高樁碼頭課程設計計算書

1、目 錄第一章 設計資料11.1 碼頭用途11.2 工藝要求11.3自然條件1地形11.3.2 原有護岸情況1地基土壤物理力學性質(zhì)指標21.3.4 水位31.4 建材供應31.5 施工條件31.6 碼頭規(guī)劃尺度3第二章 碼頭結(jié)構(gòu)選型4第三章 碼頭結(jié)構(gòu)布置及構(gòu)造53.1 碼頭結(jié)構(gòu)總尺度的確定5碼頭結(jié)構(gòu)的寬度53.1.2 碼頭結(jié)構(gòu)沿碼頭長度方向的分段53.1.3 樁頂高程53.2 碼頭上工藝設備的型式及布置53.2.1 門機軌道的布置53.2.2 工藝管溝的位置和尺寸53.2.3 系船柱的型式和布置63.2.4 橡膠防沖設備的型式和布置63.2.5 護輪檻73.3碼頭上部結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的布置和型式83.3

2、.1 橫向排架83.3.2 縱梁93.3.3 面板和面層93.3.4 靠船構(gòu)件103.4 基樁的布置及構(gòu)造113.4.1 橫向排架中樁的布置11樁的縱向布置113.4.3 樁的構(gòu)造113.4.4 樁帽的構(gòu)造11第四章 碼頭荷載134.1 永久荷載134.1.1 永久荷載計算圖示134.1.2 永久荷載的計算134.2 可變荷載144.2.1 船舶荷載144.2.2 堆貨荷載164.2.3 門機荷載174.3 作用效應組合設計值的確定18第五章 橫向排架計算205.1 計算基本假定205.2 樁的剛性系數(shù)205.3 樁上荷載及符號定義225.4 樁頂?shù)淖兾?25.5 樁頂斷面的內(nèi)力235.6 靜

3、力平衡方程235.7 基樁承載力驗算24第六章 附件26(1) 高樁碼頭平面圖與立面圖.26（2）高樁碼頭斷面圖.26 第一章 設計資料1.1 碼頭用途擬設計的碼頭系天津港所屬船舶修理廠的配套工程之一，供待修船舶系靠、檢修、修理和新建船舶舾裝之用。1.2 工藝要求滿足主機馬力為1900HP，長45.79米寬9.8米型深5.0米，最大吃水4.5米港作拖輪停靠和修理要求，滿足長度為67.52米載重量1000噸，滿載排水量為1830噸供游輪?？恳?。滿足軌距為10.5米，起重量為10噸，荷載代號為Mh-4-25門座起重機（1臺）在碼頭上作業(yè)的要求。滿足自重為23.8噸，最大其中量為16.8噸，使用吊

4、重為9噸（打支腿工作）的Q161型輪胎吊在碼頭上作業(yè)的要求。滿足碼頭上堆置15kN/m2的負荷要求。碼頭前沿設兩條工藝管溝，一條供敷設水、乙炔、壓縮空氣之用，一條供敷設電纜用。碼頭前沿設置供船舶和電焊機使用的供電箱4個和供門機使用的供電箱1個。碼頭前沿設置船樁和防沖設備以供船舶安全方便系靠。1.3自然條件地形修船碼頭位于海河下游左側(cè)凹岸內(nèi)，現(xiàn)有岸坡穩(wěn)定，水深無明顯變化。 原有護岸情況現(xiàn)有護岸為木樁基L型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橫斷面如圖1-1所示，經(jīng)唐山大地震考驗，安全可靠可繼續(xù)使用，護岸前岸坡平均坡度為1：5。圖1-1 原有護岸的橫斷面圖地基土壤物理力學性質(zhì)指標地基土壤物理力學性質(zhì)指標見表1-1：土

