重力式沉箱码头稳定性计算书

1、码头结构整体稳定性计算书设计:校对:审核:1、设计条件 1）设计船型设计代表船型见下表。设计船型表船舶吨级DWT（ t）总长（m）型宽（m）型深（m）最大吃水（m）备注3000003585629.46.5空载状态2）结构安全等级结构安全等级为二级。3）自然条件（1）设计水位设计高水位（高潮位累计频率10%）：1.76m设计低水位（低潮位累计频率 90%）:+0.0m极端高水位（重现期50年一遇）：+2.66m极端低水位（重现期50年一遇）：-1.71m施工水位：1.40m（2）波浪海西湾内波高 H1%=2.67m。（3）地质资料码头基床底面全部座落在全风化花岗岩层，风化岩承载力容许值为 f=3

2、40kPa。（4）码头面荷载a. 门座起重机靠海侧轨道至码头前沿 20kPa,其余30kPa。b. 起重机荷载：码头设40吨门座起重机。轮数48,轮压垂直方向（非工作状态） 200kN，（工作状态）250kN，水平轮压 35kN，基距12m，轮距 840-980-840-840-840-980-840-840-840 -980-840（5）材料重度材料重度及内摩擦角标准值材料名称重度（Kn/m3）内摩擦角水上水下钢筋混凝土 C302515积砂石（粗砂）189.535块石1811452、作用分类及计算2.1结构自重力计算（1）极端高水位情况：计算图示见下图极端高水位作用分布图极端高水位自重作用计

3、算表项目计算式Gi (kN)Xi (m)GiXi (kN)沉箱前面板0.4X 9.95X 17X 151014.901.21217.88沉箱后面板0.3X 9.95X 17X 15761.1810.878273.97纵隔墙0.2X 9.95X 15.3X 15471.636.062858.08沉箱侧板、横隔墙1.2X 9.95X 9.32X 151669.226.0610115.42沉箱底板0.45X 10.02 X 16.5 X 151149.806.016910.27沉箱前趾0.65X 1.0X 17X 15165.750.5591.38沉箱侧板抹角0.03125X 10.4X 4X 15

4、19.506.056118.092沉箱竖抹角0.02 X 9.85X 32 X 1593.606.06567.22沉箱底抹角0.02X 7.96X 16X 1524.436.06148.06沉箱内回填石17.33X 9.95X 8X 1115174.156.0691955.34胸墙15.26 X 1.34X 17X 252995.573.5310574.36胸墙25.26 X 1.26X 17X 151690.043.535965.84胸墙后方回填14.86 X 1.34X 17X 181992.88.5917118.1胸墙后方回填24.86X 1.26X 17X 9.5988.968.598

5、495.1828211.53164409.19每沿米自重作用1659.509671.13(2) 设计高水位情况:设计高水作用分布图设计低水作用分布图设计高水位自重作用计算表项目计算式Gi (kN)Xi (m)GiXi (kN)沉箱前面板0.4 X 9.95X 17X 151014.901.21217.88沉箱后面板0.3X 9.95X 17X 15761.1810.878273.97纵隔墙0.2X 9.95X 15.3X 15471.636.062858.08沉箱侧板、横隔墙1.2X 9.95X 9.32X 151669.226.0610115.42沉箱底板0.45 X 10.02 X 16.

6、5 X 151149.806.016910.27沉箱前趾0.65X 1.0X 17X 15165.750.5591.38沉箱侧板抹角0.03125X 10.4X 4X 1519.506.056118.092沉箱竖抹角0.02X 9.85 X 32X 1593.606.06567.22沉箱底抹角0.02X 7.96 X 16X 1524.436.06148.06沉箱内回填石17.33X 9.95X 8X 1115174.156.0691955.34胸墙15.26X 2.24X 17X 255007.523.5317676.55胸墙25.26X 0.36 X 17X 15482.873.53170

7、4.53胸墙后方回填14.86X 2.24 X 17X 183331.248.5928615.34胸墙后方回填24.86X 0.36X 17X 9.5282.568.592427.1929648.35172679.32每沿米自重作用1744.0210157.61(3) 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)沉箱前面板0.4X 17X (1.4X25+8.55X 15)1110.11.21332.12沉箱后面板0.3X 17X (1.4X25+8.55X 15)832.57510.879050.09纵隔墙0.2X 15.3X (1.4X25

