高桩码头课设

高桩码头课程设计系别建工系专业港口航道与海岸工程年级2011级姓名学号指导教师2014年12月目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"课程设计目的 1\o"CurrentDocument"设计资料 1\o"CurrentDocument"码头用途 1\o"CurrentDocument"工艺要求 1\o"CurrentDocument"靠泊作业船舶要求 1\o"CurrentDocument"起重机作业要求 1\o"CurrentDocument"堆货荷载要求 1码头设施 1\o"CurrentDocument"自然条件 1\o"CurrentDocument"地理位置 1地质条件 2\o"CurrentDocument"水位资料 3\o"CurrentDocument"施工条件 3\o"CurrentDocument"码头规划尺度 3\o"CurrentDocument"码头结构设计 3\o"CurrentDocument"码头形式选择 3\o"CurrentDocument"码头结构尺度 4\o"CurrentDocument"码头宽度的确定 4\o"CurrentDocument"基桩的布置 4钢筋混凝土桩 4\o"CurrentDocument"桩长计算 4\o"CurrentDocument"桩帽尺寸 5\o"CurrentDocument"上部结构 6结构系统 6\o"CurrentDocument"面板 6纵梁 6\o"CurrentDocument"横梁 7\o"CurrentDocument"横向排架 8\o"CurrentDocument"面层 8\o"CurrentDocument"靠船构件 8\o"CurrentDocument"码头附属设备 9\o"CurrentDocument"缓冲设备 9\o"CurrentDocument"系船设备 10\o"CurrentDocument"工艺管沟 10\o"CurrentDocument"护轮槛 11\o"CurrentDocument"接岸结构 11\o"CurrentDocument"5、荷载计算 12\o"CurrentDocument"永久荷载 12\o"CurrentDocument"永久荷载计算图示 12永久荷载的计算 12\o"CurrentDocument"可变荷载 13\o"CurrentDocument"堆货荷载 13门机荷载 13\o"CurrentDocument"船舶荷载 14船舶系缆力 15船舶撞击力 15\o"CurrentDocument"6、荷载组合 16\o"CurrentDocument"基本假定 16\o"CurrentDocument"计算图示 16\o"CurrentDocument"荷载组合 16永久荷载 16\o"CurrentDocument"可变荷载 16\o"CurrentDocument"荷载组合 17\o"CurrentDocument"纵梁弯矩图 17高桩码头课程设计说明书课程设计目的巩固和加深港工课所学的知识；培养运用所学知识解决实际工程问题的能力，掌握设计方法；提高计算和绘图技能，培养编写技术文件的能力。设计资料码头用途拟设计的码头系天津港所属船舶修理厂的配套工程之一，供待修船舶系靠、检修、修理和新建船舶舾装之用。工艺要求2.2.1靠泊作业船舶要求满足主机马力为1900HP，长45.79米宽9.8米型深5.0米，最大吃水4.5米港作拖轮停靠和修理要求，满足长度为67.52米载重量1000吨，满载排水量为1830吨供游轮（两艘）停靠要求。起重机作业要求满足轨距为10.5米，起重量为10吨，荷载代号为M-10-30门座起重机（1h台）在码头上作业的要求。堆货荷载要求满足码头上堆置15kN/m2的负荷要求。码头设施码头前沿设两条工艺管沟，一条供敷设水、乙炔、压缩空气之用，一条供敷设电缆用。码头前沿设置供船舶和电焊机使用的供电箱4个和供门机使用的供电箱1个。码头前沿设置船桩和防冲设备以供船舶安全方便系靠。自然条件地理位置（1）地形修船码头位于海河下游左侧凹岸内，现有岸坡稳定，水深无明显变化。（2）原有护岸情况

