【《某高桩梁板式码头的结构计算过程案例》7900字】

某高桩梁板式码头的结构计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u16809某高桩梁板式码头的结构计算过程案例 156041.1作用分析 11141.2面板设计 7262311.2.1计算原则 7289391.2.2计算参数 7210841.2.3荷载分析 8180331.2.4荷载效应计算 942321.2.5荷载效应组合 14132991.2.6面板配筋计算 1598741.2.7板的验算 17210591.3纵梁设计 20138151.3.1计算原则 21169481.3.2计算参数 22297911.3.3荷载分析 2288111.3.4荷载效应分析 22120461.3.5荷载效应组合 27224051.3.6纵梁配筋计算 30314681.3.7纵梁验算 32252201.4横梁设计 34322021.4.1计算参数 3480581.4.2荷载分析 34252951.4.3荷载效应计算 34222291.4.4荷载效应组合 43233351.4.5横梁配筋计算 4476031.4.6横梁验算 46218781.5桩基设计 4897661.5.1计算原则 48106531.5.2计算参数 48261961.5.3荷载效应分析 4891611.5.4荷载效应组合 49301621.5.5桩的配筋 491.1作用分析根据时间的变化，码头上的作用可分为持久效应、可变效应和偶然效应。永久作用主要包括自重、预应力等随时间变化不大的作用。可变作用主要包括装载载荷、移动起重运输机械载荷等。堆货荷载根据《荷载标准值表》中：前沿均布荷载为15kPa；前方堆场的构件计算与整体计算的标准值取15kPa。牵引车拖车荷载标准值及平面尺寸：单独车重550kN；前轴受力，中轴受力，后轴受力；轴距3+1.4+7+1.4m，轮距1.8m；前轮面积0.3×0.2m2，中后轮面积0.6×0.2m2；如下图1.1所示：图1.1牵引车平面尺寸图示单位：mm船舶荷载船舶不同的作用方式下产生的荷载。在这里设计船舶靠岸速度为0.1m/s，大于设计风速时，船舶进入锚地避风。在这里取设计风速度为，设计水流流速为0.79m/s。风荷载对于风荷载横向分力和纵向分力都按照下面公式计算：(1.1)(1.2)式中：是船体各自方向上水面受风面积(m2)；是设计速度各自方向上速度分量(m/s)；是风压不均匀折减系数。根据《港口工程荷载规范》，当油船半载或压载时：(1.3)(1.4)计算得知：Axw=3399.08m2，Ayw=734.36m2。船舶水面上最大横向尺寸为船舶设计船长229m，最大纵向尺寸为船舶设计型宽32.2m；由此可得，ζx=1.0，ζy=0.6；所以：水流力水流力如同风荷载，各自方向上的反力如下：(1.5)(1.6)式中：是水流力不同方向分力；是水流力不同方向分力系数；ρ是水的密度，取1.025t/m3；V是水流速度，取设计的0.79m/s；是横向投影水下部分。由于：d/D=14.15/12.8=1.105，可知Cxsc=0.14，Cxmc=0.08；(1.7)可得B’=2419.75m2，所以：水流力纵向分力如下计算：(1.8)(1.9)(1.10)式中：是水流力纵向分力系数；S是船舶吃水线以下表面积；Re是水流对船舶作用雷诺数；b是系数，取0.009；L是船舶吃水线长度；υ是水的运动粘度系数，取1.31×10-4m2/s。所以；其中船舶吃水线以下表面积按以下计算：所以系缆力在风与流的共同作用，停泊的船会对码头产生一个横向力和纵向力，这两力的合力就被成为系缆力，公式如下：(1.11)式中：N是系缆力标准值；是横向分力总和与纵向分力总和；K是系船柱受力不均匀系数，取1.3；n靠泊船一次能够接触的系船柱个数，这里取6个，间距为30m；α，β是系船缆的倾角，取α为30°，β为15°。