8、+8.55X 15)499.5456.063027.243沉箱侧板、横隔墙1.2X 9.32X (1.4X25+8.55X 15)1825.7886.0611064.28沉箱底板0.45 X 10.02 X 16.5 X 151149.86.016910.27沉箱前趾0.65 X 1.0X 17X 15165.750.5591.38沉箱侧板抹角0.0313X 4X (1.4X25+9 X 15)21.2846.056128.8959沉箱竖抹角0.02X 32 X (1.4X25+8.45X 15)103.526.06627.3312沉箱底抹角0.02X 7.96X 16X 1524.436.0

9、6148.06沉箱内回填石17.33X 8X (1.4X18+8.55X 11)16532.826.06100188.9胸墙15.26X 2.6X 17X 255812.33.5320517.42胸墙后方回填14.86X 2.6X 17X 183866.6168.5933214.2329823.85173742.15每沿米自重作用1879.0910958.842.2 土压力强度计算码头后方填料为积砂石(按粗砂计算)，35，根据重力式码头设计与施工规范(JTJ290-98)第条规定Kan tg2(45/2)则 Kan tg2(45/2)0.271沉箱顶面以下考虑- 更11.6733根据(JTJ2

10、90-98)表 -1,查的 j 0.24Kax Kan cos0.24 cos11.67 0.235Kay Kan Sin0.24 sin11.670.0485土压力标准值按(JTJ290-98) 3.5条计算:n 1en1i hi K an cosi 0nen2i hi Kan cosi 1式中：cos 11) 码头后方填料土压力(永久作用)(1) 极端高水位情况(2.66m):e4.0=0e2.66=18x 1.34x 0.271=6.54 (kPa)e1.4= (18x 1.34+ 9.5X 1.26)x 0.271=9.78 (kPa) e 1.4= (18x 1.34+ 9.5X 1

11、.26)x 0.235=8.48 (kPa)e-9.0= (18x 1.34+ 9.5X 1.26+ 9.5X 10.4)x 0.235=31.7 (kPa)土压力强度分布图见图 土压力引起的水平作用:1 6.54 1.34 1 (6.54 9.78) 1.26 1 (8.48 31.7) 10.42 2 24.382 10.28208.94223.602(kN /m)土压力引起的竖向作用:Ev 208.94 tg11.6743.16(kN/m)(2 &54 9.78)34 10.43 (6.54 9.78)土压力引起的倾覆力矩:MEh 4.382 (- 1.34 11.66)10.2

12、831043.58( kN m/m)208.94(2 &48 31.7) 1043 (8.4831.7)土压力引起的稳定力矩:Mev 43.16 11.02475.62(kN m/m)(2) 设计高水位情况e4.o=0b.76=18x 2.24X 0.271=10.93 (kPa)e1.4= (18X 2.24+ 9.5X 0.36)x 0.271=11.85 (kPa)e 1.4= (18X 2.24+ 9.5X 0.36)x 0.235=10.28 (kPa)e-9.0= (18X 2.24+ 9.5X 0.36+ 9.5X 10.4)x 0.235=33.5 (kPa)土压力强度

13、分布图见图土压力引起的水平作用：1 1 1Eh - 10.93 2.24 § (10.93 11.85) 0.36 ? (10.28 33.5) 10.412.24 4.1227.66244.0(kN / m)土压力引起的竖向作用:EV 227.66 tg11.6747.02(kN/m)土压力引起的倾覆力矩:Meh 12.24 (- 2.24 10.76)34.1(2 10.93 “85)°3610.43 (10.93 11.85)1158.75(kN m/m)227.66 (2 1028 335) 1043 (10.28 33.5)土压力引起的稳定力矩:Mev 47.02

14、 11.02518.16(kN m/m)(3) 设计低水位情况e4.o=Oe1.4=18x 2.6X 0.271=12.68 (kPa)e 1.4=18X 2.6X0.235=11.0 (kPa)eo.o二(18X 2.6+18X 1.4)X 0.235=16.92 ( kPa)e-9.0= (18X 2.6 + 18X 1.4+9.5X 9)X 0.235=37.01 (kPa)土压力强度分布图见图土压力引起的水平作用：1 1 1EH12.68 2.6(11 16.92) 1.4(16.92 37.01) 916.48419.544 242.69278.72(kN/m)土压力引起的竖向作用：

