所有分类xx集团集装箱码头工程1号方案设计梁板式高桩结构.docx

xx集团集装箱码头工程1号方案设计梁板式高桩结构摘 要本工程位于黄骅港综合港区一港池南侧，东侧紧邻通用散杂货码头。根据吞吐量预测和船型分析，拟建设3个5万吨级专业化集装箱泊位，码头主体结构按10万吨级设计，设计年通过能力为150万TEU。码头总长度为1057m，堆场纵深996.3m，码头顶高程为6.0m，近期前沿设计底高程为-13.6m，远期可浚深至-15.3m，总长度为1057m，其中东侧496m考虑兼顾散杂货泊位功能，码头前沿线距已建围埝W3W5轴线100m。码头总宽60m，其中前方桩台36m，后方桩台24m。主要用于装卸桥的布置；后方桩台宽15m，主要起连接作用。面板采用预制板，搭接在纵梁上。纵梁分为装卸桥轨道梁（轨距30m）、一般纵梁和边纵梁，纵梁搭在桩帽上。在结构计算部分，本设计计算了高桩码头横向排架和面板，其中纵梁按刚性支撑连续梁计算其内力。横向排架间距为7m，桩长为40米。关键词： 集装箱码头；泊位；集装箱；装卸桥 ABSTRACTKEY WORDS：；目 录第1章 设计背景11.1 工程概述11.2 设计原则11.3 设计依据11.4 设计任务1第2章 设计资料32.1 地形条件32.2 气象条件32.3 水文条件32.4 泥沙条件42.5 地质条件42.6 地震条件52.7 施工条件5第3章 设计成果63.1 总体设计成果63.2 结构方案成果63.3 施工图设计成果63.4 关键性技术要求63.5 设计成果评价7第4章 总平面设计84.1 工程规模84.2 布置原则84.3 设计船型84.4 作业条件84.5 总体尺度84.5.1 码头泊位长度84.5.2 码头前沿高程94.5.3 码头前沿停泊水域尺度94.5.4 码头前船舶回旋水域尺度94.5.5 陆域设计高程94.5.6 航道设计尺度94.6 平面方案比选104.7 装卸工艺设计10第5章 结构选型115.1 结构型式115.2 结构布置115.3 构造尺度115.4 作用分析115.4.1 永久作用115.4.2 可变作用115.4.3 偶然作用15第6章 结构设计166.1 面板设计166.1.1 计算原则166.1.2 计算参数166.1.3 作用分析176.1.4 作用效应计算186.1.5 作用效应组合216.1.6 验算及配筋226.2 纵梁设计236.2.7 计算原则246.2.8 计算参数246.2.9 作用分析256.3 横向排架266.3.1 计算原则266.3.2 计算参数266.3.3 作用分析276.3.4 作用效应计算276.3.5 作用效应组合396.3.6 强度验算及配筋43致谢51参考资料及设计规范52外文资料及译文54毕业设计任务书68设计进度计划表72第1章 设计背景1.1 工程概述1.2 设计原则（一） 程建设法规、政策和规定。（二） 结合国情，采用成熟的技术、设备和材料，使工程设计安全可靠、使用方便、工程量少、总造价低、施工进度快，获得较好的经济效益和社会效益。（三） 注重工程区域生态环境保护，不占用土地，方便管理，节省投资。1.3 设计依据1.4 设计任务第2章 设计资料2.1 地形条件2.2 气象条件（一） 气温年日平均气温低于-5的天数为71天，低于-10的天数为23.8天。 （二） 2.2.2降水日降水量大于25.0mm的年日数为5天，最多7天。（三） 2.2.3雾年平均雾日数为12.2天，最多20天。2.3 水文条件（一） 特征水位极端高水位：5.61m；极端低水位：-1.22m。（二） 设计水位 设计高水位：4.05m；设计低水位：0.62m；（三） 波浪表2-1-3-1码头前沿（五十年一遇）波浪要素表（四） 潮流条件2.4 泥沙条件2.5 地质条件表2-1-5-1 