当时；当时；根据规范中50000DWT船舶的系缆力不应低于650kN。所以综合上述计算结构，设计系缆力荷载值为。船舶挤靠力采取橡胶护舷充当防冲设施，这种布置方式属于防冲设施间断布置，橡胶护舷每隔7米设置，单艘船舶大致接触33个橡胶护舷。挤靠力的计算方法如下：(1.12)式中：Kj是挤靠力不均匀系数，采用1.3；n是与船舶接触的防冲设施组数或个数；所以船舶撞击力其中公式如下：(1.13)式中：E0是船舶靠岸时的有效撞击动能；ρ是有效动能系数，这里取0.7；Vn靠船的设计速度，为。其他如冰荷载、直接的风荷载都忽略不计。

1.2面板设计后方堆场处不设置纵梁，板为单行板。前方堆场处属于四边支承板，属于双向板。这里重点计算四边与横纵梁相连的双向板。1.2.1计算原则施工期：预制面板搭接在横梁上，可以按照简支板来进行简化计算；使用期：面板与纵、横梁链接处使用混凝土进行现场浇筑，所以面板简化为连续板进行计算，并且按照规范中的均布荷载分布情况，取板跨中弯矩为0.525M，支座板处弯矩为-0.75M。1.2.2计算参数面板与横纵梁之间的连接与尺寸如图1.2、图1.3所示：图1.2面层纵向截面图单位：mm图1.3面层横向截面图单位：mm自重产生的跨中弯矩的计算跨度按简支结构计算：简支板中，使搁置长度e取0.15m。弯矩计算中，计算跨度公式如下：式中：l0为计算跨度；ln为净跨度；h为板厚；e为板的搁置长度。所以取l0为1.9m。连续板中，弯矩计算有以下式子：(1.14)式中：l为梁的中心距；B1为两点上翼缘宽度。对于长边，B1=0.6m≤0.1l=0.6m，得到l0=6m。对于短边，B1=0.6m>0.1l=0.4m，得到l0=4.4m。1.2.3荷载分析在施工期，荷载的作用可以分为永久作用和可变作用。永久作用指荷载随时间的变化几乎不变的作用。板的自重：现浇层预制板自重可变作用是荷载随时间变化不可忽略的作用，其中可以分为短暂可变作用和持久状况可变作用。其中短暂可变荷载中，取施工荷载为4kPa。预制板的尺寸为5700mm×3700mm对于堆货荷载，前沿、前后桩台的堆场荷载值都按照规范取。牵引车的前轮荷载标准值为500kPa，中轮荷载标准值为1000kPa，后轮荷载标准值为1166.7kPa。1.2.4荷载效应计算施工期：按简支板永久作用：板自重弯矩计算：可变荷载：施工荷载q3=4kPa，弯矩计算：使用期：按四边简支板永久作用板的弯矩同短暂期，M=48.74kN·m面层荷载：参考《建筑结构静力计算手册》：其计算系数f=0.00796，Mx=0.0750，My=0.0271。所以得跨中弯矩：支座弯矩：可变作用堆货荷载对于车载荷载的影响相当小，所以这儿的影响忽略不计，仅考虑牵引车的荷载影响。55t级的滚轮式运载车，前轮荷载标准值500kPa，中轮荷载标准值1000kPa，后轮荷载标准值1166.7kPa。车载荷载的传递范围如下面公式计算：(1.15)式中：是同方向集中荷载的作用范围；是最外面集中荷载的中心间距；是垫层厚度，这里取0.1m。所以参照《高桩码头设计与施工规范》。由于对于非对称的集中荷载所产生的弯矩标准值可以进行简单叠加，所以这里将卡车荷载拆分为前中后轮进行弯矩的计算前轮弯矩标准值前轮属于荷载作用在对称轴上的算法，如图1.4所示：图1.4前轮的集中荷载图其中；其计算式子如下：(1.16)(1.17)(1.18)(1.19)式中：α，β是系数；P是集中荷载标准值。