华北水院沉箱码头设计Word格式文档下载.docx
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T=3.3s
2.地质资料
码头所在地为淤泥粘土地基,地基承载力设计值[σ]=240kPa;
码头设抛石机床,抛石机床承载力设计值[σr]=600kPa。
混凝土沉箱与抛石基床摩擦系数设计值为f=0.60;
抛石基床与地基摩擦力系数设计值为f=0.38。
3.地震基本烈度为6级。
(4).码头面荷载
1.堆货荷载:
q=30kPa,距码头前沿2.6m,共3m。
2.门机荷载
荷载代号:
Mn-3-25,最大起重量10t,最大幅度25m,自重145t,轨距10.5m,支腿纵距10.5m,荷载250kN。
(5).材料重度标准值
材料名称
重度(kN/m3)
φ
γ水上
γ水下
混凝土胸墙C25
24
14
钢筋混凝土沉箱
25
15
块石
18
11
45
中砂
9.5
32
第二章港池特征水位、特征尺寸计算及沉箱尺寸拟定
一.港池特征水位及特征尺寸
(1).码头前沿设计高程
设计高程=Max(设计高程,极端高程)
在本次设计中,设计高程=设计高水位+超高值=4.10m
设计高水位取3.10m超高值取1.0m
极端高程=极端高水位+超高值=4.5m
极端高水位取4.05m,超高值取0.45m
显然,设计高程=4.5m
(2).码头前沿设计水深
D=T+Z1+Z2+Z3+Z4=5.1m
T为设计船型满载吃水本设计中T取4.2m
Z1为龙骨下最小富裕深度本设计中取0.2m
Z2为波浪富裕深度本设计中取0m
Z3为船舶因配载不均匀而增加的尾吃水本设计中取0.3m
Z4为备淤深度本设计中取0.4m
(3).码头前沿设计底高程
码头前沿设计底高程=设计低水位-D=0.6-5.1=-4.5m
本设计中设计低水位为0.6m
(4).码头前沿长度
L1=3L+2d+1.5*2*d=288m
L为船长,取76m,d为船宽,取12m
(5).码头前沿水域宽度
D1取3~4倍设计船型宽度,取36m
(6).船舶掉头水域(回旋水域)
为1.5~3倍设计船型长度,取2倍,为152m
(7).航道宽度(双向)
W=8B=96m
其中B为船宽
(8).港池锚地面积
Am=Lm*Bm=7296m2
Lm=(1.6~2.0)*L=152m
取2.0倍,L为设计船型长度。
Bm=(4.0~4.5)*B=48m
取4.0倍,B为设计船型宽度。
二.沉箱码头结构尺寸拟定
1.沉箱结构及尺寸
1.1.沉箱高度H
H=箱顶高程-底高程=7.0m
箱顶高程一般比施工水位高0.4~0.6m,施工水位为2.0m,取2.5m。
底高程为前文所得,为-4.5m。
1.2.沉箱宽度
B=(0.45~0.6)H=4.0m。
1.3.前后趾
按规定宽度取0.8m~1m,在这里取0.8m。
前端面高0.3m,后断面高0.5m。
1.4.沉箱前后壁厚度以及底板厚度
取沉箱前后壁厚度为300mm,底板厚度为400mm。
1.5.缝宽
按规定取20~50mm,在这里取50mm。
1.6.沉箱长度
取24m,一共12个沉箱。
1.7.分隔板(侧板)厚度及个数
厚度为200mm,取横隔板,间距为4m,共5个。
1.8.前后面板厚度及底板厚度
前后面板厚度为300mm,底板厚度为400mm。
1.9.加强角
加强角的尺寸为200mm*200mm。
1.10.胸墙
胸墙的高度=码头前沿设计高程-胸墙底高程=2.2m
码头前沿设计高程为4.5m,胸墙底高程低于沉箱顶高程0.2m为2.3m。
胸墙的宽度和沉箱宽度相同,为4.0m,为阶梯状,顶宽不小于0.8m,取1.5m,胸墙二级宽度为2.5m。
一级高度为0.45m。
1.11.沉箱内填料及接头形式
沉箱内填料为块石,高度为填满整个沉箱。
回填的沉箱之间应选用平接,选取裂缝为5cm。
2.基床结构设计
1.
2.
2.1.基床底宽
底宽=B+前趾+后趾宽度+1.5d+0.5d=9.6m
B为沉箱宽度为4m,前趾+后趾宽度为1.6m,d为基床厚度,取2m。
2.2.基床肩宽
外肩宽为1.5d=3m,内肩宽为0.5d=1m。
2.3.基床底坡
底坡为1:
2。
3.墙后回填
3.
