江阴港码头计算说明书.docx

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江阴港码头计算说明书

说明书目录

中文摘要----------------------------------------------------------

英文摘要----------------------------------------------------------

Ⅰ设计基本条件及依据----------------------------------------

（一）设计任务、依据及标准--------------------------------------------

（二）项目的工程环境及条件--------------------------------------------

Ⅱ总平面布置----------------------------------------------------

Ⅲ码头结构的初步设计----------------------------------------

Ⅳ指定结构构件的技术设计----------------------------------

（一）面板的技术设计-----------------------------------------------------

（二）横向排架的内力计算-----------------------------------------------

Ⅴ关键性技术要求说明----------------------------------------

Ⅵ结束语----------------------------------------------------------

附图一地质纵、横向剖面图

附图二面板配筋及预制板吊筋图

附图三传统式结构断面图

附图四部分预制式结构断面图

附图五承载能力极限状态施工期、使用期荷载组合弯矩、剪力的内力土和包络图

大图一横梁断面配筋图

大图二码头结构断面三视图

大图三码头总平面布置图

江阴港码头设计

摘要

一`设计资料

江阴是负责河转江及江转河的中转港，随着国民经济的发展吞吐量逐年剧增，港内泊位明显不足，装卸机械不配套，远不能适应形势发展的要求，经上级部门批建4号码头。

码头全部配套工程，包括码头水工建筑物，装卸机械设备`货物道路`填土`生产辅助设施`给水`供电`通信等，总投资3000万元。

码头的建设规模，在近期的综合通过能力为42万吨，甲港为三级港，新建码头按二级建筑物设计。

Abstract

WiththedevelopmentofironproductionofMeiShanSteelworks,theoriginaltwo2000-tonberths,builtin1969,can’tmeettherequirementsofcargotransporation.Soa5000-tonberthistobebuiltinthelowerleveloftheoriginalones.Thecontentsareasfollowings:

（Ⅰ）Thegeneralplanoftheport

Basedonthedesignmaterials,thegeneralsizesoftheportcanbedetermined,whichincludetheelevation,theberthsizesofthewharf,thetoragearea,andtheloading&unloadingcraftsmanship.

（Ⅱ）Thetechnologicaldesignoftheport

Thisportisariverport.Itcanbedesignedasanopenpieronpiles.Thisstageincludestwosteps:

a、Thepreliminarydesignofthewharfstructure

Twochoies:

oneistoputthedeckontheprefabricatedverticalbeams,andthenputtheverticalbeamsonthecrossbeam.Anotheroneistouseapilecaptobuildtheprefabricatedverticalbeams,thecrossbeam,andthepilesintoanintegratedone.

b、Thetechnologicaldesignofthewharfstructure

Throughcomparison,thefirstoneistheselectedasthemaindesignscheme.Itmainlyconsistsofthecalculationofinternalforcesofthecomponts,thecalculationofthequantityofthereinforcedbarsandtheirarrangement,andthecrackwidthofthereinforcedconcrete.

Ⅰ设计基本条件及依据

（一）设计任务、设计依据及标准

一、设计任务

某大型钢铁厂专业码头原有两个2000吨级泊位码头长183米，系1969年建成投产，担负厂内所需原料和产品的进出口货运任务。

由于近年来该厂炼铁不断发展，原有码头的货运能力已经不能满足要求。

经上级有关部门的批准，拟于原有码头下游方向扩建一个5000吨级泊位。

本项设计的任务是对扩建码头的结构进行方案设计及部分构件的技术设计。

二、设计依据及参考文献

所用规范：

《高桩码头设计与施工规范》

《港口工程砼设计规范》

《港口工程荷载规范》

《港口工程制图标准》

《港口工程桩基规范》

《海港总平面设计规范》

所用文献：

《港口水工建筑物》

《港口规划与布置》

《土力学》

《结构力学》

《港口航道与海岸工程专业毕业设计指南》

（二）、项目的工程环境及条件

1`营运任务：

本码头主要为苏锡常等地担负化肥原料和磷矿石的任务并承担港内其他码头无法承担的重件的转运任务。

因此，本码头按转运磷矿石为主要货种的综合性码头设计，在近期货运的年吞吐量为42吨，包括磷矿石20吨，钢材10万吨，黄沙10万吨，木材2万吨，远期货运的吞吐量为52吨，包括磷矿石40万吨，钢材10万吨，木材2万吨，散货以大船进`小船出为主。

