高樁碼頭設(shè)計與施工規(guī)范jj258-98第五篇第二冊

高樁碼頭設(shè)計與施工規(guī)范jj258-98第五篇第二冊

《高樁碼頭設(shè)計與施工規(guī)范》（jtj291-98）（以下簡稱新規(guī)范）根據(jù)交通部（90）第210號文件的公告，并對《港口工程技術(shù)規(guī)范》第五卷第二號高樁碼頭的結(jié)構(gòu)進行了修訂（jtj216-87）（以下簡稱原始規(guī)范）。原規(guī)范頒布以來,我國港口工程建設(shè)發(fā)展很快。在沿海,高樁碼頭向離岸遠、無掩護和?？看按笮突l(fā)展,已建成可?？?0萬～20萬噸級大型碼頭,碼頭離岸距離達到2～3km;在內(nèi)河,為提高碼頭裝卸效率,高樁碼頭不斷向大水位差地區(qū)延伸。建造高樁碼頭的自然環(huán)境(水深、波浪、水流等)發(fā)生了很大變化,碼頭裝卸設(shè)備的類型多樣化,并對安裝精度提出更高要求。在修訂規(guī)范時,認真總結(jié)經(jīng)驗,進行了單向板、雙向板、空心板、樁帽等多項試驗和專題研究工作,吸收國內(nèi)外科研成果。同時,根據(jù)《港口工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》(GB50158-92)規(guī)定,采用以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法取代定值設(shè)計法。對原規(guī)范進行了大幅度修改和補充,經(jīng)審查定稿。本規(guī)范主要修訂內(nèi)容有:實現(xiàn)以可靠度理論為基礎(chǔ)、以分項系數(shù)表達的概率極限狀態(tài)設(shè)計方法的轉(zhuǎn)軌;為適應(yīng)外海環(huán)境,改進碼頭結(jié)構(gòu)型式,提出增加碼頭耐久性措施,修改補充外海工程施工控制標準;提出減少大面積填土對碼頭基樁影響的措施;對集中荷載使用下單向板計算作重大修改,對雙向板、空心板計算也作了適當(dāng)修改;增加大水位差碼頭、柔性靠船樁、雙層系靠船的板梁式碼頭和樁帽設(shè)計。本講座介紹規(guī)范重點修訂內(nèi)容。1正常使用極限狀態(tài)設(shè)計的基本內(nèi)容新規(guī)范采用以可靠度理論為基礎(chǔ)以分項系數(shù)表達的概率極限狀態(tài)設(shè)計方法。根據(jù)《港口工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》規(guī)定的原則,結(jié)合高樁碼頭型式多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和環(huán)境變化大的特點,在規(guī)范中對作用、作用效應(yīng)組合表達式、分項系數(shù)取值、兩種極限狀態(tài)設(shè)計等作了規(guī)定。(1)根據(jù)高樁碼頭在施工時期和使用時期可能出現(xiàn)的荷載及其特征,將荷載劃分為永久作用,可變作用和偶然作用。(2)高樁碼頭極限狀態(tài)設(shè)計包括按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計,規(guī)范對兩種極限狀態(tài)設(shè)計的內(nèi)容作了具體規(guī)定。在正常使用極限狀態(tài)設(shè)計中包含變形計算,如柔性靠船樁、全直樁碼頭水平位移,裝卸機械作業(yè)引起結(jié)構(gòu)振動等。(3)規(guī)范對3種設(shè)計狀況需要計算的內(nèi)容作了規(guī)定。