护岸为木桩基L型钢筋混凝土结构，横断面如图1所示，经唐山大地震考验安全可靠可继续使用，护岸前岸坡平均坡度为1：5。地基土壤物理力学性质指标见表1：土层标咼(m)土的名称天然含水量W(%)湿重度(KN/m3)孔隙比e固结快剪桩侧极限摩阻力(KN/m2)0(°)CKg/cm2-4.7以上泥质亚粘土42.217.71.2190.1915-4.7〜-12.0深灰色粘土46.617.51.3130.1315-12.0〜-20.0深灰色亚粘土28.619.60.79190.1160-20.0〜-22.0黄褐色粘土29.519.70.81160.2560表1地基土壤物理力学性质指标当桩尖打至-20.0m以下时，桩端极限阻力R二1600KN/m2。水位资料设计高水位：+3.50米；设计低水位：+1.00米；平均水位：+2.20米。施工条件建材供应：钢筋、水泥、木材按计划满足供应，钢筋品种、规格按实际构造需要选用，橡胶防冲设备可采用天津市工厂生产的产品，砂石料由外地供应宜节约使用。码头施工可委托一航局一公司承担，该公司技术力量雄厚，施工经验丰富，有规模大、机械化程度高的构件预制厂，能制作各种规格的钢筋混凝土和预应力混凝土构件（桩、梁、板、靠船物件等）有大型和小型的起重运输机械和各种工程船舶（打桩船、起重船、拖轮、驳船等）可满足施工需要。码头规划尺度码头平行于护岸布置，码头前沿线距钢筋混凝土L型挡土墙32.5m。码头长239m，码头宽度可根据使用要求和选用的结构形式确定。码头前沿标高+4.5M码头前水深-4.0M。码头结构设计码头形式选择天津港海岸地貌为淤泥质海岸类型，土质较软，多为粘性土壤，承载能力差，适合打桩，故选用高桩码头。由此码头的用途和工艺要求可知，码头上部结构中除了面板、靠船构件等主要组成外，还应布置工艺管沟和门机轨道梁等。所以对于其上部结构，承台式适用于水位变化较大，且岸坡土质较好的情况；无梁板式只能采用非预应力面板，且跨度不宜太大，桩的承载力不能充分发挥，码头面不能承受集中荷载；桁架式构造复杂，易损坏，难维修，造价往往就高。梁板式高桩码头将码头面上的堆货荷载和流动机械荷载通过面板传给纵梁和横梁；门机荷载直接由门机轨道梁承受；作用在靠船构件和系船柱块体上的船舶荷载通过横梁传给桩基，故梁板式码头各构件受力合理明确；由于采用预应力钢筋混凝土结构，提高了构件抗裂性能，减少了钢筋用量；横向排架跨度大，桩的承载力能充分发挥，装配程度高，施工速度较承台式和桁架式快；因横梁位置较低，靠船构件的悬臂长度较无梁板式短；适用于荷载较大且复杂的大型海港码头。故此码头上部结构采用梁板式。由于此地区地基中软土层较厚、土质差，且土坡已经较为稳定，所以可以建造宽桩台式高桩码头，这样既可以保证码头建筑物的整体稳定性，还可以减少填方。由于码头宽度较大，通常将整个码头结构用纵向变形缝分成前后桩台。码头结构尺度码头宽度的确定由于本码头采用宽桩台式高桩码头，码头结构宽度较大，而在此宽度内前后区域所受的荷载差异较大，故把码头用纵向变形缝分为前方桩台和后方桩台。前方桩台的宽度一般采用码头前沿地带的宽度，此码头的码头前沿地带设有宽度为10.5m的门机，前轨到海侧的距离为2m，后轨后面2m富余宽度。故码头前沿地带宽度为14.5m，且门机轨道下分别设有纵梁。后方桩台宽度为32.5-14.5=18.5m。为避免在结构中产生过大的温度应力和沉降应力，沿码头长度方向设置变形缝。变形缝的宽度取为20mm，变形缝内用泡沫塑料的功能柔性材料填充，以保证结构自由伸缩。