5、層標高（）土的名稱天然含水量濕重度孔隙比固結(jié)快剪樁側(cè)極限摩阻力以上泥質(zhì)亞粘土深灰色粘土深灰色亞粘土黃褐色粘土表1-1 地基土壤物理力學性質(zhì)指標 當樁尖打至以下時，樁端極限阻力。 水位設計高水位：+3.50米；設計低水位：+1.00米； 平均水位：+2.20米。1.4 建材供應鋼筋、水泥、木材按計劃滿足供應，鋼筋品種、規(guī)格按實際構(gòu)造需要選用，橡膠防沖設備可采用天津市工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品，砂石料由外地供應宜節(jié)約使用。1.5 施工條件碼頭施工可委托一航局一公司承擔，該公司技術力量雄厚，施工經(jīng)驗豐富，有規(guī)模大、機械化程度高的構(gòu)件預制廠，能制作各種規(guī)格的鋼筋混凝土和預應力混凝土構(gòu)件(樁、梁、板、靠船物件等)有

6、大型和小型的起重運輸機械和各種工程船舶(打樁船、起重船、拖輪、駁船等)可滿足施工需要。1.6 碼頭規(guī)劃尺度碼頭平行于護岸布置，碼頭前沿線距鋼筋混凝土L型擋土墻32.5m。碼頭長90m，碼頭寬度可根據(jù)使用要求和選用的結(jié)構(gòu)形式確定。碼頭前沿標高+4.5M碼頭前水深-4.0M。第二章 碼頭結(jié)構(gòu)選型 天津港海岸地貌為淤泥質(zhì)海岸類型，土質(zhì)較軟，多為粘性土壤，承載能力差，適合打樁，故選用高樁碼頭。 由此碼頭的用途和工藝要求可知，碼頭上部結(jié)構(gòu)中除了面板、靠船構(gòu)件等主要組成外，還應布置工藝管溝和門機軌道梁等。所以對于其上部結(jié)構(gòu)，承臺式適用于水位變化較大，且岸坡土質(zhì)較好的情況；無梁板式只能采用非預應力面板，且跨

7、度不宜太大，樁的承載力不能充分發(fā)揮，碼頭面不能承受集中荷載；桁架式構(gòu)造復雜，易損壞，難維修，造價往往就高。 梁板式高樁碼頭將碼頭面上的堆貨荷載和流動機械荷載通過面板傳給縱梁和橫梁；門機荷載直接由門機軌道梁承受；作用在靠船構(gòu)件和系船柱塊體上的船舶荷載通過橫梁傳給樁基，故梁板式碼頭各構(gòu)件受力合理明確；由于采用預應力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，提高了構(gòu)件抗裂性能，減少了鋼筋用量；橫向排架跨度大，樁的承載力能充分發(fā)揮，裝配程度高，施工速度較承臺式和桁架式快；因橫梁位置較低，靠船構(gòu)件的懸臂長度較無梁板式短；適用于荷載較大且復雜的大型海港碼頭。故此碼頭上部結(jié)構(gòu)采用梁板式。由于此地區(qū)地基中軟土層較厚、土質(zhì)差，且土坡已經(jīng)

8、較為穩(wěn)定，所以可以建造寬樁臺式高樁碼頭，這樣既可以保證碼頭建筑物的整體穩(wěn)定性，還可以減少填方。由于碼頭寬度較大，通常將整個碼頭結(jié)構(gòu)用縱向變形縫分成前后樁臺。第三章 碼頭結(jié)構(gòu)布置及構(gòu)造3.1 碼頭結(jié)構(gòu)總尺度的確定3.1.1碼頭結(jié)構(gòu)的寬度由于本碼頭采用寬樁臺式高樁碼頭，碼頭結(jié)構(gòu)寬度較大，而在此寬度內(nèi)前后區(qū)域所受的荷載差異較大，故把碼頭用縱向變形縫分為前方樁臺和后方樁臺。前方樁臺的寬度一般采用碼頭前沿地帶的寬度，此碼頭的碼頭前沿地帶設有寬度為的門機，且從碼頭前沿線到門機后軌外處的范圍內(nèi)。故碼頭前沿地帶寬度為，且門機軌道下分別設有縱梁。后方樁臺寬度取為。3.1.2 碼頭結(jié)構(gòu)沿碼頭長度方向的分段為避免在