地质资料层号土名土的状态土层平均深度（m）预制混凝土挤土桩灌注桩桩侧极限摩阻力标准值qf(kPa)桩端极限阻力标准值qR(kPa)土的地基抗力系数随深度增长的比例系数m(MN/m4)桩的极限侧阻力标准值qsik(kPa)桩的极限端阻力标准值qpk(kPa)地基土水平抗力系数的比例系数m(MN/m4)液性指数IL孔隙比e密实度1淤泥1.691.692.042122.52淤泥质粘土1.311.234.11032041淤泥质粉质粘土1.451.085.9155224.52淤泥质粘土1.151.178.81542452下卧夹层粉土0.700.75稍密11.8555.550121粘土0.761.0413.030550102粉质粘土0.720.7114.434655153粉土0.580.68稍密中密15.560755204粉质粘土0.750.7817.040653155粘土0.730.9918.634655156粉土0.660.57稍密中密19.868755207粉细砂中密密实21.690156560粉质粘土0.780.8224.5385.55012粘土0.781.0227.3385.55012下卧夹层粉质粘土0.560.6430.560865251粉土0.440.60密实31.680380015751100602粉细砂中密密实32.3110550016801300653粉质粘土0.590.6739.1652350865800253夹层粉土0.490.67密实39.385400015801150604粉土0.520.61密实46.790420016801200655粉细砂密实47.8130700018851300802.6 地震条件2.7 施工条件第3章 设计成果正文 宋体小四号错误！未找到引用源。3.1 总体设计成果3.2 结构方案成果3.3 施工图设计成果3.4 关键性技术要求3.5 设计成果评价第4章 总平面设计4.1 工程规模4.2 布置原则（一） 总平面布置应满足本区域岸线规划的要求，满足港口整体发展的需要，充分与已建工程和将来预留发展工程相协调。（二） 总平面布置与当地的自然条件相适应，结合岸线资源使用现状，远近结合并留有发展余地。（三） 充分利用已有的设施和依托条件，尽量减少工程数量，节省建设投资。（四） 码头及航道布置合理，满足码头、船舶安全作业要求。（五） 符合国家环保、安全、卫生等有关规定。4.3 设计船型4.4 作业条件4.5 总体尺度4.5.1 码头泊位长度：中间泊位：L设计船长，为293m;d泊位间富裕宽度，查表取30；1-5-1-1泊位尺寸端部泊位： =293+1.530=338m中间泊位： =293+30=323m4.5.2 码头前沿高程4.5.3 码头前沿停泊水域尺度码头前沿停泊水域宽度应不小于2倍的船宽，即2B=64.6m，4.5.4 码头前船舶回旋水域尺度本码头为有掩护码头，其回旋水域的回旋圆直径为2.0L（L为船长）。即，集装箱泊位的回旋半径为。回旋水域的水深与航道水深一致。4.5.5 陆域设计高程4.6 装卸工艺设计第5章 结构选型5.1 结构型式5.2 结构布置5.3 构造尺度5.4 作用分析5.4.1 永久作用码头结构自重力：钢筋混凝土： 混凝土：5.4.2 可变作用量值随时间的变化与平均值相比不可忽略的作用。包括堆货、起重和运输机械荷载、汽车、铁路、缆车、人群、船舶、风、浪、水流、施工荷载、可变作用引起的土压力。毕业设计主要考虑以下几项 第6章 结构设计6.1 面板设计本设计中，前、后边板为单向板，计算较为简单，在此仅计算四边与纵、横梁相连的双向板，计算图示如图所示：面板面层6006007000图6-1-2面板纵断面图6.1.1 计算原则施工期：预制面板安装在横梁上，按简支板计算使用期：面板与纵、横梁整体连接，为连续板，板的内力计算，首先按四边简支板计算出两个方向的跨中弯矩和，连续板的跨中弯矩取和；支座弯矩取和高桩码头设计施工规范（JTJ29198）中4.1.9条，集中荷载作用下的冲切承载力按JTJ29198中4.1.10条计算。6.1.2 计算参数Mx=0.070983.64.4825.139 kNm My=0.02563.64.4821.850 kNmMx=0.5251.8500.971kNmMy=0.5255.1392.698 kNmMx=0.751.8501.388kNmMy=0.755.1393.854 kNma1=S+ a0+2h=0.587+0.46+20.15=1.347mb1= b0+2h=0.54+20.15=0.84m（La=4840mm，Lb=7680mm）a1=0.84mb1=0.842mb1=1.347m系数公式：0、0系数；a=a1=0.84，b=2(b1+b1)=2（1.347+0.842）=4.377a=a1=0.84，b=2b1=20.842=1.684ala=0.844.48=0.19 