15、EV (19.544 242.69) tg11.6754.16(kN / m)土压力引起的倾覆力矩：1(2 11 16 92) 1 4Meh 16.484 ( 12.86 10.4)19.544933 (11 16.92)242.69(2 16.92 37.01) 91387.21(kN|m/m)3 (16.92 37.01)'土压力引起的稳定力矩：Mev 54.16 11.02596.84( kN |m / m)2) 均布荷载产生的土压力(可变作用)各种水位时，均布荷载产生的土压力标准值均相同。d.o1.4=30 X 0.271=8.13( kPa)ei.4-9.o=3OX0.235

16、=7.05 (kPa)土压力强度分布图见图。均布荷载引起的水平作用：EqH 8.13 2.6 7.05 10.421.14 73.3294.46(kN/m)均布荷载引起的竖向作用：EqV 73.32 tg11.6715.14(kN /m)均布荷载引起的倾覆力矩：1 1 1MEqH 21.14 $ 2.6 10.4) 73.32 ? 10.4 628.6(kN|m/m)均布荷载引起的稳定力矩：MEqV 15.14 11.02166.84( kN m/m)3) 码头前沿均布荷载引起的竖向作用(可变作用)：码头前沿均布荷载范围按6m计算。G 6 20120(kN / m)码头前沿均布荷载产生的稳定力

17、矩：Mg 120 4480(kN m/m)4) 门座起重机荷载产生的土压力(可变作用)：门机荷载作用产生的土压力计算，每段沉箱上共作用12个轮子, 轮压250kN/轮(工作状态)，在各水位情况，门机产生的土压力分布 范围相同。门机后轮产生的附加土压力强度:2PKaxep'h式中：h'5.86 ；Kax 0.155 ；P 250 12/16.2185.2(kN/m)2 185.2 0.155、所以有：ep9.8(kN / m)5.86门机后轮产生的附加图压力引起的倾覆力矩：MqH 9.8 2.9328.714(kN|m/m)门机后轮产生的附加图压力引起的竖向作用和稳定力矩为:Eq

18、v 9.8 tg15 2.63(kN/m)MqV 2.63 9.324.46(kN m/m)门机前轮产生的竖向作用和稳定力矩为：G 250 12/16.2185.2(kN /m)Mg 185.2 4740.8(kN/m)2.3船舶系缆力计算(可变作用)船舶系缆力按港口工程荷载规范(JTJ215-98)第10.4条计 算。在计算船舶系缆力中，只计算垂直于码头前沿线的系缆力， 风速 Vx=22m/s。1) 船舶水面以上受风面积计算(按 3000DWT货船计算)：按(JTJ215-98) 条中式计算船舶横向纵向受风面积。满载时:log Axw0.0360.742log DWlog Ayw0.1070

19、.621log DW2Axw 350 m , Ayw2112.8m半载或压载时：log Axw0.2830.727log DWlog Ayw 0.019 0.628logDW2 2Axw646.9m , Ayw 159.5m2）作用于船舶上计算风压力的横向和纵向分力计算:按(JTJ215-98)条中式 计算FXW73.6 10 5AxwVx2Fyw 49.0 10 5AywVy2式中：风速V=22m/s,风向为东南30°,则Vx=11m/s, Vy=19m/s风压不均匀系数按表取值， 0.9。FXW 73.6 10 5 646.9 112 0.9 51.85kNFyw 49.0 10

20、 5 159.5 192 0.9 25.4kN3）系缆力的标准值:按“规范”10.4条中10.4.1-14 式计算。n sincosNxN sincosNyN coscosNzN sin式中：N,Nx,Ny,KNcos cosFxNz分别为系缆力标准值及其横向，纵向和竖向分力;K 系船柱受力不均匀系数，取1.2;n 计算船舶同时受力的系船柱数目，根据表 1042取2;,-分别为系船缆的水平投影与码头前沿线所成夹角，系船缆与水平面之间的夹角，按表1043取值，30 ,1582.63kNN 咚5852 sin30 cos15 cos30 cos15根据(JTJ215-98)条规定系缆力标准值取20

