《港口工程學》課程設計設計計算書

-18-《港口工程學》課程設計設計計算書1.碼頭總體設計1.1碼頭泊位長度確定根據《海港總平面設計規(guī)范JTJ291-98》的有關規(guī)定：4.3.6：碼頭泊位長度，應滿足船舶安全靠離作業(yè)和系纜的要求。對有掩護港口的碼頭，其單個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)布置中首先建設的碼頭，其長度按單泊位計算。富裕長度d根據船長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結構寬度：碼頭結構總寬度主要取決于岸坡的穩(wěn)定性和擋土結構位置。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；擋土結構采用重力式擋土墻，再結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構的總寬度約為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，后方樁臺與擋土結構之間的變形縫間距為2mm。②結構沿碼頭長度方向的分段：為避免在結構中產生過大的濕度應力和沉降應力，沿碼頭長度方向隔一定距離應設置變形縫。從結構沿碼頭長度可分為2段，每段長56.5m，每個結構段的兩端做成懸臂式上部結構，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。由于根據設計要求整個碼頭沿變形縫分為兩個樁臺，兩個樁臺的受力方式基本相同，所以計算時只算一個樁臺。兩個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)定樁頂高程在設計高水位以下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樁基設計與布置由《港口水工建筑物》中樁基布置原則：eq\o\ac(○,1)應能充分發(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小；eq\o\ac(○,2)應使整個碼頭工程的建設比較經濟；eq\o\ac(○,3)應考慮樁基施工的可能與方便。根據規(guī)范擬定：前門機梁下設置雙直樁，后門機梁下設置叉樁，叉樁傾斜度為3:1在雙直樁和叉樁之間設置一根直樁。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預應力鋼筋混凝土實心方樁，邊長為0.4m。圖1.1碼頭斷面圖圖1.2樁型圖1.5靠船構件設計與布置沿碼頭前沿方向寬度(m)=1；靠船構件底部高程(m)=0.7；B1(m)=1；B2(m)=0.5；H1(m)=1.4；H2(m)=0.32.面板設計與計算2．1面板形式采用疊合板形式，預制部分為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《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《高樁碼頭設計與施工規(guī)范JTJ291-98》中4.1.2的有關規(guī)定：兩邊支承兩邊自由的板可按單向板計算。四邊支承板，長邊與短邊的計算跨度之比大于或等于2時，可按單向板計算；長邊與短邊的計算跨度之比小于2時，可按雙向板計算。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.縱梁設計與計算3.1軌道梁計算3.1.1斷面設計根據《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?？v梁的高度應根據受力計算確定，而寬度主要由剪力計算確定。又根據一般規(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《港口水工建筑物》表4-2-2，縱梁擱置長度取20mm。3.1.3計算跨度本設計將縱梁設計為剛性支承連續(xù)梁，根據《高樁碼頭設計與施工規(guī)范JTJ291-98》中4.2.1.2剛性支承連續(xù)梁的有關規(guī)定：彎矩計算中：當時，QUOTEl0=l；當時，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）剪力計算：QUOTEl0=ln，式中：；。此處：其中，,；則：彎矩計算中：QUOTEl0=1.05ln=剪力計算中：QUOTEl0=ln=7.5m3.1.4計算荷載(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.門機荷載：根據設計資料可知門機類型為QUOTEMh-4-25圖3.3門機荷載計算簡圖(3)荷載組合：a+b+c+d3.1.5內力計算結果（每種組合類型下的作用效應包絡值）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對應的工況豎向位移最小值最小效應對應的工況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對應的工況剪力最小值最小效應對應的工況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對應的工況彎矩最小值最小效應對應的工況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)持久狀況的標準組合豎向位移跨截面位置豎向位移最大值最大效應對應的工況豎向位移最小值最小效應對應的工況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對應的工況剪力最小值最小效應對應的工況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對應的工況彎矩最小值最小效應對應的工況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13.2一般縱梁計算3.2.1斷面設計同軌道梁，即：為花籃形斷面，寬度400，高度1200。詳見圖3.1。3.2.2計算跨度同軌道梁，即：彎矩計算中：QUOTEl0=1.05ln=剪力計算中：QUOTEl0=ln=7.5m3.2.3計算荷載(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容1永久荷載+件雜貨荷載1+門機1正常使用極限狀態(tài)持久狀況的標準組合編號組合內容1永久荷載+件雜貨荷載1+門機13.2.4內力計算結果【同軌道梁】（每種組合類型下的作用效應包絡值）a．承載能力極限狀態(tài)持久組合b．正常使用極限狀態(tài)持久狀況的標準組合4.橫梁的設計與計算4.1斷面設計根據《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。結構采用整體現(xiàn)澆形式，從而此處可以不設樁帽，下橫梁尺寸按照樁帽的標準考慮。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《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計算確定，并應考慮縱梁或板的擱置長度等構造要求，現(xiàn)澆混凝土橫梁尚應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。故本設計擬定倒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計算跨度高樁碼頭的結構分段是一個空間整體結構。按空間結構進行計算的方法尚在發(fā)展中，但由于本設計采用的是板梁式高樁碼頭，它的結構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平面進行結構內力計算。故本設計取一個橫向排架作為計算單元，計算跨度等于橫向排架的跨度即為14.5m。4.3計算荷載（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.門機滾動荷載—軌道梁—橫梁：根據軌道梁計算結果，可得F=818.76KN。永久荷載圖散貨荷載圖h.船舶撞擊力:R=280KN，作用在設計低水位附近，設計低水位標高為0.2m。作用位置撞擊力名稱作用點高程(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(°)作用點高程(m)離碼頭對應邊沿距離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)短暫狀況作用效應的短暫組合編號組合內容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)持久狀況作用效應的持久組合編號組合內容1永久荷載2永久荷載+件雜貨、集裝箱荷載1+門機1+船舶系纜力13永久荷載+件雜貨、集裝箱荷載1+門機1+船舶靠岸撞擊力1正常使用極限狀態(tài)持久狀況的標準組合編號組合內容1永久荷載2永久荷載+件雜貨、集裝箱荷載1+門機1+船舶系纜力13永久荷載+