短暫狀況是指比持久狀況較短的時段,在這一段時間可能發(fā)生的荷載,與偶然狀況區(qū)別在于前者在基準期內(nèi)可能發(fā)生而且一定會發(fā)生,后者可能發(fā)生但不一定發(fā)生。短暫狀況發(fā)生的荷載應(yīng)經(jīng)過論證。高樁碼頭在施工時期或使用初期可能出現(xiàn)的某些荷載屬于短暫狀況,如施工時期出現(xiàn)的打樁應(yīng)力,在岸坡穩(wěn)定計算中因打樁震動所產(chǎn)生的附加應(yīng)力,預(yù)制構(gòu)件吊運安裝所產(chǎn)生的應(yīng)力,施工時期可能出現(xiàn)的水流力、冰壓力和波浪力等;作用初期可能出現(xiàn)的某些荷載,如電廠、化工廠大型設(shè)備需要臨時通過碼頭等情況。(4)承載能力極限狀態(tài)作用效應(yīng)組合分為持久組合、短暫組合和偶然組合。規(guī)范中給出了計算公式,其中:①持久狀況作用效應(yīng)的持久組合當(dāng)作用與作用效應(yīng)為線性關(guān)系時,表達式中CG·Gk為永久作用效應(yīng)。Gk為永久作用標準值;CG為永久作用效應(yīng)系數(shù);②短暫狀況作用效應(yīng)的短暫組合對施工荷載或檢修荷載取可能出現(xiàn)的最大值。(5)持久狀況的正常作用極限狀態(tài)設(shè)計,應(yīng)按短期效應(yīng)組合或長期效應(yīng)組合進行驗算。在使用中應(yīng)注意區(qū)別承載能力極限狀態(tài)作用效應(yīng)“持久組合”和“長期效應(yīng)組合”。持久組合是指在整個基準期內(nèi)對可能出現(xiàn)的最大荷載(一定概率)均應(yīng)予以考慮,長期效應(yīng)組合是指基準期內(nèi)某一較長時期有影響的荷載(如沉降計算等)應(yīng)予以考慮。2規(guī)定的時間結(jié)構(gòu)可靠度是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi),在規(guī)定的條件下,具有預(yù)定功能的概率。所謂規(guī)定的時間即設(shè)計基準期。因此對所建造的高樁碼頭,在正常使用和維護下必須具有足夠的耐久性,以確保在設(shè)計基準期內(nèi)具有規(guī)定的可靠度。沿海高樁碼頭調(diào)查表明,鋼筋混凝土構(gòu)件普遍存在銹蝕問題,有的銹蝕嚴重。2.1碼頭腐蝕(1)港區(qū)的土地規(guī)范化1981年和1988年中港第四航務(wù)工程局科研所和南京水利科學(xué)研究院對華南沿海高樁碼頭進行了調(diào)查,不少碼頭銹蝕嚴重。銹蝕主要發(fā)生在浪濺區(qū)。所調(diào)查的15座碼頭縱梁中有11座發(fā)生嚴重銹蝕或普遍發(fā)生順筋裂縫。7座采用π型板的碼頭有6座板肋破壞嚴重。白馬井某碼頭建成15a,94塊面板中有85塊銹裂或混凝土剝落露筋。華東沿海碼頭位于浪濺區(qū)的板、梁構(gòu)件大多在20a內(nèi)發(fā)生銹蝕破壞,少數(shù)在30a以上。(2)縱梁類嚴重腐蝕連云港高樁碼頭銹蝕較嚴重。1980年以前建造的6個泊位中,4個泊位建成5～6a年發(fā)生銹裂,10a銹蝕比較嚴重。老煤碼頭建成15a,調(diào)查的140根縱梁有83%保護層剝落或縱向發(fā)生裂縫。浙江椒江某碼頭建成24a,242根縱、橫梁主筋嚴重銹蝕178根,104塊面板中有58塊開裂或主筋外露。北侖某碼頭建成7～8a,起重機梁、樁帽和斜撐發(fā)生銹蝕,有的較嚴重。(3)北方的高蒸發(fā)碼頭也存在腐蝕問題，但侵蝕程度比南方輕交通部天津水利科學(xué)研究所對新港30座高樁碼頭進行調(diào)查后認為:在設(shè)計、施工、使用正常條件下,碼頭破壞主要原因是鋼筋銹蝕。