对于α1、β1，，查表可得α1=0.206，β1=0.106；对于α2、β2，，查表可得α2=0.223，β2=0.123；所以跨中弯矩标准值为：中、后轮弯矩标准值中轮和后轮属于荷载不作用在对称轴上，采用B.0.2.2的做法，其图示如1.5所示：图1.6中轮的集中荷载图其中；其计算式子如下：(1.20)(1.21)(1.22)(1.23)对于α1、β1，，查表可得α1=0.094，β1=0.057；对于α2、β2，，查表可得α2=0.129，β2=0.090；对于α3、β3，，查表可得α3=0.108，β3=0.078；对于α4、β4，，查表可得α4=0.113，β4=0.065；由此可得：所以跨中弯矩标准值为：中轮：后轮：综合来看：连续板跨中弯矩为：连续板支座弯矩为：结果汇总为表5-1。表5-1面板弯矩汇总表（单位：）短跨中长跨中短支座长支座永久作用面板自重—48.74——面层自重1.391.62-1.98-2.31可变作用短暂状况施工荷载—16.25——持久状况滚轮卡车52.4117.9-74.9-168.51.2.5荷载效应组合承载力极限状态效应组合按承载能力极限状态设计时，其基本表达式为：(1.24)式中：S是作用效应基本组合的设计值；SGK是永久作用效应的标准值，；SQK是可变作用效应的标准值，CG，CQK是作用效应系数；γG，γQ是作用分项系数，γG取1.05，γQ取1.2；GK，QK是荷载标准值。所以短跨跨中；长跨跨中；短跨支座；长跨支座。正常使用极限状态正常使用极限状态是验算在保证正常使用的条件下，裂缝宽度和挠度不超过相应的允许值，其基本表达式为：(1.25)短期效应组合中，取为0.8。所以短跨跨中；长跨跨中；短跨支座；长跨支座。持久效应组合中，取为0.6。所以短跨跨中；长跨跨中；短跨支座；长跨支座。1.2.6面板配筋计算施工期先搭接预制板于横梁上，然后再浇筑混凝土于上部磨耗层和连接部位。两个时期的受力截面也不同。本设计中选用C35混凝土，，取50mm,钢筋采用HPB235类型，抗拉强度设计值为。综合上面所计算得出的数据：其中对于板的配筋计算公式如下：(1.26)(1.27)(1.28)(1.29)长跨最大弯矩为213.86kN·m，当板的宽度较大时，设计b取单位宽度，即1000mm：满足要求。选用配筋率：满足配筋率要求。长跨最大负距为-204.63kN·m：满足要求。选用配筋率：满足配筋率要求。短跨最大弯距为64.34kN·m：满足要求。选用配筋率：满足配筋率要求。短跨最大负距为-91.96kN·m：满足要求。选用配筋率：满足配筋率要求。1.2.7板的验算根据规范规定，如果板不能通过承载力的一些验算，就应该采取预应力钢筋来增强板的强度。受冲切方向的承载力验算，其公式如下：(1.30)式中：是结构系数，这里取1.2；是受冲切承载力系数，这里取0.7；是轴心抗拉强度设计值，这里取1.8mPa;是受冲切承载力的有效高度，取450mm；其中局部荷载承载力设计值为280kN。最后得满足承载力要求。裂缝宽度验算板的抗裂缝宽度可按照下面公式计算：(1.31)(1.32)式中：是钢筋表面形状的影响系数，这里取1.4；是荷载长期效应组合的系数，这里取1.5；是保护层厚度，这里取20mm；是钢筋的直径；是纵向受拉钢筋的有效配筋率，如果，则取，如果，则取；是受拉区计算的有效截面积，在这里取较大的一侧来进行计算；是混凝土的弹性模量，这里取；是在长期效应组合下的作用在受拉区的钢筋应力。按下面公式计算：(1.33)长跨最大弯矩为213.86kN·m，取所以满足要求。长跨支座负距为-204.63kN·m，取所以满足要求。短跨最大弯距为64.34kN·m，取所以满足要求。短跨最大负距为-91.96kN·m，取所以，满足要求。1.3纵梁设计纵梁是码头设计的一个十分重要的结构，它可以起到传递荷载，承受荷载的作用，让整体框架的稳定性提高。一般来说，纵梁要设置在有门机或者是火车轨道的下部来起到支承的作用。但对于高桩梁板式码头来说，其码头长度远远大于其宽度，所以必须设置设置纵梁来增加它的纵向刚度。