某海港18000吨五金钢铁高桩码头工程设计

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1、某海港18000吨五金钢铁高桩码头工程设计胡雄辉（河海大学交通学院、海洋学院，江苏 南京 210098）摘要：上海港原有2#码头由于货运任务愈来愈繁重，码头破旧不堪，原有机械不配套，装卸通过能力又过低，远不满足生产发展需要。现迫切需要扩建码头以满足年吞吐量40万吨的运量要求，本次设计拟拆掉原有码头2#而改建成一个18000吨级泊位的码头。根据该码头的营运资料和自然条件，码头的总平面布置为：码头前沿宽14.5m，长198m，设三个后方桩台，宽27m，与陆域形成整片连岸式码头，由于货种主要为五金钢铁，装卸船采用门座起重机，水平运输采用牵引车或平板车，堆场作业采用轮胎式起重机。根据码头的用途及其上的

2、作用，初步确定了码头结构的两种设计方案，第一种为纵横梁不等高连接的高桩梁板式结构，第二种为纵横梁等高连接的高桩梁板式结构，经过比选确定第一种方案为推荐方案。根据第一种方案进行了技术设计，对面板进行了施工期和使用期内力计算，对横梁进行了施工期内力计算，同时用PJJS电算软件对横梁进行了使用期内力计算，并根据计算结果对面板和横梁进行了配筋计算，设计成果主要有计算书、说明书、总平面布置图、码头三视图、横梁和面板配筋图。关键词：上海港；改建；总平面布置；方案比选；内力计算Reconstruction of ShangHai PortHU Xionghui(School of Traffic and O

3、cean,Hohai University,Nanjing,Jiangsu,210098,China)Abstract:With the development of the input-output, the original two berths cant meet the requirements of cargo transporation, ShangHai port have to be rebuilded. My task of graduation project is to extend aquay berth about tonnage of eighteen thousa

4、nd at the original mark-two dock in ShangHai port.According to the trading and natural information, the whole plane layout of dock is that the length of apron space is 198m and the width is 14.5m and 3 rear platforms with the width of 27m becoming a solid deck pier. The main types of goods are iron

5、and steel hardware so that the cargo-handling technology includes portal slewing cranes,flatbed tricycles or tractors and hoists.I have designed two programs. One is the longerons and the beams with the different height . The other has the same height . By the schemes comparison, I choose the first

6、program as the final program.At last I make the technical design by the first program. In the construction period I make the internal force and strength calculation of the deckss and the beams. With the help of PJJS software, I calculate the internal force and strength calculation of the beams at th

7、e used period. And I design and reinforcement calculation of the decks and the beams.Keywords:Shanghai port, Reconstruction, whole plane layout of dock, schemes comparison, internal force and strength calculation.目 录1 设计基本条件和依据11.1 工程概况11.2 设计依据11.3 设计任务12 营运资料12.1 货运任务12.2 船舶资料12.3 机械设备23 港口自然条件23.

8、1 水文条件23.2 地形地质条件23.3 气象条件34 材料供应及施工条件34.1 材料供应34.2 施工条件35 总平面布置45.1 平面布置原则45.2 码头设计尺度45.3 陆域平面布置55.4 辅助生产和辅助生活建筑物55.5 装卸工艺56 码头结构初步设计76.1 码头上作用的确定76.2 拟定码头结构方案一96.3 拟定码头结构方案二176.4 码头结构方案比选227 码头结构技术设计237.1 面板技术设计237.2 横向排架技术设计268 结束语33参考文献341 设计基本条件和依据1.1 工程概况上海地处入海河口地区，既承担运河任务，停靠千吨级货船，也承担海运任务，停靠万吨

9、级的货轮。本港区的货运任务愈来愈繁重，港区上游原有木质的旧码头(一大一小)，已破旧不堪，原有机械部配套，装卸通过能力又过低，远不能满足生产发展的需要。同时，由于货运量不大，流动机械和车辆行驶频繁，而后方场地小，因此，迫切需要扩建大、中型整片接岸的码头。1.2 设计依据1.2.1 所用规范高桩码头设计与施工规范港口工程荷载规范港口工程钢筋混凝土结构设计规范港口工程桩基规范海港总平面设计规范港口工程技术规范（上卷）1987版港口工程制图标准港口工程地基规范1.2.2 所用文献港口水工建筑物港口规划与布置土力学结构力学港口航道与海岸工程专业毕业设计指南水工钢筋混凝土结构学1.3 设计任务在原有岸线位

