某海港18000吨五金钢铁高桩码头工程设计

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 Ocean,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 thousand 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 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 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 the 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23.1 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37.61.160.04217.80.984012.10.13-8.25-19.25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<1000m)10天，其中雾期较长者12月23天，2月1.7天、1月2天。年最高气温37.9，最低-9.3，平均15.3。4 材料供应及施工条件4.1 材料供应三大材均能供应：当地有黄砂可取，价格低廉，单价为12元/方；石料可用驳船从外地运来本港，单价为40元/方；当地用挖泥船挖泥5.0元/方。4.2 施工条件改建码头施工现场三通（水、电、道路通）一平（场地平整）条件好。施工单位实力强，机具设备齐全，尤其对装配式码头结构的施工经验丰富。具备有预应力钢筋砼空心构件的预制和安装能力，空心胶管外径为27cm；陆上起重能力为60吨，浮吊的起重能力为160吨，打桩船的主要尺度为46.6m20m3.61.88m，根据经验,在上海地区能打3:1斜桩，桩断面允许在55cm55cm以内，桩长不允许超过60米，可吊龙口8米打桩。5 总平面布置5.1 平面布置原则2#码头为河口码头，平面布置与工艺设计按海港总平面设计规范有关规定确定。由码头钻孔土柱图分析得，淤泥层较厚，若采用重力式码头采挖量较大，而且持力层承载力不够，为了防止发生不均匀沉降，则采用高桩码头结构型式。由于江面宽度有限，又不能占用航道，不能改变水流方，采用顺岸式；根据自然岸坡及陆域条件，需要整片接岸的码头，故选用满堂式高桩码头，建立后方桩台作为堆场可以缓解陆域紧张的局面，而且由于上海地区地价较贵，后方桩台作为部分堆场也可减少造价。5.2 码头设计尺度5.2.1设计水位确定设计高水位取高潮位累积频率曲线10%的潮位值3.8m, 设计低水位取低潮位累积频率曲线90%的潮位值1.2m,5.2.2码头长度根据海港总平面设计规范4.3.6：单个泊位长度（m）：设计船长（m）,=162m;：富裕长度（m）,按海港总平面设计规范查表取值为1820m取泊位长度198m，由于只有一个泊位，则取码头长度为198m，分为三段，每段66m，横向排架间距7m。5.2.3泊位宽度根据海港总平面设计规范4.2.4：B=2b=44mb：设计船宽（m）,b=22mB:泊位宽度（m），即码头前沿停泊水域宽度5.2.4码头前沿高程和水深根据海港总平面设计规范4.3.3及4.3.5码头前沿高程=计算水位+超高值=3.8+1.01.5=4.85.3由于当地万吨泊位的码头面标高一般为+4.8m，则取码头面高程为+4.8m。码头前沿设计水深d=T+=10.4,取-10.4md：码头前沿设计水深（m） T：设计船型满载吃水（m）,T=9.8m； z1：龙骨下最小富裕深度（m），查得z1=0.2m z2：波浪富裕深度（m），取z2=0z3：船舶因配载不均而增加的船尾吃水值（m）,杂货船可不计，Z3=0； z4：备淤富裕深度（m）,取Z4=0.4m码头前沿底高程=设计低水位-码头前沿水深=-9.2m5.3 陆域平面布置5.3.1码头作业地带前方桩台宽14.5m，其中门机轨距10.5m，门机前轨距码头前沿2m，设三个后方桩台以方便临时堆货，后方桩台总宽27m，每个宽9m。5.3.2总平面布置见码头总平面布置图。5.4 辅助生产和辅助生活建筑物设综合办公楼、加油站、地磅房、小型流动机械库、装卸及成组工具库、车辆机械维修保养间、材料供应站等建筑设施，具体位置及面积见码头总平面布置。5.5 装卸工艺5.5.1装卸工艺和机械选型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。5.5.2港口主要建设规模的确定5.5.2.1泊位数目根据要求只需要一个泊位。