沉箱码头计算书讲解

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1、任务要求：码头设计高水位12米，低水位7.4米，设计船型20000吨，波高小于1米，地面 堆货20kpa , Mh 16 30门座式起重机，地基承载力不足，须抛石基床。一.拟定码头结构型式和尺寸1.拟定沉箱尺寸：船舶吨级为20000吨，查规范得相应的船型参数：设计船型总长(m )型宽(m )满载吃水(m )18327.610.5即吃水为10.5米。其自然资料不足，故此码头的前沿水深近似估算为：D - kT =1.15 10.5 =12.1m,设计低水位7.4米，则底高程：7-4-12-1 =-4.7m，因此匕定底高程-5.1m处。由于沉箱定高程即为胸墙的底高程，此处胸墙为现浇钢筋混凝土结构，要

2、求满足施工水位高于设计低水位，因此沉箱高度要高于码头前沿水深121m。综上，选择沉箱尺寸为：1 b h=13m 10.2m 14m。下图为沉箱的尺寸图：k-olnOJq -.旧 wcu寸gOJcle2 .拟定胸墙尺寸:40kpa1000Po=48 21kpcv说廿高水也12Pft=55.50kptPH3.462如图，胸墙的顶宽由构造确定，一般不小于0.8m，对于停靠小型内河船舶的码头不小于0.5m。此处设计胸墙的顶宽为1.0m。设其底宽为55m，检验其滑动和倾覆稳定性要求是否满足要求：(由于此处现浇胸墙部分钢筋直接由沉箱顶部插入，可认为其抗滑稳定性满足要求，只需验算其抗倾稳定性)设计高水位时胸

3、墙有效重力小于设计低水位时，对于胸墙的整体抗倾不利，故考虑设计高水位时的抗倾稳定。沉箱为现浇钢筋混凝土，其重度在水上为23.5kN/m3，水下为13.5kN/m3,则在设计高水位时沉箱的自重为：1.5G =1 1.5 1.524.65.5 -1 : 23.5 3.1 1(5.51)11.5-( 5.5-1) 3.1 - 13.54.62贝 U G =227.83kN自重仔对O点求矩：Mg =77.1 0.5 - (33.4967 5.5-10.4792 (2/3 5.5 1/3)=733.56kN-m。考虑到有门机在前沿工作平台工作时，胸墙的水平土压力最大，此处门机荷载折算为线性荷载为:250

4、 10 q 178.57kPa14（此处近似用朗肯土压力进行验算）朗肯主动土压力系数：Ka 二 tan2 （45 ）二 tan2 （45 - 35 ） =0.27则其土压力分布如上图：如上图，其各点的土压力强度为：F0 = Ka ,h q =0.27 178.57 = 48.21kPa;巳=Ka ,h1 q =0.2718 1.5 178.57 严 55.5kPa;R =Ka /12h2 q =0.2718 1.5 9.5 3.1 178.57 = 63.46kPa.则其土压力为：E=0.5 1.548.21 55.50.5 3.155.5 63.46 =262.17KN。作用点至墙底的距离为

5、:0.5 7.29 1.5 (333.1)y (4812 4.6 2.3 7.29 3.12 0.5 7.96 3.12 0.5 =2.20m。则土压力对墙前o点的弯矩值为:M =262.17 2.2 =576.77 KNm。综上：MG=733.56kNm M = 576,77KN m，即说明在高水位时胸墙能保持抗倾稳定。即胸墙的尺寸为：顶宽为1.0m，底宽为55m，高为46m。则码头的结构形式及尺寸如图:二、计算高低水位时抗滑、抗倾稳定性及地基应力1、荷载作用分类及计算：(1)结构自重力(永久作用)：a、设计高水位情况:设计高水位自重作用计算表项目计算式Gi( KN)Xi(m)Gi*Xi(K

6、N*m)沉箱前、后面板、纵隔墙(13.05*0.3*+13.05*2)*13*152035.805.5011196.90沉箱侧板、横隔墙(13.05*4.25*0.3*4+13.05*4.25*0.2*4)*151663.905.509151.45沉箱底板(9.3*0.25*13)*15816.105.504488.55沉箱前趾(0.45+0.85)*0.9*0.5*13*15114.100.5056.60沉箱内填土4.25*4*13.05*9.5*612645.455.5069549.98胸墙(1+2.5)*1.5*0.5*23.5+(2.5+5.5)*3.1*0.5*13.5*132979

7、.000.401191.60胸墙后填土(4.8+7.8)*3.1*0.5*9.5+(7.8+9.3)*1.5*0.5*18*135414.004.1222305.68总计25668.35117940.76每延米自重作用25668.35/131974.499072.37b、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*m)沉箱前面板、后面板、纵隔墙2* (0.3*12.5*13*15+0.3*1.05*13*25 )+0.2*12.5*13*15+0.2*1.05*13*252223.005.5512337.65沉箱侧板，横隔板2*( 0.3*12.4*