3.1.抛石棱体设计
形式为梯形,选材为块石,
中砂,顶部宽度为
H/tan(45-ψ/2)=3m
3.2.倒滤层
取0.3~0.5m,在这里取0.3m,
坡度为1:
1和1:
1.5。
4.码头上部结构设计
5.
系船柱:
高度为0.4~0.5m,取0.4m,距码头前沿范围为0.5~1.2m,取1m。
护弦:
选用橡胶护弦。
护栏坎:
选用直立式护栏坎,高度一般取0.25m。
第三章结构重力计算
沉箱前后面板计算
Gi=2*(H-d3)*d1*L*γ=6.6*2*0.3*24*15=1525.6kN
Xi=D/2+0.8=2.8m
GiXi=3991.68kN*m
沉箱横隔板与侧板计算
Gi=7*d2*(H-d3)*(B-2*d1)*γ=7*0.2*6.6*3.4*15=471.24kN
Xi=2.8m
GiXi=1319.472kN*m
沉箱底板
Gi=d3*B*L*γ=0.4*4*24*15=576kN
GiXi=1612.8kN*m
沉箱前后趾
Gi=2*S*L*γ=2*1/2*(0.3+0.5)*0.8*24*15=230.4kN
GiXi=645.12kN*m
沉箱竖抹角
Gi=24*0.2*0.2*(7-d3-0.1)/2*15=46.8kN
GiXi=131.04kN*m
沉箱底抹角
Gi=0.2*0.2*(2*(24-7*0.2)+12*(4-0.3*2))*15/2=25.8kN
GiXi=72.24kN*m
沉箱内填石
Gi=((24-7*0.2)*(4-0.3*2)*(7-0.4)-V底抹角-V竖抹角))*11=5525.344kN
GiXi=15470.9632kN*m
胸墙1(水上部分)
Gi=0.45*1.5*24*24=388.8kN
Xi=1.55m
GiXi=602.64kN*m
胸墙2(水下部分)
Gi=4*(2.2-0.2)*24*14=2688kN
GiXi=7526.4kN*m
沉箱上中砂
Gi=0.45*2.5*24*18=486kN
Xi=3.05m
GiXi=1482.3kN*m
后趾上填石与中砂
Gi=0.8*0.45*24*18+1.55*0.8*24*9.5+(2*(7-0.45)-0.3-0.5))*0.8*24*11=3036kN
Xi=5.2m
GiXi=15787.2kN*m
极端高水位自重作用计算表
项目
计算式
Gi
(kN)
Xi
(m)
GiXi
(kN*m)
沉箱前、后面板
2*(H-d3)*d1*L*γ
=6.6*2*0.3*24*15
1525.6
2.8
3991.68
沉箱侧板、横隔墙
7*d2*(H-d3)*(B-2*d1)*γ
=7*0.2*6.6*3.4*15
471.24
1319.472
d3*B*L*γ
=0.4*4*24*15
576
1612.8
沉箱前、后趾
2*S*L*γ=
2*1/2*(0.3+0.5)*0.8*24*15
230.4
645.12
24*0.2*0.2*(7-d3-0.1)/2*15
46.8
131.04
0.2*0.2*(2*(24-7*0.2)
+12*(4-0.3*2))*15/2
25.8
72.24
((24-7*0.2)*(4-0.3*2)
*(7-0.4)-V底抹角-V竖抹角))*11
5525.344
15470.96
胸墙1
(水上部分)
0.45*1.5*24*24
388.8
1.55
602.64
胸墙2
(水下部分)
4*(2.2-0.2)*24*14
2688
7526.4
0.45*2.5*24*18
486
3.05
1482.3
0.8*0.45*24*18+1.55*0.8*24*9.5+
(2*(7-0.45)-0.3-0.5))*0.8*24*11
3036
5.2
15787.2
总计
14999.98
48641.86
∑
14999.98/24
625.00
(kN/m)
2026.74
(kN*m/m)
第四章沉箱码头作用标准值计算
1.土压力标准值计算
填料为中砂,φ=32度,故Kan砂=tan2(45-φ/2)=0.307
填料为块石,φ=45度,Kan石=tan2(45-φ/2)=0.172
沉箱顶面以下考虑ψ=φ/3=15度,由《重力式码头设计与施工规范》(JTJ290-98)中,Kan=0.16
Kax=KanCosψ=0.16*Cos15=0.155
Kay=KanSinψ=0.16*Sin15=0.041
