港口工程课程设计计算说明书

《港口工程学》课程设计二○一○年九月东南大学2010年9月《港口工程》课程设计21设计目的和要求 33设计内容 53.1集装箱堆场面积计算 53.2总平面布置 63.2.1船型尺度 63.2.2高程设计 6 73.3水工建筑物设计 83.3.1码头前沿堆货荷载标准值 83.3.2码头堆场荷载标准值 83.3.3装卸机械设备荷载标准值 83.3.4作用效应组合 94结构计算 94.1设计条件 4.2作用的分类及计算 4.3码头稳定性验算 4.4强度计算 东南大学2010年9月《港口工程》课程设计33本课程具有较强的工程实践性。本课程的目的是为学生将来从事港口工程设计、施工及管理等工作打下坚实的专业基础。课程设计是理论联系实际、培养学生解决实际问题能力的重要环节之一。通过设计，要求达到：巩固已学过的有关《港口工程》的基本理论知识，培养正确的设计思想，初步掌握正确的设计方法和设计程序，提高学生计算、编写说明书和制图的技能，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。本次《港口工程》课程设计任为凤阳县鸿运港总平面布置方案与结构方案设计凤阳县鸿运港通过建设多用途码头，可以满足凤阳及其园区企业对港口集装箱水运的需求；同时作为招商引资平台，可以提高工业园区对企业入住的吸引力，更好地促进工业园区和风阳县地方经济的可持续发展。拟建工程位于凤阳县板桥镇霸王城，淮河右岸。水路上距蚌埠市35km,下距五河县42km;公路距凤阳县城约10km,铁路距此约2km有临淮关站。水路、公路、铁路交通便利。多用途码头位于凤阳板桥霸王城港区，主要服务风阳工业园区。多用途泊位以装卸集装箱为主，兼顾部分件杂货的接卸。本次工程可行性研究的对象是多用途(件杂货与内河集装箱)码头，设计吞吐量：内河集装箱13.935万TEU/年，其中出口量13.935万TEU/年；件杂货吞吐量为70万吨(其中出口20万吨，进口50万吨);参见表1-1。拟建码头按3个500吨级(兼顾1000吨级)泊位和4个500吨级泊位设计。多用途码头预测吞吐量一览表表1-1货类货种进口小计备注(万吨)玻璃及制品玻璃器皿纯碱袋装粮食及制品袋装面粉小计4货类货种进口小计备注集装箱货(万TEU)玻璃及制品玻璃器皿非金属矿产石英砂、盐和石膏白炭黑白炭黑粮食及制品面粉小计吞吐量总计(万吨)(1)设计代表船型选用：1000t集装箱船(60TEU):65.0×10.6×2.5m(长×宽×吃水)设计高水位：19.76m(洪水频率10%)设计低水位：11.20m(综合历时保证率90%)(3)土层物理力学性质指标以上各土层物理力学性质指标，见表1-2、表1-3。工程地质层号地层名称②粉质粘土粉土③粉质粘土④全风化花岗斑岩一东南大学2010年9月《港口工程》课程设计5⑤强风化花岗斑岩根据当地地质条件、施工条件和施工经验，在进行码头结构选型采用折线墙背砼半重力式结构和空箱悬臂重力式结构两个方案。方案一：采用折线墙背砼半重力式。采用现浇挡墙墙身和钢筋砼底板，底板下设砼及片石基床垫层。优点为施工方便，结构基础经济；缺点为混凝土方量大。方案二：采用空箱悬臂重力式。优点是混凝土量少、地基应力低。缺点是用钢量大、模板用量大。港区陆域分为前方作业区、后方堆箱区和后方综合服务区。D1、D2号泊位采用起重能力为20t,轨距为18m的行车进行装卸船作业；D3、D4、D5号泊位码头前沿采用起重能力为40t,轨距为40m的轨道式岸边龙门吊进行装卸船作业；D6、D7号泊位采用16t固定吊进行装卸船作业。堆场所需平面箱位数和面积大小决定于运量、堆存时间、堆箱层数和装卸系统等因素。集装箱堆场面积F₄可按下列公式计算：F₄=M×E(m²)式中：M——平面箱位数，个；D——年堆放集装箱量，个；K——不均衡系数；T——集装箱平均堆存期；H——堆码层数，集装箱平均堆码层数一般不超过4层；6Kg——高度利用系数。一个标箱的面积是15m²,堆场利用率0.7所以E=15/0.7=21.4m²F₄=M×E=1240.8×21.4=26拆装箱库所需容量：据河港工程总体规范4.11.8Qh=13.935×10⁴TEUKc=25%qt=8tKBw=1.3Tyk=365dtac=5d拆装箱库面积临时堆场的面积：三艘集装箱船(60TEU)每个TEU的面积15m²3.2.1船型尺度300t驳船：35.0×9.2×1.3m(长×宽×吃水)500t驳船：45.0×10.8×1.6m(长×宽×吃水)1000t集装箱船(60TEU):65.0×10.6×2.5m(长×宽×吃水)3.2.2高程设计设计高水位：19.76m(洪水频率10%)设计低水位：11.20m(综合历时保证率90%)据河港工程总体规范3.4.2码头前沿设计高