2`船型尺度：

本码头的设计船型，按部指示以长江1500吨驳船为主，同时考虑今后船型的发展，设计中兼顾3000—5000吨散货船的停靠，装卸，按60吨水泥船为代表船型设计。

根据调查，设计船型和兼顾船型的主要尺度：

长航1500吨甲板驳：

75m×13m×3.5m×2.6m

民用60吨水泥船：

21m×3.0m×2.0m×1.6m

5000吨货轮：

115m×15.6m×11m×7m

使用部门希望在最低水位是也能停靠民用船舶。

3`机械设备的现状

港内有多余的移动式皮带机（长15m和20m），有升高皮带孔`破孔漏斗`2吨的少先吊`牵引车及平板车等，两台M—4—25型门机，16吨的轮胎吊。

4`自然条件

（1）地质资料

该地区土层分布比较简单，厚度大，性质良好的粉沙土，在标高▽-11—▽-20围是最好的持力层，平均贯入击数N=37，而表层淤泥的流动性大，似乎岸坡有浅层滑动的危险。

（2）水文资料

甲港离长江口约200公里，处于入海河口段，水位既受海水潮的影响，又受长江径流的影响，不过，历时曲线基本上是非正规的半日周期混合潮型，一般潮位呈每日两涨两落和日潮不等，及涨落潮历时不相等现象，历史最高水位+6.75米，历史最低水位为6.8米。

施工水位取3.8米，根据水位累积频率曲线图，设计高水位为5.2米,设计低水位为1.6米.

