港口航道与海岸工程港口工程课程设计计算书.docx

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港口航道与海岸工程港口工程课程设计计算书

《港口工程学》课程设计

设计计算书

组号___第四组_____

姓名___史文会_____

学号__200910413110__

2012年4月

1.码头总体设计

1.1码头泊位长度确定

根据《海港总平面设计规范JTJ291-98》的有关规定：

4.3.6：

码头泊位长度，应满足船舶安全靠离作业和系缆的要求。

对有掩护港口的码头，其单个泊位长度可按下式确定：

式中:

表4-1富裕长度d

L（m）

<40

41~85

86~150

151~200

201~230

>230

d（m）

5

8~10

12~15

18~20

22~25

30

拟建码头是多泊位连续布置中首先建设的码头，其长度按单泊位计算。

富裕长度d根据船长L=86m，按规定取13.51m，所以泊位长度为113.02m。

1.2码头桩台宽度

①结构宽度：

码头结构总宽度主要取决于岸坡的稳定性和挡土结构位置。

由于在上海天津一带，岸坡开挖坡度多取1:

2.5，所以此处假定开挖岸坡坡度为1:

2.5；挡土结构采用重力式挡土墙，再结合平面布置中确定的码头前沿底高程-5.05m，和码头面高程4.1m，在地形的横断面图中可确定码头结构的总宽度约为22m。

其中，前方桩台宽14.5m，主要用于装卸桥的布置；后方桩台宽7.46m，主要起连接作用；前方桩台与后方桩台，后方桩台与挡土结构之间的变形缝间距为2mm。

②结构沿码头长度方向的分段：

为避免在结构中产生过大的湿度应力和沉降应力，沿码头长度方向隔一定距离应设置变形缝。

从结构沿码头长度可分为2段，每段长56.5m，每个结构段的两端做成悬臂式上部结构，桩台沿长度方向在端部得悬臂段取1.25m、沿宽度方向在端部的悬臂段取2m。

由于根据设计要求整个码头沿变形缝分为两个桩台，两个桩台的受力方式基本相同，所以计算时只算一个桩台。

两个桩台间采用凹凸缝连接形式。

1.3码头高程和桩台高度

①码头顶高程：

取码头面高程为4.1m。

②码头前沿水底高程：

取-5.05m。

③桩台高度：

根据横纵梁、桩帽及面板、面层的高度确定桩台高度，此处采用现浇倒T型梁，因此根据横纵梁、面板、面层的高度可初步拟定桩台高度为2.4m

④桩顶的高程：

规定桩顶高程在设计高水位以下1m左右，综合考虑码头顶面高程及桩台高度，桩顶的高程取为1.7m。

1.4桩基设计与布置

由《港口水工建筑物》中桩基布置原则：

应能充分发挥桩基承载力，且使同一桩台下的各桩受力尽量均匀，使码头的沉降和不均匀沉降较小；

应使整个码头工程的建设比较经济；

应考虑桩基施工的可能与方便。

根据规范拟定：

1）前门机梁下设置双直桩，后门机梁下设置叉桩，叉桩倾斜度为3:

1在双直桩和叉桩之间设置一根直桩。

排架中桩距取3.5m，两端悬臂部分取2m。

2）沿码头长度方向排架等间距布置，间距取6m，两端悬臂部分均取1.25m。

3）桩基为400mm*400mm预应力钢筋混凝土实心方桩，边长为0.4m。

图1.1码头断面图

图1.2桩型图

1.5靠船构件设计与布置

沿码头前沿方向宽度（m）=1；靠船构件底部高程（m）=0.7；B1（m）=1；B2（m）=0.5；H1（m）=1.4；H2（m）=0.3

2.面板设计与计算

2．1面板形式

采用叠合板形式，预制部分为20mm,现浇部分为0.15mm。

采用面板与面层分开现浇形式：

现浇面层取0.05mm。

2．2板的搁置形式与搁置长度

采用固接的搁置形式，根据《港口水工建筑物》表4-2-2，面板搁置长度取15mm。

2．3梁格布置

根据《高桩码头设计与施工规范JTJ291-98》中4.1.2的有关规定：

两边支承两边自由的板可按单向板计算。

四边支承板，长边与短边的计算跨度之比大于或等于2时，可按单向板计算；长边与短边的计算跨度之比小于2时，可按双向板计算。

由于沿码头前沿方向的横向排架中桩距是6m,沿码头宽度方向的桩距是3.5m，两者之比小于2；面板是两边支承在横梁上，两边支承在纵梁上，因此此处面板为双向板。

其自重及作用在其上面的均布荷载通过如图2.1所示传给纵、横粱。

图2.1面板荷载传递图

其中

3.纵梁设计与计算

3.1轨道梁计算

3.1.1断面设计

根据《港口水工建筑物》可知纵梁的断面形式有矩形、花篮形（含半花篮形）和

形。

由于此处拟定将纵梁搁置在横梁上，纵梁采用花篮形断面。

纵梁的高度应根据受力计算确定，而宽度主要由剪力计算确定。

又根据一般规定可知纵梁的高度一般为90-120cm，宽度一般为30-50cm，此处拟定纵梁为花篮形断面，宽度400，高度1200。

详见图3.1。

图中：

B=0.6m

H=1.2m

b1=0.4m

h1=0.15m

h2=0.15m

h3=0.3m

图3.1纵梁断面图

3.1.2纵梁搁置长度

根据《港口水工建筑物》表4-2-2，纵梁搁置长度取20mm。

3.1.3计算跨度

本设计将纵梁设计为刚性支承连续梁，根据《高桩码头设计与施工规范JTJ291-98》中4.2.1.2刚性支承连续梁的有关规定：

弯矩计算中：

当

时，

；

当

时，

。

式中：

----横梁或桩帽中心距（m）；

----纵梁支座、横梁或桩帽宽度（m）

剪力计算：

式中：

；

。

此处：

其中

，

；

则：

弯矩计算中：

剪力计算中：

3.1.4计算荷载

（1）永久荷载

a.纵梁自重：

b.面板传递力：

如图2.1

对面板的支座反力：

由于一根纵梁上作用两块板的力，所以为72.8875kN

（2）可变荷载

c.堆货荷载:

如图2.1

对通过面板面板传递可变荷载的支座力：

由于一根纵梁上作用两块板上的力，所以为223.125kN

d.门机荷载：

根据设计资料可知门机类型为

轨距为10.5m，支腿纵距为10.5m，每只腿有4个轮子，轮压：

海侧轨250kN/轮，陆侧轨250kN/轮。

图3.3门机荷载计算简图

（3）荷载组合：

a+b+c+d

3.1.5内力计算结果（每种组合类型下的作用效应包络值）

a．承载能力极限状态持久组合

竖向位移

跨

截面位置

竖向位移最大值

最大效应对应的工况

竖向位移最小值

最小效应对应的工况

1

左端

.92

组合1

-1.99

组合1

1

跨中

.43

组合1

-1

组合1

1

右端

0

组合1

0

组合1

2

左端

0

组合1

0

组合1

2

跨中

2.88

组合1

-.72

组合1

2

右端

0

组合1

0

组合1

3

左端

0

组合1

0

组合1

3

跨中

1.97

组合1

-1.14

组合1

3

右端

0

组合1

0

组合1

4

左端

0

组合1

0

组合1

4

跨中

2.12

组合1

-.91

组合1

4

右端

0

组合1

0

组合1

5

左端

0

组合1

0

组合1

5

跨中

2.06

组合1

-.94

组合1

5

右端

0

组合1

0

组合1

6

左端

0

组合1

0

组合1

6

跨中

2.06

组合1

-.92

组合1

6

右端

0

组合1

0

组合1

7

左端

0

组合1

0

组合1

7

跨中

2.06

组合1

-.94

组合1

7

右端

0

组合1

0

组合1

8

左端

0

组合1

0

组合1

8

跨中

2.12

组合1

-.91

组合1

8

右端

0

组合1

0

组合1

9

左端

0

组合1

0

组合1

9

跨中

1.97

组合1

-1.14

组合1

9

右端

0

组合1

0

组合1

10

左端

0

组合1

0

组合1

10

跨中

2.88

组合1

-.72

组合1

10

右端

0

组合1

0

组合1

11

左端

0

组合1

0

组合1

11

跨中

.43

组合1

-1

组合1

11

右端

.92

组合1

-1.99

组合1

剪力

跨

截面位置

剪力最大值

最大效应对应的工况

剪力最小值

最小效应对应的工况

1

左端

375

组合1

0

组合1

1

跨中

484.72

组合1

0

组合1

1

右端

969.45

组合1

0

组合1

2

左端

0

组合1

-1575.44

组合1

2

跨中

590.17

组合1

-267.04

组合1

2

右端

1945.12

组合1

0

组合1

3

左端

0

组合1

-1805.31

组合1

3

跨中

386.59

组合1

-439.51

组合1

3

右端

1746.01

组合1

0

组合1

4

左端

0

组合1

-1761.71

组合1

4

跨中

447.69

组合1

-422.9

组合1

4

右端

1786.64

组合1

0

组合1

5

左端

0

组合1

-1774.12

组合1

5

跨中

425.93

组合1

-429.19

组合1

5

右端

1772.74

组合1

0

组合1

6

左端

0

组合1

-1773.38

组合1

6

跨中

428.23

组合1

-428.23

组合1

6

右端

1773.38

组合1

0

组合1

7

左端

0

组合1

-1772.74

组合1

7

跨中

429.19

组合1

-425.93

组合1

7

右端

1774.12

组合1

0

组合1

8

左端

0

组合1

-1786.64

组合1

8

跨中

422.9

组合1

-447.69

组合1

8

右端

1761.71

组合1

0

组合1

9

左端

0

组合1

-1746.01

组合1

9

跨中

439.51

组合1

-386.59

组合1

9

右端

1805.31

组合1

0

组合1

10

左端

0

组合1

-1945.12

组合1

10

跨中

267.04

组合1

-590.17

组合1

10

右端

1575.44

组合1

0

组合1

11

左端

0

组合1

-969.45

组合1

11

跨中

0

组合1

-484.73

组合1

11

右端

0

组合1

-375

组合1

弯矩

跨

截面位置

弯矩最大值

最大效应对应的工况

弯矩最小值

最小效应对应的工况

1

左端

0

组合1

0

组合1

1

跨中

0

组合1

-268.67

组合1

1

右端

0

组合1

-793.4

组合1

2

左端

0

组合1

-793.4

组合1

2

跨中

1674.56

组合1

-185.72

组合1

2

右端

0

组合1

-1930.09

组合1

3

左端

0

组合1

-1930.09

组合1

3

跨中

1279.28

组合1