由于为极端高水位,故
(1).码头后填料土压力
e4.5=0
e4.05=18*0.45*0.307=2.49kPa
e2.5=(18*0.45+9.5*1.55)*0.172=3.93kPa
e’2.5=(18*0.45+9.5*1.55)*0.155=3.54kPa
e-4.5=(18*0.45+9.5*1.55+7*11)*0.155=15.47kPa
土压力分布图可见图二
土压力引起的水平作用:
EH=0.5*e4.05*0.45+1/2*(e4.05+e2.5)*1.55+1/2*(e’2.5+e-4.5)*7
=0.56025+4.9755+85.545
=91.08kN/m
土压力引起的竖向作用:
Ev=1/2(e’2.5+e-4.5)*7*tan15=22.92kN/m
土压力引起的倾覆力矩:
MEH=(2.49*0.45/2)*(0.45/3+8.55)+(2.49+3.93)*1.55/2*
(
*1.55+7)+(3.54+15.47)*7/2*
*7
=4.88+38.39+184.16
=227.43kM*m/m
土压力引起的稳定力矩:
MEv=Ev*4.8=110.016kNm/m
2.堆货荷载产生的土压力计算:
e4.5~2.5=30.*0.172=5.16kPa
e’2.5~-4.5=30*0.155=4.65kPa
堆货荷载引起的水平作用:
EqH=5.16*2+4.65*7=42.87kN/m
堆货引起的竖向作用:
Eqv=4.65*7*tan15=8.72kN/m
堆货荷载引起的倾覆力矩:
MEqh=5.16*2*(2/2+7)+4.65*7/2*7=196.49kNm/m
堆货荷载引起的稳定力矩:
MEqv=8.72*4.8=41.86kNm/m
3.门机荷载产生的土压力计算如下:
前轮240kN/轮,后轮660kN/轮
P前轮=240*2=480kN
P后轮=660*2=1320kN
验算门机后轨的计算距离:
前轨距码头前沿距离为2.5m,则后轨距码头前沿的距离为13m,由于压力三角形的底边长为10.8m,而计算距离为0.8m,故不考虑门机的压力作用。
4.船舶系缆力
1).作用于船舶上的风荷载:
作用在船舶上的计算风压力的垂直于码头前沿线的横向分力和平行于码头前沿线的纵向分力宜按下列公式计算(按照标准10.2.1计算):
Fxw=
=106.4kN
Fyw=
=23.98kN
其中,Axw,Ayw分别为船体水面上横向和纵向受风面积(m2)。
=2.41,Axw=257m2
=1.94,Ayw=87m2
Vx,Vy分别为设计风速的横向和纵向分量,都为25m/s。
为风压不均匀折减系数,为0.9。
2).作用于船舶上的水流力(按照标准附录E计算):
当水流于船舶纵轴平行或流向角θ<
15度和θ>
165度时,水流对船舶作用产生的水流力垂直于结构前沿线的横向分力Fxc和平行于结构前沿线的纵向分力Fyc可按下列计算确定:
Fxsc=Cxsc*ρ/2*V2*B’=31.27kN
Fxmc=Cxmcρ/2*V2*B’=12.88kN
其中Fxsc,Fxmc分别为水流对船首横向分力和船尾横向分力(kN),Cxsc,Cxmc分别为水流力船首横向分力系数和船尾横向分力系数,分别为0.085和0.035。
B’为船的横向投影面积可按式logB’=0.484+0.612log(Dw),为319m2。
水流对船舶作用产生的水流力纵向分力可按下式计算:
Fyc=Cyc*ρ/2*V2*S=23.10kN
其中Fyc为水流对船舶作用产生的水流力纵向分力,Cyc为水流力纵向力分力系数,按照Cyc=0.046Re-0.134+b=0.018,S为船舶吃水线以下的表面积,为1112.64m2。
3).系缆力
系缆力标准值N及其垂直于码头前沿线的横向分力Nx,平行于码头前沿线的纵向分力Ny和垂直于码头面的竖直分力Nz按下列公式计算:
N=
=220.80kN
Nx=
=106.64kN
Ny=
=184.70kN
Nz=
=57.15kN
N,Nx,Ny,Nz分别为系缆力标准值及其横向、纵向和竖向分力。
分别为可能同时出现的风和水流对船舶作用产生的横向分力总和及纵向分力总和。
K为系船柱受力分布不均匀系数,在这里取1.2。
n为计算船舶同时受力的系船柱数目。
为2个。
α为系船揽的水平投影与码头前沿线所成的夹角,在这里为30度。
β为系船揽与水平面之间的夹角,在这里为15度。