纵梁的计算荷载一般来说由3大部分组成，即纵梁自重；门机或者轨道等荷载直接需要纵梁支承的荷载；面板的自重及面板承受的荷载导致的支座反力。此次设计中不设计门机或者火车，运输工具以滚轮式牵引车代替。纵梁截面面积，如图1.6所示：图1.6纵梁截面尺寸单位：mm截面面积矩：截面轴心位置(自下而上)：纵梁截面惯性矩：对于组合截面的惯性矩公式如下(1.34)(1.35)(1.36)式中：是某一截面的宽度；是某一截面的高度；是某一截面的面积；是某一截面的形心在坐标系上的坐标值。所以断面尺寸，混凝土弹性模量1.3.1计算原则在施工期时，纵梁的计算方式按照简单支承的方式，即纵梁与面板的链接属于铰接不属于固定桩基，纵梁的截面仅仅考虑预先装配的部分；在使用期时，对于较小的工程，纵梁可按照刚性支承连续梁的计算来简化步骤，纵梁截面套用叠合部分。1.3.2计算参数简支梁计算跨度弯矩计算时，公式如下：所以取简支梁剪力计算时，取连续梁计算跨度弯矩计算时，公式如下：当，；当，所以取计算跨度剪力计算时，取计算跨度。1.3.3荷载分析持久状况：面板、纵梁及现浇部分自重：。短暂状况：码头前沿堆货荷载滚轮式牵引车前轴标准值60kN，中轴标准值2×120kN，后轴标准2×140kN；轴距3+1.4+7+1.4m，轮距1.8m；前轮面积0.3×0.2m2，中后轮面积0.6×0.2m2；1.3.4荷载效应分析持久状况荷载标准值的效应分析施工期：只存在纵梁自重，面板的自重则由横梁承担。预制部分的纵梁自重：；；。承载能力极限状态：正常使用极限状态：使用期：按照刚性支承连续梁的计算方法，码头被变形缝分成15份，每段码头长度为65m，即每段为10跨连续梁。永久作用面层自重：面板上的荷载分配如图1.7所示：图1.7横纵梁上的荷载分配向纵梁传递的面层荷载：将面层荷载转化为纵梁的均布荷载即向纵梁传递的外侧面层荷载：纵梁自重：综上所述，我们可以得知作用与纵梁上的均布荷载值为：计算纵梁在均布荷载下的弯矩和剪力值按照五跨连续梁的形式，如下：弯矩值(1.37)式中：是弯矩计算系数。根据《静力计算手册》中的规定。

跨中弯矩值：支座弯矩值：将数据记录在表5-4中。剪力值(1.38)式中：是剪力计算系数，其数值及其计算方法同上。临近支座上的最大剪力值：将数据记录在表5-5中。

表5-4永久作用下纵梁各跨弯矩表（单位：）跨中弯矩支座弯矩0.0750.0320.044-0.105-0.079-0.079-0.10564.9727.7238.12-90.95-68.43-68.43-90.95表5-5五跨梁支座剪力表（单位：）0.394-0.6050.526-0.4740.5-0.50.474-0.5260.605-0.39456.81-87.2471.85-68.3572.1-72.168.35-71.8587.24-56.81(2)短暂作用短暂作用主要是堆货荷载和流动的装卸车载荷载等。其中对于纵梁所受的荷载来说，堆货荷载可以忽略不记，这里仅考虑车载荷载对纵梁的作用。当卡车位于梁跨中心是，在梁的两侧会受到同样大小的荷载，如图1.8所示的那样：图1.8牵引车荷载分布通过力的平衡方程计算：(1.39)(1.40)综上所述，单量牵引车进行运输时通过结构力学求解器中的移动荷载求解，计算纵梁在移动荷载下的弯矩值和剪力值，其结果如下表5-6和表5-7所示：

