港口水工建筑物講義2碼頭概論篇（65頁）

1、港口工程I -港口水工建筑物 陳 達 2013.04港口海岸與近海工程學院港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院2前情提要碼 頭 的 分 類根據(jù)平面布置劃分根據(jù)斷面形式劃分墩式突堤式順岸式半直立斜坡式直立式滿堂式引橋式寬突堤窄突堤半斜坡多級式直立碼頭根據(jù)結構型式劃分重力式碼頭高樁碼頭板樁碼頭混合式碼頭港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院3碼頭的分類按結構型式分類特點：靠自重抵抗建筑物滑動和傾覆，是對超載和工藝變化適應能力最好的一種耐久性結構。適用：較好地基。特點：靠打入地基中的板樁墻擋土，受有較大的土壓力，鋼筋混凝土板樁適用于萬噸級以下的碼頭。鋼板樁則可用于大型碼頭。適用：所有板樁可沉入

2、的地基。特點：主要由上部結構和樁基組成，通過上部結構將作用在碼頭上的荷載經(jīng)樁基傳給地基，其耐久性、對超載以及工藝變化的適應能力較差。適用：軟土地基。重力式碼頭板樁碼頭高樁碼頭港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院4碼頭的分類混合式碼頭港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院5碼頭的組成上部結構下部結構基 礎碼頭設備將下部結構的構件連成整體；直接承受荷載，并傳給下部結構； 作為設置各種設施的基礎。支承上部結構，形成直立岸壁；將作用在上部結構和本身上的荷載傳給地基。用于船舶系靠和裝卸作業(yè)。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院6碼頭圖片港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院7碼頭圖片港口工程

3、河海大學 港口海岸與近海工程學院8碼頭圖片港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院9碼頭圖片港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院10碼頭圖片港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院11碼頭圖片港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院12碼頭圖片港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院13碼頭圖片港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院14碼頭圖片港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院15碼頭圖片港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院16碼頭圖片港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院17碼頭圖片港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院18碼頭圖片港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院

4、19上海洋山港港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院20上海洋山港港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院21上海洋山港小洋山港區(qū) 小洋山中港區(qū) 小洋山東港區(qū) 小洋山西港區(qū) 小洋山北側綜合開發(fā)地塊洋山深水港區(qū)北港區(qū)總體上由5個部分組成，即小洋山港區(qū)、小洋山中港區(qū)、小洋山東港區(qū)、小洋山西港區(qū)及小洋山北側綜合開發(fā)地塊。上海洋山港北港區(qū)總體規(guī)劃小洋山港區(qū) 其中小洋山港區(qū)：即洋山深水港區(qū)一、二期工程，一期工程岸線長度1600m，建設有5個710萬噸級集裝箱泊位，年設計吞吐量為220萬TEU；二期工程岸線長度1400m，共建設4個710萬噸級集裝箱泊位，年設計吞吐量為210萬TEU。洋山一期工程于20

5、02年開工建設，2005年12月建成投產(chǎn)；二期工程于2005年開工建設，2006年底建成投產(chǎn)。上海洋山港北港區(qū)總體規(guī)劃小洋山港區(qū) 小洋山中港區(qū) 小洋山中港區(qū)：即洋山深水港區(qū)三期工程，三期工程是整個洋山深水港區(qū)天然水深條件最好，陸域縱深最大的港區(qū)。三期工程岸線長度2600m，建設有7個715萬噸級集裝箱泊位，年設計吞吐量為500萬TEU。洋山三期工程于2006年開工建設，2007年12月和2008年12月分期建成投產(chǎn)。洋山一三期工程是洋山深水港區(qū)北港區(qū)的主體港區(qū)。上海洋山港北港區(qū)總體規(guī)劃小洋山港區(qū) 小洋山中港區(qū) 小洋山西港區(qū) 其中小洋山西港區(qū)：即洋山深水港區(qū)四期工程，目前正處于前期準備過程中。相

6、對一三期工程，四期工程天然水深條件及陸域條件稍差，規(guī)劃泊位等級為5萬噸級，其岸線總長度為3750m，規(guī)劃泊位數(shù)為11個，其中西側9個，東側2個，總設計年吞吐量620萬TEU。四期工程是洋山深水港區(qū)北港區(qū)最后一個集裝箱港區(qū)。上海洋山港北港區(qū)總體規(guī)劃洋山深水港區(qū)北港區(qū)總體規(guī)劃小洋山港區(qū) 小洋山中港區(qū) 小洋山東港區(qū) 小洋山西港區(qū) 其中小洋山東港區(qū)：小洋山港區(qū)為能源港區(qū)，規(guī)劃岸線長3550m，包括上海LNG接收站項目和油品碼頭。LNG接收站將于2009年10月建成投產(chǎn)，油品碼頭一期工程已經(jīng)建成投產(chǎn)。洋山深水港區(qū)北港區(qū)總體規(guī)劃小洋山港區(qū) 小洋山中港區(qū) 小洋山東港區(qū) 小洋山西港區(qū) 小洋山北側綜合開發(fā)地塊其

