沉箱码头计算书讲解.docx

1、沉箱码头计算书讲解任务要求:码头设计高水位12米，低水位7.4米，设计船型20000吨，波高小于1 米，地面堆货20kpa ， Mh 16 30门座式起重机，地基承载力不足，须抛石 基床。一.拟定码头结构型式和尺寸1.拟定沉箱尺寸：船舶吨级为20000吨，查规范得相应的船型参数：设计船型总长(m )型宽(m )满载吃水(m )18327.610.5即吃水为10.5米。其自然资料不足，故此码头的前沿水深近似估算为：D 二 kT =1.15 10.5 =12.1m，设计低水位7.4米，则底高程：7.4-12.1 =-4.7m，因此定底高程-5.1m处。由于沉箱定 高程即为胸墙的底高程， 此处胸墙为

2、现浇钢筋混凝土结构， 要求满足施工水位高于设计低水位，因此沉箱高度要高于码头前沿水深 12.1m。综上，选择沉箱尺寸为： 丨b h=13m 10.2m 14m。下图为沉箱的尺寸图：1 ITS*-oU0E5o o e200o o fO300 C9匸300 .4000II. 4000-tJL4000JU4000 IIl13000-*12 .拟定胸墙尺寸:如图，胸墙的顶宽由构造确定，一般不小于 0.8m，对于停靠小型内河船舶的码头不小于0.5m。此处设计胸墙的顶宽为 1.0m。设其底宽为5.5m，检验其滑动和倾覆稳定性要求是否满足要求：(由于此处现浇胸墙部分钢筋直接由沉箱顶部插入，可认为其抗滑稳定性

3、满足要求，只需验算其抗倾稳定性)设计高水位时胸墙有效重力小于设计低水位时， 对于胸墙的整体抗倾不利， 故考虑设计高水位时的抗倾稳定。沉箱为现浇钢筋混凝土，其重度在水上为 23.5kN/m3，水下为13.5kN/m3，则在设计高水位时沉箱的自重为：11.5 、 r (5.51) 1G =1 1.5 1.5 5.5 -1 : 23.5 3.1 1 1.5 -(5.5-1) 3.1 - 13.524.6 4.6 2贝U G =227.83kN。自重G对O点求矩：MG =77.1 0.5 - (33.4967 5.5-10.4792 (2/3 5.5 1/3)=733.56kN-m。考虑到有门机在前沿

4、工作平台工作时， 胸墙的水平土压力最大，此处门机荷载折算为线性荷 载为:250 10 q 178.57kPa。14（此处近似用朗肯土压力进行验算）朗肯主动土压力系数：Ka 二tan2（45 一）二tan2（45 一35 ）=0.27。则其土压力分布如上图： 如上图，其各点的土压力强度为：F0 = Ka ,h q =0.27 178.57 = 48.21kPa;巳=Ka ,h1 q =0.27 18 1.5 178.57 严55.5kPa;R =Ka /1 2h2 q =0.27 18 1.5 9.5 3.1 178.57 = 63.46kPa.则其土压力为：E=0.5 1.5 48.21 55

5、.5 0.5 3.1 55.5 63.46 =262.17KN。作用点至墙底的距离为:1 2 2 1 1y (48.21 4.6 2.3 7.29 3.12 0.5 7.96 3.12 0.5 0.5 7.29 1.5 ( 3.1)E 3 3=2.20m。则土压力对墙前 O点的弯矩值为:M =262.17 2.2 =576.77 KN m。综上：MG=733.56kNm M = 576.77KN m，即说明在高水位时胸墙能保持抗倾稳定。即胸墙的尺寸为：顶宽为 1.0m，底宽为5.5m，高为4.6m。则码头的结构形式及尺寸如图:二、计算高低水位时抗滑、抗倾稳定性及地基应力1、荷载作用分类及计算：

6、(1)结构自重力(永久作用)： a、设计高水位情况:设计高水位自重作用计算表项目计算式Gi( KN)Xi(m)Gi*Xi(KN*m)沉箱前、后面板、纵隔墙(13.05*0.3*+13.05*2)*13*152035.805.5011196.90沉箱侧板、横隔墙(13.05*4.25*0.3*4+13.05*4.25*0.2*4)*151663.905.509151.45沉箱底板(9.3*0.25*13)*15816.105.504488.55沉箱前趾(0.45+0.85)*0.9*0.5*13*15114.100.5056.60沉箱内填土4.25*4*13.05*9.5*612645.455.