当东北向累积频率为1%的风速16米/秒，吹程15公里时，设计波高为1米。

（3）气象资料

按甲港所在的气象站1954—1987年的实测资料统计得：

历年最高气温38°C，历年最低气温-14.2°C，年平均气温15.2°C，日平均气温27.8°C（七月），日平均最低气温2.3°C（一月）

本区的强风向和常风向均为东南风。

夏季实测最大风速20米/秒，秋季主导风向是东北风。

港区在7级以上的大风天，年平均约有21天

本地区雷暴雨天数，年最多43天，月最多18天。

在10毫米/小时以上的中雨天和暴雨天，年平均15天。

历年日最大雨量为219.6毫米。

梅雨天数平均13天，最长持续25天。

本地一般为晨雾，能见度小于1000米有持续到上午8时后的雾日，年平均有8天，主要在10月份出现。

由于晨雾出现频率地，持续时间较短，对港口作业的影响不大。

（4）材料供应及施工条件

一般可供应40号和50号以下的水泥，60号水泥较少，钢筋常有3#圆钢，16锰螺纹钢数量不多，缺少25锰硅螺纹钢，沙石料通常可用驳船从外地运来本港。

港区旁边空洼地较多，现场“三通`一平”的条件好。

把洼地填筑起来可做现场预制场和砂石料堆存场地。

在现场预制普通钢筋混凝土构件和所能提供的劳动力数量不受限制。

交通部指定由二航四公司承担本码头的施工任务。

四公司在裕溪口的预制厂，可预应力钢筋混凝土的梁和桩，能预制空心构件（板和桩），空心胶管外径为25和27厘米。

一般预制构件的重量在40吨以内。

沉桩用的打桩船，其尺寸为：

46.6m20m3.6m1.88m,可吊龙口8米，能打4：

1的桩，桩的断面可在55cm55cm以内，长度可在38米以内，允许仰俯角30°。

（5）码头面荷载

根据码头使用要求，码头面使用荷载主要是堆货，门机,移动式皮带机和流动机械。

堆货荷载，码头前沿为20KPa，门机轨距10.5米,在工作状态,门机支腿最大轮压力190KN

设计内容包括以下几个方面：

一．港区的总体规划

根据设计资料，计算港口的规模和总体尺度。

主要包括：

高程、泊位尺度、库场面积和装卸工艺等。

二．码头结构设计

该港按照河港设计，采用高桩码头。

这一阶段包括码头结构的初步设计和码头结构的技术设计。

1．码头结构的初步设计

有两种方案：

其一是面板搁置在预制纵梁上，预制纵梁搁置在现浇横梁是。

其二是用现浇桩帽将预制纵梁和横梁及桩连接成一个整体。

2.码头结构的技术设计

选择其中的一方案进行技术设计，主要是对码头各构件进行内力计算和配筋计算以及裂缝开展宽度验算。

Ⅱ总平面布置

一、码头型式的确定

由资料可知，该港位于长江中下游地区，属于河口港。

根据地质钻孔资料可知，该港港址的表层土的地基承载力较低，采用高桩码头。

为避免建港后引起冲淤失衡，尽量少占用主航道，选用顺岸式。

由于后方陆域紧张，且规划码头前沿线离岸距离不大，选用满堂式。

二、码头主要尺寸

1、码头面标高：

考虑设计高水位及富裕，取码头面高程7.0m

2、码头底高程：

考虑设计低水位、船舶吃水及富裕水深，取-7.0m

3、码头长度：

船长115m，考虑两端富余，取码头长度为141m

4、码头宽度：

前方桩台宽度为18m；

排架间距：

取排架间距为7m

5、港池宽度：

B=bc×35=50m

三、货物装卸工艺

该港口进口铁矿石和矿粉，货种为散货；出口生铁锭，货种为件杂货。

所以进口时前方采用10吨门机两台，中间采用自卸式卡车；出口时后方采用轮胎式起重机，中间仍采用自卸式卡车。

进口：

船→门机→平板车→堆场

出口：

船←门机←平板车←堆场

四、堆场、仓库的面积确定

1、一线库场的面积

仓库堆场所需的容量：

E=（QhKBKKr/TykαK）×tdc

其中：

E—仓库或堆场所需容量（t）

Qh—月货运量（t），进出口各取4.2万吨

KBK—仓库或堆场不平衡系数，取1.5

Kr—货物最大入仓库或堆场百分比（%）取90%

Tyk--仓库或堆场年营运天（d），取350d

tdc—货物在仓库或堆场的平均堆存期（d），取10d

αK--堆场容积利用系数，出口取1.0，进口取0.7

所以：

E1=1.62×104（t）

面积：

A=E/q*kk

q—单位有效面积的货物堆存量，取2t/m2

kk—库场总面积利用率，取0.75

所以：

A1=1.08×104m2取1.2×104㎡

Ⅲ码头结构的初步设计

前方桩台：

面板采用迭合板，由预制板和现浇板构成，预制板搁置在预制纵梁上，然后进行现浇板及垫层的施工。

预制纵梁搁置在横梁上。

横梁采用倒T型断面，由上、下横梁构成，均为现浇结构。

横梁、纵梁、面板之间采用整体连接，横梁与桩基之间也是整体连接，使码头具有较好的整体稳定性，横向排架间距为7.0米，桩基布置采用等间距布置，桩距两跨分别为5.25米和5.5米，门机梁处为双直桩，普通纵梁为单直桩，另一门机为叉桩。