2.2高樁港區(qū)鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(1)要求簡化結(jié)構(gòu)型式,以減少構(gòu)件暴露面積;同時應(yīng)避免構(gòu)件頂面積水,減少氯離子聚集。位于浪濺區(qū)的樁帽頂面、下橫梁頂面易于積水,造成鋼筋銹蝕;預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件具有較好的抗裂性能,在構(gòu)造設(shè)計中有條件應(yīng)予采用。(2)要求嚴格遵守《水運工程混凝土質(zhì)量控制標準》(JTJ269-96),該標準對混凝土質(zhì)量要求,混凝土質(zhì)量初步控制、生產(chǎn)控制和合格控制等作了規(guī)定,對保證混凝土質(zhì)量、提高耐久性有重要作用。鋼筋保護層厚度是增加氯離子滲透距離,對延長使用年限有重要作用,在構(gòu)件設(shè)計中必須嚴格遵守上述標準規(guī)定。華南碼頭調(diào)查發(fā)現(xiàn),面板設(shè)計保護層為30～40mm,實測最小23mm,梁設(shè)計保護層40mm,實測最小12mm。其他工程有類似情況。施工中應(yīng)采用有效措施控制保護層厚度。梁底部鋼筋不宜過密。高樁碼頭鋼筋銹蝕最嚴重的是縱梁底部,縱梁底部多位于浪濺區(qū),而且鋼筋密集。白馬井某碼頭π型肋鋼筋間距僅15mm。調(diào)查表明,由于鋼筋密集,梁底部混凝土密實性普遍較差。(3)對銹蝕嚴重的構(gòu)件采用涂料或其他有效措施進行保護。天津港灣工程研究所對5種涂料涂覆的鋼筋混凝土構(gòu)件進行20a暴露試驗;南京水利科學(xué)研究院和連云港港務(wù)局,對同一座碼頭采用環(huán)氧瀝青漆進行保護和未保護的構(gòu)件做對比試驗;中港第四航務(wù)工程局科研所在湛江采用H801云鐵環(huán)氧防銹漆等涂料對鋼筋混凝土進行保護。都證明涂料有顯著作用。連云港二突堤高樁碼頭等工程大面積采用涂料進行保護。除涂料外,其他措施如在混凝土拌合物中摻添加劑,建設(shè)部《環(huán)氧樹脂涂層鋼筋》(JG3042-1997)直接對鋼筋進行保護,都有顯著作用。(4)對堆放散裝鹽或其他腐蝕性較強的碼頭,要求增加碼頭面板頂層現(xiàn)澆鋼筋保護層厚度,采用微膨脹混凝土填充預(yù)制構(gòu)件接頭等措施。(5)樁基防腐蝕在《港口工程樁基規(guī)范》(JTJ254-98)另有規(guī)定。2.3現(xiàn)場調(diào)查和質(zhì)量影響高樁碼頭耐久性的因素較多,除結(jié)構(gòu)設(shè)計、混凝土材質(zhì)外,施工質(zhì)量和使用管理也是重要環(huán)節(jié)。湛江某碼頭建于1958年,使用30a基本完好。而同一地區(qū)另一座碼頭建成7a銹蝕已較嚴重,60根橫梁中有58根出現(xiàn)銹斑和裂紋,434根π型板肋有264根銹裂。現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn),銹蝕嚴重的碼頭一般存在著保護層厚度偏小,水灰比過大,梁底混凝土不密實。使用管理同樣影響碼頭使用年限,浙江某煤碼頭設(shè)計荷載為20kPa,實際堆煤50～60kPa。超載引起構(gòu)件開裂和加大裂縫寬度,加快銹蝕發(fā)展速度。3延長縫的距離和結(jié)構(gòu)要求3.1結(jié)構(gòu)實踐中的裂縫問題原規(guī)范規(guī)定高樁碼頭伸縮縫間距為40～60m。據(jù)調(diào)查,已建碼頭伸縮縫間距一般在原規(guī)范規(guī)定范圍之內(nèi),但華東和華南地區(qū)已有多座碼頭超過規(guī)定。如北侖10萬噸級礦石中轉(zhuǎn)碼頭為78.2m,北侖二期木材碼頭95m,上海華棧碼頭84m,海南白馬井碼頭70m。