本码头长度为239m，采用梁板式高桩码头，故变形缝的间距取为60m。变形缝的形式取为简支梁式，必须采取适当措施，以确保简支梁的梁端能自由滑动和转动。基桩的布置横向排架中桩的布置前方桩台本码头上含有门座起重机，在靠海一侧门机轨道梁下直接布置双直桩，在后门机梁下布置一组叉桩，叉桩的坡度取用为3:1。在前后轨道梁的中间布置一根直桩，桩距为5.25m。后方桩台在横向排架下设置五组直桩，直桩间距为4m，后方桩台不设叉桩。桩的纵向布置在码头中间的结构分段，一侧在有约束设置一根直桩，在无约束一侧设置一组纵向半叉桩。在试车系船柱的下面设置纵向叉桩。钢筋混凝土桩本设计中采用预应力钢筋混凝土空心方桩，方桩的断面尺寸取为550mm550mm，空心直径为200mm，混凝土标号采用C40。桩长计算桩顶高程为+2.05桩尖段的长度为（1.0〜1.5）b=550mm〜825mm取为700mm，桩尖宽度为（0.2〜0.25）b=110mm〜137.5mm,取为120m；桩头段的长度为4b=4x450=2200mm。桩长：打桩深度为22m对于直桩：桩长=2.05+22=24.05m对于叉桩：桩长=24.05X、i0-3=25.35篩筋加密范围承托胶管的钢筋环@400，加设钢筋网4层BOf)2200回IDO篩筋加密范围承托胶管的钢筋环@400，加设钢筋网4层BOf)2200回IDO@50电1D0图2桩的结构图桩帽尺寸桩帽采用现浇混凝土，在本设计中采用方形桩帽，桩帽高度为800mm。对于尺寸为550mmx550mm的单桩，桩帽底面尺寸为850mmx850mm，桩帽顶面尺寸为1450X1450。桩帽的形式及断面尺寸如图4：对于双直桩和叉桩上桩帽，桩帽底面尺寸为1700mmx850mm，桩帽顶面尺寸为2300X1200。桩帽的形式及断面尺寸如图5：图5双桩桩帽的形式和尺寸3.4上部结构结构系统本码头为只设门机不设轨道的梁板式码头，面板和纵梁都是结构中不可缺少的。纵梁只布置在前后轨道梁下，将面板直接放在横梁上。面板面板采用圆孔洞空心板，为预应力的预制结构。板的厚度为400mm。预制空心板之间的横向接缝做成铰接型，缝内用C30细石混凝密实填充。空心圆的净距为80mm，空心板的底部和顶部的厚度都为80mm，圆半径为120mm。前方桩台板长取为6m,板宽为3m。后方桩台板长为4m,板宽为3m。面板的断面如图6：图6空心板的断面形式纵梁本码头为只设门机不设铁路的梁板式码头，所以在前方桩台的门机轨道下设置两个纵梁。后方桩台不设纵梁。纵梁的横断面采用空心矩形断面，选用下部预应力结构预制，上部结构现浇的叠合梁型式。纵梁高度取为1150mm，宽度取为400mm。纵梁构件如图7：

OQ2J0科—00寸!图OQ2J0科—00寸!横梁前方桩台横梁的横断面形式采用到T形，下部预制的预应力结构，上部采用现浇形式，构成现场叠合式结构。为使桩帽伸出的钢筋穿入预制的下横梁，在横梁的端部预留椭圆形安装孔，其长轴（沿梁长方向）和短轴的长度分别为80mm和40mm。横梁宽度取为800mm。断面结构尺寸见图8：.400gCM15N,400」 15N,400」图8横梁的结构尺寸图后方桩台为了减小梁的宽度又满足板的搁置长度，采用倒梯形断面。横梁宽度取为600mm。横梁高度取为1200mm。横向排架前方桩台的横向排架间距取为6m,每分段设置11组横向排架。后方桩台的横向排架间距取为4m,每分段设置16组横向排架。前方桩台本码头上含有门座起重机，在靠海一侧门机轨道梁下直接布置双直桩,在后门机梁下布置一组叉桩,叉桩的坡度取用为3:1。在前后轨道梁的中间布置一根直桩,桩距为5.25m。后方桩台在横向排架下设置五组直桩，直桩间距为4m,后方桩台不设叉桩。面层本码头采用空心板，面层的厚度为50mm。为防止面层混凝土在气温变化时引起膨胀或收缩而产生裂缝，故在面层上设置竖向不贯通的伸缩缝。缝宽10mm,缝深13mm，用聚乙烯填充。缝的间距取为3m。