港口工程课程设计计算说明书.docx

东南大学2010年9月 港口工程课程设计港口工程学课程设计计 算 说 明 书学生姓名： 学 号： 指导教师： 交通学院港航系二一年九月目 录1设计目的和要求22设计资料33设计内容53.1集装箱堆场面积计算53.2总平面布置63.2.1船型尺度63.2.2高程设计63.2.3总平面布置方案63.3水工建筑物设计83.3.1码头前沿堆货荷载标准值83.3.2码头堆场荷载标准值83.3.3装卸机械设备荷载标准值83.3.4作用效应组合84结构计算94.1设计条件94.2作用的分类及计算104.3码头稳定性验算144.4强度计算181 设计目的和要求本课程具有较强的工程实践性。本课程的目的是为学生将来从事港口工程设计、施工及管理等工作打下坚实的专业基础。课程设计是理论联系实际、培养学生解决实际问题能力的重要环节之一。通过设计，要求达到：巩固已学过的有关港口工程的基本理论知识，培养正确的设计思想，初步掌握正确的设计方法和设计程序，提高学生计算、编写说明书和制图的技能，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。本次港口工程课程设计任为凤阳县鸿运港总平面布置方案与结构方案设计研究。2 设计资料凤阳县鸿运港通过建设多用途码头，可以满足凤阳及其园区企业对港口集装箱水运的需求；同时作为招商引资平台，可以提高工业园区对企业入住的吸引力，更好地促进工业园区和风阳县地方经济的可持续发展。拟建工程位于凤阳县板桥镇霸王城，淮河右岸。水路上距蚌埠市35km，下距五河县42km；公路距凤阳县城约10km，铁路距此约2km有临淮关站。水路、公路、铁路交通便利。多用途码头位于凤阳板桥霸王城港区，主要服务凤阳工业园区。多用途泊位以装卸集装箱为主，兼顾部分件杂货的接卸。本次工程可行性研究的对象是多用途（件杂货与内河集装箱）码头，设计吞吐量：内河集装箱13.935万teu /年，其中出口量13.935万teu /年；件杂货吞吐量为70万吨（其中出口20万吨，进口50万吨）；参见表1-1。拟建码头按3个500吨级（兼顾1000吨级）泊位和4个500吨级泊位设计。多用途码头预测吞吐量一览表表1-1货类货种进口出口小计备注件杂货（万吨）玻璃及制品10玻璃器皿纯碱50袋装粮食及制品10袋装面粉小计502070集装箱货（万teu）玻璃及制品5.235玻璃器皿非金属矿产7.00石英砂、盐和石膏白炭黑1.25白炭黑粮食及制品0.45面粉小计13.93513.935吞吐量总计（万吨）50131.48181.48(1)设计代表船型选用： 300t驳船： 35.09.21.3m (长宽吃水)500t驳船： 45.010.81.6 m (长宽吃水) 1000t集装箱船（60teu）： 65.010.62.5 m（长宽吃水）(2)设计水位设计高水位： 19.76m（洪水频率10）设计低水位： 11.20m（综合历时保证率90）(3) 土层物理力学性质指标拟建码头泊位的重力式挡墙基础约在标高8.0m以下，在北部以第工程地质层粉质粘土为主，南部以第工程地质层强风化花岗斑岩为主，均可作为天然地基持力层及下卧层。但在zk3、zk4孔一带应做好沉降缝。以上各土层物理力学性质指标，见表1-2、表1-3。各工程地质层承载力特征值fak及压缩模量平均值es一览表 表1-2工程地质层号地层名称承载力特征值fak（kpa）压缩模量es（mpa）粉质粘土904.56-1粉土10011.37粉质粘土23011.41全风化花岗斑岩400-强风化花岗斑岩600根据当地地质条件、施工条件和施工经验，在进行码头结构选型采用折线墙背砼半重力式结构和空箱悬臂重力式结构两个方案。方案一：采用折线墙背砼半重力式。采用现浇挡墙墙身和钢筋砼底板，底板下设砼及片石基床垫层。优点为施工方便，结构基础经济；缺点为混凝土方量大。方案二：采用空箱悬臂重力式。优点是混凝土量少、地基应力低。缺点是用钢量大、模板用量大。 港区陆域分为前方作业区、后方堆箱区和后方综合服务区。d1、d2号泊位采用起重能力为20t，轨距为18m的行车进行装卸船作业；d3、d4、d5号泊位码头前沿采用起重能力为40t，轨距为40m的轨道式岸边龙门吊进行装卸船作业；d6、d7号泊位采用16t固定吊进行装卸船作业。3 设计内容3.1 集装箱堆场面积计算堆场所需平面箱位数和面积大小决定于运量、堆存时间、堆箱层数和装卸系统等因素。集装箱堆场面积f4可按下列公式计算：f4me(m2)式中：m平面箱位数，个； e每一平面箱位面积，m2；d年堆放集装箱量，个； kt不均衡系数； t集装箱平均堆存期； tm年工作天数，d； h堆码层数，集装箱平均堆码层数一般不超过4层； kg高度利用系数。 