對碼頭使用情況進行了調(diào)查:北侖10萬噸級礦石中轉(zhuǎn)碼頭(建于1979年)、北侖木材碼頭(建于1990年)調(diào)查時未發(fā)現(xiàn)裂縫;上海華棧碼頭(建于1973年)沿碼頭橫向在預(yù)制板拼縫處和橫梁側(cè)面有裂縫出現(xiàn)。在華東地區(qū)早期對預(yù)制板拼縫不作處理,伸縮縫間距小于60m的碼頭也普遍存在此類裂縫,因而很難判斷裂縫與伸縮縫間距有關(guān);新港碼頭伸縮縫間距一般不超過60m,使用情況良好。工民建《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TJ10-89)認為對于復(fù)雜建筑物,準確計算溫度應(yīng)力是困難的,應(yīng)以總結(jié)實踐經(jīng)驗為主。該規(guī)范對全國10座大城市中21座露天鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行調(diào)查分析,規(guī)定露天鋼筋混凝土裝配式排架結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距為70m。高樁碼頭多建于岸坡上,樁長短不一且布置形式多樣,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,缺乏溫度應(yīng)力實測資料。而且我國幅員遼闊,各地區(qū)溫差相差很大,在當(dāng)前論證不充足的情況下伸縮縫間距不宜放寬太多,新規(guī)范規(guī)定裝配整體式碼頭伸縮縫間距宜取60～70m,同時加注說明,當(dāng)有實踐經(jīng)驗或可靠論證時可適當(dāng)增減。3.2港區(qū)簡支結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀碼頭上部結(jié)構(gòu)在伸縮縫和沉降縫分段處,可采用懸臂式結(jié)構(gòu)或簡支結(jié)構(gòu)。在采用簡支結(jié)構(gòu)時若處理不當(dāng)可能造成事故,華東地區(qū)十余座碼頭均采用簡支結(jié)構(gòu),簡支梁下用砂漿找平鋪三氈兩油,由于相鄰段碼頭(長度在60m左右)變形影響,簡支梁端普遍出現(xiàn)斜裂縫,擱置處混凝土拉裂、露筋,使擱置長度減少影響結(jié)構(gòu)安全,且修復(fù)很困難。規(guī)范總結(jié)修復(fù)經(jīng)驗,提出改進措施。此外,對伸縮縫內(nèi)要求用泡沫塑料等柔性材料填充的規(guī)定應(yīng)嚴格執(zhí)行,否則難以保證結(jié)構(gòu)自由伸縮造成事故。4前方挖泥原因在軟基上建造高樁碼頭,由于碼頭后方大面積填土和堆貨,前方挖泥等原因,作岸坡土體原有平衡遭到破壞而發(fā)生變形。如處理不當(dāng)常造成碼頭產(chǎn)生水平位移、前后不均勻沉降、基樁嚴重損壞,這一類事故數(shù)十年屢屢發(fā)生,影響碼頭使用壽命。4.1碼頭損壞損壞事故多發(fā)生在滿堂式碼頭。引橋式碼頭也有發(fā)生,如寶鋼重件碼頭等。(1)填土拋石式斷層充填料湛江某碼頭位移125mm,赤灣某碼頭位移在100mm左右。這些碼頭后方均進行大面積填土或拋石。湛江老碼頭位移超過500mm,除填土外還涉及沉樁工藝和超載。(2)碼頭水平位移上海內(nèi)河局沙家浜碼頭,相鄰兩段碼頭水平錯位60mm;上海其昌東棧碼頭水平錯位510mm。(3)不均勻沉降上海早期建造的碼頭樁基打入軟土層,由于后方填土和堆貨引起碼頭產(chǎn)生不均勻沉降。不均勻沉降一般為200～300mm,最大490mm。樁端打入硬土層有明顯改善。(4)向岸斜樁斷裂收集樁基損壞工程12項,其中上海8項,天津2項,湛江2項。叉樁(主要是向岸斜樁)損壞有10項工程。