8、12.5*15+0.3*12.4*1.05*25)+0.2*12.4*12.5*15+0.2*12.4*1.05*252120.405.5511768.22沉箱底板10.2*0.45*13*15895.055.554967.53沉箱前趾0.85*0.9*13*15149.180.4567.13沉箱内填石6*( 3.4*3.65*12.5*9.5+3.4*3.65*1.05*18 )10249.425.5556884.28胸墙(1+5.5) *4.6/2*13*23.54567.232.7912719.72胸墙后填土(3.8+8.3)*4.6/2*13*186512.227.0445819.98

9、总计26716.49144564.50每延米自重作用2055.1111120.35码头后填料为粗砂，水上水下的内摩擦角押申35二35，沉箱以下外摩擦角:.二一七卷7主动力系数为:cos2:cos2 35K 2 =0.29a 1 + Jsin (护 +6)si n 1. ”血3+1i.7)Sin 35cosll.7,KJOcos、 =0.29 cos11.7 =0.28 ；Kax=Ka cos、=0.29 *7 =0.06土压力标准值按下式计算:emih)KaCOS：i =0en2 =(nihJKaCOS：i =0其中 COS=1。a、码头后填料土压力（永久作用）：设计高水位情况：03.5 ；$

10、20=YhKa=18 江 1.5 江 0.29= 7.8kPa ；e12.0 = 丫 hKa二偲“壬父0.28 = 7.56kPa （与 e2.0相差很小，近似忽略）土压e-51 =（丫 10 + 丫2也 Ka= （18 汉 1.5+9.5 汉 17.1）汉 0.28 = 54.94kPa力强度分布图见上图高水位计算作用分布图。土压力为：11En 7.8 1.5 7.8 54.9417.1 = 542.56KN / m ；土压力标准值的水平力:EHn 二 En cos、=542.56 COS11.7 =531.29KN /m ；土压力标准值的翌向力:-OEvn 二 EnSin =542-56

11、sin 11.7 =110.02KN / m ；土压力引起的倾覆力矩为:1Meh1.5 7.8 (17.1 +=3540.73 (KN 0)/m。15)+7.8 17. 1317 1 1+ (54.94-7.8)2217 117.1 -3土压力引起的稳定力矩为：Mev =10.2 110.02=1122.20KN :m) /m。设计低水位情况：03.5 = 0 ；e74 =YhKa =0.29x18x6.1 =31.84kPa ；e7.4=YhKa =0.28 心 8-6.1 =30.75kPa (相差不大，近似和 e.相等)；e.5.1= (丫 占+丫 J堇)Ka=(18 汉 6.1+9.5

12、 汉 12.5) 0.28 = 66.28kPa土压力强度分布图见上图低水位计算作用分布图。土压力为：11En 6.1 31.84 (31.842 66.28) 12.5 = 713.76KN /m ；土压力标准值的水平力：EHn = En cos =713.76 cos11.7=698.93KN /m ；土压力标准值的翌向力：Evn =Ensin =713.76 sin 1L7 T44.74KN/m ；土压力引起的倾覆力矩为:1/6.1、12.5 1 /、12.5Meh 6.1 31.84 (12.5+=4795.74 (KN 卯)/m。)+31.84 12.53+(66.28-31.84)

13、 12.5223土压力引起的稳定力矩为：Mev =10.2 144.74=1476.35KN m） /mb、堆货荷载产生的土压力：各种水位时，堆货荷载产生的土压力强度标准值相同。eaQ = 20 汉 0.29 = 5.80kPa 3.58.9q,_5.i =203.28 = 5.60kPao（近似相等，均取 5.80kPa）土压力强度分布图见上图高水位计算作用分布图。堆货荷载引起的水平作用：EqH =5.80 18.6 /07.88KN /m ；堆货荷载引起的翌向作用：Eqv 二 EqH tan 11.7 =107.88 tan 11.7 =22.34KN /m ；堆货荷载引起的倾覆力矩：M

14、EqH =EqH =18.6 107.88 = 2006.57 （KN 打）/m ；堆货荷载引起的稳定力矩：M EqH =EqH =18.6 22.3A415.52 （KN -m） /moc、码头前沿堆货引起的翌向作用：码头前沿堆货范围按7m计算。G =7 20 =140KN /m ；码头前沿堆货产生的稳定力矩：Mg =140(10.2 -7)7 938(KNn)/m。d、门机荷载产生的土压力计算(可变作用)：沉箱长度为13m,故考虑时仅按一台门机产生的土压力计算，在吊臂处于不同位置下各种 水位中，门机产生的土压力范围相同。如图情)兄 3 : A、B 前腿为 1100KN、400KN，C、D