表5-6移动荷载下各跨中弯矩值表（单位：）跨中弯矩支座弯矩71.6356.8257.498.7417.5817.588.74-11.13-21.37-26.24-64.78-57.14-57.14-64.78表5-7五弯矩支座剪力表（单位：）71.642.0181.247.5686.4110.281.317.3483.436.25-6.25-83.43-7.34-81.31-10.2-86.41-7.56-81.24-2.01-71.641.3.5荷载效应组合所以将永久作用和短暂作用在纵梁上的荷载绘制成纵梁使用期弯矩表：表5-8纵梁使用期正弯矩表（单位：）作用M值A.面层和纵梁自重64.97—27.72—38.12B.牵引车荷载71.638.7456.8217.5857.49承载能力极限状态。算式1.2A+0.98B0.98B1.2A+0.98B0.98B1.2A+0.98B结果152.088.5788.9517.23102.08正常使用长期效应。算式A+0.6B0.6BA+0.6B0.6BA+0.6B结果110.351.2461.8110.5572.61正常使用短期效应。算式A+0.8B0.8BA+0.8B0.8BA+0.8结果121.476.9973.1814.0684.11

表5-9纵梁使用期负弯矩表（单位：）作用M值A.面层和纵梁自重—-90.95—-68.43—B.牵引车荷载-11.13-64.78-21.37-57.14-26.24承载能力极限状态。算式0.98B1.2A+0.98B0.98B1.2A+0.98B0.98B结果-14.83-172.62-20.94-138.11-21.72正常使用长期效应。算式0.6BA+0.6B0.6BA+0.6B0.6B结果-9.08-129.82-12.82-102.71-11.74正常使用短期效应。算式0.8BA+0.8B0.8BA+0.8B0.8B结果-12.11-142.77-17.09-114.14-20.99上述的图表是在不同的情况下，根据不同的要求和条件而进行的效应组合。不同的组合条件下有不同的效应组合系数。如长期效应组合时，而在短期组合中。只要清楚了组合中的系数取值，就可以灵活的运用计算所得到的纵梁弯矩值。其组合效应的公式如下：(1.41)式中：是结构重要性系数，区分的不同安全等级的建筑物的结构安全要求；、是分别在永久作用及一般可变作用下的分项系数；则是效应组合的设计值，包括永久和可变作用；同时综上表5-5和表5-7，绘制纵梁使用期剪力表：

表5-10纵梁使用期正剪力表（单位：）作用V值A.面层和纵梁自重56.81—71.85—72.1B.牵引车荷载71.642.0181.247.5686.41承载能力极限状态。算式1.2A+0.98B0.98B1.2A+0.98B0.98B1.2A+0.98B结果142.311.97170.647.41171.21正常使用长期效应。算式A+0.6B0.6BA+0.6B0.6BA+0.6B结果102.191.21124.594.54123.95正常使用短期效应。算式A+0.8B0.8BA+0.8B0.8BA+0.8B结果117.321.61140.846.05141.23表5-11纵梁使用期负剪力表（单位：）作用V值A.面层和纵梁自重—-87.24—-68.35—B.牵引车荷载-6.25-83.43-7.34-81.31-10.2承载能力极限状态算式0.98B1.2A+0.98B0.98B1.2A+0.98B0.98B结果-6.13-186.45-7.19-161.62-10正常使用长期效应算式0.6BA+0.6B0.6BA+0.6B0.6B结果-3.75-137.31-4.41-119.54-6.12正常使用短期效应算式0.8BA+0.8B0.8BA+0.8B0.8B结果-5-153.98-1.87-136.61-8.161.3.6纵梁配筋计算该纵梁的断面尺寸为600mm×900mm，净跨为1.6m，排架间距为6m。材料选择C40，。跨高比为：，所以纵梁的受力情况为受弯；钢筋采用热轧Ⅱ钢筋，抗拉强度设计值为。正截面的受弯承载力计算。