面层做排水坡，坡度为1%。靠船构件本码头为舾装码头，为使沿码头长度方向有全面的防护，小船不致误入码头下面，防护桩免受冰凌或其他漂浮物的撞击，码头的靠船构件采用悬臂板式。悬臂板式靠船构件由悬臂版、胸墙板和水平纵梁组成，每两个横向排架之间设置一块靠船构件。悬臂板在预制场整体预制，运到现场安装，并与横梁整体连接。两个靠船构件在施工水位上的连接在现场浇筑，使其在码头方向连成整体。靠船构件断面图如图9：图9靠船构件断面图码头附属设备缓冲设备橡胶防冲设备的型式和布置由于海水腐蚀性强，同时船舶的尺度较大，故采用橡胶护舷。由于D形橡胶护舷具有吸收能量大，反力适中，安装与维修方便，护舷底宽较小等优点，故在本码头中选用D形橡胶护舷。船舶靠岸时的有效撞击能量：pE二二MV2

02n式中：p——有效动能系数，取为0.7。M——船舶的质量，M=18301V船舶靠岸时的法向速度，V=1.6m/snn求得：E=16.40KJ,船舶一般是斜靠码头，因此船舶的撞击能量通常是考0橡胶护舷的布置应满足船舶在各种水位和不同吃水条件下的安全靠泊，沿码头前沿立面竖向间端布置，船舶满载吃水时的干舷高度为1.3m，而设计高水位与设计低水位之差为2.5m，故在靠船构件上设置3排橡胶护舷，高程分别为：+4.0m、+3.2m、+2.3m。系船设备本码头应满足载重量为10001的船舶，故船舶系缆力的下限值为150KN，选择15t级，在距码头前沿1m处设置，系船柱之间的间距取为20m，沿码头长度方向布置12个。选用单挡檐型，底盘形状选为方形，柱壳材料选为铸铁。系船柱的形式如图11：图11系船柱的型式及尺寸工艺管沟工艺管沟的位置和尺寸此码头为舾装码头，在码头前沿应设置两条管沟，一条供铺设电缆和提供压缩乙炔用，另一条供为船舶供水和提供压缩空气和氧气的管线。对于高桩码头，管沟的位置一般设置在码头前沿靠船构件和前纵梁之间，在系船柱下方，两条管沟之间用墙开。采用小尺寸管沟，管沟的宽度为0.7m，深度为0.9m。上面盖设厚度为0.2m，宽度为1.80m的盖板，下部铺设0.1m的底板。为排除管沟内积水，在管沟底部设置排水孔。管沟的尺寸如图12：图12工艺管沟结构图护轮槛护轮槛断面尺寸为300mmX300mm。接岸结构由于码头前沿距陆域较远，且地基软土层较厚，土质差应建造宽桩台式高桩码头，应将后方桩台和L型挡土墙作为接岸结构，与陆域相连。如图13高桩码头课程设计计算书5、荷载计算永久荷载永久荷载计算图示永久荷载包括面层、面板、横纵梁等构件的自重。考虑到面板和面层的重力均由横梁承担。图14永久荷载的计算图示永久荷载的计算1、面层自重g面层=24*0.05=1.2KN/m22、面板自重g=25*(3*0.4-9*3.14*0.122)=19.83KN/m面板3、横梁自重g横梁=25*(0.8*0.5+0.4*0.7)=17KN/m4、 纵梁自重g纵梁=25*(0.4*1.15-3.14*0.052-0.1*0.4)=10.30KN/m5、 管沟盖板自重s *=24x1.8x0.2=8.64kN/m管沟盖板6、靠船构件自重g靠船构件=24*b.l*0.2+(0.2+0.3)*0.45+0.3*1.2+(0.15+0.3)*1.5一2〕=26.94KN/m7、管沟隔板自重g管沟隔板=24*0.9*0.1=2.16KN/m8、管沟底板g管沟底板=24*1.6*0.1=3.84KN/m系船柱跟橡胶护舷的自重不计。作用在横向排架上的永久荷载集中力为：P1=P纵梁+p管沟盖板+p靠船构件+p管沟隔板+p管沟底板=10.3*6+8.64*6+26.94*6+2.16*6+3.84*6=311.28KNP2=P纵梁=10.3*6=61.8kNg=g横梁+g面板+g面层=44.03KN/m横向排架上永久荷载集中力矩为：M1=8.64*1*6+2.16*6*1+3.84*1.05*6+26.94*6*1.70=363.78kN.mM2=1*6*44.03=264.18KN.m可变荷载堆货荷载设计码头堆货荷载q15kN/m2，传递给横梁的分布荷载为：q1=15*6=90kN/m门机荷载门机荷载为主导可变荷载，堆货荷载和船舶撞击力为非主导可变荷载。