9、結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生過大的溫度應力和沉降應力，沿碼頭長度方向設置變形縫。變形縫的寬度取為，變形縫內(nèi)用泡沫塑料的功能柔性材料填充，以保證結(jié)構(gòu)自由伸縮。本碼頭長度為，采用梁板式高樁碼頭，故變形縫的間距取為。變形縫的形式取為懸臂梁式，懸臂的長度取為1.5m。為防止相鄰兩分段水平位移不一致，造成軌道錯牙，變形縫在平面上應作成凹凸形，凹凸縫的齒高為。 樁頂高程 樁頂高程為+2.67。3.2 碼頭上工藝設備的型式及布置 門機軌道的布置門機軌道布置在碼頭的前方樁臺的縱梁上，從碼頭前沿線到門機后軌外的距離為。 工藝管溝的位置和尺寸此碼頭為舾裝碼頭，在碼頭前沿應設置兩條管溝，一條供鋪設電纜和提供壓縮乙炔用，另一條供為船舶

10、供水和提供壓縮空氣和氧氣的管線。對于高樁碼頭，管溝的位置一般設置在碼頭前沿靠船構(gòu)件和前縱梁之間，在系船柱下方，兩條管溝之間用墻開。采用小尺寸管溝，管溝的寬度為，深度為。上面蓋設厚度為，寬度為的蓋板，下部鋪設的底板。管溝底板接于靠船構(gòu)件上，厚度為。為排除管溝內(nèi)積水，在管溝底部設置排水孔。管溝的尺寸如圖3-1： 圖3-1 工藝管溝結(jié)構(gòu)圖 系船柱的型式和布置本碼頭應滿足載重量為的船舶，故船舶系纜力的下限值為，選擇級，在距碼頭前沿處設置，系船柱之間的間距取為，沿碼頭長度方向布置個。選用單擋檐型，底盤形狀選為方形，柱殼材料選為鑄鐵。系船柱的形式如圖3-2： 圖3-2 系船柱的型式及尺寸 橡膠防沖設備的型

11、式和布置由于海水腐蝕性強，同時船舶的尺度較大，故采用橡膠護舷。由于D形橡膠護舷具有吸收能量大，反力適中，安裝與維修方便，護舷底寬較小等優(yōu)點，故在本碼頭中選用D形橡膠護舷。船舶靠岸時的有效撞擊能量：式中：有效動能系數(shù)，取為。 船舶的質(zhì)量， 船舶靠岸時的法向速度，求得：,船舶一般是斜靠碼頭，因此船舶的撞擊能量通常是考慮由一個護舷吸收，故選用D形橡膠護舷。護舷尺寸如圖3-3：圖3-3 D形橡膠護舷橡膠護舷的布置應滿足船舶在各種水位和不同吃水條件下的安全靠泊，沿碼頭前沿立面豎向間端布置，船舶滿載吃水時的干舷高度為，而設計高水位與設計低水位之差為，故在靠船構(gòu)件上設置3排橡膠護舷，高程分別為：、。 護輪檻

12、 護輪檻斷面尺寸為。3.3碼頭上部結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的布置和型式 橫向排架.1 前方樁臺前方樁臺的橫向排架間距取為，兩側(cè)懸臂的長度為，每分段設置組橫向排架。.2 后方樁臺后方樁臺的橫向排架間距取為，兩側(cè)懸臂長度為，每分段設置組橫向排架。.3 橫梁的構(gòu)造前方樁臺橫梁的橫斷面形式采用到T形，下部預制的預應力結(jié)構(gòu)，上部采用現(xiàn)澆形式，構(gòu)成現(xiàn)場疊合式結(jié)構(gòu)。為使樁帽伸出的鋼筋穿入預制的下橫梁，在橫梁的端部預留橢圓形安裝孔，其長軸(沿梁長方向)和短軸的長度分別為和。橫梁寬度取為。斷面結(jié)構(gòu)尺寸見圖3-4：圖3-4 橫梁的結(jié)構(gòu)尺寸圖后方樁臺為了減小梁的寬度又滿足板的擱置長度，采用倒梯形斷面。橫梁寬度取為。橫梁高度取為。