上海某工程50對叉樁中有56%的向岸斜樁斷裂;寶鋼某碼頭較嚴重;湛江、天津新港也發(fā)現(xiàn)向岸斜斷裂或不起作用的情況。叉樁樁帽開裂有4項工程。湛江南油碼頭叉樁樁帽開裂達78%,上海內(nèi)河局沙家浜碼頭開裂71%,天津新港二港池某碼頭開裂80%。叉樁樁帽開裂是由于叉樁受力所引起的。直樁開裂有7項工程,多發(fā)生在近岸1～2排樁。天津新港四港邊某碼頭近岸第1排54根直樁全裂,縫寬4～25mm。上海、湛江等地有類似情況。4.2路堤地斜樁塊石或挖泥高度或間隔時間、順序應(yīng)作明確規(guī)定(1)當(dāng)軟基較厚或填土厚度較大時,宜先期填土、置換軟土或進行軟基處理。天津新港和上海等地區(qū)工程實踐證明,這些措施有明顯效果。但費用較貴,應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟比較確定。(2)在施工階段采取措施,減少土體變形對碼頭影響,這一點十分重要,因為很大一部分變形都發(fā)生在施工階段。如湛江南油碼頭,隨著后方拋填量增加叉樁樁帽出現(xiàn)裂縫,投產(chǎn)前大部分樁帽已經(jīng)開裂。此類實例較多,因此要求對填土(或拋填塊石)或挖泥高度、間隔時間、順序應(yīng)作明確規(guī)定。在填土(或拋填石)區(qū)域內(nèi)需要清除淤泥時,對清淤要求也應(yīng)作出明確規(guī)定。(3)對改善叉樁受力作了若干規(guī)定。地基沉降對斜樁的作用力,可分解為垂直斜樁樁軸的分力和平行樁軸的分力。垂直樁軸的分力將使樁產(chǎn)生撓曲和力矩,平行樁軸的分力將產(chǎn)生負摩擦力;地基水平變形對斜樁所產(chǎn)生的側(cè)向壓力,同樣可分解垂直斜樁樁軸的分力和平行樁軸的分力。對向岸斜樁,地基沉降和水平變形所產(chǎn)生垂直樁軸的分力是疊加的,對向江斜樁則互相抵消,因此向岸斜樁受力最不利。P·Wenz在現(xiàn)場進行堆載試驗,樁臺的樁基由1根直樁和一對叉樁組成,叉樁中兩斜樁坡度均為3∶1。試驗區(qū)軟粘土層厚15～16m,樁尖穿過軟粘土打入砂層,試驗場地堆載最大壓力為200kPa。實測靠加載一邊的內(nèi)斜樁(相當(dāng)于碼頭向岸斜樁)曲率半徑最小,直樁次之,外斜樁最大。開挖發(fā)現(xiàn)由型鋼組成截面為1140mm×600mm內(nèi)斜樁呈脆性破壞。碼頭斷樁事故和現(xiàn)場試驗都證實大面積填土對向岸斜樁最為不利。研究地基沉降量與樁斜率之間的關(guān)系表明,斜樁與垂線的夾角愈大,樁主筋屈服對應(yīng)的沉降量愈小。因此,規(guī)范規(guī)定:當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件差時,斜樁宜陡不宜緩;當(dāng)軟土層較厚且碼頭后方填土高度較大時,宜將向岸斜樁改成直樁,即采用半叉樁。上海某碼頭大部分向岸斜樁遭到破壞,而少數(shù)向岸斜樁因施工困難改為直樁卻完好無損。5單向板受荷計算方法的修訂新規(guī)范對單向板在集中荷載作用下的彎矩計算寬度、彎矩系數(shù)、分布筋的配置、剪力計算寬度作了重大修改。為了修訂單向板集中荷載作用下的計算方法,委托南京水利科學(xué)研究院進行了72塊面板試驗,并配合有限元進行分析。本規(guī)范著重研究面板計算中前面3個問題,剪力計算寬度以《港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》編寫組為主進行研究。5.1bc與b、b的關(guān)系板的厚度遠小于平面尺寸,板的最大撓度與板厚比是很小的,可滿足小撓度理論的基本假定,可視為彈性薄板按小撓度理論進行分析。為簡化計算,應(yīng)用等效原則,引用彎矩度計算寬度概念,使二維問題簡化為一維問題求解。