高樁碼頭課設

高樁碼頭課程設計系別建工系專業(yè)港口航道與海岸工程年級2011級姓名學號指導教師2014年12月目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"課程設計目的 1\o"CurrentDocument"設計資料 1\o"CurrentDocument"碼頭用途 1\o"CurrentDocument"工藝要求 1\o"CurrentDocument"靠泊作業(yè)船舶要求 1\o"CurrentDocument"起重機作業(yè)要求 1\o"CurrentDocument"堆貨荷載要求 1碼頭設施 1\o"CurrentDocument"自然條件 1\o"CurrentDocument"地理位置 1地質條件 2\o"CurrentDocument"水位資料 3\o"CurrentDocument"施工條件 3\o"CurrentDocument"碼頭規(guī)劃尺度 3\o"CurrentDocument"碼頭結構設計 3\o"CurrentDocument"碼頭形式選擇 3\o"CurrentDocument"碼頭結構尺度 4\o"CurrentDocument"碼頭寬度的確定 4\o"CurrentDocument"基樁的布置 4鋼筋混凝土樁 4\o"CurrentDocument"樁長計算 4\o"CurrentDocument"樁帽尺寸 5\o"CurrentDocument"上部結構 6結構系統(tǒng) 6\o"CurrentDocument"面板 6縱梁 6\o"CurrentDocument"橫梁 7\o"CurrentDocument"橫向排架 8\o"CurrentDocument"面層 8\o"CurrentDocument"靠船構件 8\o"CurrentDocument"碼頭附屬設備 9\o"CurrentDocument"緩沖設備 9\o"CurrentDocument"系船設備 10\o"CurrentDocument"工藝管溝 10\o"CurrentDocument"護輪檻 11\o"CurrentDocument"接岸結構 11\o"CurrentDocument"5、荷載計算 12\o"CurrentDocument"永久荷載 12\o"CurrentDocument"永久荷載計算圖示 12永久荷載的計算 12\o"CurrentDocument"可變荷載 13\o"CurrentDocument"堆貨荷載 13門機荷載 13\o"CurrentDocument"船舶荷載 14船舶系纜力 15船舶撞擊力 15\o"CurrentDocument"6、荷載組合 16\o"CurrentDocument"基本假定 16\o"CurrentDocument"計算圖示 16\o"CurrentDocument"荷載組合 16永久荷載 16\o"CurrentDocument"可變荷載 16\o"CurrentDocument"荷載組合 17\o"CurrentDocument"縱梁彎矩圖 17高樁碼頭課程設計說明書課程設計目的鞏固和加深港工課所學的知識；培養(yǎng)運用所學知識解決實際工程問題的能力，掌握設計方法；提高計算和繪圖技能，培養(yǎng)編寫技術文件的能力。設計資料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。工藝要求2.2.1靠泊作業(yè)船舶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?？亢托蘩硪?，滿足長度為67.52米載重量1000噸，滿載排水量為1830噸供游輪（兩艘）?？恳蟆Ｆ鹬貦C作業(yè)要求滿足軌距為10.5米，起重量為10噸，荷載代號為M-10-30門座起重機（1h臺）在碼頭上作業(yè)的要求。堆貨荷載要求滿足碼頭上堆置15kN/m2的負荷要求。碼頭設施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。自然條件地理位置（1）地形修船碼頭位于海河下游左側凹岸內，現(xiàn)有岸坡穩(wěn)定，水深無明顯變化。（2）原有護岸情況

