《港口工程學(xué)》課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算書

-18-《港口工程學(xué)》課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算書1.碼頭總體設(shè)計(jì)1.1碼頭泊位長度確定根據(jù)《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ291-98》的有關(guān)規(guī)定：4.3.6：碼頭泊位長度，應(yīng)滿足船舶安全靠離作業(yè)和系纜的要求。對有掩護(hù)港口的碼頭，其單個(gè)泊位長度可按下式確定：式中:表4-1富裕長度dL(m)<4041~8586~150151~200201~230>230d(m)58~1012~1518~2022~2530擬建碼頭是多泊位連續(xù)布置中首先建設(shè)的碼頭，其長度按單泊位計(jì)算。富裕長度d根據(jù)船長L=86m，按規(guī)定取13.51m，所以泊位長度為113.02m。1.2碼頭樁臺寬度①結(jié)構(gòu)寬度：碼頭結(jié)構(gòu)總寬度主要取決于岸坡的穩(wěn)定性和擋土結(jié)構(gòu)位置。由于在上海天津一帶，岸坡開挖坡度多取1:2.5，所以此處假定開挖岸坡坡度為1:2.5；擋土結(jié)構(gòu)采用重力式擋土墻，再結(jié)合平面布置中確定的碼頭前沿底高程-5.05m，和碼頭面高程4.1m，在地形的橫斷面圖中可確定碼頭結(jié)構(gòu)的總寬度約為22m。其中，前方樁臺寬14.5m，主要用于裝卸橋的布置；后方樁臺寬7.46m，主要起連接作用；前方樁臺與后方樁臺，后方樁臺與擋土結(jié)構(gòu)之間的變形縫間距為2mm。②結(jié)構(gòu)沿碼頭長度方向的分段：為避免在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生過大的濕度應(yīng)力和沉降應(yīng)力，沿碼頭長度方向隔一定距離應(yīng)設(shè)置變形縫。從結(jié)構(gòu)沿碼頭長度可分為2段，每段長56.5m，每個(gè)結(jié)構(gòu)段的兩端做成懸臂式上部結(jié)構(gòu)，樁臺沿長度方向在端部得懸臂段取1.25m、沿寬度方向在端部的懸臂段取2m。由于根據(jù)設(shè)計(jì)要求整個(gè)碼頭沿變形縫分為兩個(gè)樁臺，兩個(gè)樁臺的受力方式基本相同，所以計(jì)算時(shí)只算一個(gè)樁臺。兩個(gè)樁臺間采用凹凸縫連接形式。1.3碼頭高程和樁臺高度①碼頭頂高程：取碼頭面高程為4.1m。②碼頭前沿水底高程：取-5.05m。③樁臺高度：根據(jù)橫縱梁、樁帽及面板、面層的高度確定樁臺高度，此處采用現(xiàn)澆倒T型梁，因此根據(jù)橫縱梁、面板、面層的高度可初步擬定樁臺高度為2.4m④樁頂?shù)母叱蹋阂?guī)定樁頂高程在設(shè)計(jì)高水位以下1m左右，綜合考慮碼頭頂面高程及樁臺高度，樁頂?shù)母叱倘?.7m。1.4樁基設(shè)計(jì)與布置由《港口水工建筑物》中樁基布置原則：eq\o\ac(○,1)應(yīng)能充分發(fā)揮樁基承載力，且使同一樁臺下的各樁受力盡量均勻，使碼頭的沉降和不均勻沉降較?。籩q\o\ac(○,2)應(yīng)使整個(gè)碼頭工程的建設(shè)比較經(jīng)濟(jì)；eq\o\ac(○,3)應(yīng)考慮樁基施工的可能與方便。根據(jù)規(guī)范擬定：前門機(jī)梁下設(shè)置雙直樁，后門機(jī)梁下設(shè)置叉樁，叉樁傾斜度為3:1在雙直樁和叉樁之間設(shè)置一根直樁。排架中樁距取3.5m，兩端懸臂部分取2m。沿碼頭長度方向排架等間距布置，間距取6m，兩端懸臂部分均取1.25m。樁基為400mm*400mm預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土實(shí)心方樁，邊長為0.4m。圖1.1碼頭斷面圖圖1.2樁型圖1.5靠船構(gòu)件設(shè)計(jì)與布置沿碼頭前沿方向?qū)挾?m)=1；靠船構(gòu)件底部高程(m)=0.7；B1(m)=1；B2(m)=0.5；H1(m)=1.4；H2(m)=0.32.面板設(shè)計(jì)與計(jì)算2．