m=1393501.31036541=1240.8个一个标箱的面积是15m2,堆场利用率0.7 所以e=15/0.7=21.4m2f4=me=1240.821.4=26588.6m2拆装箱库所需容量：据河港工程总体规范4.11.8ew=qhkcqtkbwtyktdcqh=13.935104teu kc=25% qt=8t kbw=1.3 tyk=365d tdc=5d ew=13.93510425%81.33655=4963.15 t拆装箱库面积 4963.15 815=9306m2临时堆场的面积：三艘集装箱船（60teu）每个teu的面积15m236015=2700m23.2 总平面布置3.2.1 船型尺度 300t驳船： 35.09.21.3m (长宽吃水)500t驳船： 45.010.81.6 m (长宽吃水) 1000t集装箱船（60teu）： 65.010.62.5 m（长宽吃水）3.2.2 高程设计设计水位设计高水位： 19.76m（洪水频率10）设计低水位： 11.20m（综合历时保证率90）码头前沿设计高程:据河港工程总体规范3.4.2码头前沿设计高程应为码头设计高水位加超高，超高值宜取0.10.5m 19.76+0.10.5=19.8620.26m 取20m 码头前沿设计水深据河港工程总体规范3.4.4 d=t+z+z500t: d=1.6+0.3+0.4=2.3m 1000t: d=2.5+0.3+0.4=3.2m码头前沿泥面高程500t: 设计低水位-设计水深=11.20-2.3=8.9m1000t:设计低水位-设计水深=11.20-3.2=8.0m3.2.3 总平面布置方案航道尺度据规范内河通航标准附录a航道水深： 500t驳船 h=t+h=1.6+0.3=1.8m 1000t集装箱 h=t+h=2.5+0.3=2.8m双线航道宽度：500t驳船 b=210.8+45sin3+0.6710.8+45sin3=35.1m 1000t集装箱 b=210.6+45sin3+0.6710.6+45sin3=34.6m码头前沿停泊水域据规范3.2.1.1 500t驳船 b=245=90m 1000t集装箱船 b=265=130m回旋水域：驳船: 长度l=2.545=112.5m 宽度b=1.545=67.5m集装箱船：长度l=2.565=162.5m 宽度b=1.565=97.5m码头尺寸据规范3.3.2泊位长度：d1、d2 lb=l+2d=45+2810=6165m 取61m d3、d5 lb=l+1.5d=65+1.5810=7780m 取77m d4 lb=l+d=65+810=7375m 取73md6、d7 lb=l+1.5d=45+1.5810=5760m取57m据规范3.3.6码头长度： d1、d2 lm=l+2d=45+2810=6165m 取61m d3 lb=l+1.5d=65+1.5810=7780m考虑富裕取77+7=84md4 lb=l+d=65+810=7375m 取73md5 lb=l+1.5d=65+1.5810=7780m考虑d6、d7码头前沿作业宽度取77+15=92md6 lb=45+4+16=65md7 lb=45+8+4=57m陆域布置根据规范3.7.5布置集装箱的陆域，道路布置根据规范5.3主干道（m）次干道（m）支道（m）路面宽度16123.5最小圆曲线半径202020交叉口路面内缘最小转弯半径151515具体布置见总平面布置图。3.3 水工建筑物设计码头结构均按1000t级集装箱船控制，船舶系缆力100kn，撞击力250kn。3.3.1 码头前沿堆货荷载标准值集装箱：码头前沿30kn/m2机械荷载：龙门起重机前轨以后为作业带，流动机械荷载最大轮压0.8mpa。d1泊位、d2泊位采用起重能力20t，轨距18m的行车；d3、d4、d5号泊位码头前沿采用起重能力为40t，轨距为40m的轨道式岸边龙门吊进行装卸船作业；最大轮压320kn；d6、d7号泊位码头前沿采用16t固定吊机，吊重16t，起重机自重约45t。3.3.2 码头堆场荷载标准值码头前方堆场60kn/m2。箱角荷载按213.5 kn考虑（堆高4层）。3.3.3 装卸机械设备荷载标准值起重机、固定吊（见上） 汽-20、挂-100（汽车不能超过20(t),挂车100(t).）3.3.4 作用效应组合持久组合一：设计高水位（不考虑码头顶面均载竖向作用及岸边龙门吊前腿荷载）永久作用均布荷载（主导可变作用）系缆力（非主导可变作用）+剩余水压力持久组合二：设计高水位（考虑码头顶面均载竖向作用及岸边龙门吊前腿荷载）永久作用岸边龙门吊前腿荷载（主导可变作用）码头面均布荷载（非主导可变作用）+系缆力（非主导可变作用）+剩余水压力持久组合三：设计低水位（不考虑码头顶面均载竖向作用及岸边龙门吊荷载）永久作用均布荷载（主导可变作用）系缆力（非主导可变作用+）+剩余水压力持久组合四：设计低水位（考虑码头顶面均载竖向作用及岸边龙门吊荷载）永久作用岸边龙门吊前腿荷载（主导可变作用）码头面均布荷载（非主导可变作用）+系缆力（非主导可变作用）+剩余水压力4 结构计算结构选型：方案二 采用空箱悬臂重力式泊位编号：11.