7、5069549.98胸墙(1+2.5)*1.5*0.5*23.5+(2.5+5.5)*3.1*0.5*13.5*132979.000.401191.60胸墙后填土(4.8+7.8)*3.1*0.5*9.5+(7.8+9.3)*1.5*0.5*18*135414.004.1222305.68总计25668.35117940.76每延米自重作用25668.35/131974.499072.37b、设计低水位情况:设计低水位自重作用计算表项目计算式Gi(kN)Xi(m)GiXi(kN*m)沉箱前面板、后面板、纵隔墙2* (0.3*12.5*13*15+0.3*1.05*13*25 )+0.2*12.

8、5*13*15+0.2*1.05*13*252223.005.5512337.65沉箱侧板，横隔板2*( 0.3*12.4*12.5*15+0.3*12.4*1.05*25)+0.2*12.4*12.5*15+0.2*12.4*1.05*252120.405.5511768.22沉箱底板10.2*0.45*13*15895.055.554967.53沉箱前趾0.85*0.9*13*15149.180.4567.13沉箱内填石6*( 3.4*3.65*12.5*9.5+3.4*3.65*1.05*18 )10249.425.5556884.28胸墙(1+5.5)*4.6/2*13*23.5456

9、7.232.7912719.72胸墙后填土(3.8+8.3)*4.6/2*13*186512.227.0445819.98总计26716.49144564.50每延米自重作用2055.1111120.35(2 )、土压力标准值计算:押 申 35码头后填料为粗砂，水上水下的内摩擦角 =35 ，沉箱以下外摩擦角:.二一二 =11.733主动力系数为：Kax=Kacos、=0.29 cos11.7 =0.28 ；Kax=Ka cos、=0.29 sin11.7 =0.06。土压力标准值按下式计算：n Aem ih)KaCOS：i =0nen2 =( ihJKaCOS：i =0其中 COS=1 。a、

10、码头后填料土压力（永久作用）：设计高水位情况：03.5 二 0 ；$2.0 =YhKa =18江1.5江0.29= 7.8kPa ；e12.0 = 丫hKa二偲“壬父0.28 = 7.56kPa （与e2.0相差很小，近似忽略）e-5.1 =（丫10 + 丫2僅）Ka =（18汉1.5+9.5汉17.1）汉0.28 = 54.94kPa。 土压力强度分布图见上图高水位计算作用分布图。土压力为：11En 7.8 1.5 7.8 54.94 17.1 = 542.56KN / m ；土压力标准值的水平力:EHn 二 En cos、= 542.56 cos11.7 =531.29KN /m ;土压力

11、标准值的竖向力：- OEVn 二 Ensin =542.56 sin 11.7 =110.02KN / m ；土压力引起的倾覆力矩为：115 17 1 1 17 1Meh 1. 5 7.8 （17.1+ ）+7.8 17. 1 + （54.94-7.8） 17.1 -23 2 2 3=3540.73（KN 0）/m。土压力引起的稳定力矩为：Mev =10.2 110.02=1122.20KN :m）/m。设计低水位情况：03.5 = 0 ；e7.4 =YhKa =0.29x18x6.1 =31.84kPa ；e7.4 =YhKa =0.28心86.1 =30.75kPa （相差不大，近似和 e

12、7.4相等）；e.5.1 =（丫占+丫2僅）Ka =（18汉6.1+9.5汉12.5）0.28 = 66.28kPa。土压力强度分布图见上图低水位计算作用分布图。土压力为：1 1En 6.1 31.84（31.842 66.28） 12.5 = 713.76KN /m ；2 2土压力标准值的水平力：EHn = En cos =713.76 cos11.7=698.93KN /m ；土压力标准值的竖向力：EVn =Ensin =713.76 sin 11.7 =144.74KN /m ；土压力引起的倾覆力矩为：112.53/ 6.1、 12.5 1 / 、Meh 6.1 31.84（12.5+

13、）+31.84 12.5 + （66.28-31.84）12.523 2 2=4795.74（KN 卯）/m。土压力引起的稳定力矩为：MEV =10.2 144.74=1476.35KN m）/m。b 、堆货荷载产生的土压力：各种水位时，堆货荷载产生的土压力强度标准值相同。e3.58.9 = 20 汉 0.29 = 5.80kPa ；q.9_5.1 =203.28 = 5.60kPa。（近似相等，均取 5.80kPa）土压力强度分布图见上图高水位计算作用分布图。堆货荷载引起的水平作用：EqH =5.80 18.6 /07.88KN /m ；堆货荷载引起的竖向作用：Eqv 二 EqH tan 1

14、1.7 =107.88 tan 11.7 =22.34KN /m ；堆货荷载引起的倾覆力矩：M EqH =EqH =18.6 107.88 = 2006.57（KN 打）/m ；堆货荷载引起的稳定力矩：M EqH =EqH =18.6 22.3415.52（KN -m）/m。c、码头前沿堆货引起的竖向作用:码头前沿堆货范围按 7m计算。G =7 20 =140KN /m ；码头前沿堆货产生的稳定力矩：- 7MG =140 (10.2 -7) 938(KNn)/m。d、门机荷载产生的土压力计算(可变作用) ：沉箱长度为13m，故考虑时仅按一台门机产生的土压力计算，在吊臂处于不同位置下各种水位中，