1面板形式采用疊合板形式，預(yù)制部分為20mm,現(xiàn)澆部分為0.15mm。采用面板與面層分開現(xiàn)澆形式：現(xiàn)澆面層取0.05mm。2．2板的擱置形式與擱置長度采用固接的擱置形式，根據(jù)《港口水工建筑物》表4-2-2，面板擱置長度取15mm。2．3梁格布置根據(jù)《高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范JTJ291-98》中4.1.2的有關(guān)規(guī)定：兩邊支承兩邊自由的板可按單向板計(jì)算。四邊支承板，長邊與短邊的計(jì)算跨度之比大于或等于2時(shí)，可按單向板計(jì)算；長邊與短邊的計(jì)算跨度之比小于2時(shí)，可按雙向板計(jì)算。由于沿碼頭前沿方向的橫向排架中樁距是6m,沿碼頭寬度方向的樁距是3.5m，兩者之比小于2；面板是兩邊支承在橫梁上，兩邊支承在縱梁上，因此此處面板為雙向板。其自重及作用在其上面的均布荷載通過如圖2.1所示傳給縱、橫粱。圖2.1面板荷載傳遞圖其中QUOTEq=25×0.4=10kPa;3.縱梁設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1軌道梁計(jì)算3.1.1斷面設(shè)計(jì)根據(jù)《港口水工建筑物》可知縱梁的斷面形式有矩形、花籃形（含半花籃形）和QUOTEπ形形。由于此處擬定將縱梁擱置在橫梁上，縱梁采用花籃形斷面。縱梁的高度應(yīng)根據(jù)受力計(jì)算確定，而寬度主要由剪力計(jì)算確定。又根據(jù)一般規(guī)定可知縱梁的高度一般為90-120cm，寬度一般為30-50cm，此處擬定縱梁為花籃形斷面，寬度400，高度1200。詳見圖3.1。圖中：B=0.6mH=1.2mb1=0.4mh1=0.15mh2=0.15mh3=0.3m圖3.1縱梁斷面圖3.1.2縱梁擱置長度根據(jù)《港口水工建筑物》表4-2-2，縱梁擱置長度取20mm。3.1.3計(jì)算跨度本設(shè)計(jì)將縱梁設(shè)計(jì)為剛性支承連續(xù)梁，根據(jù)《高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范JTJ291-98》中4.2.1.2剛性支承連續(xù)梁的有關(guān)規(guī)定：彎矩計(jì)算中：當(dāng)時(shí)，QUOTEl0=l；當(dāng)時(shí)，QUOTEl0=1.05ln。式中：QUOTEl橫梁或樁帽中心距（m）；縱梁支座、橫梁或樁帽寬度（m）剪力計(jì)算：QUOTEl0=ln，式中：；。此處：其中，,；則：彎矩計(jì)算中：QUOTEl0=1.05ln=剪力計(jì)算中：QUOTEl0=ln=7.5m3.1.4計(jì)算荷載(1)永久荷載a.縱梁自重：b.面板傳遞力：如圖2.1對面板的支座反力：由于一根縱梁上作用兩塊板的力，所以為72.8875kN(2)可變荷載c.堆貨荷載:如圖2.1對通過面板面板傳遞可變荷載的支座力：,由于一根縱梁上作用兩塊板上的力，所以為223.125kNd.門機(jī)荷載：根據(jù)設(shè)計(jì)資料可知門機(jī)類型為QUOTEMh-4-25圖3.3門機(jī)荷載計(jì)算簡圖(3)荷載組合：a+b+c+d3.1.5內(nèi)力計(jì)算結(jié)果（每種組合類型下的作用效應(yīng)包絡(luò)值）a．承載能力極限狀態(tài)持久組合豎向位移跨截面位置豎向位移最大值最大效應(yīng)對應(yīng)的工況豎向位移最小值最小效應(yīng)對應(yīng)的工況1左端.92組合1-1.99組合11跨中.43組合1-1組合11右端0組合10組合12左端0組合10組合12跨中2.88組合1-.72組合12右端0組合10組合13左端0組合10組合13跨中1.97組合1-1.14組合13右端0組合10組合14左端0組合10組合14跨中2.12組合1-.91組合14右端0組合10組合15左端0組合10組合15跨中2.06組合1-.94組合15右端0組合10組合16左端0組合10組合16跨中2.06組合1-.92組合16右端0組合10組合17左端0組合10組合17跨中2.06組合1-.94組合17右端0組合10組合18左端0組合10組合18跨中2.12組合1-.91組合18右端0組合10組合19