護岸為木樁基L型鋼筋混凝土結構，橫斷面如圖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。地基土壤物理力學性質指標見表1：土層標咼(m)土的名稱天然含水量W(%)濕重度(KN/m3)孔隙比e固結快剪樁側極限摩阻力(KN/m2)0(°)CKg/cm2-4.7以上泥質亞粘土42.217.71.2190.1915-4.7?-12.0深灰色粘土46.617.51.3130.1315-12.0?-20.0深灰色亞粘土28.619.60.79190.1160-20.0?-22.0黃褐色粘土29.519.70.81160.2560表1地基土壤物理力學性質指標當樁尖打至-20.0m以下時，樁端極限阻力R二1600KN/m2。水位資料設計高水位：+3.50米；設計低水位：+1.00米；平均水位：+2.20米。施工條件建材供應：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。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件（樁、梁、板、靠船物件等）有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。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239m，碼頭寬度可根據(jù)使用要求和選用的結構形式確定。碼頭前沿標高+4.5M碼頭前水深-4.0M。碼頭結構設計碼頭形式選擇天津港海岸地貌為淤泥質海岸類型，土質較軟，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，碼頭上部結構中除了面板、靠船構件等主要組成外，還應布置工藝管溝和門機軌道梁等。所以對于其上部結構，承臺式適用于水位變化較大，且岸坡土質較好的情況；無梁板式只能采用非預應力面板，且跨度不宜太大，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，故梁板式碼頭各構件受力合理明確；由于采用預應力鋼筋混凝土結構，提高了構件抗裂性能，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。故此碼頭上部結構采用梁板式。由于此地區(qū)地基中軟土層較厚、土質差，且土坡已經(jīng)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，通常將整個碼頭結構用縱向變形縫分成前后樁臺。碼頭結構尺度碼頭寬度的確定由于本碼頭采用寬樁臺式高樁碼頭，碼頭結構寬度較大，而在此寬度內前后區(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10.5m的門機，前軌到海側的距離為2m，后軌后面2m富余寬度。故碼頭前沿地帶寬度為14.5m，且門機軌道下分別設有縱梁。后方樁臺寬度為32.5-14.5=18.5m。為避免在結構中產(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20mm，變形縫內用泡沫塑料的功能柔性材料填充，以保證結構自由伸縮。本碼頭長度為239m，采用梁板式高樁碼頭，故變形縫的間距取為60m。變形縫的形式取為簡支梁式，必須采取適當措施，以確保簡支梁的梁端能自由滑動和轉動?；鶚兜牟贾脵M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3:1。在前后軌道梁的中間布置一根直樁，樁距為5.25m。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構分段，一側在有約束設置一根直樁，在無約束一側設置一組縱向半叉樁。在試車系船柱的下面設置縱向叉樁。鋼筋混凝土樁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550mm550mm，空心直徑為200mm，混凝土標號采用C40。樁長計算樁頂高程為+2.05樁尖段的長度為（1.0?1.5）b=550mm?825mm取為700mm，樁尖寬度為（0.2?0.25）b=110mm?137.5mm,取為120m；樁頭段的長度為4b=4x450=2200mm。樁長：打樁深度為22m對于直樁：樁長=2.05+22=24.05m對于叉樁：樁長=24.05X、i0-3=25.35篩筋加密范圍承托膠管的鋼筋環(huán)@400，加設鋼筋網(wǎng)4層BOf)2200回IDO篩筋加密范圍承托膠管的鋼筋環(huán)@400，加設鋼筋網(wǎng)4層BOf)2200回IDO@50電1D0圖2樁的結構圖樁帽尺寸樁帽采用現(xiàn)澆混凝土，在本設計中采用方形樁帽，樁帽高度為800mm。對于尺寸為550mmx550mm的單樁，樁帽底面尺寸為850mmx850mm，樁帽頂面尺寸為1450X1450。樁帽的形式及斷面尺寸如圖4：對于雙直樁和叉樁上樁帽，樁帽底面尺寸為1700mmx850mm，樁帽頂面尺寸為2300X1200。樁帽的形式及斷面尺寸如圖5：圖5雙樁樁帽的形式和尺寸3.4上部結構結構系統(tǒng)本碼頭為只設門機不設軌道的梁板式碼頭，面板和縱梁都是結構中不可缺少的。縱梁只布置在前后軌道梁下，將面板直接放在橫梁上。面板面板采用圓孔洞空心板，為預應力的預制結構。板的厚度為400mm。預制空心板之間的橫向接縫做成鉸接型，縫內用C30細石混凝密實填充?？招膱A的凈距為80mm，空心板的底部和頂部的厚度都為80mm，圓半徑為120mm。前方樁臺板長取為6m,板寬為3m。后方樁臺板長為4m,板寬為3m。面板的斷面如圖6：圖6空心板的斷面形式縱梁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?？v梁的橫斷面采用空心矩形斷面，選用下部預應力結構預制，上部結構現(xiàn)澆的疊合梁型式。縱梁高度取為1150mm，寬度取為400mm?？v梁構件如圖7：