21、0kNNX 200sin30 cos15 96.6kNNy 200cos30 cos15 167.3kNNz 200si n1551.76kN4) 系缆力引起的垂直，水平作用和倾覆力矩:Prv 5176 3.2(kN/m)16.296.616.25.96(kN / m)MPr 3.2 2.0 5.96 12.4580.61(kN m/m)2.4波浪力(可变作用)波浪力标准值计算按照海港水文规范(JTJ213- 98)的有关条款及规定计算。1) 极端高水位情况：H1%1.5m,T 3.6sd 5.31 6.6511.96( m)(1) 波长计算：按(JTJ213 98)中第计算。2L也也口2 L

22、式中：L 波长(m);亍一平均周期(s)；g 重力加速度(m/s);d 水深(m)th 1.0,L L0L029.81 3.620.23(m)11.9620.230.5912查(JTJ213-98)附录G,内插求得pl-0.5918 L20.21(m)L 11.960.5918(2) 波压力强度计算:根据(JTJ213- 98)第条判断波态又 d 11.96m 2H 2 1.5 3.0m墙前产生立波。波峰作用时：1 113.4300.592 0.5H 1.5L 20.21-11.96L 20.21按( JTJ213- 98) 第 条计算：静水面以下L 四Z 10.105m处波压力强度为p 0

23、；2 2静水面以上H 1.5m处波压力强度p 0 ； 静水面以下深度Z处波压力强度:2 (当 Z) ch2PzHLl2 ch2L计算Z0,3,6 m时的波压力强度:10.251.5Po15.375(kPa)P310.251.52 (空 3) ch 20.21c 20.212 -ch-20.216.11(kPa)P610.251.52半6) ch 20.21c 20.212 -ch220.212.57(kPa)波峰压力强度分布图见图。波谷作用时:按( JTJ213- 98)第 条计算:1 52cth 0.35(m)20.212 2 -1%cth 2L L静水面处波压力强度P 0静水面以下深度Hh

24、s1.5 0.35 1.15(m)处，波压力强度p's(H hs) 10.25 1.15 11.786( kPa)静水面以下L竺彳10.105m处，p 0。2 2波谷压力强度分布图见图。(3) 波谷压力引起的水平作用和倾覆力矩:11PB11.7861.1511.786 8.955 -226.7852.7759.55(kN/m)1 2Mpb 6.78 (§ 1.15 10.81) 52.77 (8.955 1.855) 488.82(kN m/m)2) 设计高水位情况：H1%1.5m,T 3.6sd 4.32 6.6510.97(m)(1) 波长计算：按(JTJ213 98)中

25、第计算式中：2,gT , 2 dLth2LL 波长(m);T 平均周期(S)；g 重力加速度(m/s2);d 水深(m)th 1.0,L L0L09.81 3.62220.23(m)dL010.9720.230.5423查(JTJ213-98)附录G,内插求得d0.5435L,10.97L20.18(m)0.5435(2) 波压力强度计算：根据(JTJ213- 98)第条判断波态又 d 10.97m 2H 2 1.5 3.0m墙前产生立波。波峰作用时：1 113.5300.544 0.5H 1.5L 20.18d 10.97L 20.18按( JTJ213- 98)第 条计算：静水面以下L 空

26、8 10.09m处波压力强度为p 0 ；2 215.375(kPa)静水面以上H 1.5m处波压力强度p 0 ；P310.25 1.5P610.25 1.5ch2 (辿 3)220 18c 20.182 -ch220.182 ch-(20.18(220.182 20.18ch-20.186)6.1(kPa)2.56( kPa)2 (当 Z)ch2PzHLl2 - ch 2L计算Z0,3,6 m时的波压力强度:静水面以下深度Z处波压力强度:Po 10.25 1.5波谷作用时:按( JTJ213 98)第 条计算:H：cthLL丄Nth20.180.351m)静水面处波压力强度p 0静水面以下深度