程应为码头设计高水位加超高，超高值宜取7码头前沿设计水深500t:D=1.6+0.3+0.4=2.3m1000t:D=2码头前沿泥面高程航道尺度据规范《内河通航标准》附录A1000t集装箱H=T+△h=2.5+0.3=2.8m双线航道宽度：500t驳船B=2×(10.8+45×sin3°)+0.67(10.8+45×sin3°)=35.1m1000t集装箱B=2×(10.6+45×sin3°)+0.67(10.6+45×sin码头前沿停泊水域据规范3.2.1.1500t驳船B=2×45=90m集装箱船：长度L=2.5×65=162.5m据规范3.3.2泊位长度：D3、D5Lb=L+1.5d=65+1.5×8D6、D7Lb=L+1.5d=45+1.5×8~10=57~60m取57m据规范3.3.6码头长度：D1、D2Lm=L+2d=45+2×8~10=61～65m取61mD3L=L+1.5d=65+1.5×8~10=77~80m考虑富裕取77+7=84mD4Lb=L+d=65+8~10=73~75m取7宽度取77+15=92m8根据规范3.7.5布置集装箱的陆域，道路布置根据规范5.3主干道(m)次干道(m)支道(m)路面宽度最小圆曲线半径交叉口路面内缘最小转弯半径具体布置见总平面布置图。码头结构均按1000t级集装箱船控制，船舶系缆力100kN,撞击力250kN。3.3.1码头前沿堆货荷载标准值集装箱：码头前沿30kN/m²机械荷载：龙门起重机前轨以后为作业带，流动机械荷载最大轮压0.8Mpa。D1泊位、D2泊位采用起重能力20t,轨距18m的行车；D3、D4、D5号泊位码头前沿采用起重能力为40t,轨距为40m的轨道式岸边龙门吊进行装卸船作业；最大轮压320KN;D6、D7号泊位码头前沿采用16t固定吊机，吊重16t,起重机自重约45t。3.3.2码头堆场荷载标准值码头前方堆场60kN/m2。箱角荷载按213.5kN考虑(堆高4层)。3.3.3装卸机械设备荷载标准值93.3.4作用效应组合永久作用+均布荷载(主导可变作用)+系缆力(非主导可变作用)+剩余水压力永久作用+岸边龙门吊前腿荷载(主导可变作用)+码头面均布荷载(非主导可变作用)+系缆力(非主导可变作用)+剩余水压力永久作用+均布荷载(主导可变作用)+系缆力(非主导可变作用+)+剩余水压力永久作用+岸边龙门吊前腿荷载(主导可变作用)+码头面均布荷载(非主导可变作用)+系缆力(非主导可变作用)+剩余水压力结构选型：方案二采用空箱悬臂重力式泊位编号：1东南大学2010年9月《港口工程》课程设计材料指标：材料名称重度(kN/m3)内摩擦角Y水上混凝土墙后回填土(粉质粘土)碎石垫层混凝土(路面)表中回填土的饱和重度由地基图物理力学指数数理统计表表1-3中资料运用公式计算得出。设计高水位： 东南大学2010年9月《港口工程》课程设计11设计高水位下的结构自重力名称自重力臂-(0.75×10-0.15×0.15)×14=填充碎石碎石垫层回填开挖土混泥土基础板设计低水位：设计低水位下结构自重力名称自重力臂-(0.75×7.8×24+0.75×2.2×14-填充碎石0.75×7.8×18+0.75×2.2×11-0.1路面碎石垫层回填开挖8.25×8.3×19.2+8.25×2.2×土混泥土基回填开挖：高程16.5~19.5之间填第②层土；高程8.5~16.5之间填第③层土。第②层土重度计算：按规范3.4.9材料重度Y水上=19.2孔隙比e=0.805w=29.4%Sr=98.7%Y水下=19.4-10=9.4第③层土重度计算：按规范3.4.9材料重度Y水上=19.6孔隙比e=0.687w=23.5%Sr=94.9%Y水下=20.5-10=10.5eaqH=qKae8.0=10.5×7×0.5327-2×69.1×√0.5327-10.816=-60.74KPa<0取0东南大学2010年9月《港口工程》课程设计e15.5=6.875+19.2×4×0.6875-2×25.5√0.6875=17e8.0=-28.00+10.5×2.7×0.5372-2×69.1√0.5372=-114.06KPa<0取0土压力示意图M=12.132×(0.749+7.5)=100.07(二)船舶荷载1、系缆力：河船码头系缆夹角按(JTJ215-98)中第10.4.3条：α=30°,β=0°系缆力标准值N=100kN横向分力Nx=Nsinαcosβ=100×0.5×1=50kN纵向分力Ny=Ncosacosβ=100×0.866×1=88.6kN东南大学2010年9月《港口工程》课程设计2、撞击力对结构计算不起作用3、挤靠力对结构计算不起作用(三)剩余水压力(永久作用)按(JTJ290-98)第3.4.7条规定算剩余水压力(永久