OQ2J0科—00寸!圖OQ2J0科—00寸!橫梁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構，上部采用現(xiàn)澆形式，構成現(xiàn)場疊合式結構。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80mm和40mm。橫梁寬度取為800mm。斷面結構尺寸見圖8：.400gCM15N,400」 15N,400」圖8橫梁的結構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600mm。橫梁高度取為1200mm。橫向排架前方樁臺的橫向排架間距取為6m,每分段設置11組橫向排架。后方樁臺的橫向排架間距取為4m,每分段設置16組橫向排架。前方樁臺本碼頭上含有門座起重機，在靠海一側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3:1。在前后軌道梁的中間布置一根直樁,樁距為5.25m。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。面層本碼頭采用空心板，面層的厚度為50mm。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。縫寬10mm,縫深13mm，用聚乙烯填充?？p的間距取為3m。面層做排水坡，坡度為1%?？看瑯嫾敬a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，碼頭的靠船構件采用懸臂板式。懸臂板式靠船構件由懸臂版、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?？看瑯嫾嗝鎴D如圖9：圖9靠船構件斷面圖碼頭附屬設備緩沖設備橡膠防沖設備的型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：pE二二MV2

02n式中：p——有效動能系數(shù)，取為0.7。M——船舶的質量，M=18301V船舶靠岸時的法向速度，V=1.6m/snn求得：E=16.40KJ,船舶一般是斜靠碼頭，因此船舶的撞擊能量通常是考0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1.3m，而設計高水位與設計低水位之差為2.5m，故在靠船構件上設置3排橡膠護舷，高程分別為：+4.0m、+3.2m、+2.3m。系船設備本碼頭應滿足載重量為10001的船舶，故船舶系纜力的下限值為150KN，選擇15t級，在距碼頭前沿1m處設置，系船柱之間的間距取為20m，沿碼頭長度方向布置12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11：圖11系船柱的型式及尺寸工藝管溝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0.7m，深度為0.9m。上面蓋設厚度為0.2m，寬度為1.80m的蓋板，下部鋪設0.1m的底板。為排除管溝內積水，在管溝底部設置排水孔。管溝的尺寸如圖12：圖12工藝管溝結構圖護輪檻護輪檻斷面尺寸為300mmX300mm。接岸結構由于碼頭前沿距陸域較遠，且地基軟土層較厚，土質差應建造寬樁臺式高樁碼頭，應將后方樁臺和L型擋土墻作為接岸結構，與陸域相連。如圖13高樁碼頭課程設計計算書5、荷載計算永久荷載永久荷載計算圖示永久荷載包括面層、面板、橫縱梁等構件的自重?？紤]到面板和面層的重力均由橫梁承擔。