33207.22-207.22⑤撞击力18.27818.278-36.556-81.981.9组合①+②+③Ⅰ+④1890.0811890.0811822.1241540.475960.259①+②+③Ⅱ+④1290.0811290.0811822.1242172.8751592.659①+②+⑤1009.581009.581587.628766.1521011.852①+②+③max1925.0181925.018-36.556-81.981.9最大桩力2172.875最小桩力766.152说明：上表中的荷载组合是根据码头作业情况考虑的4种最不利情况，①+②+③+④代表船靠泊装卸作业时的最不利情况，此时门机吊臂位置不同，产生的桩力不同，①+②+⑤代表船靠码头时的最不利情况，门机荷载和撞击力不能同时出现。①+②+③max代表码头无船时的最不利情况。2．6．9桩力验算根据《港口工程桩基标准》桩基宜选择中密或密实砂层、硬粘性土层、碎石类土、或风化岩层等良好土层作为桩端持力层，因此持力层选为第四层。2．6．9．1打桩的可能性由资料知施工期的最低水位为1.5m，打桩船吃水1.88m，可吊龙口8m打桩，因此都能打。2．6．9．2桩的承载力采用50cm×50cm的预应力砼空心方桩，空心直径为D=27cm，根据桩在排架中的布置，桩与桩的中心距大于或等于6倍桩径，且无静载荷试验资料，所以桩的承载力按经验系数法来确定单桩垂直极限承载力。=————单桩垂直极限承载力设计值〔kN〕————单桩垂直承载力分项系数，当地质条件复杂或永久作用所占比重较大时，=1.55————桩身截面周长〔m〕,=2m————单桩第i层土的极限侧摩擦阻力标准值〔kPa〕————桩身穿过第i层土的长度〔m〕————单桩极限桩端阻力标准值〔kPa〕————桩身截面面积〔m2〕A=0.25由桩力表中可知，桩力最大的桩为叉桩N4=2172.875kN，但双直桩的桩力也较大N1=1925.018kN，由《港口工程桩基标准》知，同一桩台下的桩，桩端标高不宜相差太大，而1号桩的入土长度较小，因此这两根桩都要验算。2．6．9．2．1桩侧极限的平均摩阻力和桩尖阻力指标土层极限平均摩阻力qfi(kPa)极限桩尖阻力qR(kPa)Ⅰ人工填土25Ⅱ灰色淤泥质粘土20Ⅲ深灰色壤土702200Ⅳ灰绿色壤土11036002．6．9．2．2四号桩承载力验算穿过的土层：〔人工填土不计〕土层ⅡⅢⅣ深度范围〔m〕-5.4~-9.2-9.2~-16.9-16.9~-24桩长〔m〕48.127.48=kN＞2172.875kN2．6．9．2．3一号桩承载力验算土层ⅡⅢⅣ深度范围〔m〕-8.4~-8.6-8.6~-16.6-16.6~-24桩长〔m〕0.287.4=kN＞1925.018kN2．6．9．3桩长确定根据《港口工程桩基标准》，为减少码头沉降，同一桩台下的基桩宜打至同一土层，且桩端标高不宜相差太大，因此，桩端标高一致打至-24m。桩长应由自由长度、入土长度和嵌入横梁局部的长度构成，如下表所列。长度桩号12345自由长度〔m〕10.710.38.48.125.59入土长度〔m〕15.61617.919.6122.14嵌入长度〔m〕0.050.050.050.050.05总长〔m〕26.3526.3526.3527.7827.78各桩长度都不超过60m，满足施工能力，且各桩进入持力层的深度都大于2倍桩径。2．6．9．4起重能力验算取最长的一根桩来验算。G=×S×LG————桩的自重〔kN〕————钢筋砼的重度〔kN/m3〕,=25kN/m3S————桩的断面面积〔m2〕，S=0.25-0.06=0.19L————桩长〔m〕，L=27.78G=25×0.19×27.78=131.955kN＜60t满足起重能力。2．7整体稳定性所设计的岸坡为1：2.5，而江岸属冲积平原，土坡为1：5~1：2，冲淤根本平衡，河床平缓也较稳定，因此整体稳定性不用计算，可满足要求。3第二方案此方案采用纵横梁不等高连接，横梁采用现浇，其他构件全预制，面板和纵梁搭在横梁上，面板采用空心板，由于空心板的抗弯能力强，所以不设中纵梁，靠海侧的门机纵梁和边纵梁之间铺设实心板，且实心板上不考虑使用荷载，靠陆侧不设边纵梁。3．1面板设计前沿预制实心板由于不用考虑使用荷载且跨度小，一般尺寸都能满足要求，而门机纵梁之间的面板要进行验算，采用空心板，板厚50cm，空心直径为27cm，肋宽23cm，垫层厚3．1．1计算跨度面板直接搭在横梁上，搁置长度e=20cm，L=5.25m〔中到中〕，Ln=6.5m〔净跨〕，板厚h=50cm，按简支板考虑，计算跨度为：L0=min｛Ln+h,Ln+e｝=6.7m3．1．2荷载计算〔取单宽〕3．1．2．