7、中小洋山北側綜合開發(fā)地塊：包括港口公共設施及資源綜合利用區(qū)、港口綜合服務區(qū)、港口生活配套區(qū)、國際物流加工區(qū)、國際物流中轉區(qū)，總面積約1280公頃。承臺寬13m，厚3m，底標高5.1m，分段長度24m，板樁采用1.9m鋼管樁，斜度樁直徑2.0m，斜度3：1，樁距6m。支撐樁直徑1.5m，樁間距6m。拋石棱體地基采用砂樁加固。標準斷面上海洋山港碼頭、接岸結構型式施工現(xiàn)場參觀港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院30碼頭結構上的作用及組合作用的定義施加在結構上的集中力和分布力+引起結構外加變形和約束變形的原因。直接作用（荷載）間接作用地基沉降混凝土收縮變形溫度變形港口工程河海大學 港口海岸與近海工

8、程學院31碼頭結構上的作用及組合作用的分類根據(jù)時間的變異劃分偶然作用在設計基準期內，不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)其量值很大且持續(xù)時間很短可變作用在設計基準期內，其量值隨時間變化與平均值相比不可忽略永久作用在設計基準期內，其量值隨時間的變化與平均值相比可忽略不計 結構和固定設備自重力預加應力土重力永久作用引起的土壓力堆貨荷載流動起重運輸機械荷載船舶荷載、水流波浪力可變作用引起的土壓力地震荷載等固定水位引起的靜水壓力港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院32碼頭結構上的作用及組合作用的分類根據(jù)空間位置的變化劃分自由作用在結構的一定范圍內可以任意分布的作用固定作用在結構上具有固定分布的作用結構自重力固定

9、設備自重力 堆貨荷載流動起重運輸機械荷載港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院33碼頭結構上的作用及組合作用的分類根據(jù)結構的反應劃分動態(tài)作用加載過程中結構產(chǎn)生不可忽略的加速度的作用靜態(tài)作用加載過程中結構產(chǎn)生的加速度可以忽略不計的作用結構自重力土壓力 船舶撞擊力汽車荷載堆貨荷載 預加應力 地震作用在進行建筑物設計時，對動態(tài)作用原則上應按其動態(tài)反應求解對建筑物產(chǎn)生的動態(tài)作用效應。為了簡化計算，對某些動態(tài)作用允許將動態(tài)作用簡化為靜態(tài)作用；如起吊預制構件和運行中汽車的動態(tài)作用等，可采用其靜態(tài)下的作用乘以動力系數(shù)或沖擊系數(shù)來代替動態(tài)作用。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院34港工建筑物完成各項功

10、能的標志是用極限狀態(tài)來衡量。當建筑物的整體或其部分在超過某一狀態(tài)時，建筑物就不能滿足設計規(guī)定的某一功能的要求，這種特定狀態(tài)，稱為建筑物的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)是區(qū)分建筑物的工作狀態(tài)為可靠或不可靠的標志。碼頭結構上的作用及組合港工建筑物的極限狀態(tài)港工建筑物的極限狀態(tài)可分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩類。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院35定義：是指建筑物的整體結構或其構件達到最大的承載能力或產(chǎn)生不適于繼續(xù)承載的變形，或是由于結構構件因塑性變形導致幾何形狀發(fā)生顯著改變而不能使用，這是與建筑物安全性有關的最大承載能力狀態(tài)，超過這一狀態(tài)建筑物就不安全。碼頭結構上的作用及組合承載能力極限狀態(tài)

11、主要表現(xiàn)：（1）作為剛體失去平衡（傾覆、滑移等）；（2）構件或連接部位因材料的強度極限超過而破壞，或因過度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載；（3）結構變?yōu)闄C構（瞬變體系）；（4）結構或構件喪失穩(wěn)定性（如壓曲失穩(wěn)等）。 港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院36定義：是指當建筑物整體結構或是構件達到正常使用和耐久性的各項規(guī)定限值時的狀態(tài)。確定正常使用極限狀態(tài)，通常是采用一個或幾個約束條件，例如混凝土裂縫的寬度、梁的撓度、外觀的變形量等，它們的限值應滿足使用要求。 碼頭結構上的作用及組合正常使用極限狀態(tài)主要表現(xiàn)：（1）影響正常使用或外觀的過大變形；（2）影響正常使用或耐久性的局部損壞（包括裂縫）；（3