左端0組合10組合19跨中1.97組合1-1.14組合19右端0組合10組合110左端0組合10組合110跨中2.88組合1-.72組合110右端0組合10組合111左端0組合10組合111跨中.43組合1-1組合111右端.92組合1-1.99組合1剪力跨截面位置剪力最大值最大效應(yīng)對應(yīng)的工況剪力最小值最小效應(yīng)對應(yīng)的工況1左端375組合10組合11跨中484.72組合10組合11右端969.45組合10組合12左端0組合1-1575.44組合12跨中590.17組合1-267.04組合12右端1945.12組合10組合13左端0組合1-1805.31組合13跨中386.59組合1-439.51組合13右端1746.01組合10組合14左端0組合1-1761.71組合14跨中447.69組合1-422.9組合14右端1786.64組合10組合15左端0組合1-1774.12組合15跨中425.93組合1-429.19組合15右端1772.74組合10組合16左端0組合1-1773.38組合16跨中428.23組合1-428.23組合16右端1773.38組合10組合17左端0組合1-1772.74組合17跨中429.19組合1-425.93組合17右端1774.12組合10組合18左端0組合1-1786.64組合18跨中422.9組合1-447.69組合18右端1761.71組合10組合19左端0組合1-1746.01組合19跨中439.51組合1-386.59組合19右端1805.31組合10組合110左端0組合1-1945.12組合110跨中267.04組合1-590.17組合110右端1575.44組合10組合111左端0組合1-969.45組合111跨中0組合1-484.73組合111右端0組合1-375組合1彎矩跨截面位置彎矩最大值最大效應(yīng)對應(yīng)的工況彎矩最小值最小效應(yīng)對應(yīng)的工況1左端0組合10組合11跨中0組合1-268.67組合11右端0組合1-793.4組合12左端0組合1-793.4組合12跨中1674.56組合1-185.72組合12右端0組合1-1930.09組合13左端0組合1-1930.09組合13跨中1279.28組合1-368.78組合13右端0組合1-1751.77組合14左端0組合1-1751.77組合14跨中1316.58組合1-270.2組合14右端0組合1-1780.86組合15左端0組合1-1780.86組合15跨中1292.29組合1-280.31組合15右端0組合1-1770.54組合16左端0組合1-1770.54組合16跨中1296.93組合1-272.77組合16右端0組合1-1770.54組合17左端0組合1-1770.54組合17跨中1292.29組合1-280.31組合17右端0組合1-1780.86組合18左端0組合1-1780.86組合18跨中1316.58組合1-270.2組合18右端0組合1-1751.77組合19左端0組合1-1751.77組合19跨中1279.28組合1-368.78組合19右端0組合1-1930.09組合110左端0組合1-1930.09組合110跨中1674.56組合1-185.72組合110右端0組合1-793.4組合111左端0組合1-793.4組合111跨中0組合1-268.67組合111右端0組合10組合1b．正常使用極限狀態(tài)持久狀況的標(biāo)準(zhǔn)組合豎向位移跨截面位置豎向位移最大值最大效應(yīng)對應(yīng)的工況豎向位移最小值最小效應(yīng)對應(yīng)的工況1左端.56組合1-1.36組合11跨中.26組合1-.68組合11右端0組合10組合12左端0組合10組合12跨中1.98組合1-.39組合12右端0組合10組合13左端0組合10組合13跨中1.33組合1-.73組合13右端0組合10組合14左端0組合10組合14跨中1.45組合1-.56組合14右端0組合10組合15左端0組合10組合15跨中1.4組合1-.58組合15右端0組合10組合16左端0組合10組合16跨中1.4組合1-.57組合16右端0組合10組合17左端0組合10組合17跨中1.4組合1-.58組合17右端0組合10組合18左端0組合10組合18跨中1.45組合1-.56組合18右端0組合10組合19左端0組合10組合19跨中1.33組合1-.73