设计采用的技术规范a重力式码头设计与施工规范（jts167-2-2009）b港口工程荷载规范(jtj215-98)c港口工程混凝土结构设计规范(jtj291-98)d水运工程抗震设计规范(jtj225-98)2.结构安全等级采用二级4.1 设计条件材料指标：材料名称重度（kn/m3）内摩擦角水上水下饱碎石1811混凝土2414墙后回填土（粉质粘土）19.29.419.410.67碎石垫层1811混凝土（路面）2313表中回填土的饱和重度由地基图物理力学指数数理统计表 表1-3 中资料 运用土力学中土的三相指标公式计算得出。4.2 作用的分类及计算设计高水位：（一） 结构自重力（永久作用）设计高水位下的结构自重力名称自重（knm）力臂（m）力矩（knmm）钢筋混泥土墙体1.750.2424+1.7510.7614=273.71.375376.338-0.7510-0.150.1514=-104.6851.375-143.942填充碎石0.7510-0.150.1511=82.2531.375113.098路面8.250.223=37.956.375241.931碎石垫层8.250.0418=5.946.37537.8688.250.2611=23.5956.375150.418回填开挖土8.2510.59.4=814.2756.3755191.003128.250.59.4=19.38757.75150.253混泥土基础板120.50.513=1.6250.3330.5411.750.513=11.3751.37515.406128.250.513=26.8137.75207.80110.50.513=68.255.25358.313合计1260.486699.028设计低水位：（一） 结构自重力（永久作用）设计低水位下结构自重力名称自重（knm）力臂（m）力矩（knmm）钢筋混泥土墙体1.758.824+1.752.214=423.51.375582.312-0.757.824+0.752.214-0.15214=-163.181.375-224.379填充碎石0.757.818+0.752.211-0.15211=123.201.375169.403路面8.250.223=37.956.375241.931碎石垫层8.250.318=44.556.375284.006回填开挖土8.258.319.2+8.252.29.4=1485.336.3759468.979128.250.59.4=19.38757.75150.253混泥土基础板120.50.513=1.6250.3330.5411.750.513=11.3751.37515.406128.250.513=26.8137.75207.80110.50.513=68.255.25358.313合计2078.8011254.57（二） 土压力回填开挖：高程16.519.5之间填第层土；高程8.516.5之间填第层土。第层土重度计算：按规范3.4.9 材料重度 水上=19.2 孔隙比e=0.805 w=29.4% sr=98.7%饱和=ds+e1+ew 其中ds= srew ds= 98.7%0.80529.4%= 2.70 饱和=2.70+0.8051+0.80510=19.4 水下=19.4-10=9.4第层土重度计算：按规范3.4.9 材料重度 水上=19.6 孔隙比e=0.687 w=23.5% sr=94.9%饱和=ds+e1+ew 其中ds= srew ds= 94.9%0.68723.5%= 2.77 饱和=2.77+0.6871+0.68710=20.5 水下=20.5-10=10.5设计高水位：永久作用eah=hka-2cka ka=tan(45-2)eaqh=q ka q=8.18 kpaka=tan45-2=tan45-10.672=0.6875eaqh=8.180.6875=5.624e15.5=5.624+9.440.6875-225.50.6875=-10.816 kpa0 取 0ka=tan45-2=tan45-17.752=0.5372e8.0=10.570.5327-269.10.5327-10.816=-60.74 kpa0 取0eh=0kpa m=0kpa设计低水位：ka=tan45-2=tan45-10.672=0.6875eaqh=100.6875=6.875e15.5=6.875+19.240.6875-225.50.6875=17.388 kpaka=tan45-2=tan45-17.752=0.5372e11.2=17.388+19.65.30.5372-269.10.5372=-28.000 kpa0取0e8.0=-28.00+10.52.70.5372-269.10.5372=-114.06 kpa0取0eh=6.875+17.3882=12.132kpa 