面板的力传给纵梁，再由纵梁传给横梁，最后传给桩基，导入地基中。

所有桩的尺寸均为50cm×50cm

前方桩台的计算

一、面板尺寸的拟定及计算

初步拟定面板尺寸为：

预制板后20cm，现浇板10cm，垫层厚10cm，计算跨度l0=4.7m

面板厚度验算：

各种荷载产生的最大跨中弯矩：

自重：

M0=28kn•m

堆荷：

M1=55kn•m

流动机械：

M2=16kn•m

M=M0+0.7（M1+M2）=67kn•m

Kf=WRLγ/M=1.23>0.7

所以，经验算，面板厚度满足要求。

二、纵梁尺寸的拟定及计算

1、门机梁

初取门机梁尺寸如图

计算跨度l0=6.3m

M=M0+0.7M堆=1444kn•m

Kf=W（RLγ+σ）/M=1.8>1.15

所以满足要求。

三、横梁尺寸的拟定

横梁采用倒T型截面，如图

四、桩力估算

一．将上部荷载以集中力的形式传给横梁，再由横梁传给桩基。

（1）

①面板自重+纵梁自重

边梁P1=128.4KN

门机梁P2=389.8KN

中纵梁P3=501.8KN

②靠船构件

G=rV=34.13，其合力作用至码头前沿距离为0.4m

（2）堆货荷载

横梁上由面板通过纵梁传递值

边纵梁P堆1=140KN

门机梁P堆2=504KN

中纵梁P堆3=770KN

（3）门机荷载

第一种工况：

RA=500KN，RB=527KN

第二种工况：

RA=1256KN，RB=457KN

（4）船舶力

系缆力垂直于码头线的法向分力为62.5KN

撞击力为175KN

二．桩力计算表如下

按最不利荷载组合后的最大桩力表

桩号

1=2

桩力（KN）

1002

1343

695

761

419

最大桩力为第2根（直桩）为1343KN

五、桩长计算

将桩打入持力层9m

桩长为25m

序号

桩力（KN）

工况

N1=N2

①

自重

374

573

201

248

②

堆荷

349

770

266

171

③

门机

Ⅰ

500

527

④

Ⅱ

628

241

⑤

船舶力

系缆力

-93

⑥

撞击力

-33

Ⅳ指定结构构件的技术设计

（一）面板的技术设计

一、计算依据

1、基本尺寸

预制板厚20cm，现浇板厚10cm，垫层厚10cm，横向排架间距7m，考虑到吊运要求，取预制板宽度b=4.7m。

预制板搁置宽度取为15cm，预制梁高120cm，预制板平面尺寸6.6m×4.7m。

2、荷载

（1）恒载：

r1=25kn/m，r2=24kn/m

（2）施工荷载：

预制板脚手架时q=30kn/m2

吊运安装时动力系数α=1.5

（3）使用荷载：

堆货荷载q=20kn/m2，16t轮胎式起重机使用吊重10t，轮胎压力为211.0kn，冲击系数k=1.3，工作时轮胎接地面积可采用0.3m×0.2m

二、内力计算

1、施工期内力计算

恒载面板自重产生的弯矩、剪力：

M0=25kn•m，Q=22kn

吊运时所产生的内力：

M=22.36kn•m

施工荷载产生的内力：

M=31.4kn•m，

2、使用期各种荷载产生的内力（每延米板宽）见下表

使用荷载

简支板跨中弯矩（kn•m）

支座剪力（kn）

堆货荷载

流动机械

3、计算弯矩

与梁整体连接的单向板，按规范计算弯矩由系数法确定，板厚与梁肋高之比

=0.1/1.4>1/4,所以弯矩系数m=0.65，则跨中最大正弯矩：

M=7.8kn•m支座最大负弯矩：

M=-7.2kn•m，计算剪力与梁整体连接的单向板计算与简支板相同：

Q=-150kn

荷载组合：

长期组合：

M=rGM永+rQM堆

短期组合：

M=rGM永+rQM施

三、配筋计算

1、正截面承载力验算

恒载

ｒｄ

Ｍ标

Ｍ设

ｈ

ｈ０

αｓ

Ａｓ

跨

中

恒载

１.２

３１.４

３７.６８

２０

１５３

０.１０７

０.１１３

８３７

０.５５

施工荷载

１.３

６.４

８.３２

２０

１５３

０.０２４

１７８

０.１１６

吊运荷载

１.３

２２.３６

２９.０７

２０

１５３

０.０８３

０.０８７

６４５

０.４２

堆货荷载

１.４

３６.４

５０.９６

２０

１５３

０.０５３

０.０５４

６６２

０.２６

支座处

１.４

３３.６

４７.０４

２０

１５３

０.０４９

０.０５０

６１３

０.２４

2预制板配筋：

As=８３６.５６+６６１.０６=１４９７.６２mm2

配14Φ12（As=1583mm2）

支座处配筋：

As1=６１２.１０mm2

配6Φ12（As=678mm2）

分布筋选取：

Φ10@８０（As=９８２mm2）

预制板吊筋：

Φ２５（As=４９０.６２５mm2）

2、斜截面承载力验算

施工期：

预制板斜截面Q1=２６.４ｋｎ

而[Q1]=0.07fcbh0=0.07×15×１０００×１５３=１６０.６５kn

Q1<[Q1]

使用期：

叠合板斜截面Q2=r恒+r堆Q堆=８６.６kn

而[Q2]=0.07fcbh0=0.07×15×１０００×２５３=２６５.６５kn

Q2<[Q2]