這一方法在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。原規(guī)范規(guī)定單向板在集中荷載作用下的有效分布寬度(即彎矩計算寬度)按下式計算:b=b1+13lb=b1+13l,但不小于23l(1)23l(1)由于b1一般小于13l13l,實際上b僅與l有關(guān),所考慮的因素單一。通過在集中荷載作用下,二邊自由二邊支承板試驗得出:①bc隨寬跨比B/l、板厚、加載面積增大而增大,其中影響較大的是B/l;②bc隨荷載使用位置而改變,荷載由支座向跨中移動而增大,荷載由跨中向自由邊移動而減小。根據(jù)試驗中各影響因素相關(guān)規(guī)律,同時參考大連理工大學(xué)和天津大學(xué)試驗資料,經(jīng)分析規(guī)范規(guī)定彎矩計算寬度按下式計算:彎矩計算寬度按上述公式計算與試驗值比較Xˉˉˉ=1.036?σ=0.087?Cv=0.084Xˉ=1.036?σ=0.087?Cv=0.084。根據(jù)試驗,當(dāng)B/l接近2.5時,bc趨向常數(shù),故在條文中加注予以限制。新規(guī)范與原規(guī)范比較,以傳遞寬度b1=0.4m,板厚h=0.4m,板寬B=8m,計算跨度l。=3m為例,bc新/bc原=1.47。5.2試驗結(jié)果分析為求得m值進行四跨連續(xù)板、五跨帶橫梁的連續(xù)板試驗,試驗中考慮兩種不同肋高比h/H′的影響。試驗板均為疊合板。試驗時實測板l/2、l/4處截面鋼筋和混凝土應(yīng)變,依此推求支座應(yīng)變,并按應(yīng)變與彎矩的關(guān)系求m值。此外,還通過理論分析求m值,所得結(jié)果較接近。為研究相鄰跨荷載影響,在縱梁頂埋設(shè)3排電阻片,當(dāng)集中荷載作用在板中時梁頂產(chǎn)生負彎矩而受拉。由于縱梁剛度大,梁頂拉應(yīng)變由荷載作用跨到鄰跨迅速減少,鄰跨跨中應(yīng)變接近于零。試驗中兩種肋高比為h/H′=5.45和h/H′=3.18,試驗證明h/H′對m值有顯著影響。通過對試驗資料分析,并參照中港第三航務(wù)工程局科研所1973年進行的試板資料,在規(guī)范中給出了新的m值。與原規(guī)范比較:①區(qū)分中跨、邊跨;②h/H′<1/4時,中跨板支座和跨中的m值作適當(dāng)調(diào)整;h/H′≥1/4時,m值有所減少。5.3板頂分布筋與橫向裂縫過去單向板分布筋一般取主筋的10%～15%。為研究分布筋進行25塊板試驗,試板分布筋與主筋比μy/μx=15%～40%,并用有限元進行150個組次計算。集中荷載作用下板的破壞形式隨寬跨比B/l的改變而不同。當(dāng)B/l=1.0時,板的縱向裂縫為破壞裂縫,與其相應(yīng)的主筋屈服,類似梁彎曲破壞;當(dāng)B/l≥1.5時,實測板主筋和分布筋與荷載關(guān)系、板頂混凝土應(yīng)變與荷載關(guān)系,均呈雙向應(yīng)力狀態(tài)。通過試驗還得知,分布筋的增加對橫向裂縫開展起明顯控制作用。當(dāng)μy/μx≥35%時,在鋼筋屈服時板的最大縫寬小于0.2mm,滿足港工限裂寬度規(guī)定。因此,新規(guī)范規(guī)定當(dāng)B/l≥1.5時跨中分布筋取主筋的35%;由于同一荷截位于l/4處產(chǎn)生的應(yīng)變只有l(wèi)/2處的0.75倍,因而規(guī)定從支座邊至l/4的分布筋可減少為主筋的0.75×35%=25%。6高單元碼頭的內(nèi)力計算公式高樁碼頭具有空間結(jié)構(gòu)特征,新規(guī)范規(guī)定高樁碼頭內(nèi)力可根據(jù)具體情況,按縱、橫向兩個平面計算,有條件時也可按空間問題計算。