4).系缆力引起的垂直作用、水平作用和倾覆作用力矩分别为:
PRV=Nz/L=2.38kN/m
PRH=Nx/L=4.44kN/m
MPR=PRV*1.8+PRH*9.2=45.132kN*m/m
5.波浪力:
此为极端高水位,波长L按下式计算:
L=
=16.934m
L为波长,T为平均周期,取3.3s,g取9.8m/s2,d为水深,取8.55m。
由于d>
L/2,取L0=L,d/L0=0.5049,在《海港水文规范》附录G中查的d/L为0.5067,则L为16.87m。
在《海港水文规范》8.1.1中,由于
,且
m,则取为立波。
按照《海港水文规范》中8.1.4规范:
由于波峰作用为有利作用,则只计算波谷作用。
(1).水底处波浪压力强度为:
P’d=
=
=1.992kPa
(2).静水面处波浪里压强为零。
(3).波浪里中线超出静水面的高度为:
hs=
=1.07*cth3.18=1.07。
(4).静水面以下深度H-hs即1.33m处波浪压力为:
P’s=
=13.3kPa
(5).墙底处波浪压力,由于d>
L/2,则墙底处波浪压力为零。
(6).波谷压力引起的水平作用和倾覆作用:
PB=1/2*P’s*1.33+1/2*P’s*(16.87/2-1.33)=8.85+47.24=56.09kN
MPB=8.85*(9-1.33)+47.24*(7.105*2/3+0.565)=318.33kN*m/m
码头荷载汇总表
分类作用
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G
极端高水位
625.00
填料土压力
22.92
91.08
110.016
227.43
可变作用
波谷压力
56.09
318.33
堆货土压力
8.72
42.87
41.86
196.49
门机作用
/
船舶系缆力
2.38
4.44
45.132
第五章沉箱码头稳定性验算
1.作用效应组合
因该地区地震烈度为六度,不进行抗震计算,故不考虑偶然组合,仅考虑持久组合。
组合
水位
荷载组合
持久组合一
波谷压力+堆货(非主导可变作用)
持久组合二
堆货+波谷压力(非主导可变作用)
持久组合三
系缆力+堆货(非主导可变作用)
持久组合四
堆货+系缆力(非主导可变作用)
2.沿机床顶面的抗滑稳定性验算:
对于持久组合一、二,应考虑波浪作用,对于持久组合三、四,应考虑系缆力作用,根据《重力式码头设计与施工规范》(JTJ290-98)的规定分别采用下式验算:
G为作用在计算面以上的结构自重标准值,在这里为14999.98kN。
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和垂直分力的标准值。
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和垂直分力的标准值。
γ0为结构重要性系数,一般港工结构取1.0。
γPB为波浪力水平力分项系数,在这里取1.2。
PB为波谷作用时计算面以上水平波吸力。
γPR为系缆力分项系数,在这里取1.30。
PRH为系缆力水平分力的标准值。
ψ为作用效应组合系数,在这里取0.7。
γE1为永久作用土压力的分项系数,取1.35。
γE2为可变作用土压力的分项系数,取1.25。
γd为结构系数,在有波浪力作用中,取1.1,无波浪力作用中,取1.0。
f为沿计算面的摩擦系数设计值,在这里取0.6。
γ0
γE1
EH
γPB
PB
ψ
γE2
EqH
结果
γd
γG
G
EV
EqV
f
结论
1.00
1.35
91.08
1.20
56.09
0.70
1.25
42.87
227.78
1.10
22.92
8.72
0.60
400.10
稳定
223.66
γPR
PRH
1.30
4.44
166.24
180.59
3.码头前沿基床顶面的抗倾稳定性验算:
MG结构自重力标准值对计算面前趾的稳定力矩。
MEH、MEV分别为永久作用总土压力标准值对计算面前趾的倾覆力矩和稳定力矩。
MEqH、MEqV分别为可变作用总土压力标准值对计算面前趾的倾覆力矩和稳定力矩。
MPR为系缆力标准值对计算面前趾的倾覆力矩。
MPB为波浪力引起的倾覆力矩。
其他同前节所计算数值。
MEH
MPB
MEqH
MG
MEV
MEqV
860.96
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