-368.78

组合1

3

右端

0

组合1

-1751.77

组合1

4

左端

0

组合1

-1751.77

组合1

4

跨中

1316.58

组合1

-270.2

组合1

4

右端

0

组合1

-1780.86

组合1

5

左端

0

组合1

-1780.86

组合1

5

跨中

1292.29

组合1

-280.31

组合1

5

右端

0

组合1

-1770.54

组合1

6

左端

0

组合1

-1770.54

组合1

6

跨中

1296.93

组合1

-272.77

组合1

6

右端

0

组合1

-1770.54

组合1

7

左端

0

组合1

-1770.54

组合1

7

跨中

1292.29

组合1

-280.31

组合1

7

右端

0

组合1

-1780.86

组合1

8

左端

0

组合1

-1780.86

组合1

8

跨中

1316.58

组合1

-270.2

组合1

8

右端

0

组合1

-1751.77

组合1

9

左端

0

组合1

-1751.77

组合1

9

跨中

1279.28

组合1

-368.78

组合1

9

右端

0

组合1

-1930.09

组合1

10

左端

0

组合1

-1930.09

组合1

10

跨中

1674.56

组合1

-185.72

组合1

10

右端

0

组合1

-793.4

组合1

11

左端

0

组合1

-793.4

组合1

11

跨中

0

组合1

-268.67

组合1

11

右端

0

组合1

0

组合1

b．正常使用极限状态持久状况的标准组合

竖向位移

跨

截面位置

竖向位移最大值

最大效应对应的工况

竖向位移最小值

最小效应对应的工况

1

左端

.56

组合1

-1.36

组合1

1

跨中

.26

组合1

-.68

组合1

1

右端

0

组合1

0

组合1

2

左端

0

组合1

0

组合1

2

跨中

1.98

组合1

-.39

组合1

2

右端

0

组合1

0

组合1

3

左端

0

组合1

0

组合1

3

跨中

1.33

组合1

-.73

组合1

3

右端

0

组合1

0

组合1

4

左端

0

组合1

0

组合1

4

跨中

1.45

组合1

-.56

组合1

4

右端

0

组合1

0

组合1

5

左端

0

组合1

0

组合1

5

跨中

1.4

组合1

-.58

组合1

5

右端

0

组合1

0

组合1

6

左端

0

组合1

0

组合1

6

跨中

1.4

组合1

-.57

组合1

6

右端

0

组合1

0

组合1

7

左端

0

组合1

0

组合1

7

跨中

1.4

组合1

-.58

组合1

7

右端

0

组合1

0

组合1

8

左端

0

组合1

0

组合1

8

跨中

1.45

组合1

-.56

组合1

8

右端

0

组合1

0

组合1

9

左端

0

组合1

0

组合1

9

跨中

1.33

组合1

-.73

组合1

9

右端

0

组合1

0

组合1

10

左端

0

组合1

0

组合1

10

跨中

1.98

组合1

-.39

组合1

10

右端

0

组合1

0

组合1

11

左端

0

组合1

0

组合1

11

跨中

.26

组合1

-.68

组合1

11

右端

.56

组合1

-1.36

组合1

剪力

跨

截面位置

剪力最大值

最大效应对应的工况

剪力最小值

最小效应对应的工况

1

左端

250

组合1

0

组合1

1

跨中

333.77

组合1

0

组合1

1

右端

667.57

组合1

0

组合1

2

左端

0

组合1

-1084.14

组合1

2

跨中

400.34

组合1

-167.77

组合1

2

右端

1344.38

组合1

0

组合1

3

左端

0

组合1

-1246.12

组合1

3

跨中

254.98

组合1

-294.85

组合1

3

右端

1202.9

组合1

0

组合1

4

左端

0

组合1

-1214.72

组合1

4

跨中

298.95

组合1

-281.2

组合1

4

右端

1232.32

组合1

0

组合1

5

左端

0

组合1

-1223.61

组合1

5

跨中

283.77

组合1

-286.25

组合1

5

右端

1222.44

组合1

0

组合1

6

左端

0

组合1

-1222.99

组合1

6

跨中

285.49

组合1

-285.49

组合1

6

右端

1222.99

组合1

0

组合1

7

左端

0

组合1

-1222.44

组合1

7

跨中

286.25

组合1

-283.77

组合1

7

右端

1223.61

组合1

0

组合1

8

左端

0

组合1

-1232.32

组合1

8

跨中

281.2

组合1

-298.95