13、縱梁.1 縱梁的布置本碼頭為只設門機不設鐵路的梁板式碼頭，所以在前方樁臺的門機軌道下設置兩個縱梁。后方樁臺不設縱梁。.2 縱梁的構(gòu)造縱梁的橫斷面采用空心矩形斷面，選用下部預應力結(jié)構(gòu)預制，上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆的疊合梁型式?？v梁高度取為，寬度取為。縱梁構(gòu)件如圖3-5：圖3-5 縱梁的構(gòu)造圖 面板和面層面板采用疊合式的實心板，下部分為預應力的預制結(jié)構(gòu)，上半部分現(xiàn)澆。在預制部分的表面做成齒坎型。板的厚度為，其中預制部分的厚度為，現(xiàn)澆部分厚度為。前方樁臺板長取為，板寬為。后方樁臺板長為，板寬為。為防止面板鋼筋銹蝕和下面保護層脫落，在面板內(nèi)設置排氣孔，直徑為，間距為。面板的斷面如圖3-6：圖3-6 實心板的斷面形

14、式本碼頭采用疊合板，故面層與面板一起澆筑，面層的厚度為。為防止面層混凝土在氣溫變化時引起膨脹或收縮而產(chǎn)生裂縫，故在面層上設置豎向不貫通的伸縮縫?？p寬，縫深，用聚乙烯填充?？p的間距取為。面層做排水坡，坡度為。 靠船構(gòu)件本碼頭為舾裝碼頭，為使沿碼頭長度方向有全面的防護，小船不致誤入碼頭下面，防護樁免受冰凌或其他漂浮物的撞擊，碼頭的靠船構(gòu)件采用懸臂板式。懸臂板式靠船構(gòu)件由懸臂版、胸墻板和水平縱梁組成，每兩個橫向排架之間設置一塊靠船構(gòu)件。懸臂板在預制場整體預制，運到現(xiàn)場安裝，并與橫梁整體連接。兩個靠船構(gòu)件在施工水位上的連接在現(xiàn)場澆筑，使其在碼頭方向連成整體?？看瑯?gòu)件斷面圖如圖3-7：圖3-7 靠船構(gòu)件

15、斷面圖3.4 基樁的布置及構(gòu)造 橫向排架中樁的布置前方樁臺本碼頭上含有門座起重機，在靠海一側(cè)門機軌道梁下直接布置雙直樁，在后門機梁下布置一組叉樁，叉樁的坡度取用為。在前后軌道梁的中間布置一根直樁，樁距為。后方樁臺在橫向排架下設置五組直樁，直樁間距為4m，后方樁臺不設叉樁。樁的縱向布置 在碼頭中間的結(jié)構(gòu)分段，一側(cè)在有約束設置一根直樁，在無約束一側(cè)設置一組縱向半叉樁。在試車系船柱的下面設置縱向叉樁。 樁的構(gòu)造 本設計中采用預應力鋼筋混凝土空心方樁，方樁的斷面尺寸取為，空心直徑為200mm，混凝土標號采用C40。樁尖段的長度為，取為，樁尖寬度為，取為；樁頭段的長度為。樁長：打樁深度為對于直樁：樁長對

16、于叉樁：樁長=圖3-8 樁的結(jié)構(gòu)圖 樁帽的構(gòu)造 樁帽采用現(xiàn)澆混凝土，在本設計中采用方形樁帽，樁帽高度為。對于尺寸為的單樁，樁帽底面尺寸為，樁帽頂面尺寸為。樁帽的形式及斷面尺寸如圖3-9：圖3-9 單樁樁帽的形式與尺寸對于雙直樁和叉樁上樁帽，樁帽底面尺寸為，樁帽頂面尺寸為。樁帽的形式及斷面尺寸如圖3-10：圖3-10 雙樁樁帽的形式和尺寸第四章 碼頭荷載4.1 永久荷載 永久荷載計算圖示永久荷載包括面層、面板、橫縱梁等構(gòu)件的自重?？紤]到面板和面層的重力均由橫梁承擔。圖4-1 永久荷載的計算圖示 永久荷載的計算1、面層自重 2、面板自重 3、橫梁自重4、縱梁自重 5、管溝蓋板自重 6、靠船構(gòu)件自重