27、Hhs 1.5 0.351 1.149（m）处，波压力强度p's(H hs) 10.25 1.149 11.777(kPa)静水面以下-20卫10.09m处，p 0。 2 2波谷压力强度分布图见图。（3）波谷压力引起的水平作用和倾覆力矩:Pb1 11.777 1.149 11.777 8.941 -2 26.76652.6559.416(kN/m)M pb6766 (31.149 9.821) 52.65 (- 8.941 0.88) 429.2(kN m/m)3）设计低水位情况:H1%1.5m,T 3.6sd 0.47 6.657.12(m)(1) 波长计算：按(JTJ213 98)

28、中第计算2L也也口2 L式中：L 波长（m）;亍一平均周期(s)；g 重力加速度(m/s);d 水深(m)th 1.0,L L0L029.81 3.620.23(m)7.1220.230.352查(JTJ213-98)附录G,内插求得0.35987.120.359819.79(m)(2) 波压力强度计算:根据(JTJ213- 98)第条判断波态又 d 7.12m 2H 2 1.5 3.0m墙前产生立波 波峰作用时:H 1.511L 19.7913.230空 0.36,近似按(JTJ213- 98)第条计算:19.79静水面以上H 1.5m处，波压力强度p 0 ;静水面处波压力强度:PsH 10

29、.25 1.5 15.375( kPa)静水面以下深度Z处波压力强度:Pzch2 dL计算Z 3,6,7.12 m时的波压力强度:ch2 12 3)P3 10.25 1.5q1%ch19.79ch2 12 6)P610.25 1.5ch19.79ch2 (7.12 7.12)10.25 1.56.29(kPa)3.37(kPa)5.1219.792 7.12ch19.793.17(kPa)墙底浮托力:PubPb29.3 3.17214.74(kN/m)波峰压力强度分布图见图。波谷作用时:按( JTJ213- 98)第 条计算:静水面处波压力强度P 0H22 d 1.522 7.12hscthc

30、th0.365( m)LL 19.7919.79静水面以下深度Hhs 1.5 0.365 1.135(m)处，波压力强度p's(H hs) 10.25 1.135 11.634(kPa)水底处波压力强度:PsH.2 dch 一L晋翠5 3.17(kPa) ch19.79墙底浮托力:PubPb 9.32 23 1714.74(kN/m)波谷压力强度分布图见图。(3) 波谷压力引起的水平作用和倾覆力矩:11PB11.634 1.135 (11.634 3.17) 5.985 226.6 44.3 50.9( kN /m)Mpb 6.6 (丄 1.135 5.985) 44.3 5.985

31、(2 11.634 3.17)199.83(kN m/m)3 3 (11.634 3.17)1MPub 14.749.3 45.7(kN m/m)32.5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 用自重力极端咼水位1329.066772.98设计高水位1411.237196.15设计低水位1748.428929.78填料极端咼水位32.91140.19306.06603.56土压力设计高水位35.36152.79328.85677.34设计低水位44.6190.92414.78853.78可

32、变 作 用波谷压力极端咼水位59.55488.82设计高水位59.42429.2设计低水位14.7450.945.7199.83均布荷载土压力10.6459.8398.95380.84前沿均布荷载土压力140630门机作用187.839.8765.2628.714船舶系缆力-3.25.9680.613码头稳定性验算1）作用效应组合持久组合一：极端高水位（永久作用）+均布荷载（主导可变作 用）+波谷压力（非主导可变作用）；持久组合二：设计高水位（永久作用）+均布荷载（主导可变作 用）+波谷压力（非主导可变作用）；持久组合三：设计高水位（永久作用）+波谷压力（主导可变作 用）+均布荷载（非主导可变

33、作用）；持久组合四：极端高水位（永久作用）+波谷压力（主导可变作 用）+均布荷载（非主导可变作用）；偶然作用：因该地区地震烈度为 6度，根据水运工程抗震设计规范（JTJ225 98）第条的规定可不进行抗震计算。2）码头沿基床顶面的抗滑稳定性验算根据重力式码头设计与施工规范（JTJ290- 98）第条的规定应考虑波浪作用，堆货土压力为主导可变作用时：按(JTJ290 98)中公式( 4)计算。10( E EHE EqHPPB)( GG E EVE EqVU PBU ) fd应考虑波浪作用，且波浪力为主导可变作用时：按(JTJ290-98) 中公式( 3)计算。10( EEHP FbEEqH)(