6.1橫向兩個平面進行計算時發(fā)現(xiàn)問題長期以來,高樁碼頭內(nèi)力沿用按縱、橫向兩個平面進行計算,使用中尚未發(fā)現(xiàn)問題。新規(guī)范根據(jù)近年工程實踐和有關(guān)試驗,對平面計算作了補充規(guī)定。(1)配系數(shù)的確定①作用在碼頭上的水平集中力應(yīng)分配到其他排架,分配系數(shù)是通過空間模型試驗得出的。②原規(guī)范規(guī)定縱梁一般按剛性支承連續(xù)梁計算。修訂后規(guī)定一般應(yīng)按彈性支承連續(xù)梁計算,使門機等集中荷載沿縱向傳遞得更遠。(2)板梁式動力蝦期e①一般情況規(guī)定按柔性樁臺計算。②由叉樁和直樁支承的橫梁,是高樁碼頭普遍采用的結(jié)構(gòu)型式。對該型式橫向排架簡化計算方法作了規(guī)定。③由于預(yù)應(yīng)力混凝土大直徑管樁的出現(xiàn),采用全直樁的碼頭愈來愈多。全直樁碼頭的橫向排架可按樁土共同作用的剛架計算,或按具有彈性支承的剛架計算。④雙層系靠船板梁式碼頭(圖1)是我國港工建設(shè)一項創(chuàng)新,使板梁式碼頭適應(yīng)水位差由5m增加到8m左右。過去,在長江下游從鎮(zhèn)江到南京一帶(水位差6～8m),多采用框架式碼頭,現(xiàn)已為雙層系靠船板梁式碼頭取代,碼頭結(jié)構(gòu)大為簡化。雙層系靠船板梁式碼頭橫向排架計算可按考慮連接板的簡化計算方法,或按考慮各桿件的剛度,按彈性桿件法計算。6.2荷載作用時的旋轉(zhuǎn)軸已有多篇論文對高樁碼頭空間計算進行討論,河海大學(xué)(1990年)做過模型試驗。目前,高樁碼頭空間計算有3種基本假定。(1)無面板:即不考慮碼頭面板作用,將縱、橫梁連同基樁視為空間網(wǎng)格梁。此種假定只適用于垂直荷載,有水平力作用時不宜采用。(2)水平力作用時考慮碼頭面板剛度,垂直荷載作用時將縱、橫梁連同基樁視為間網(wǎng)格梁。鹽田港二期集裝箱碼頭工程采用此基本假定,用澳大利亞Microstran程序進行空間計算。該程序?qū)⒚姘宓乃絼偠绕椒纸o縱梁,不考慮面板的垂直剛度。(3)有面板:即考慮碼頭面板、縱橫梁和樁基共同作用。河海大學(xué)和中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院(1992年)以南通某碼頭為例,用有面板假定與原規(guī)范規(guī)定(縱梁按剛性支承連續(xù)梁計算)比較。作用在碼頭上的荷載為1000kN水平集中力,5t和10t門機各1臺,第1～3跨布滿25kPa均布荷載。比較結(jié)果見表1,縱、橫梁彎矩有較大出入。目前,對空間計算的研究還在不斷完善之中。7高寬度樁帽d樁帽設(shè)計長期處于無章可循狀態(tài)。對25座碼頭樁帽進行了統(tǒng)計,樁帽外包寬度為(0.25～0.90)d(樁寬或樁徑),高寬比為0.31～0.86,配筋率為0.101%～0.406%,變化幅度很大。樁帽是樁與上部結(jié)構(gòu)連接重要構(gòu)件。1座碼頭樁帽數(shù)量很多,合理設(shè)計是十分重要的。為修訂規(guī)范,委托武漢水利電力學(xué)院進行72個直樁樁帽和22個叉樁樁帽試驗,并參照其他單位研究成果。7.1樁帽高度確定樁帽為空間受力塊體,受力情況復(fù)雜,在構(gòu)造上必須保證結(jié)構(gòu)具有較好整體性。樁帽平面尺寸在滿足構(gòu)造要求的情況下宜減少;高度應(yīng)滿足樁或樁芯鋼筋錨固要求,并由計算確定,規(guī)范還規(guī)定樁帽高度不宜小于0.5倍樁帽寬度,且不得小于600mm。適當(dāng)增加樁帽高度對提高抗彎、抗剪能力是有益的。試驗表明,樁帽的縱、橫向鋼筋宜采用封閉式以增加整體性;水平箍筋在阻止沖壓塊體外張和下陷有明顯作用,應(yīng)作成封閉式并嵌套在縱、橫向鋼筋外面。