17、 7、管溝隔板自重8、管溝底板9、管溝下梁系船柱跟橡膠護舷的自重不計。作用在橫向排架上的永久荷載集中力為：橫向排架上永久荷載集中力矩為：4.2 可變荷載 船舶荷載.1 作用在船舶上的風荷載作用在船舶上的風壓力的橫向分力和縱向分力可按下式計算：風壓力的橫向分力（垂直于碼頭前沿線）：風壓力的縱向分力（平行于碼頭前沿線）：其中：作用在船舶上的計算風壓力的橫向分力作用在船舶上的計算風壓力的縱向分力風壓不均勻折減系數(shù)，設計船長為，故取。風壓高度變化修正系數(shù)，由港口工程荷載規(guī)范查得：。、船體水面以上橫向受風面積和縱向受風面積對于油輪受風面積采用如下公式計算：其中為船舶載重量，為，代入上式解得：，、計算風速

18、的橫向分量和縱向分量基本風壓公式：由港口工程荷載規(guī)范，計算得：?？紤]最不利情況，假設其完全為橫風時：，計算得：.2 船舶系纜力 船舶系纜力采用以下公式計算：式中：可能出現(xiàn)的風和水流對船舶作用產(chǎn)生的橫向分力總和?？赡艹霈F(xiàn)的風和水流對船舶作用產(chǎn)生的縱向分力總和。系船柱受力分布不均勻系數(shù)，其中系船柱數(shù)目，故。計算船舶同時受力的系船柱的數(shù)目，船舶總長為，故，系船柱間距為。系船纜的水平投影與碼頭前沿線的夾角，在本碼頭的計算中，采用。系船纜與水平面的夾角，本碼頭計算中，采用。 計算得： 橫梁的中性軸為的作用點距橫梁中性軸為：故：.3 船舶撞擊力船舶靠岸時，船舶的撞擊動能用下式計算：式中：法向速度，根據(jù)規(guī)范

19、查得其值約在之間，取為。 船舶質(zhì)量，。 有效動能系數(shù)，約在之間，取為。則： 根據(jù)規(guī)范，查表得：，船舶撞擊力的作用點距中和軸為：，故：作用在橫梁的彎矩為： 堆貨荷載設計碼頭堆貨荷載，傳遞給橫梁的分布荷載為： 門機荷載 門機荷載為主導可變荷載，堆貨荷載和船舶撞擊力為非主導可變荷載。取門機起重臂與碼頭前沿線平行時計算，由結(jié)構(gòu)力學求解器求得結(jié)點,1,0,0結(jié)點,2,7,0結(jié)點,3,14,0結(jié)點,4,21,0結(jié)點,5,28,0結(jié)點,6,35,0單元,1,2,1,1,1,1,1,1單元,2,3,1,1,1,1,1,1單元,3,4,1,1,1,1,1,1單元,4,5,1,1,1,1,1,1單元,5,6,1,

20、1,1,1,1,1結(jié)點支承,1,3,0,0,0結(jié)點支承,2,1,0,0結(jié)點支承,3,1,0,0結(jié)點支承,4,1,0,0結(jié)點支承,4,1,0,0結(jié)點支承,5,1,0,0結(jié)點支承,6,1,0,0單元材料性質(zhì),1,5,10000,100,0,0,-1影響線參數(shù),-2,2,1,34.3 作用效應組合設計值的確定永久荷載包括面層、面板、橫縱梁的那個構(gòu)件的自重，門機荷載為主導可變荷載，堆貨荷載和船舶荷載為非主導荷載。作用效應組合設計值按下式確定：式中：結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，設碼頭安等級為二級，故取為1.0； 永久作用分項系數(shù)，其值為1.2； 可變作用組合系數(shù)，其值為0.7； 主導可變作用分項系數(shù)，取門機荷載作為