34、GG E EVUPBUE EqV ) fd式中：0 结构重要性系数；d结构系数，无波浪作用取1.0,有波浪作用取1.1;G 自重力分项系数，取1.0；G 作用在计算面上的结构自重力标准值(Kn m);f 沿计算面的摩擦系数设计值，按第 条规定取0.6;e土压力分项系数；Eh,Ev -分别为计算面以上永久作用总主动土压力的水平分力 标准值和竖向分力标准值；EqH , EqV -分别为计算面以上可变作用总主动土压力的水平分 力标准值和竖向分力标准值；作用效应组合系数，持久组合取 0.7；p-波浪水平力分项系数；Pb -波谷作用时计算面以上水平波浪力的标准值；u -波浪浮托力分项系数;PBU 波谷作

35、用时作用在计算底面上的波浪浮托力标准值。各分项系数，根据作用效应的不同按(JTJ290 98)第361条 中的规定取值，各作用的标准值按码头荷载汇总表中对应的数值选 取。抗滑验算见下表。抗滑稳定验算计算表项目土压力为主导可变作用：o( eiEhE2EqHpPb)(GGE1EVE2 EqVU PBU ) f / d组合情况0E1EhE2EqHpPb结果dGGEvEqVUPbuf结果结论持久组合一1.01.35140.191.2559.830.71.259.55314.071.11.01329.0632.9110.641.200.6756.43稳定持久组合二1.01.35152.791.3559.

36、830.71.359.42341.111.11.01411.2335.3610.641.300.6803.63稳定项目波浪力为主导可变作用：0 ( E1 Eh p PbE2 EqH )(gGe1Evu PbuE2 EqV) f / d组合情况0E1EhpPBE2EqH结果dGGEvUPBUEqVf结果结论持久组合三1.01.35152.791.359.420.71.3559.83340.051.11.01411.2335.361.3010.640.6801.28稳定持久组合四1.01.35140.191.259.550.71.2559.83313.071.11.01329.0632.911.2

37、010.640.6754.25稳定3）码头沿基床顶面的抗倾稳定性验算根据重力式码头设计与施工规范（JTJ290 98）第条的 规定。应考虑波浪作用，堆货土压力为主导可变作用时：按（JTJ29098）中公式（ 4）计算:0( EM eh EM EqHpMpb)丄(gMg eMeV EMEqVdU M pbu ) f应考虑波浪作用，且波浪力为主导可变作用时：按（JTJ290-98）中公式（3）计算：0（ EM EHPM PBEM EqH ）（GMG EM EV U M PBUEM EqV ） fd式中：0 结构重要性系数；d-结构系数，无波浪作用取1.25,有波浪作用取1.35;G 自重力分项系数

38、，取1.0；Mg-结构自重力标准值对计算面前趾的稳定力矩（kN ）；f 沿计算面的摩擦系数设计值，按第条规定取0.6;e土压力分项系数；M eh ,M ev 分别为永久作用总土压力的水平分力标准值与竖向分力标准值对计算面前趾的倾覆力矩和稳定力矩；M EqH , M EqV 分别为可变作用总土压力的水平分力标准值与竖向分力标准值对计算面前趾的倾覆力矩和稳定力矩;作用效应组合系数，持久组合取 0.7;p-波浪水平力分项系数；M PB 波谷作用时水平波压力标准值对计算面前趾的倾覆力 矩；U 波浪浮托力分项系数；M PBU 波谷作用时作用在计算底面上的波浪浮托力标准值对 计算面前趾的稳定力矩。各分项系

39、数，根据作用效应的不同按(JTJ290 98)第361条 中的规定取值，各作用的标准值按码头荷载汇总表中对应的数值选 取。抗滑验算见下表。抗倾稳定验算计算表项目土压力为主导可变作用：o( eiMeh E2MEqHP“pb)(GMgE1 M EVE2M EqVU M PBU ) / d组合情况0E1MehE2M EqHpM pb结果dgMgMevM EqVUMpbu结果结论持久组合一1.01.35603.561.25380.840.71.2488.821701.461.351.06772.98306.0698.951.205411.04稳定持久组合二1.01.35677.341.35380.840.71.3429.21819.121.351.