3、裂缝宽度验算

Wmax=1.0×1.0×1.5×

=0.249mm<0.25mm

（二）横向排架内力计算

一、计算依据

（一）结构尺寸

码头结构形式见附图，排架间距为7m

（二）荷载

1、船舶荷载

系缆力、撞击力，挤靠力这里不考虑。

2、其他荷载

恒载和流动机械荷载，门机荷载同前。

（三）砼标号

横梁采用C30混凝土，桩基采用C40预应力砼。

（四）横梁施工顺序

横梁采用倒T型截面，为现场灌注砼结构，在施工时首先浇筑下横梁，待下横梁砼达到一定设计强度后安装预制板梁，然后浇筑上横梁和板、梁现场灌筑部分，在横梁计算中分别按施工期和使用期两个阶段进行。

二、桩台特征

（一）横梁的几何特征

1、横梁断面尺寸

A1=0.8m2，A2=0.48m2

A=1.28m2

X=S/A=09875

2、横梁惯性矩

施工时期：

B2H23=0.0144m4

使用时期：

I=0.507m4

3、砼的弹性模量

砼的设计模量标号为C30

施工时期：

假定下横梁砼达到设计强度70%时进行预制构件安装，

即Ec=3.0×104×70%=2.1×104N/mm2

使用时期：

Ec=3.0×104N/mm2

（二）基桩特征

本设计采用预应力钢筋混凝土桩，桩的断面尺寸50cm×50cm。

桩为空心桩，空心直径为27cm，Ax=0.193m2，砼的抗压标号为C40，砼的弹性模量Ec=3.25×104N/mm2。

（三）压缩系数K

根据K=

计算各桩的压缩系数

支座处的压缩系数：

支座A：

两根直桩，由于靠得比较近，为简化计算取两根桩的中点，作为支承点，KA=2.60×10-9m/N

支座B：

KB=5.053×10-9m/N

支座C：

KC=2.77×10-9m/N

支座D：

KD=4.893×10-9m/N

三、计算荷载

（一）恒载

1、作用在外边梁L1处的恒载P1=135.82KN

2、靠船构件P=63.475KN，离码头前沿为0.38m

3、作用在门机梁L2、L4上的恒载P2=P4=389.02KN

4、作用在中纵梁L3处的恒载P3=441.39KN

5、作用在内边梁L5处的恒载P5=211.33KN

6、横梁自重q=32KN/M

（二）使用期荷载

1、堆荷

（1）作用在外边梁L1处的荷载P1=119KN

（2）作用在门机梁L4荷载P2=486.5KN

（3）作用在中纵梁L3处的荷载P3=735KN

（4）作用在内边梁L5处的荷载P4=385KN

（5）作用在门机梁L5处的荷载P5=752.5KN

2、门机

工况一：

P2=1256KN，P4=457.4KN

工况二：

P2=457.4KN，P4=1256KN

3、船舶荷载

（1）系缆力

与初步设计中相同，系缆力垂直与码头线的法向分力Nx=75KN，对中和轴弯矩M=127.5kn•m

（2）撞击力

P=150KN，对横梁中和轴产生的弯矩为285kn•m

四、内力计算

（一）计算假定及公式

根据规范规定，由叉桩和直桩支承的横梁，一般可假定桩两端为铰接。

在垂直荷载作用下，按弹性支承连续梁计算，水平力由叉桩承受。

内力计算采用弹性支承连续梁的五弯矩方程。

方程如下：

[

（

）-

（

）]MK+1+[（

）+

+FK（

）2+

]MK+[

（

）]MK+2+（

）MK+2=-[（

）-[

RK-10-FKRK0（

）+

RK+10]

式中：

FK为K支座压缩系数

为因荷载作用在基本系K支座左截面梁变形引起的转角

为为因荷载作用在基本系K支座右截面梁变形引起的转角

RK0为因荷载作用在基本系K支座引起的支座反力

（二）使用期及施工期的内力组合

1、承载能力极限状态

施工期：

Sd=r0（rG1SG1K+RG2SG2K+……+rGnKSGnK）

r0为结构重要性系数，二级建筑物取为1.0

rG为永久作用系数，取为1.2

SG1K表示永久标准值产生的作用效应

使用期：

持久组合

Sd=r0（rG1SG1K+RG2SG2K+……+rGnKSGnK）+rQ1SQ1K+

（rQ2SQ2K+……+rQnSQnK）

rQ1、rQ2……为可变作用分项系数，系缆力、堆货荷载取为1.4，撞击力、门机取为1.5

为组合系数，取为0.7

2、正常使用极

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