取门机起重臂与码头前沿线成45。计算，查（港口与海岸水工建筑物）表1-12，吊臂位置2号求得Pa=1000kN,Pb=600kN,Pc=200kN,Pd=600kNA 1 1―日船舶荷载作用在船舶上的风荷载作用在船舶上的风压力的横向分力F和纵向分力F可按下式计算：xwyw风压力的横向分力（垂直于码头前沿线）：F二73.6x10-5AV2箕xwxwx12风压力的纵向分力（平行于码头前沿线）：F=49.0x10-5AV2ggywywy12其中：F——作用在船舶上的计算风压力的横向分力xwF——作用在船舶上的计算风压力的纵向分力ywg——风压不均匀折减系数，设计船长为67.52m，故取g=0.9。11g——风压高度变化修正系数，由《港口工程荷载规范》查得：1。22A、A——船体水面以上横向受风面积和纵向受风面积xwyw对于油轮受风面积采用如下公式计算：lgA二0.618+0.620lgDWxwlgA二0.164+0.5751gDWyw其中DW为船舶载重量，为10001，代入上式解得：A二300.61m2，A二77.45m2xwywV、V——计算风速的横向分量和纵向分量xy1基本风压公式：W二——V21600由《港口工程荷载规范》，W=0.55KN/m，计算得：V=29.66m/s。0考虑最不利情况，假设其完全为横风时：V=29.66m/s，V=0xy计算得：F二73.6x10-5x300.61x29.662x0.9二175.17kNxwF二0yw

船舶系缆力船舶系缆力采用以下公式计算：工FcosaccoscosaccosPsinacosPN=NsinacosPxN=NcosacosPyN=Nsinpz式中：工F——可能出现的风和水流对船舶作用产生的横向分力总和。x工F——可能出现的风和水流对船舶作用产生的纵向分力总和。yK——系船柱受力分布不均匀系数，其中系船柱数目n=2，故K=1.2。n——计算船舶同时受力的系船柱的数目，船舶总长为67.52m，故n=2，系船柱间距为20m。a——系船缆的水平投影与码头前沿线的夹角，在本码头的计算中，采用a=30。。P——系船缆与水平面的夹角，本码头计算中，采用P二15。。175.17计算得：N=x =217.62kN2sin30xcos15N二217.62xsin30xcos15二105.11kNxN二217.62xcos30xcos15二182.04yN二217.62xsin15二56.32kNz0.4x1+0.8x0.6横梁的中性轴为y二0.4x1x1.1+0.8x0.60.4x1+0.8x0.6cN的作用点距横梁中性轴为：0.03+0.2+1.6-0.668二1.162mx故：M 二105.11x1.162二122.14kN•m系缆力船舶撞击力船舶靠岸时，船舶的撞击动能用下式计算：式中：V——法向速度，根据规范查得其值约在0.15〜0.2(ms之间，取为n0.16m/s。M 船舶质量，M=18301。P——有效动能系数，约在0.7〜0.8之间，取为0.70o0.7则：E二 x1830x0.162二16.40kN•m02根据规范，查表得：H=175kN，船舶撞击力的作用点距中和轴为：0.558m，故：作用在横梁的弯矩为：=175x0.558二97.65kN•m撞击力6、荷载组合6.1基本假定1•结构分段的长度与宽度之比为50.2：14=3.6,所以可以认为各横向排架是独立工作的；分段内各横向排架的间距和结构相同；各横向排架的承荷条件和能力相同；4•桩与桩台为固接，桩台刚度为无穷大，在外力作用下只发生变位而不变形，所有桩顶均在同一水平面上，按刚性桩台计算。