圖14永久荷載的計算圖示永久荷載的計算1、面層自重g面層=24*0.05=1.2KN/m22、面板自重g=25*(3*0.4-9*3.14*0.122)=19.83KN/m面板3、橫梁自重g橫梁=25*(0.8*0.5+0.4*0.7)=17KN/m4、 縱梁自重g縱梁=25*(0.4*1.15-3.14*0.052-0.1*0.4)=10.30KN/m5、 管溝蓋板自重s *=24x1.8x0.2=8.64kN/m管溝蓋板6、靠船構件自重g靠船構件=24*b.l*0.2+(0.2+0.3)*0.45+0.3*1.2+(0.15+0.3)*1.5一2〕=26.94KN/m7、管溝隔板自重g管溝隔板=24*0.9*0.1=2.16KN/m8、管溝底板g管溝底板=24*1.6*0.1=3.84KN/m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：P1=P縱梁+p管溝蓋板+p靠船構件+p管溝隔板+p管溝底板=10.3*6+8.64*6+26.94*6+2.16*6+3.84*6=311.28KNP2=P縱梁=10.3*6=61.8kNg=g橫梁+g面板+g面層=44.03KN/m橫向排架上永久荷載集中力矩為：M1=8.64*1*6+2.16*6*1+3.84*1.05*6+26.94*6*1.70=363.78kN.mM2=1*6*44.03=264.18KN.m可變荷載堆貨荷載設計碼頭堆貨荷載q15kN/m2，傳遞給橫梁的分布荷載為：q1=15*6=90kN/m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成45。計算，查（港口與海岸水工建筑物）表1-12，吊臂位置2號求得Pa=1000kN,Pb=600kN,Pc=200kN,Pd=600kNA 1 1―日船舶荷載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F和縱向分力F可按下式計算：xwyw風壓力的橫向分力（垂直于碼頭前沿線）：F二73.6x10-5AV2箕xwxwx12風壓力的縱向分力（平行于碼頭前沿線）：F=49.0x10-5AV2ggywywy12其中：F——作用在船舶上的計算風壓力的橫向分力xwF——作用在船舶上的計算風壓力的縱向分力ywg——風壓不均勻折減系數(shù)，設計船長為67.52m，故取g=0.9。11g——風壓高度變化修正系數(shù)，由《港口工程荷載規(guī)范》查得：1。22A、A——船體水面以上橫向受風面積和縱向受風面積xwyw對于油輪受風面積采用如下公式計算：lgA二0.618+0.620lgDWxwlgA二0.164+0.5751gDWyw其中DW為船舶載重量，為10001，代入上式解得：A二300.61m2，A二77.45m2xwywV、V——計算風速的橫向分量和縱向分量xy1基本風壓公式：W二——V21600由《港口工程荷載規(guī)范》，W=0.55KN/m，計算得：V=29.66m/s。0考慮最不利情況，假設其完全為橫風時：V=29.66m/s，V=0xy計算得：F二73.6x10-5x300.61x29.662x0.9二175.17kNxwF二0yw

船舶系纜力船舶系纜力采用以下公式計算：工FcosaccoscosaccosPsinacosPN=NsinacosPxN=NcosacosPyN=Nsinpz式中：工F——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。x工F——可能出現(xiàn)的風和水流對船舶作用產(chǎn)生的縱向分力總和。yK——系船柱受力分布不均勻系數(shù)，其中系船柱數(shù)目n=2，故K=1.2。n——計算船舶同時受力的系船柱的數(shù)目，船舶總長為67.52m，故n=2，系船柱間距為20m。a——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a=30。。P——系船纜與水平面的夾角，本碼頭計算中，采用P二15。。175.17計算得：N=x =217.62kN2sin30xcos15N二217.62xsin30xcos15二105.11kNxN二217.62xcos30xcos15二182.04yN二217.62xsin15二56.32kNz0.4x1+0.8x0.6橫梁的中性軸為y二0.4x1x1.1+0.8x0.60.4x1+0.8x0.6cN的作用點距橫梁中性軸為：0.03+0.2+1.6-0.668二1.162mx故：M 二105.11x1.162二122.14kN?m系纜力船舶撞擊力船舶靠岸時，船舶的撞擊動能用下式計算：式中：V——法向速度，根據(jù)規(guī)范查得其值約在0.15?0.2(ms之間，取為n0.16m/s。M 船舶質量，M=18301。P——有效動能系數(shù)，約在0.7?0.8之間，取為0.70o0.7則：E二 x1830x0.162二16.40kN?m02根據(jù)規(guī)范，查表得：H=175kN，船舶撞擊力的作用點距中和軸為：0.558m，故：作用在橫梁的彎矩為：=175x0.558二97.65kN?m撞擊力6、荷載組合6.1基本假定1?結構分段的長度與寬度之比為50.2：14=3.6,所以可以認為各橫向排架是獨立工作的；分段內各橫向排架的間距和結構相同；各橫向排架的承荷條件和能力相同；4?樁與樁臺為固接，樁臺剛度為無窮大，在外力作用下只發(fā)生變位而不變形，所有樁頂均在同一水平面上，按剛性樁臺計算。