12、）影響正常使用的振動；（4）影響正常使用或耐久性的其它要求。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院37碼頭結構上的作用及組合作用組合正常使用極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)持久組合短暫組合持久狀況短暫狀況偶然組合永久作用和持續(xù)時間較長的可變作用包含了持續(xù)時間較短的可變作用包含了偶然作用包括短期效應（頻遇）組合和長期效應（準永久）組合港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院38碼頭結構上的作用及組合作用代表值作用的代表值（應根據(jù)不同的極限狀態(tài)與設計狀況采用不同的量值作為作用的代表值）標準值頻遇值準永久值作用的主要代表值作用在結構上時而出現(xiàn)的較大值作用在結構上經(jīng)常出現(xiàn)的量值，它在設計基準期內具有較長的總

13、持續(xù)期港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院39碼頭結構上的作用及組合作用代表值根據(jù)時間的變異劃分偶然作用在設計基準期內，不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)其量值很大且持續(xù)時間很短可變作用在設計基準期內，其量值隨時間變化與平均值相比不可忽略永久作用在設計基準期內，其量值隨時間的變化與平均值相比可忽略不計 根據(jù)觀測和試驗資料或工程經(jīng)驗綜合分析確定有標準值、頻遇值、準永久值。如：對于承載能力極限狀態(tài)下的持久組合-主導可變作用取標準值；非主導可變作用取組合值，即將標準值乘以組合系數(shù)。僅有標準值 代表值港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院40極限狀態(tài)設計表達式承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)港口工程河海大學

14、 港口海岸與近海工程學院41短暫組合極限狀態(tài)設計表達式承載能力極限狀態(tài)持久組合分別為永久作用、主導可變作用和第i個非主導可變作用標準值；分別為永久作用、主導可變作用和第i個非主導可變作用的效應系數(shù)；永久作用的分項系數(shù)；分別為主導可變作用分項系數(shù)和第i個非主導可變作用分項系數(shù)，按表1-2-2取值；組合系數(shù)，取0.7；結構重要性系數(shù)，按表1-2-3取值；第i個可變作用分項系數(shù)，按表1-2-2中所列數(shù)值減小0.1。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院42極限狀態(tài)設計表達式正常使用極限狀態(tài)持久狀況的短期效應（頻遇）組合作用的短期效應（頻遇）組合；短暫狀況的效應組合；準永久值系數(shù)，取0.6。持久狀況

15、的長期效應（準永久）組合短暫狀況當需要考慮正常使用極限狀態(tài)時作用的長期效應（準永久）組合；頻遇值系數(shù)，取0.8；調課通知港航4-5班：下周二第二大節(jié)下周三第三大節(jié)（下午）工程館107。港航4-5班：下周四第一大節(jié)下周五第三大節(jié)（下午）工程館107。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院44結構的設計狀況港口水工建筑物結構的設計狀況持久狀況短暫狀況偶然狀況正常條件下，結構使用過程中的狀況。按承載能力極限狀態(tài)的持久組合和正常使用極限狀態(tài)的長期組合或短期組合分別進行設計。結構施工和安裝等持續(xù)時間較短的狀況。應對承載能力極限狀態(tài)的短暫組合進行設計，必要時可同時對正常使用極限狀態(tài)的短暫狀況進行設計。結

16、構承受設防地震等持續(xù)時間很短的狀況。應按承載能力極限狀態(tài)的偶然組合進行設計。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院45碼頭地面使用荷載堆貨荷載作用在港口工程結構上的堆貨荷載標準值，應根據(jù)堆存貨種、裝卸工藝確定的堆存情況，結合結構型式、地基條件和不同計算項目并考慮今后港口發(fā)展等進行綜合分析后確定。人群荷載對于客運碼頭的人行棧橋、引橋、專用碼頭中的人行檢修道和各類碼頭中有可能作為人行通道的部位，均應考慮人群荷載。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院46碼頭地面使用荷載碼頭地帶根據(jù)碼頭作業(yè)的客觀情況和使用經(jīng)驗，現(xiàn)行港口工程荷載規(guī)范（JTJ 215-98）根據(jù)堆貨荷載的不同將碼頭分成三個區(qū)域：碼

17、頭前沿地帶、前方堆場和后方堆場。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院47碼頭地面使用荷載前沿地帶一般情況下僅做為流動起重運輸機械、門機和火車的通道和貨物的倒載場地。寬度：有門機的碼頭取14m；沒有門機的海港碼頭取10m；河港碼頭取4-8m。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院48碼頭地面使用荷載前方堆場港口利用率最高的堆場，因為這個地帶使用最方便，貨物水平運距最短。寬度：有門機的碼頭，按門機吊臂可伸到的范圍確定；不設門機的碼頭，可根據(jù)各港采用的裝卸設備和管理情況確定。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院49碼頭地面使用荷載后方堆場指前方堆場以后的堆場。后方堆場堆貨荷載通常位于港口水