土压力示意图梯形形心到下底的距离： d=h32b1+b2b1+b2=4326.785+17.3886.785+17.388=0.749mm=12.1320.749+7.5=100.077knm/m（二） 船舶荷载1、系缆力：河船码头系缆夹角按（jtj215-98）中第10.4.3条：=30，=0系缆力标准值 n=100kn按（jtj215-98）中第10.4.5条的规定：横向分力 nx=n sin cos =1000.51=50kn系缆力水平分力标准值：prh=5020=2.5kn/m mpr=2.520-8.0=30knm/m纵向分力 ny=n cos cos=1000.8661=88.6kn2、撞击力对结构计算不起作用3、挤靠力对结构计算不起作用（三） 剩余水压力（永久作用）按（jtj290-98）第3.4.7条规定算剩余水压力（永久作用）设计高水位不计剩余水压力设计低水位（11.20m）：剩余水头按0.5 e=gh=9.80.5=4.9 kpapw1=124.90.5=1.225(kn/m)pw2=4.93.2=15.68(kn/m)pw=1.225+15.68=16.905(kn/m)mpw=1.2250.53+3.2+15.683.22=28.46(kn/m)剩余水头按1.0 e=gh=9.81=9.8 kpapw1=129.81=4.9(kn/m)pw2=9.83.2=31.36(kn/m)pw=4.9+31.36=36.26(kn/m)mpw=4.90.53+3.2+31.363.22=66.67(kn/m)4.3 码头稳定性验算（一）承载能力极限状态设计表达式：抗滑稳定性式中：结构重要系数，取1.0；自重分项系数，取1.0；土压力分项系数，取1.35；填料产生的主动土压力水平分力标准值，竖向分力为0；、码头计算面以上可变作用总主动土压力的水平分力和竖向分力标准值（kn/m）；剩余水压力分项系数，取1.05；剩余水压力标准值（kn）；作用组合系数，取0.7；系缆力分项系数，设计水位取1.4；系缆力水平分力标准值（kn/m）；结构系数，无波浪作用取1.0；结构自重标准值（kn/m）； 摩擦系数。抗倾稳定性式中：结构系数，无波浪作用取1.25；结构自重稳定力矩（knm）；填料主动土压力对前趾倾覆力矩（knm）；、码头面计算面以上可变作用总主动土压力标准值的倾覆力矩和稳定力矩（knm）；剩余水压力倾覆力矩标准值（knm）；系缆力倾覆力矩标准值（knm）。 基床承载力计算：式中：结构重要系数，取1.0；最大应力分项系数，取1.0；最大应力标准值（kpa）；基床承载力设计值。当时： 式中：基床顶面的最大和最小应力标准值（kpa）作用在基床顶面的竖向合力标准值（kn/m）；墙底宽度（m）；墙底面合力标准值作用点的偏心距（m）；合力作用点与墙前趾的距离（m）；、竖向合力和倾覆力对墙底面前趾的稳定力矩、倾覆力矩（knm）。当时： （二）作用效应组合本算例只对持久组合进行验算。持久组合一：设计高水位（不考虑码头顶面均载竖向作用及岸边龙门吊前腿荷载）永久作用均布荷载（主导可变作用）系缆力（非主导可变作用）+剩余水压力1） 抗滑稳定：墙底面 g=1260.48 pw=0 eqv=0 eh=0 ev=0 eqh=0 prh=2.5kn/m 左式=1.001.350+1.050+1.350+0.71.42.5=24.5（kn/m）右式=1.01.01260.48+1.350+1.3500.6=756.288（kn/m）左式右式，满足要求。2） 抗倾稳定：验算点前趾mg=6699.028（knm/m）mpw=0 mqv=0 meh=0 mev=0 meqh=0 mpr=30knm/m 左式=1.001.350+1.050+1.350+0.71.430=29.4（kn/m）右式=11.251.06699.028+1.350+1.350=5359.22（kn/m）左式右式，满足要求。3) 基床应力：vk=1260.48（kn/m）mr=6699.028knm/m mo=30 knm/m e=b2-=102-5.29=-0.29m持久组合二：设计高水位（考虑码头顶面均载竖向作用及岸边龙门吊前腿荷载）永久作用岸边龙门吊前腿荷载（主导可变作用）码头面均布荷载（非主导可变作用）+系缆力（非主导可变作用）+剩余水压力 由于一号泊位，可不考虑持久组合二持久组合三：设计低水位（不考虑码头顶面均载竖向作用及岸边龙门吊荷载）永久作用均布荷载（主导可变作用）系缆力（非主导可变作用）+剩余水压力1) 抗滑稳定：墙底面 g=2078.80 eqv=0 eh=12.132 ev=0 eqh=0 prh=2.5kn/m 剩余水头取0.5m时：pw=16.905左式=1.001.3512.132+1.0516.905+1.350+0.71.42.5=36.578（kn/m）右式=1.01.02078.80+1.350+1.3500.6=1247.28（kn/