15、门机产生的土压力范围相同。如图情况 3 : A、B 前腿为 1100KN、400KN，C、D 后腿为 400KN、1100KN。门机后退产生的附加土压力强度：2Pep Kax=2 1500/13/10.2 0.28 = 6.33kPa ；h门机后腿产生附加土压力引起的水平作用和倾覆力矩：1EqH 6.33 10.2 =32.28KN/mq 2MqH =32.28 5.1=164.64KN 打i)/m门机后腿产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩:Eqv =32.28 tan 11.7 =6.68KN/mMqV =6.68 10.2=68.19(KN _m)/m门机前腿产生附加土压力引起的竖向作

16、用和稳定力矩：G =1500/13 =115.38KN /mMg =115.38 2.75=317.30(KN m)/m其余两种情况类似，但是 1和2情况下，后腿竖向荷载小于 3情况，故产生的附加土压力也小于3情况，考虑最不利情况时，仅需考虑 3情况即可。(3)、船舶系缆力(可变作用)比=N sin ： cos ：；Ny = N cos： sin ：。因为此处是海港码头，按要求，则 =30,，=15。Nx 二 N sin ： cos : =500 sin30 cos15 =241.48KN ；系缆力引起的水平作用和倾覆力矩为：241.48P.H 18.58KN /m ；13MPr =18.58

17、 18.6 =345.59(KN _m)/m。(4 )、码头荷载标准值汇总码头荷载汇总表作用分类荷载情况垂直力（KN/m）水平力（KN/m）稳定力矩（KN*m/m倾覆力矩（KN*m/m）永久 作 用自重力设计高水位1974.499072.37设计低水位2055.1111120.35填 料 土 压 力设计高水位110.02531.291122.203540.73设计低水位144.74698.931476.354795.74可 变 作 用堆货土压力22.34107.88415.522006.57前沿堆货140.00938.00门机作用122.0632.28385.49164.64船舶系缆力18.5

18、82、码头稳定性验算（1 ）作用荷载效应组合持久组合：设计高水位（永久作用） +堆货（主导可变作用）；（波浪力为0）短暂组合：波浪力为 0,故此不予考虑；偶然组合：非正常撞击、火灾、爆炸等未考虑；地震组合：可不进行抗震验算。（2 ）码头沿基床顶面的抗滑稳定性验算：此处无波浪作用，堆货土压力为主导可变作用时：0（ eEh+ EEqH pPb）乞 _（ gG+ eEv+ EEqv d）fd(3 )码头沿机床顶面的抗倾稳定性验算:此处无波浪作用，考虑堆货土压力为主导可变作用时:10( EM EH + EMEqH+ PM PB) ( GM G + EM Ev + EM Eqv uM PBu)r d抗滑

19、稳定性验算计算表项目组合情况土压力为主导可变作用：ro(rei EH+rE2EqH+ 巾“Pb)1/r d(rgG+r E1Ev+Re2 Eqv+ 巾ruPBu)frorEiEhrE2EqH巾rpPb结果rdrgGEvEqvruPBuf结果结论持久组合高水位1.01.35531.291.25107.880.71.20852.091.11.01974.49110.0222.341.200.61173.24稳定低水位1.01.35698.93.25107.880.71.201078.411.11.02055.11144.7422.341.200.61242.78稳定抗倾稳定性验算计算表项目组合情况

20、土压力为主导可变作用：r0(re1MEH+rE2M EqH+ 巾rp M PB)1/r d(rgM G+rE1M Ev+R e2 M Eqv + 前uM PBu )0rE1M ehrE2MEqH巾rpM pb结果rdrgMgMEvMEqvruM PBu结果结论持久组合高水位1.01.353540.71.252006.60.71.207228.21.351.09072.371122.201739.01.209452.66稳定低水位1.01.354795.71.252006.60.71.208982.41.351.011120.31476.351739.01.2011323.8稳定(4 )基床承载力验算:短暂组合：波浪力为 0,故此不予考虑;偶然组合：非正常撞击、火灾、爆炸等未考虑;地震组合：未进行抗震验算。持久组合是基床顶面应力计算：Vk =2055.11 144.74 22.34 140 122.06 = 2484.25KN / m ；Mr =11120.35 1476.35 415.52 938 385.49 = 14335.7KN m/m ；M 0 = 4795.74 2006.57 164.64 二 6966.95KN m/ m ；14335.7 -6995.952.95m2484.25E=2.95m0故，满足浮游稳定性要求。