組合19右端0組合10組合110左端0組合10組合110跨中1.98組合1-.39組合110右端0組合10組合111左端0組合10組合111跨中.26組合1-.68組合111右端.56組合1-1.36組合1剪力跨截面位置剪力最大值最大效應(yīng)對應(yīng)的工況剪力最小值最小效應(yīng)對應(yīng)的工況1左端250組合10組合11跨中333.77組合10組合11右端667.57組合10組合12左端0組合1-1084.14組合12跨中400.34組合1-167.77組合12右端1344.38組合10組合13左端0組合1-1246.12組合13跨中254.98組合1-294.85組合13右端1202.9組合10組合14左端0組合1-1214.72組合14跨中298.95組合1-281.2組合14右端1232.32組合10組合15左端0組合1-1223.61組合15跨中283.77組合1-286.25組合15右端1222.44組合10組合16左端0組合1-1222.99組合16跨中285.49組合1-285.49組合16右端1222.99組合10組合17左端0組合1-1222.44組合17跨中286.25組合1-283.77組合17右端1223.61組合10組合18左端0組合1-1232.32組合18跨中281.2組合1-298.95組合18右端1214.72組合10組合19左端0組合1-1202.9組合19跨中294.85組合1-254.98組合19右端1246.12組合10組合110左端0組合1-1344.38組合110跨中167.77組合1-400.34組合110右端1084.14組合10組合111左端0組合1-667.57組合111跨中0組合1-333.78組合111右端0組合1-250組合1彎矩跨截面位置彎矩最大值最大效應(yīng)對應(yīng)的工況彎矩最小值最小效應(yīng)對應(yīng)的工況1左端0組合10組合11跨中0組合1-182.44組合11右端0組合1-542.22組合12左端0組合1-542.22組合12跨中1152.95組合1-69.64組合12右端0組合1-1341.37組合13左端0組合1-1341.37組合13跨中874.29組合1-214.21組合13右端0組合1-1211.41組合14左端0組合1-1211.41組合14跨中903.22組合1-142.44組合14右端0組合1-1233.76組合15左端0組合1-1233.76組合15跨中885.92組合1-150.83組合15右端0組合1-1226.14組合16左端0組合1-1226.14組合16跨中889.38組合1-145.26組合16右端0組合1-1226.14組合17左端0組合1-1226.14組合17跨中885.92組合1-150.83組合17右端0組合1-1233.76組合18左端0組合1-1233.76組合18跨中903.22組合1-142.44組合18右端0組合1-1211.41組合19左端0組合1-1211.41組合19跨中874.29組合1-214.21組合19右端0組合1-1341.37組合110左端0組合1-1341.37組合110跨中1152.95組合1-69.64組合110右端0組合1-542.22組合111左端0組合1-542.22組合111跨中0組合1-182.44組合111右端0組合10組合13.2一般縱梁計(jì)算3.2.1斷面設(shè)計(jì)同軌道梁，即：為花籃形斷面，寬度400，高度1200。詳見圖3.1。3.2.2計(jì)算跨度同軌道梁，即：彎矩計(jì)算中：QUOTEl0=1.05ln=剪力計(jì)算中：QUOTEl0=ln=7.5m3.2.3計(jì)算荷載(1)永久荷載a.縱梁自重：b.面板傳遞力：如圖2.1對面板的支座反力：由于一根縱梁上作用兩塊板的力，所以為72.8875kN(2)可變荷載c.堆貨荷載:如圖2.1對通過面板面板傳遞可變荷載的支座力：,由于一根縱梁上作用兩塊板上的力，所以為223.125kN(3)荷載組合：a+b+c承載能力極限狀態(tài)持久組合編號組合內(nèi)容1永久荷載+件雜貨荷載1+門機(jī)1正常使用極限狀態(tài)持久狀況的標(biāo)準(zhǔn)組合編號組合內(nèi)容1永久荷載+件雜貨荷載1+門機(jī)13.2.4內(nèi)力計(jì)算結(jié)果【同軌道梁】（每種組合類型下的作用效應(yīng)包絡(luò)值）a．