7.2樁帽頂鋼筋應(yīng)變與荷載的關(guān)系規(guī)范對簡支梁、連續(xù)梁作用在樁帽上的反力分別作了規(guī)定,主要是根據(jù)南京水利科學(xué)研究所的光彈試驗和武漢水利電力學(xué)院二維有限元計算結(jié)果。樁帽支撐于樁頂,四面懸空,承受的荷載為空間力系,呈三維復(fù)合應(yīng)力狀態(tài),簡化計算是必要的。實測樁帽頂在縱、橫向鋼筋應(yīng)變與荷載關(guān)系。當(dāng)簡支縱梁單獨作用時,縱向鋼筋應(yīng)變隨荷載增加而增加,直至屈服,而橫向鋼筋應(yīng)變很小,沒有參加工作;當(dāng)縱、橫梁同時擱置時,兩個方向鋼筋應(yīng)變均隨荷載增加而增加,并先后屈服。因此,樁帽設(shè)計可根據(jù)頂面受荷情況,假定按一個或兩個平面進行計算。7.3樁帽頂面受彎承載力試驗表明,配筋適中的試件一般是鋼筋先屈服,受壓區(qū)混凝土很少壓碎,受力情況與實腹牛腿相似。根據(jù)試驗資料,經(jīng)分析規(guī)定樁帽頂面受彎承載力按下列公式計算:Fa≤Mu(4)Mu≤0.85Asfyh0(5)36個直樁樁帽試驗結(jié)果與計算公式比較,Xˉˉˉ=1.121?σ=0.158,Cv=0.141Xˉ=1.121?σ=0.158,Cv=0.141;7個叉樁樁帽試驗結(jié)果與計算公式比較,Xˉˉˉ=1.230?σ=0.166?Cv=0.139Xˉ=1.230?σ=0.166?Cv=0.1397.4局部統(tǒng)一承載力樁帽頂面局部受壓承載力計算公式引自國標《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GBJ10-89),并根據(jù)26個直樁樁帽試驗結(jié)果乘以系數(shù)ξ進行修正。局部受壓承載力按下列公式計算:βcor=Acor/A1(8)26個直樁樁帽試驗結(jié)果與計算公式比較,Xˉˉˉ=1.034?σ=0.147,Cv=0.156Xˉ=1.034?σ=0.147,Cv=0.156;10個叉樁樁帽試驗結(jié)果與計算公式比較,Xˉˉˉ=1.528?σ=0.188?Cv=0.120Xˉ=1.528?σ=0.188?Cv=0.120。8油船靠船墩和鋼管樁布置柔性靠船樁適用于液體或其他采用固定機械進行裝卸的船舶?？炕蛳道|。柔性靠船樁是利用鋼管樁變形來吸收船舶?？克a(chǎn)生的能量,充分發(fā)揮鋼材彈性特點,與固定式墩式碼頭比較造價明顯減少。浙江某碼頭停靠2.5萬噸級油船,靠船墩采用固定式結(jié)構(gòu),即按常規(guī)布置斜樁和叉樁,1個靠船墩設(shè)置26根直徑1200mm鋼管樁;而鎮(zhèn)海石化總廠算山15萬噸級油碼頭,1個柔性靠船墩只用5根直徑1500mm鋼管樁;卡拉奇港7.5萬噸級液品碼頭柔性靠船墩僅用1根直徑2100mm(δ=26～50mm)鋼管樁。我國于60年代開始采用柔性靠船樁,現(xiàn)已建成可?？?0～25萬噸級油碼頭。在總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,首次將柔性靠船樁列入規(guī)范。柔性靠船樁在平面布置上必須與裝卸平臺分離,靠船樁與后面建筑物的距離應(yīng)滿足最大變形要求,并留有足夠余量。規(guī)范規(guī)定最大變形不大于直徑1500mm是考慮船舶?？堪踩?參照德國《碼頭岸壁委員會的建議》制定的。8.1防護板的種類在靠船樁外側(cè)應(yīng)設(shè)防護設(shè)施,以對船體和鋼管樁進行保護。國外常采用可繞水平軸轉(zhuǎn)動的防護板(圖2(a)),國內(nèi)則采用固定式防護板(圖2(b))。防護板的大小應(yīng)使船與防護板的接觸力小于船體能承受的壓強。