bla=4.3774.48=0.977 bla=1.6844.48=0.376 lbla=6.584.48=1.469查表得：10.135，10.068 20.194，20.134 =0.2=0.09=115（kNm）=45（kNm）b=b1=0.84，a=2 (a1+a1)=2(1.347+0.842)=4.377mb=b1=0.84，a=2a1=20.842=1.684m ala=4.3774.48=0.977 ala=1.6844.48=0.376bla=0.844.48=0.19 lbla=6.684.48=1.469查表得：10.092，10.09120.171，20.156=0.132=0.101=60（kNm） =50.5（kNm） Ma、Mb双向板在单位宽度上计算宽度为la和lb的跨中弯矩标准值（kNm）； P集中荷载标准值（kN）。xyxyMx=0.52550.5=26.5（kNm）My=0.525115=60.36（kNm）Mx0=0.7550.5=37.86（kNm）My0=0.75115=86.25（kNm）59.682.6980.9713.85-1.39施工荷载14.32正面吊60.3626.5-86.2537.9Mx=1.2(59.680.971) 1.526.5=112.53（kNm）My=1.22.6981.560.36=93.78（kNm）Mx0=(1.21.3881.537.86)=58.46（kNm）My0=(1.23.8541.586.25)=134（kNm）Mx=1.259.68 1.314.32=90.24（kNm）Mx=59.68+0.971+0.826.8=82.092（kNm）My=2.698+0.860.38=51（kNm）Mx0=1.63+0.852.5=31.68（kNm）My0=4.93+0.893.75=72.85（kNm）Mx=59.68+0.971+0.626.5=76.55（kNm）My=2.698+0.660.36=38.91（kNm）Mx0=1.388+0.637.86=31.68（kNm）My0=3.854+0.686.25=72.85（kNm）6.2 纵梁设计纵梁包括海侧装卸桥轨道梁、24m路侧装卸桥轨道梁、连系梁及后边梁，各梁断面及受力情况均不同。断面及断面特征值如下：面积：轴心位置：（距梁底边）面积矩：S= 1.72（m3）惯性矩：I= 0.539（m4） C50混凝土弹性模量 6.2.3 计算原则（1）施工期：预制轨道梁安装在桩帽上，按简支梁计算，作用在梁上的荷载为预制梁及现浇接头混凝土自重，此时梁的有效断面为预制断面。（2）使用期：纵梁按连续梁计算，作用在梁上的荷载为码头面板、面层自重及使用期的可变荷载作用。此时梁的有效断面为叠合断面。纵梁的内力计算参考高桩码头设计与施工规范（JTJ 291-98）“4.2.5”。6.2.4 计算参数预制梁长6m，搁置长度0.25m，连续梁支承宽度1.5m，净跨5.5m，横向排架间距8m。 1）简支梁 弯矩计算跨度 ，但不大于 剪力计算 式中：为计算跨度；为净跨；为搁置长度2）连续梁弯矩计算跨度，取中到中 剪力计算 6.2.5 作用分析面板上的永久作用和可变作用（包括短暂状况和持久状况）。1）永久作用：（1）预制纵梁及现浇接头自重：（2）面层自重：2）可变作用：集装箱装卸桥：前轨距码头前沿线4m,轨距/基距30m/15.6m；8轮/腿4腿32轮；轮距为1.2m；工作状态最大轮压为70t；非工作状态最大轮压为88t；两个方向水平力均按轮压的10%考虑，两机联合作业时的最小间距为3m。集装箱正面吊运车：码头前方桩台装卸桥轨距范围内重载作业，控制荷载为前轴，共计4轮，单轮轮压250kN，接地面积0.46m0.54m。码头前方桩台其他范围、后方桩台及引桥空载通过。集装箱拖挂车:拖挂车载重量600kN，牵引车前轮轮压20kN，后轮轮压70kN，半挂车轮压56kN。集装箱荷载:集装箱装卸桥轨距内，任意位置可堆放二层20箱或40箱,箱角荷载为137.2kN/角。集装箱尺寸：长宽=6.096m2.438m，箱角荷载P=120KN。