18、工建筑物邊緣或以外，對碼頭結構設計一般影響很小，主要用于堆場地坪設計。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院50流動起重運輸機械荷載門座起重機荷載門座起重機荷載應按實際機型確定。當缺乏實際資料時，國產(chǎn)門機荷載標準值可根據(jù)其最大起重量、最大幅度、軌距按荷載規(guī)范采用。設計時不考慮沖擊系數(shù)。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院51流動起重運輸機械荷載輪胎式起重機荷載輪胎式起重機又稱輪胎吊，雖然越野和爬坡能力較差，行駛速度較慢，但機動靈活，能四面進行工作，使用方便，在內河中小港口應用較普遍。一般起重量時考慮沖擊系數(shù)1.11.3，最大起重量時不考慮沖擊力。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院5

19、2流動起重運輸機械荷載汽車式起重機荷載汽車起重機的越野性能好，適用于流動性較大的場所作業(yè)。進行作業(yè)時不能吊貨行駛，加之起重效率低，又不能配用抓斗裝卸散貨，所以在中小港口用得不太普遍，僅只能做點輔助作業(yè)，用于港口進行裝卸作業(yè)的較少。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院53流動起重運輸機械荷載纜車荷載纜車是河港斜坡碼頭上、下坡的主要運載工具，必須與選定的坡頂絞車配套使用。作用在軌道上的纜車荷載應根據(jù)纜車自重、載重量、輪數(shù)及影響輪壓的各種因素確定。纜車輪壓標準值（kN）；重力加速度，取10m/s2；纜車載重量（t）；纜車自重（t）；纜車總輪數(shù)；輪壓不均勻系數(shù)。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程

20、學院54鐵路和汽車荷載鐵路荷載鐵路列車由機車和車輛組成。由于港口鐵路所用機車和車輛的型號甚多，設計時一般不采用實際機車和車輛的軸壓力，而是采用中華人民共和國鐵路標準荷載(又稱中一活載)。按此圖式計算時，按其最不利的情況截取任意數(shù)量的荷載加載。普通活載一般對大跨度結構起控制作用，特種活載一般對小跨度(小于3-5m)結構起控制作用。 港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院55鐵路和汽車荷載汽車荷載作用在港口建筑物上的汽車荷載，包括各級汽車和平板掛車荷載。汽車荷載按單輛汽車總重量分為：10t、15t、20t、30t、55t汽車五個等級，其技術指標和平面尺寸按附錄一的規(guī)定采用。 30 t 汽車平面尺

21、寸港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院56船舶荷載船舶荷載根據(jù)作用方式不同劃分船舶系纜力船舶擠靠力船舶撞擊力由于風和流的作用，通過系船纜作用在碼頭系船柱上的力由于風和流的作用，使?？吭诖a頭的船舶直接作用在碼頭建筑物上的力船舶靠岸或在波浪作用下撞擊碼頭時產(chǎn)生的力港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院57船舶荷載系纜力分為縱、橫向系纜力兩部分，主要由風作用產(chǎn)生。當碼頭前沿水流較大時，系纜力應考慮風與水流可能同時出現(xiàn)的對計算船舶共同作用所產(chǎn)生的橫向分力總和Fx 和縱向分力總和Fy 。系纜力系船柱受力分布不均勻系數(shù),與實際受力的系船柱數(shù)目有關。系纜力標準值；風和流對船舶產(chǎn)生橫向和縱向分力總和；計

22、算船舶同時受力的系船柱數(shù)量，與船長有關；系船纜水平投影與碼頭前沿線所成夾角；系船纜與水平面之間的夾角；港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院58船舶荷載港口工程荷載規(guī)范規(guī)定計算系纜力標準值不應大于纜繩的破斷力，也不應低于規(guī)范規(guī)定的下限值。系纜力取值標準聚丙烯尼龍纜繩的破斷力（kN）；纜繩直徑（mm）。港口工程河海大學 港口海岸與近海工程學院59船舶荷載防沖設施連續(xù)布置船舶擠靠力擠靠力分布不均勻系數(shù)，采用1.1；船舶直線段與防沖設施接觸長度（m）。可能同時出現(xiàn)的風和流對船舶作用產(chǎn)生的橫向分力總和（kN） ；防沖設施間斷布置擠靠力標準值（kN/m)；作用于一組（或一個）防沖設施上的擠靠力標準值（kN)；擠靠力不均勻系數(shù)，采用1.3；與船舶接觸的防沖設施組數(shù)或個數(shù)。港口工程河海大學 港