承載能力極限狀態(tài)持久組合b．正常使用極限狀態(tài)持久狀況的標(biāo)準(zhǔn)組合4.橫梁的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1斷面設(shè)計(jì)根據(jù)《港口水工建筑物》第四章高樁碼頭第二節(jié)可知橫梁的橫斷面形式一般矩形、倒T形、花籃形和倒梯形四種，其中前三種主要用于前方樁臺的橫梁。此處擬定的縱梁為花籃形且將擱置在橫梁上，因此擬定橫梁斷面形式為倒T形。結(jié)構(gòu)采用整體現(xiàn)澆形式，從而此處可以不設(shè)樁帽，下橫梁尺寸按照樁帽的標(biāo)準(zhǔn)考慮。橫梁斷面為倒梯形T形斷面形式，下橫梁為矩形斷面寬1200，高度800；上橫梁為矩形斷面，寬度400，高度1200根據(jù)《港口水工建筑物》第四章高樁碼頭第二節(jié)可知橫梁的寬度根據(jù)計(jì)算確定，并應(yīng)考慮縱梁或板的擱置長度等構(gòu)造要求，現(xiàn)澆混凝土橫梁尚應(yīng)考慮打樁偏位的影響，倒T型橫梁的上橫梁寬約為35-45cm，高度一般為80-150cm。下橫梁寬度一般為90-120cm，高度一般為60-80cm。故本設(shè)計(jì)擬定倒T形梁斷面尺寸為：下橫梁高800mm，寬1200mm；上橫梁高1200mm，寬400mm。圖中：B=1.2mH=2mb1=0.4mh1=0.8m圖4.1橫梁截面圖(單位:mm)4.2計(jì)算跨度高樁碼頭的結(jié)構(gòu)分段是一個(gè)空間整體結(jié)構(gòu)。按空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算的方法尚在發(fā)展中，但由于本設(shè)計(jì)采用的是板梁式高樁碼頭，它的結(jié)構(gòu)布置和受荷條件各排架（邊排架除外）基本上是相同的，可按縱向和橫向兩個(gè)平面進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算。故本設(shè)計(jì)取一個(gè)橫向排架作為計(jì)算單元，計(jì)算跨度等于橫向排架的跨度即為14.5m。4.3計(jì)算荷載（1）永久荷載a.橫梁自重：b.面板自重—橫梁：如圖2.1QUOTE12×25×橫梁對面板的支座反力：由于一根橫梁上作用兩塊板的力，所以為120.05kNc.面板自重—縱梁—橫梁：面板—軌道梁橫梁橫梁對面板傳遞到重量上的力的支座反力：由于一根橫梁上作用兩塊板的力，所以為72.kN2）面板—一般縱梁—橫梁：橫梁對面板傳遞到重量上的力的支座反力：由于一根橫梁上作用兩塊板的力，所以為72.kNd.縱梁自重—橫梁：（2）可變荷載e.堆貨荷載—橫梁：f.堆貨荷載—縱梁—橫梁：1）堆貨荷載—一般縱梁—橫梁：2）堆貨荷載—軌道梁—橫梁：g.門機(jī)滾動(dòng)荷載—軌道梁—橫梁：根據(jù)軌道梁計(jì)算結(jié)果，可得F=818.76KN。永久荷載圖散貨荷載圖h.船舶撞擊力:R=280KN，作用在設(shè)計(jì)低水位附近，設(shè)計(jì)低水位標(biāo)高為0.2m。作用位置撞擊力名稱作用點(diǎn)高程(m)撞擊力(kN)碼頭前部船舶靠岸撞擊力10.3280船舶撞擊力作用圖i.船舶系纜力:N=170KN,作用在軌頂面以上0.5m,即4.6m處。作用位置系纜力名稱系纜力N(kN)α(°)β(°)作用點(diǎn)高程(m)離碼頭對應(yīng)邊沿距離DL(m)碼頭前部船舶系纜力117015304.60.5船舶系纜力作用圖（3）作用組合1）a+b+c+d+e+f+g+i2）a+b+c+d+e+hA．施工期組合承載能力極限狀態(tài)短暫狀況作用效應(yīng)的短暫組合編號組合內(nèi)容1永久荷載2永久荷載+施工均布荷載正常使用極限狀態(tài)持久狀況的頻遇組合編號組合內(nèi)容1永久荷載2永久荷載+施工均布荷載B．使用期組合承載能力極限狀態(tài)持久狀況作用效應(yīng)的持久組合編號組合內(nèi)容1永久荷載2永久荷載+件雜貨、集裝箱荷載1+門機(jī)1+船舶系纜力13永久荷載+件雜貨、集裝箱荷載1+門機(jī)1+船舶靠岸撞擊力1正常使用極限狀態(tài)持久狀況的標(biāo)準(zhǔn)組合編號組合內(nèi)容1永久荷載2永久荷載+件雜貨、集裝箱荷載1+門機(jī)1+船舶系纜力13永久荷載+