组合1

8

右端

1214.72

组合1

0

组合1

9

左端

0

组合1

-1202.9

组合1

9

跨中

294.85

组合1

-254.98

组合1

9

右端

1246.12

组合1

0

组合1

10

左端

0

组合1

-1344.38

组合1

10

跨中

167.77

组合1

-400.34

组合1

10

右端

1084.14

组合1

0

组合1

11

左端

0

组合1

-667.57

组合1

11

跨中

0

组合1

-333.78

组合1

11

右端

0

组合1

-250

组合1

弯矩

跨

截面位置

弯矩最大值

最大效应对应的工况

弯矩最小值

最小效应对应的工况

1

左端

0

组合1

0

组合1

1

跨中

0

组合1

-182.44

组合1

1

右端

0

组合1

-542.22

组合1

2

左端

0

组合1

-542.22

组合1

2

跨中

1152.95

组合1

-69.64

组合1

2

右端

0

组合1

-1341.37

组合1

3

左端

0

组合1

-1341.37

组合1

3

跨中

874.29

组合1

-214.21

组合1

3

右端

0

组合1

-1211.41

组合1

4

左端

0

组合1

-1211.41

组合1

4

跨中

903.22

组合1

-142.44

组合1

4

右端

0

组合1

-1233.76

组合1

5

左端

0

组合1

-1233.76

组合1

5

跨中

885.92

组合1

-150.83

组合1

5

右端

0

组合1

-1226.14

组合1

6

左端

0

组合1

-1226.14

组合1

6

跨中

889.38

组合1

-145.26

组合1

6

右端

0

组合1

-1226.14

组合1

7

左端

0

组合1

-1226.14

组合1

7

跨中

885.92

组合1

-150.83

组合1

7

右端

0

组合1

-1233.76

组合1

8

左端

0

组合1

-1233.76

组合1

8

跨中

903.22

组合1

-142.44

组合1

8

右端

0

组合1

-1211.41

组合1

9

左端

0

组合1

-1211.41

组合1

9

跨中

874.29

组合1

-214.21

组合1

9

右端

0

组合1

-1341.37

组合1

10

左端

0

组合1

-1341.37

组合1

10

跨中

1152.95

组合1

-69.64

组合1

10

右端

0

组合1

-542.22

组合1

11

左端

0

组合1

-542.22

组合1

11

跨中

0

组合1

-182.44

组合1

11

右端

0

组合1

0

组合1

3.2一般纵梁计算

3.2.1断面设计

同轨道梁，即：

为花篮形断面，宽度400，高度1200。

详见图3.1。

3.2.2计算跨度

同轨道梁，即：

弯矩计算中：

剪力计算中：

3.2.3计算荷载

（1）永久荷载

a.纵梁自重：

b.面板传递力：

如图2.1

对面板的支座反力：

由于一根纵梁上作用两块板的力，所以为72.8875kN

（2）可变荷载

c.堆货荷载:

如图2.1

对通过面板面板传递可变荷载的支座力：

由于一根纵梁上作用两块板上的力，所以为223.125kN

（3）荷载组合：

a+b+c

承载能力极限状态持久组合

编号

组合内容

1

永久荷载+件杂货荷载1+门机1

正常使用极限状态持久状况的标准组合

编号

组合内容

1

永久荷载+件杂货荷载1+门机1

3.2.4内力计算结果【同轨道梁】（每种组合类型下的作用效应包络值）

a．承载能力极限状态持久组合

b．正常使用极限状态持久状况的标准组合

4.横梁的设计与计算

4.1断面设计

根据《港口水工建筑物》第四章高桩码头第二节可知横梁的横断面形式一般矩形、倒T形、花篮形和倒梯形四种，其中前三种主要用于前方桩台的横梁。

此处拟定的纵梁为花篮形且将搁置在横梁上，因此拟定横梁断面形式为倒T形。

结构采用整体现浇形式，从而此处可以不设桩帽，下横梁尺寸按照桩帽的标准考虑。

横梁断面为倒梯形T形断面形式，下横梁为矩形断面宽1200，高度800；上横梁为矩形断面，宽度400，高度1200

根据《港口水工建筑物》第四章高桩码头第二节可知横梁的宽度根据计算确定，并应考虑纵梁或板的搁置长度等构造要求，现浇混凝土横梁尚应考虑打桩偏位的影响，倒T型横梁的上横梁宽约为35-45cm，高度一般为80-150cm。

下横梁宽度一般为90-120cm，高度一般为60-80cm。

故本设计拟定倒T形梁断面尺寸为：

下横梁高800mm，宽1200mm；上横梁高1200mm，宽400mm。

图中：

B=1.2m

H=2m

b1=0.4m

h1=0.8m

图4.1横梁截面图（单位:

mm）

4.2计算跨度

高桩码头的结构分段是一个空间整体结构。

按空间结构进行计算的方法尚在发展中，但由于本设计采用的是板梁式高桩码头，它的结构布置和受荷条件各排架（边排架除外）基本上是相同的，可按纵向和横向两个平面进行结构内力计算。

故本设计取一个横向排架作为计算单元，计算跨度等于横向排架的跨度即为14.5