作用)设计高水位不计剩余水压力设计低水位(11.20m):剩余水头按0.5e=pgVh=9.8×0.5=4.9Pw=1.225+15.68=16.905剩余水头按1.04.3码头稳定性验算(一)承载能力极限状态设计表达式：抗滑稳定性式中：Yo——结构重要系数，取1.0;YG——自重分项系数，取1.0;YE——土压力分项系数，取1.35;EH——填料产生的主动土压力水平分力标准值，竖向分力为0;E₄H、E₄v——码头计算面以上可变作用总主动土压力的水平分力和竖向分力标准值(kN/m);Ypw——剩余水压力分项系数，取1.05;Ya——结构系数，无波浪作用取1.0;式中：Ya——结构系数，无波浪作用取1.25;MEqH、Meqv——码头面计算面以上可变作用总主动土压力标准值的倾覆力矩和稳定力矩东南大学2010年9月《港口工程》课程设计式中：max——基床顶面的最大和最小应力标准值(kPa)Vk——作用在基床顶面的竖向合力标准值(kN/m);e——墙底面合力标准值作用点的偏心距(m);ξ——合力作用点与墙前趾的距离(m);MR、M₀——竖向合力和倾覆力对墙底面前趾的稳定力矩、倾覆力矩(kN·m)。(二)作用效应组合本算例只对持久组合进行验算。持久组合一：设计高水位(不考虑码头顶面均载竖向作用及岸边龙门吊前腿荷载)永久作用+均布荷载(主导可变作用)+系缆力(非主导可变作用)+剩余水压力1)抗滑稳定：墙底面G=1260.48Pw=0Eqv=0∑EH=0Ev=0EqH=0PRH=2.左式=1.00×(1.35×0+1.05×0+1.35×0+0.7×1.4×2.5)=24.5(kN/m)右式=1.0×(1.0×1260.48+1.35×0+1.35×0)×0.6=756.288(kN/m)左式<右式，满足要求。2)抗倾稳定：验算点前趾Mpw=0Mqv=0MEH=0Mev=0MEqH=0左式=1.00×(1.35×0+1.05×0+1.35×0+0.7×1.4×30)=29.4(kN/m)左式<右式，满足要求。3)基床应力：永久作用+岸边龙门吊前腿荷载(主导可变作用)+码头面均布荷载(非主导可变作用)+系缆力(非主导可变作用)+剩余水压力永久作用+均布荷载(主导可变作用)+系缆力(非主导可变作用)+剩余水压力G=2078.80Eqv=0∑EH=12.132Ev=0EqH=左式=1.00×(1.35×12.132+1.05×16.905+1.35×0+0.7×1.4×2.5)=36.578(kN/m)右式=1.0×(1.0×2078.80+1.35×0+1.35×0)×0.6=1247.28(kN/m)左式=1.00×(1.35×12.132+1.05×36.26+1.35×0+0.7×1.4×2.5)=56.901(kN/m)右式=1.0×(1.0×2078.80+1.35×0+1.35×0)×0.6=1247.28(kN/m)2)抗倾稳定：验算点前趾Mqv=0MEH=100.077Mev=0MEqH=0MpR=30KN·m/m左式=1.00×(1.35×100.077+1.05×28.46+1.35×0+0.7×1.4×30)=194.387(kN/m)左式=1.00×(1.35×100.077+1.05×66.67+1.35×0+0.7×1.4×30)=234.507(kN/m)左式<右式，满足要求。3)基床应力：剩余水头取1.0时Mpw=66.67M。=30+100.077+66.67=持久组合四：设计低水位(考虑码头顶面均载竖向作用及岸边龙门吊荷载)永久作用+岸边龙门吊前腿荷载(主导可变作用)+码头面均布荷载(非主导可变作用)+系缆力(非主导可变作用)+剩余水压力由于一号泊位，可不考虑持久组合四。构件计算的作用分项系数按(JTJ290—98)表3.7.1取值。沉箱外墙内侧立壁最危险情况发生在设计低水位时的立板下端此时的外荷载作用包括土压力、剩余水压力(按剩余水头为1.0计算),而系缆力按作用在隔板上计算。参照规范(JTJ290—98)岸壁式沉箱码头6.2.6和6.2.7条，计算图示为：由于沉箱外壁各段受力不同，分段计算第①段高程：19.5~15.5m剩余水压力(1.0m):q₁=0土压力：q=1.05×0+1.35×48.744=65Mmax=0.78q=0.78×65.804=51.327Qmax=0.625q=0.625×65.804=第②段高程：15.5~12.2m所以第二段无需配受力筋第③段高程：12.2~9.0m剩余水压力(1.0m):土压力：q=1.05×31.36+1.35×0=32Mmax=0.78q=0.78×32.928=25.684KN.m/mQmax=0.625q=0.625×32.92单筋矩形截面构件正截面受弯承载力计算①混凝土C