10、置，拆去上游两个码头，而改建1#和2#两个码头，总长380米，包括1#件杂货码头为1个泊位，码头长120米，2#五金钢铁码头、泊位长210米，两个码头的年吞吐量为150万吨，我本次任务主要是对2#码头进行设计。2 营运资料2.1 货运任务2#码头主要转运五金，钢材及生铁等货种，有时还有一些机械设备要在此通过，年吞吐量为40万吨。2.2 船舶资料根据调查2#码头设计的代表船型主要尺寸为：162m22m13.3m9.8m(船长船宽型深满载吃水)2.3 机械设备本港内有能调来本码头使用的一台16t轮胎吊,电瓶车和铲车多台；部属港机厂可定购各种型号的门机及其他装卸、运输机械。3 港口自然条件3.1 水

11、文条件由于本港属于河口港，港区水位主要受潮汐影响，内河的径流影响较小，从这里潮位的历时曲线（图3）看，其变化特点属混合潮的不规则半日潮型，根据1年的实测资料绘制的高、低潮位累积频率曲线，如图4所示。当地混凝土浇筑水位取在2.5米处为宜。据了解本港区地下水对混凝土无侵蚀性。根据调查和估算，改建码头前的最大波高仅约为0.6米，在大汛落潮时的最大流速，由实测知接近1米/秒。3.2 地形地质条件改建码头位于河口段，距出海口约60公里，码头前江面宽约500米，江岸属冲积平原，土坡为1:51:2，冲淤基本平衡，河床平缓也较稳定。(图1)据了解当地万吨泊位的码头面标高一般为+4.8米。预计扩建码头前沿回淤量

12、平均每年约为0.1米。在改建码头范围内，布置有6个钻孔(图1和图2)，土层的分布情况及其主要的物理力学指标，见表1和表2，由表1可看出土层分层清楚，分布较简单，厚度较大的中间层壤土属中等土层，而下层壤土是最好的持力层。各土层的物理力学指标（平均值）如下表3.2-1和表3.2-2所示： 表3.2-1 码头土层物理力学性质指标土层标高土层名称天然含水量W%天然空隙比E压缩系数天然重度（KN/m3）稠度B无侧限抗压强度qu(KN/m3)固结快剪指标（）C（KN/m3）4.511.3人工填土18.05020.40.080.211.2灰色淤质黏土37.61.160.04217.80.984012.10.

13、13-8.25-19.25深灰色壤土33.31.000.03118.30.861424.10.10-16.25-3.15灰绿色壤土23.70.670.02219.80.4622027.70.24表3.2-2 桩侧极限的平均摩阻力和桩尖阻力指标人工填土灰色淤质粘土深灰色壤土灰绿色壤土极限平均摩阻力f（KN/m3）252070110极限桩尖阻力（KN/m3）/220036003.3 气象条件常风向夏季为西南，冬季为西北；最强风为东南，风速28.4米/秒；较强风向正比，风速14米/秒；大于8级风天数多年平均为18.6天。年最大降雨量1448.6毫米,最小781毫米,平均1032.1毫米；历年最大日降

14、雨量160.9毫米，在10毫米/小时以上的中雨和大暴雨天数,多年平均15天。多年平均雾日(能见度min=0.15%支座处配筋As=917mm2，根据水工钢筋混凝土结构学附录三，选用16220(As=914mm2), =0.31%min=0.15%构造分布钢筋确定按高桩码头设计与施工规范4.1.12.的规定，采用级钢筋。当板宽跨比：3.3/4.45=0.741.0时，横向分布钢筋不得小于单位宽度上受力钢筋界面面积的15%.且其直径不宜小于8mm，间距不宜大于250mm，则跨中As=301.7 mm2,支座处As=137.1 mm2故板跨处选配8160(As=314mm2),支座处选配8250(A