21、主導可變作用，系數(shù)取為1.5； 可變作用分項系數(shù)，船舶撞擊力取為1.5。由作用與作用效應得線性關系，對荷載進行組合簡化得：第五章 橫向排架計算5.1 計算基本假定1. 結(jié)構(gòu)分段的長度與寬度之比為，縱向平面剛度相對較小，各橫向排架基本上是獨立工作的；2. 分段內(nèi)各橫向排架的間距和結(jié)構(gòu)相同；3. 各橫向排架的承荷條件和能力相同。4. 樁臺為剛性樁臺，假設樁與樁臺為鉸接，樁臺剛度很大，橫向排架受力后，樁臺只發(fā)生變位，沒有變形。5.2 樁的剛性系數(shù)本碼頭采用的摩擦樁，樁頂?shù)妮S向位移由樁自由長度段的材料彈性變形和樁的入土變形兩部分組成，其中入土段的變形包括入土段樁的材料變形和樁尖下沉。樁的等效剛性系數(shù)為

22、：其他剛性系數(shù)：其中：式中：樁自由長度，各樁不同樁材料彈性模量，為樁截面的面積，對于的樁為樁入土段的剛度系數(shù)，其中，取。 截面慣性矩，取系數(shù)，為水平地基系數(shù)沿深度增大的比例系數(shù)，取為5000，取。 樁的工作寬度，采用兩倍的實際樁寬。利用上面的公式計算出的各樁的剛性系數(shù)列于表5-1樁號123455.675.464.54.083.412.64E+072.64E+072.64E+072.64E+072.64E+072.00E+052.00E+052.00E+052.00E+052.00E+050.27110.27110.27110.27110.27110.0075470.0075470.007547

23、0.0075470.0075470.487750.487750.487750.487750.487752.42972.42972.42972.42972.4297-1.6197-1.6197-1.6197-1.6197-1.6197-1.7469-1.7469-1.7469-1.7469-1.74691.38E-031.29E-039.29E-047.97E-046.14E-044.64E-054.54E-054.06E-053.85E-053.51E-052.17E-042.07E-041.66E-041.49E-041.25E-041.75E+051.76E+051.80E+051.81E

24、+051.84E+052.75E+032.93E+033.99E+034.60E+035.86E+031.28E+041.34E+041.63E+041.79E+042.08E+048.15E+048.31E+049.14E+049.54E+041.02E+05表5-1 剛性系數(shù)計算表5.3 樁上荷載及符號定義作用在樁臺上的垂直合力，其值為：作用在樁臺上的水平合力，其值為：外荷載對坐標原點的總力矩，其值為：各樁頂距坐標原點O的距離，水平向左為正；各樁軸線與垂線間的夾角（°），順時針為正；樁臺水平位移，水平向左為正；樁臺在坐標原點處的豎向位移，豎直向下為正；樁臺轉(zhuǎn)角樁的軸向力，壓為正（

25、kN）；樁頂剪力（kN），水平向左為正；樁頂彎矩（kNm），逆時針為正。5.4 樁頂?shù)淖兾挥捎跇杜_不變形，所以樁臺變位后各樁樁頂?shù)南鄬ξ恢貌蛔?。各樁樁頂變位如下：水平位移豎向位移轉(zhuǎn)角樁頂軸向變位樁頂法向變位5.5 樁頂斷面的內(nèi)力樁頂軸向力樁頂剪力樁頂彎矩 5.6 靜力平衡方程式中： 將H、V、M0帶入上式，解得： 將解得的、帶入樁頂斷面的內(nèi)力計算公式，列于表5-2中：樁號12345a-0.00104-0.00104-0.00104-0.00104-0.00104b00.0045270.0045270.0045270.0045270.00452c0.0006260.0006260.0006260.0006260.00062CeN172811.91173524.19177659.29179531.02182599.Xn10.510.55.2500an-0.00104-0.00104-0.00104-0.00104-0.00104bn0.0