1垫层自重q1=×h1×1q1————砼垫层的自重(kN/m)h1————砼垫层的厚度〔m〕，h1=0.————砼的重度〔kN/m3〕，γ砼=24kN/m3q1=24×0.05×1=1.2kN/m3．1．2．2空心板自重q2=(1×h2-2×0.25×3.14×d2)q2————空心板自重(kN/m)————钢筋砼的重度〔kN/m3〕,=25kN/m3h2————空心板厚〔m〕，h2=0.5md————空心直径〔m〕,d=0.27q2=25×(0.5×1-2×0.25×3.14×0.272)=9.64kN/m3．1．2．3堆货荷载查《港口工程荷载标准》知，对海港码头中的件杂货码头〔有门机〕，前沿堆货荷载标准值为q=20kN/m〔单宽〕。3．1．2．4流动机械荷载流动机械有轮胎吊、电瓶车、牵引平板车和牵引车，电瓶车只用于短距离运输，因此不上桩台，只在前方工作，轮胎吊主要在前方堆场作业，也不上桩台，牵引平板车和牵引车都上桩台，但由《港口工程荷载标准》知，牵引车的荷载比牵引平板车小，因此只考虑牵引平板车，查《港口工程荷载标准》知，牵引平板车自重2t满载轮压25kN，最大载重量为8t。3．1．3预制板起重量验算预制空心板垂直于码头前沿线方向的长度为5m〔因为由两块预制空心大板构成〕，板宽Lb=Ln+2e=6.9m。G=Lb×a×b×G————预制板自重〔kN〕Lb————预制板的宽度〔m〕，Lb=6a————预制板的长度〔m〕，a=5mb————预制板的厚度〔m〕,b=0.5m————钢筋砼的重度〔kN/m3〕,=25kN/m3G=6.9×5×0.5×25=431.25kN=44005.1kg＜3．1．4跨中弯矩计算3．1．4．1板的自重产生的跨中弯矩————板的自重产生的跨中弯矩〔〕q1————垫层的自重(kN/m),q1=1.2kN/mq2————空心板的自重(kN/m),q2=9.64kN/mL0————板的计算跨度〔m〕,L0=6.7m3．1．4．2堆货荷载产生的跨中弯矩————堆货荷载产生的跨中弯矩〔〕q————堆货荷载(kN/m),q=20kN/mL0————板的计算跨度〔m〕,L0=6.7m3．1．4．3牵引平板车产生的跨中弯矩由于是初步设计，采用简化发大致计算平板车在跨中产生的弯矩，影响线如图，最不利荷载位置如下图。M————牵引平板车荷载产生的跨中弯矩〔〕P————牵引平板车的简化集中力〔kN〕，P=50kNyi————牵引平板车荷载影响线的各荷载位置下的纵距〔m〕M=50×1.34×2=1343．1．5抗弯模量空心板的抗弯模量可用与空心圆孔等面积的空心方孔板计算代替，如图。空心方块的抗弯模量：————空心板的惯性矩〔m4〕————板底边到中和轴的距离〔m〕,=0.25m————空心板的宽度〔m〕，=1m————空心板的厚度〔m〕，h=0.5m————方孔的宽度〔m〕，=0.245m————方孔的高度〔m〕，=0.234m3．1．6荷载组合考虑恒载+可变荷载这种组合，可变荷载中牵引平板车荷载起控制作用，因此选用牵引平板车荷载。————荷载组合后的跨中弯矩〔〕————永久荷载在跨中产生的弯矩〔〕，=60.83————可变荷载在跨中产生的弯矩〔〕，=112.23————荷载组合系数，=0.73．1．7抗裂平安验算————抗裂平安系数————截面影响系数，查《港口工程砼结构设计标准》得=1.45————砼的轴心抗拉强度，由于采用的是C30号砼，所以=2000kPaW————板的抗弯模量〔m3〕，W=0.0396————荷载组合后的跨中弯矩〔〕,=154.63＞0.6~0.7满足采用螺纹刚的抗裂要求。3．2门机纵梁设计门机纵梁高165cm，底宽50cm，靠海侧的门机纵梁设有一个牛腿，用来支撑实心预制板，靠陆侧门机纵梁为矩形断面，选取靠海侧门机纵梁验算，因为此情况较不利，门机纵梁承受本身自重和门机荷载，不承受堆货荷载、面板自重和流动机械荷载，尺寸如图。3．2．1计算跨度因纵梁搭在横梁上，应按连续梁考虑计算跨度，此处为初步设计，先取L中-中为计算跨度，按简支梁计算和，然后对连续梁进行修正可得跨中设计弯矩。由于横向排架间距为7m，所以L0=L中-中=7m。3．2．2预制门机纵梁起重量验算①预制门机纵梁断面面积：S==0.86m2②预制门机纵梁自重G=L0×S×G————预制门机纵梁自重〔kN〕L0————门机纵梁的长度〔m〕,L0=7S————门机纵梁断面面积〔m2〕,S=0.86m————钢筋砼的重度〔kN/m3〕,=25kN/m3G=7×0.86×25=150.5kN=15357.14kg满足起重能力的要求。3．2．3荷载计算3．2．3．1门机纵梁自重×S————门机纵梁自重〔kN/m〕S————门机纵梁断面面积〔m2〕,S=0.86m————钢筋砼的重度〔kN/m3〕,=25kN/m325×0.86=21.