15、后腿为 400KN、1100KN。门机后退产生的附加土压力强度:2PepKax=2 1500/13/10.2 0.28 = 6.33kPa ；门机后腿产生附加土压力引起的水平作用和倾覆力矩:12 EqH 6.33 10.2 =32.28KN/mMqH=32.28 5.1=164.64KN 打 i)/m门机后腿产生附加土压力引起的翌向作用和稳定力矩:Eqv=32-28 tan W =6-68KN/mMqV =6.68 10.2=68.19(KN _m)/m门机前腿产生附加土压力引起的翌向作用和稳定力矩:G =1500/13 =115.38KN /mMg =115.38 2.75=317.30(K

16、N m)/m其余两种情况类似，但是1和2情况下，后腿翌向荷载小于3情况，故产生的附加土压力也小于3情况，考虑最不利情况时，仅需考虑3情况即可。(3)、船舶系缆力(可变作用)bb=N sin : cos :;Ny= N cos： sin :。因为此处是海港码头，按要求，则=30，=15。Nx 二 N sin : cos : =500 sin30 cos15 =241.48KN ；系缆力引起的水平作用和倾覆力矩为：p 241.48 18.58KN /m .H ；Mpr =18.58 18.6 =345.59(KN _m)/m(4 )、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

17、）水平力（KN/m）稳定力矩（KN*m/m倾覆力矩（KN*m/m）永久作用重力设计高水位1974.499072.37设计低水位2055.1111120.35填料土压力设计高水位110.02531.291122.203540.73设计低水位144.74698.931476.354795.74可变作用堆货土压力22.34107.88415.522006.57前沿堆货140.00938.00门机作用122.0632.28385.49164.64船舶系缆力18.582、码头稳定性验算（1 ）作用荷载效应组合持久组合：设计高水位（永久作用）+堆货（主导可变作用）；（波浪力为0）短暂组合：波浪力为0,故此

18、不予考虑；偶然组合：非正常撞击、火灾、爆炸等未考虑；地震组合：可不进行抗震验算。（2）码头沿基床顶面的抗滑稳定性验算：此处无波浪作用，堆货土压力为主导可变作用时： Eu+ E UA, P ）乞，&+上,+匚E 心）f0 E H E qHA，P B 乙_（ G EVE qvA，dd(3 )码头沿机床顶面的抗倾稳定性验算:此处无波浪作用，考虑堆货土压力为主导可变作用时:10 ( Em EH + EMEqH+ Pm PB)(Gm G + Em Ev + Em Eqv um PBu)r d抗滑稳定性验算计算表项目组合情况土压力为主导可变作用：ro(reiEH+rE2EqH+ 巾 Pb)1/r ,(r

19、G+r i E +R Eqv+ 巾 r P )fd gE1 v e2 1 u Bu，r orEiEhrE2EqH巾r pPb结果rdrggE vEqvruPBuf结果结论持久组合高水位1.01.35531.291.25107.880.71.20852.091.11.01974.49110.0222.341.200.61173.24稳定低水位1.01.35698.93.25107.880.71.201078.411.11.02055.11144.7422.341.200.61242.78稳定抗倾稳定性验算计算表项目组合情况土压力为主导可变作用：r (rM+rM+ 巾 r M )0 e1 EH E

20、2 EqH 1 p PB1/r Jr M+r*Mu+R 小仁 + 前 M) d g G E1 Eve2 Eqv IJJ u PBu 70rE1MEHrE2M匚h EqH巾r pMpb结果rdrgMpgMEvM匚EqvruMpbu结果结论持久组合高水位1.01.353540.71.252006.60.71.207228.21.351.09072.371122.201739.01.209452.66稳定低水位1.01.354795.71.252006.60.71.208982.41.351.011120.31476.351739.01.2011323.8稳定(4 )基床承载力验算:持久组合：设计低

21、水位(永久作用)+堆货(可变作用)；(波浪力为0)短暂组合：波浪力为0,故此不予考虑;偶然组合：非正常撞击、火灾、爆炸等未考虑;地震组合：未进彳了抗震验算。持久组合是基床顶面应力计算:Vk=2055.11 144.74 22.34 140 122.06 = 2484.25KN / m ；Mr =11120.35 1476,35 415-52 938 385妣=14335-7KN m/m ；M 0 = 4795-74 2006-57 164-64 二 6966-95KN m/ m ；14335.7 -6995.952.95m，此匕时基床应力采 用：Vk 2484.25e =2.95m0故，满足浮游稳定性要求。