受弯构件配筋公式如下：(1.42)(1.43)(1.44)(1.45)式中：是受弯承载力的弯矩设计值，大小则取承载能力极限状态下弯矩设计值；是内力臂，其计算方式如下面所示：对于纵梁跨中弯矩截面：(1.46)对于纵梁支座弯矩截面：(1.47)根据上面的数据可得跨中截面：支座截面：跨中弯矩所以取来计算配筋，得所以选用跨中弯矩所以取来计算配筋，得所以选用跨中弯矩所以取来计算配筋，得所以选用支座弯矩所以取来计算配筋，得所以选用支座弯矩所以取来计算配筋，得所以选用1.3.7纵梁验算斜截面抗剪能力验算(1.48)当时：(1.49)当时：(1.50)式中：是受弯构件钢筋时的有效高度，由于纵梁时常位于水下，混凝土最小保护层不应该小于45mm，这里取保护层为50mm，则所以所以所以取计算大于剪力最大值171.21kN，所以满足斜截面抗剪要求。

1.4横梁设计由于横梁的跨长一般较短，常在前方桩台端部设置叉桩以抵抗船舶的撞击力。在这里将横向排架的桩台刚度分为柔性桩台。在设置了叉桩后，由于作用的力大部分被叉桩承担，整个排架几乎无位移，可以简化为铰接来进行计算。且在荷载作用下，前方桩台的横梁采取连续梁的方法计算。1.4.1计算参数施工期：弯矩计算跨度：所以这里取剪力计算跨度：使用期：弯矩计算跨度：剪力计算跨度：1.4.2荷载分析永久作用分析面板自重：纵梁自重：横梁自重：可变作用分析船舶荷载：系缆力风速设计为撞击力船速设计为堆货荷载：按照规范取；牵引车的车载荷载：牵引车前轴设计值30kN，中轴设计值120kN，后轴设计值为140kN。1.4.3荷载效应计算不同时期的结构断面数据如下：施工期：截面积：0.775中和轴：0.62m惯性矩I：0.1174EI：混凝土弹性模量E：使用期：截面积：1.175中和轴：0.94m惯性矩I：0.2873EI：混凝土弹性模量E：桩的轴向刚度系数可以通过下面公式来求出：(1.51)式中：是桩的自由长度；是桩的混凝土弹性模量，取；是桩截面面积，采用。(1.52)R是单桩的极限承载能力设计值(1.53)则由上式得，取。其中桩的分布如图1.9所示：图1.9桩的自由长度示意图由几何知识求得为：由此可得单桩的轴向刚性系数分别为：支座刚性系数公式：单桩系数：(1.54)叉桩系数：(1.55)得每个支座的刚性系数分别为：计算的基本体系见图1.10：图1.10五弯矩作用图(1.56)(1.57)(1.58)(1.59)(1.60)(1.61)(1.62)(1.63)(1.64)(1.65)支座刚性系数带入上述公式得：荷载按照不同的结构分别通过上面公式来求：其中横梁的计算跨度可以取简支梁形式，即跨度长度取3.8m。梁和面板自重，如下图1.11：图1.11横梁荷载作用图跨中弯矩。面层自重，如下图1.12：图1.12面层荷载作用图跨中弯矩堆货荷载，如下图1.13：图1.13堆货荷载作用图纵梁自重，如下图1.14：图1.14纵梁作用荷载图跨中弯矩船舶荷载系缆力:，，系缆力作用于横梁上的分配系数为，所以：，对横梁中和轴产生的力矩为。撞击力撞击力作用于横梁上的分配系数为，所以：，对横梁中和轴产生的力矩为。挤靠力：对横梁中和轴产生的力矩为，综上可得：，跨中弯矩在施工时，横向排架上的各个部件的自重荷载计算。横梁自重采取五弯矩方程的方法进行计算横梁自重，各跨的反力及弯矩为：反力剪力弯矩(1.66)安装横梁时各桩的反力为：靠船构件：，面板自重：，各项系数分别为：，求得支座弯矩为：安装靠船构件、纵梁时的反力值：靠船构件连系梁其产生的反作用力为：现浇接头施工期时产生的总共反力为：1.4.4荷载效应组合持久效应组合：根据下面关于计算持久效应组合的公式：(1.67)求出最不利情况下的横梁跨中弯矩、支座弯矩、剪力根据如下公式：(1.68)将横向爬架的跨中弯矩化简为如下公式：(1.69)根据如下公式(1.70)得各支座的简化反力为：(1.71)综上所述