集装箱尺寸：长宽=12.192m2.438m，箱角荷载P=152.5KN。该荷载可以与装卸桥同时存在。6.3 横向排架横梁为预应力混凝土叠合梁。面板一下部分为预制预应力混凝土花篮型梁，其上部与面板连接部分为横梁的现浇叠合部分。横梁内力计算分别施工期和使用期两个阶段计算。6.3.1 计算原则（一）施工期：分为四个施工阶段，需要分别计算其内力。（1）安装横梁，横梁搁置在桩帽上，按简支梁计算内力。（2）安装靠船构件，安好后现浇纵横梁接头。（3）安装面板及现浇面板接头混凝土，此时横梁按弹性支承连续梁计算。（4）施工期梁的有效断面为预制断面，作用在梁上的荷载为永久作用。（二）使用期使用期按弹性支承连续梁计算，作用在梁上的荷载为码头面层混凝土和各种使用荷载，使用期梁的有效断面为叠合断面。横向排架的内力计算参考高桩码头设计与施工规范（JTJ 291-98）“4-2-7”。6.3.2 计算参数施工期，横梁按简支梁计算时：弯矩计算跨度：=4.4+0.2=4.6，但不大于1.05剪力计算跨度：=4.4 式中：计算跨度m； 净跨m； e搁置长度m。使用期及浇完街头混凝土后，横梁按弹性支撑连续梁进行计算，横向排架的计算跨度据高桩码头设计与施工规范第4-2-2条规定均取5m。结构断面特性:见 阶段 断面图截面面积中和轴惯性矩混凝土 弹性模量（KN/m2）EI(KN.m)计入10%（钢筋面积）预制安装阶段 08250.660.1183 C50 34510540.18105试用阶段 1.1550.8860.2875 C5034510599.19105 图6-3-2-16.3.3 作用分析面板上的永久作用和可变作用（包括短暂状况和持久状况）。1）永久作用：（1）横梁自重：；（2）面板传给横梁自重：；（3）现浇面层自重：；（4）纵梁自重：；2）可变作用：（1）堆货荷载：30KPa（2）装卸桥荷载：每台装卸桥4组轮子，每组8个轮子（3）船舶荷载：系缆力：按9级风计算， 。撞击力：船舶靠岸速度 。6.3.4 作用效应计算1.相关数据港工建筑物和港工规范混凝土采用C50混凝土，其弹性模量En=3.45104N/mm2=3.45105kN/m2桩采用直径为1200mm的大管桩，为保证桩与桩帽的连接质量，桩头应嵌入桩帽50100mm，取100mm。桩帽宽取1500mm，桩帽高度不宜小于0.5倍的桩帽宽度，且不得小于600mm，取900mm，桩帽外包的最小宽度：0.25倍桩直径 =300。（1）使用期：按弹性支承连续梁计算。轴向刚性系数： （6-3-4-1）式中：桩自由长度段（m）；桩材料的弹性模量（KPa）；桩断面的面积 (桩入土段的刚性系数，R单桩垂直极限承载力) （6-3-4-2） （6-3-4-3）其中，根据地质资料得：=8+21+27+43.5+165+36+47.6+66+60+54.4+81.6+162+110.2+106.4+192+88+77=1345.7另外， 则 由上式（6-3.-4-2）得，C0=（115145）R=1307282.77=946760.1（kN/m） 由几何知识求得每根桩的自由长度为：l(n-3)a=6.0+13.750.620.150.51.40.9=16.18（m）l(n-3)b=16.181.23=15.78（m）l(n-2)= 15.785.23=14.05（m）l(n-1)a=14.32（m）l(n-1)b=11.34（m）ln=9.85（m）l(n+1)= 7.75（m）l(n+2)a=6.74（m）l(n+2)b=5.36（m） 由公式（6-3-3-4-1）得出每根桩的轴向刚性系数分别为：=6.68105（kN/m）=6.91105（kN/m）=6.87105（kN/m）=7.29105（kN/m）=7.52105（kN/m）=7.86105（kN/m）=8.04105（kN/m）=8.30105（kN/m）支座的刚性系数CnV=CeNncos2n ，其中CeNnn桩的轴向刚性系数（kN/m）；n桩轴线与垂线的夹角（），cosn=1；C(n-3)aV=6.631051=6.63105（kN/m）C(n-3)bV=6.681051=6.68105（kN/m）双直桩C(n-3)V =C(n-3)aV+）+C(n-3)bV =6.63105+6.68105 =13.31105（kN/m）C(n-2)V=6.911051=6.91105（kN/m）CnV=7.521051=7.52105（kN/m）C(n+1)V=7.861051=7.86105（kN/m）叉桩支座的刚性系数m、m叉桩中两根桩轴线与垂线的夹角（），皆取正值； sin2m=sin2m= ，cos2m= 、叉桩中两根桩的轴向刚性系数（kN/m）。 = = =1.27106（kN/m） = = =1.48106（kN/m）列出五弯矩方程 （6-3-4-4）r11= =11.7510-7 r12= =1.2710-7r13=0.20510-7r21= =1.33710-7 r22= =11.7510-7 r23= =410-7r24=0.34610-7r31=0.20510-7r32= =1.4710-7 r33= =12.1210-7 r34= =3.7510-7r35=0.33110-7r42=0.33110-7r43= =1.21810-7 r44= =12.0610-7 r53=0.33110-7r54= =1.55810-7 r55=11.2310-7 （6-3-4-5）式中：外荷载作用下，基本体系（简支梁）第n跨左支承和右支承的虚反力；外力作用下，基本体系中第n支座的反力将横向排架上的荷载分成以下情况由（6.3.4.5）求如下：计算np 面层：q=240.156.2/22=22.32kN/m面板（面板自重由两根横梁承担）q=250.56.2/22=77.5kN/m横梁q=251.155=28.875kN/m（使用期） q=251.8516=277.65kN/m（施工期）纵梁P=251.8516=277.65kN靠船构件（简化成集中力和弯矩）P=497kNM=1/24974=994 kN.m 前方悬臂（简化成集中力和弯矩）G=246.20.154+250.56.24+251.1554（使用期）=541.78kNM=1/2Pl=1/2514.784=1029.56 kN.m（使用期）G=246.20.154+250.56.24+250.8254（施工期）=481.78kNM=1/2Pl=1/2481.784=963.56 kN.m（施工期）后方悬臂（简化成集中力和弯矩）G=246.20.152+250.56.22+251.1552（使用期）=541.78kNM=1/2Pl=1/2257.392=257.39kN.m（使用期）G=246.20.152+250.56.22+250.8252（施工期）=240.89kNM=1/2Pl=1/2240.892=240.89kN.m（施工期）堆货荷载：q=306.2=186kN/m门机荷载：P=880kN船舶撞击力：R=825kN M=8250.6=495 kN.m使用期1）横梁自重，以均布荷载作用于横梁上： 图6-3-4-1支座012345横梁自重虚反力A1B1A2B2A3B3A4B4A5B5280.9280.9280.9280.9280.9280.9280.9280.9280.9280.9支座反力89.5179.03179.03179.03179.0389.5表6-3-4-1注：1p=0.9210-5 2p=11.4110-5 3p=2.810-5 4p=3.1310-52）面板及面层自重，以三角形荷载作用在横向排架上： 图6-3-4-2支座012345面板及面层自重虚反力A1B1A2B2A3B3A4B4A5B5619.53619.53619.53619.53619.53619.53619.53619.53619.53619.53支座反力154.7309.44309.44309.44309.44154.7表6-3-4-2注：1p=3.8510-5 2p=19.4710-5 3p=9.4910-5 4p=8.1210-53）靠船构件自重，以集中力和弯矩作用于海侧支座处：P=870（kN）图6-3-4-3支座012345靠船构件集中力和弯 矩虚反力A1B1A2B2A3B3A4B4A5B5-3925. 76-1962.8800 0 000265.97531.94支座反力949.78 0000257.39表6-3-4-3注：1p=-8.2810-5 ：2p=0： 3p=0：4p=5.4910-5 （二）可变作用标准值产生的作用效应：堆货均布荷载、起重运输机械荷载等引起的内力，注意不同可变荷载同时存在的可能性。