高桩梁板式码头课程设计.doc

2008级港口水工建筑物课程设计一、必要性说明课程设计是对学生综合运用所学知识解决一个实际工程问题的检验（要求基础知识扎实）。所涉及到的知识包括材料力学结构力学水工钢筋混凝土、港口水工建筑物，因此要求学生基础知识扎实、表达清楚，有较强的工作能力和查阅和利用资料的能力，同时也为本课程的期末考试及毕业设计打下良好的基础。应很好地珍惜这一次机会，锻炼自己的能力，要求全部用手算不用电算，已达到概念清楚。二、课程设计的内容1 面板设计1） 按整体板计算板的内力2） 面板配筋计算（略）2 横向排架计算包括纵向梁系计算。1）计算横梁在恒载作用下截面的内力以及桩力由于纵梁是预制的，然后整体连结，故面板、纵梁在横梁上产生的恒载反力按简支计算。（即横向排架施工期的内力计算）；2）计算使用荷载作用下（不考虑轮胎吊）纵梁传给横梁的集中力按刚性支承连续梁计算，（按五跨连续梁计算，影响线加载）；3）计算单位垂直力作用下在排梁的纵梁放置处横梁的内力及桩力，按柔性桩台计算；（单位力法）4）计算单位水平力和单位端弯矩作用下横梁的内力及桩力；5）经作用效应组合得到横梁的内力及桩力；6）作用效应最不利组合，以求出最大内力及桩力；7）横梁配筋计算（略）。3 绘结构总图1）选择并布置码头附属设备2）绘码头平面、立面及横断面图。（要求手工绘图）4 编制课程设计计算书1）设计资料2）面板内力计算3）横向排架内力计算4）计算成果表格5）附图三、面板内力计算（一）施工期内力计算1、预制板放置在纵梁上，在现场浇注砼时作脚手板（模板）使用，此时砼没有达到设计强度，故预制板按简支板计算。（荷载包括板的自重、施工荷载）（1）计算跨度：弯矩，剪力（2）内力计算（考虑2.5KN/m2的施工荷载）计算弯矩和剪力2、预制板吊运验算，（略）（工作中必须验算） 一般采用四点吊，可按四点支承板进行计算。（查建筑结构静力计算手册或钢筋混凝土教材附录）（二）使用期内力计算现浇砼已达到设计强度，此时应按装配式整体板计算，计算荷载包括自重、堆货，q=20KN/m2，16T轮胎吊及铁路荷载。（1） 自重作用下的内力（2） 堆货产生的内力（3） 16T轮胎吊产生的内力（4） 铁路荷载产生的内力（5） 作用效应组合（找出内力达到最大值所可能出现的控制作用组合）注意：在断面设计时，由于选合板在施工期和使用期的有效断面不同，恒载和使用荷载产生的内力不能直接叠加，应根据不同断面，分别按其相对应的荷载求出配筋，实际采用的钢筋断面面积应等于两者之和。（配筋略）四、纵向梁系的计算纵向梁系的计算在课程设计指导书上并没有直接要求，但是由于横向排架的计算是相互联系的，须计算使用荷载作用下如门机、铁路荷载、堆货等荷载作用下纵梁传给横梁的集中反力，而该集中发力即为纵梁在各种荷载作用下的支座反力。因此，我们须做纵向梁系的计算，具体计算可按五跨连续梁进行计算。（提供五跨连续梁内力影响线图）五、横向排梁的内力计算 （一）横梁的结构型式横梁采用倒T形断面，为现场浇注砼结构。在施工时，首先浇筑下横梁F2，待下横梁砼达到一定强度后安装预制板、梁；然后浇筑上横梁F1和板（梁现场浇注部分）。根据施工情况，在横梁计算中分别按施工时期（横梁计算断面面积为F2）和使用时期（横梁计算断面面积为F= F 1+F2）两个阶段进行计算。（二）桩台特征1 横梁的几何特征 （1）横梁断面积及中和轴位置 （2）横梁惯性矩 施工时期：I= F2的惯性矩 使用时期：I= F 1+F2的惯性矩（3）砼弹性模量砼的设计抗压标号为C25。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，即施工时期砼的计算标号为2570%=17.5，取C20号。 2 基桩特征 采用预应力钢筋混凝土桩，桩的断面尺寸为50cm50cm空心方桩，空心桩直径D=27cm。桩砼断面积 F=砼抗压标号为C40号，砼的弹性模量： T/=KN/3 压缩系数K1）桩的压缩系数 摩擦桩的压缩系数可按下式计算： (m/T)式中：桩在土面上的长度（m） 桩材料的弹性模量（T/） 桩断面积（）C 桩的刚性系数（T /m）按规范：桩的极限承载力=220T，可按在此可取 C=170=170220=37400T/m求各桩的压缩系数可列表计算桩号12342) 横梁支承点的压缩系数a. 叉桩根据虎克定律可得：可推出b. 直桩：=0，K同上可算出各支撑点的压缩系数。 （三）计算荷载 （先弄清楚梁格布置）纵梁为简支梁1 恒载（施工期荷载，按简支计） 1）作用在外边梁L1处的恒载P1 护轮坎：P1= 混凝土垫层：P2= 面板：P3=，其中B的计算宽度应取门机轨道梁中距的一半。 预制外边梁：P4=迭加：P=P1+P2+P3+P42)靠船构件，纵向横撑和牛脚产生的恒载=P1+P2+P3=59.8KN合力作用点距码头外边缘的距离e=0.40m。