15、s=201mm2).预制板吊环配筋按港工混凝土结构设计规范7.4.2规定,选配122(As=380.1mm2)7.1.2吊运时正截面承载力验算吊运时沿x、y方向产生的最大弯矩标准及配筋承载如下表7.1.2-1表7.1.2-1M设（KNm）h0(mm)As(mm2)实配As(mm2)X方向7.111420.020240.9314Y方向27.631420.089654.42011综上，选配的钢筋均能满足要求。7.1.3板跨裂缝宽度验算按港口工程混凝土结构设计规范5.6.2和8.3.8，按正常使用极限状态下的长期效应组合进行裂缝验算。：最大裂缝宽度（mm）：构件受力特征系数，对受弯构件，=1.0：考

16、虑钢筋表面形状的影响系数，对变形钢筋取=1.0：考虑钢筋长期效应组合或重复荷载影响的系数，取=1.5，对施工期取=1.0：钢筋的弹性模量（MPa），对级钢筋=2.010 5MPa：砼保护层厚度（mm）：受拉钢筋的直径（mm）：纵向受拉钢筋的有效配筋率：受拉区纵向钢筋截面面积（mm2）：有效受拉砼截面面积（mm2），对受弯构件，取为其重心与受拉钢筋重心相一致的砼面积，即=2ab，其中a为重心至截面受拉边缘的距离，b为矩形截面的宽度。：按荷载长期效应组合或短期效应组合计算的钢筋砼构件纵向受拉钢筋的应力（MPa）：自重产生的纵向受拉钢筋的应力（MPa）：使用期可变荷载产生的纵向受拉钢筋的应力（MPa

17、）：第一次浇筑时叠合板自重标准值在计算截面上产生的弯矩值（），=32.67：施工阶段可变荷载标准值在计算截面上产生的弯矩值（），=58.3：第二次浇筑时自重产生的在计算截面上产生的弯矩值（），=0：下横梁截面的有效高度（mm），=142mm：叠合梁截面的有效高度（mm），=292mm：受拉区纵向钢筋截面面积（mm2），=2011mm2：级钢筋抗拉强度设计值（MPa），=310MPa：准永久值系数， =0.6 板跨满足裂缝开展宽度要求。7.1.4支座裂缝宽度验算支座处由于设有150mm磨耗层，能有效阻隔空气、水等进入造成钢筋锈蚀，故支座处可不验算裂缝开展宽度。7.1.5叠合板斜截面抗剪验算按港口

18、工程混凝土结构设计规范，迭合板无箍筋和弯起钢筋最大剪力设计值Qmax=168.4kN ：面板混凝土所能承受的最大剪力设计值（kN）：结构系数，=1.1：砼轴心抗压强度设计值（MPa），C35砼，=17.5MPa：截面宽度（m），=1000mm：截面的有效高度（mm），=292mm混凝土抗剪满足要求7.2 横向排架技术设计7.2.1内力计算方法五弯矩方程法7.2.2内力计算说明横梁采用倒T型断面,为现场灌注混凝土结构,在施工时,首先浇注下横梁,待下横梁混凝土达到一定强度(约70% )之后,安装预制纵梁和板,然后浇注上横梁和板梁现场灌注部分.根据施工情况，在横梁计算中分别按短暂状况（即施工期,计算

19、断面为A2）和持久状况（即使用期,计算断面为A=A1+A2）两个阶段进行计算。7.2.2.1结构尺寸排架间距为7.0m,横梁断面为型,尺寸见图图6.2.4.3-1,桩极限承载力Qud=2219kN7.2.2.2混凝土材料特性横梁混凝土标号为C30,施工时期假定下横梁混凝土达到设计强度70%时进行预制构件安装, 故短暂状况砼按C20计算, Ec=2.25104MPa.使用时期混凝土的抗压标号为C30, Ec=3.00104MPa.7.2.2.3横梁的几何特征横梁断面面积 A=A1+A2=0.775+0.72=1.6 m2中和轴位置 y=1.0m横梁的惯性矩 I=0.0384m4(施工期) I=0.709m4（使用期）7.2.2.4基桩特性混凝土的强度等级为C40,弹性模量3.25104MPa；设计中采用预应力钢筋混凝土桩,桩的断面尺寸为5555cm2空心方桩，空心直径D=27cm，混凝土桩断面积0.193 m2；桩的压缩系数：根据桩的入土深度和土质情况，按有关规范求得桩的极限