1）装卸桥，以集中力作用在横向排架上：P=6904（kN）图（6-3-4-3）图6-3-4-4支座012345装卸桥虚反力A1B1A2B2A3B3A4B4A5B50000000000支座反力8800000880表6-3-4-42）堆货荷载，以均布荷载作用在横向排架上：q=306=180（kN/m）图6-3-4-5支座012345堆货荷载虚反力A1B1A2B2A3B3A4B4A5B51154.41154.41154.41154.41154.41154.41154.41154.41154.41154.4支座反力288.3576.6576.6576.6 576.6288.3表6-3-4-53）船舶撞击力：P=1420.378=53.676（kN）图6-3-4-6支座012345船舶撞击力虚反力A1B1A2B2A3B3A4B4A5B51023511.500000000支座反力 000000表6-3-4-6（二） 施工期：施工期连续梁只考虑横梁面板自重以及靠船构件的作用，算法也按五跨连续梁计算。因施工期主要是固定荷载，故可求得：1）横梁自重，以均布荷载作用于横梁上： 图6-3-4-7支座012345横梁自重虚反力A1B1A2B2A3B3A4B4A5B5204.8204.8204.8204.8204.8204.8204.8204.8204.8204.8支座反力63.94127.86127.86127.86127.8663.94表6-3-4-72）面板及面层自重，以三角形荷载作用在横向排架上： 图6-3-4-8支座012345面板及面层自重虚反力A1B1A2B2A3B3A4B4A5B5619.53619.53619.53619.53619.53619.53619.53619.53619.53619.53支座反力129.77309.44309.44309.44309.44154.72表6-3-4-83）靠船构件自重，以集中力和弯矩作用于海侧支座处：P=870（kN）图6-3-4-9靠船构建纵断面图支座012345靠船构件集中力和弯 矩虚反力A1B1A2B2A3B3A4B4A5B5-3789.36-1894.6800 0 000248.92497.84支座反力916.78 0000240.89表6-3-4-9而各项系数分别为：r11= =11.7510-7 r12= =1.2710-7r13=0.20510-7r21= =1.33710-7 r22= =11.7510-7 r23= =410-7r24=0.34610-7r31=0.20510-7r32= =1.4710-7 r33= =12.1210-7 r34= =3.7510-7r35=0.33110-7r42=0.33110-7r43= =1.21810-7 r44= =12.0610-7 r53=0.33110-7r54= =1.55810-7 r55=11.2310-7 使用期:(KN.m)横梁面板靠船构件装卸桥轨堆货荷载撞击力作用效应组合M0001899.56004952973M1-21.14-73.2314.19-174.41-119.42-117.43-672M2-249.25-505.23-158.941.42-107.06-31.28-1299M3-49.80-164.27-19.45-2.15-38.653.75-332M4-40.08-114.02-84.16-159.50-246.942.48-852M500257.39000289.1表6-3-4-106.3.5 表6-3-4-11作用效应组合承载力极限状态的作用效应组合： 根据公式横向排架跨中弯矩为： (二)短暂状况的短暂效应组合：其作用效应组合的设计值按下式确定： 施工期：表6-3-5-1使用期:表6-3-5-2横向排架内力值：对于五跨的弹性支承连续梁，由五弯矩方程式可建立四个联立方程式，联立求解可得支座弯矩M1、M2、M3、M4、 M3。支座弯矩求出后，在由以下求每跨梁中跨中弯矩：X=(1/2)LnMnx=M0nx+MnX/Ln+(Mn-1-Mn)/Ln 支座反力：Rn=Rn0+(Mn-1-Mn)/Ln+(Mn+1-Mn)/Ln+1 单桩轴向力：Nn=Rn/cosan 叉桩轴向力： 施工期内