3） 作用在起重机梁处的恒载P2（按简支计算支座反力）包括垫层、面板、预制梁。R=0.9657.0+（2.21+1.49）（6.2+20.2）=312KN 4)作用在纵梁处的恒载：P3 砼垫层P1=，此处 面板：P2=，预制纵梁：P3=，迭加：P=P1+P2+P3=347.0KN5)作用在纵梁处的恒载P4P4=P3=347KN6)作用在起重机梁处的恒载P5P5=P2=312KN7)作用在内边梁处的恒载P6其外边梁计算，但无护轮槛，即P1=0P6=P2+P3+P4=139KN。8)横梁自重：q=31KN/m2、使用荷载：（使用期荷载）1）堆货(1)作用在外边梁处的荷载P1q=20(2.00-0.30)=17KN/mP1=(1.19346+0.02124) 177=145KN(2作用在起重机梁处的荷载P2=442KN(3)作用在纵梁处的荷载P3=595KN(4)作用在纵梁处的荷载P4=595KN(5)作用在起重机梁处的荷载P5=P2=442KN(6)作用在内边梁处的荷载P6=170KN2)门机： 门机作用下的支座反力（1） 一台门机作用时产生的支座反力只考虑门机吊臂支码头前线成成4情况按最不利情况在影响线上进行分布：R, R，注意：剪力计算时按净跨查影响线，弯矩计算按计算跨度，反力计算按中-中查影响线。R=R+R=888KN(2)二台门机作用时产生的内力：二台门机吊臂位置均垂直于码头的前沿线，相邻一台门机荷载图式的最小距离为1.5m，支腿竖向荷载及计算图式： 注意：按最不利情况在反力影响线上不置开口支座反力：R=1440KN. 终或比较找出某一起控制作用的情况，其支座反力作用横向排架计算的集中力。2） 铁路荷载：（1） 铁路荷载对起重机梁、纵梁的作用力： 起重机梁、纵梁与铁路荷载的相对位置如下：铁路荷载在纵梁 门机 上的作用力按简支比例法求及：a、 一线火车作用时， 起重机梁：简支反力影响线： 铁路荷载中的P=0.371=34.7KN铁路荷载的均有荷载q对L的作用 q q（住于 连续梁之作，不予考虑） 纵梁LP 纵梁：P=0.0571qb、 二线火车作用时：纵梁：P=5.34q=2.23KN/m 纵梁： P=147 q=61.5KN/m 纵梁： P=34.7KN q=14.5KN/m2、铁路荷载对横梁的作用力，按最不利布置，a 、一线火车作用时 起重机梁处的作用下：把P、q按最不利情况在的影响线上布置。求出P2=149KN 纵梁处的作用力：P3= 纵梁处的作用力：P4=b、二线火车作用时， 纵梁处的作用力：P3=27.1KN纵梁处的作用力：P4=746KN纵梁处的作用力:P5=149KNc、一、二线火车作用时，起重机梁处的作用力：P2=149KN纵梁处的作用力：P3=746+27.1=773纵梁处的作用力：P4=773KN纵梁处的作用力：P5=149KN4)、船舶荷载：（绘图）（1）系缆力：P=350KN按规范：系缆力和撞击作用在上部结构为全体连接的码头上时，其水平横向力的50%由直接系力排架承受。系缆力垂直码头线上横向分力：竖向分力： N力对横梁中和轴产生的力矩： =-160KN/m(2) 撞击力： 撞击力对横梁中和轴产生的力矩为： 船舶的竖向橡胶护强的接角长度为3m。四、内力计算，（采用混合法）1、施工期的内力计算，1)、基本规定及公式：（1）、基本规定：a、桩台刚度EI=常数，支承连续有一定的抗弯能力，只产生弯曲变形。不产生轴向变形，各支座水平住移相同。b、桩台两端为铰接，只有轴向变形，无弯曲变形c、不计横梁的剪切变形，（2）、公式：a、三弯矩方程： 桩节点上竖向变位：b、任意断面弯矩：公式中：简支梁断面x由外荷载产生的弯矩，c、任意断面剪力：公式中：简支梁断面x由外荷载产生的剪力，d、支座反力：公式中：简支梁支座n由于外荷载产生的反力，e、桩力：直桩桩力：Nn=Rn公式中：Rn支座n处的反力，叉桩：垂直作用下的叉桩：当水平作用下的叉桩：当2）、计算简图（同前）3）、支座端弯矩： 4)、计算各桩的特性 （为方便）桩号ABCD5)、计算各桩的支座反力：原理如下：根据计算简图可求及： RoA RoB RoC RoD列表计算支承力：支座号结果ABCD6）建立各支座力的平衡方程式：单桩：叉桩：水平方向：又列出方程：可及： 将表中的支承反力代人式：a=.7）、建立各支座的弯矩方程式，求出未知（25三弯矩方程）,将代人前式表格，可及：预校核竖以及8）、求横梁各截面内力：9）、求各桩桩力：单直桩：双直桩：叉桩：是前公式。2、使用期的内力计算：1）、单位荷载作用下的内力计算：（1）、垂直荷载及弯矩作用下的内力计算（图式及荷载布置）图中： 使用荷载通过纵梁传递给横梁的集中反力， M为系缆力线撞击力移动中轴产生的弯矩， V为系缆力的垂直分力。（2）