5.5.2.2 泊位通过能力验算根据海港总平面设计规范5.8.2：:一个泊位的年通过能力（t）:年日历天数天数（d），T=365天:设计船型的实际载货量（t），=18000t：装卸一艘设计船型所需的时间（h），81.81(取两台门机)：设计船时效率（t台/h），=55t台/h：昼夜小时数（h），=24h：昼夜非生产时间之和（h），=3h：泊位利用率，查表取=0.6：船舶的装卸辅助作业、技术作业时间以及船舶靠离泊时间之和（h），取=6.55h设置两台门机时，满足要求。5.5.2.3 库场、堆场容量计算根据海港总平面设计规范5.8.9：件杂货的仓库或堆场所需容量可按下式计算:仓库和堆场所需的容量（）:年货运量（），40万:仓库或堆场不平衡系数，1.55:货物最大入仓库或堆场的百分比（），取95：仓库或堆场年营运天数(d）, 取=360d：堆场容积利用系数，对件杂货取1.0 ：货物在仓库或堆场的平均堆存期（d），查得=10d代入计算得E=16361t根据海港总平面设计规范5.8.10：件杂货、仓库或堆场总面积可按下式计算：单位或有效面积的货物堆存量（），查得=4：仓库或堆场总面积利用率，查得=75%代入计算得A=5454考虑有少量机器设备，则取库场面积10%，堆场面积90%，则库场面积=545，堆场面积=49095.5.3装卸工艺流程及流程图图5.5.3.1船门机机机牵引车或平板车轮胎吊堆场或库场6 码头结构初步设计6.1 码头上作用的确定6.1.1永久作用结构自重 ； 6.1.2可变作用6.1.2.1匀布荷载：港口工程荷载规范5.1.3前沿堆货荷载： q1=30kpa后方桩台堆货荷载： q2=80kpa施工荷载： q=2.5kpa6.1.2.2集中荷载门机作用：2台Mh-4-25型门机，最大起重量10吨。起重机作用：轮胎式起重机使用吊重16t，最大支腿压力为190kN6.1.2.3船舶荷载6.1.2.3.1风荷载根据港口工程荷载规范10.2.2货船半载或压载时的受风面积按下列公式计算： 、：分别为相应装载情况下船体水面以上横向和纵向的受风面积（m2）DW：船舶的载重量（t）, DW=18000t根据港口工程荷载规范10.2.1作用在船舶上的计算风压力的横向和纵向分力宜按下列公式计算： =700kN =74.7kN、：分别为作用在船舶上的计算风压力的横向和纵向分力（kN）、：横向和纵向风压不均匀折减系数，查港口工程荷载规范得、：分别为相应装载情况下船体水面以上横向和纵向的受风面积（m2），=2380m2, =491.3m2、：分别为设计风速的横向和纵向分量（m/s），=20m/s6.1.2.3.2水流力根据港口工程荷载规范附录E.0.4 船舶吃水线以下的横向投影面积B可按下式计算： ，=1225.3：船舶吃水线以下的横向投影面积（m2）根据港口工程荷载规范附录E.0.2 水流对船舶产生的水流力船首横向分力和船尾横向分力可按下式计算： 、：水流力的船首横向分力和船尾横向分力（kN）：水的密度（t/m3）, =1 t/m3：水流速度， V=1 m/s根据港口工程荷载规范附录E.0.5 水流对船舶产生的水流力纵向分力可按下式计算：水流对船舶作用产生的水流力的纵向分力（kN）：水流力纵向分力系数S：船舶吃水线以下的表面积（m2）, S=4926.42 m26.1.2.3.3系缆力根据港口工程荷载规范10.4.1 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向分力Nz可按下列公式计算： =576.8 kN =278.6 kN=482.5 kN、：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（kN）K：系船柱受力分布不均匀系数，K=1.3N：计算船舶同时受力的系船柱数目，n=4：系船柱的水平投影与码头前沿线所成的夹角（0），海船=300：系船柱与水平面之间的夹角（0），海船=150根据高桩码头设计与施工规范附录横向水平分力在排架中的分配，乘以折减系数0.345,则横向排架所受横向水平分力最大为=96.11kN，系船柱布置在码头面上，则系缆力对横梁中和轴产生的弯矩为M=144.2 kN。6.1.2.3.4挤靠力 由于挤靠力比撞击力小，则不考虑挤靠力。6.1.2.3.5撞击力根据港口工程荷载规范10.6.2 船舶靠岸时的有效撞击能量E0可按下式计算：船舶靠岸时的有效撞击能量（kJ）：有效动能系数，=0.7M：船舶的质量（t），M=31434.5t:船舶靠岸时的法向速度（m/s），=0.11 m/s撞击力N=826kN，查高桩码头设计与施工规范得水平集中力的横向分力在排架中的最大分配系数为0.345，则直接由排架承受的撞击力为284.97kN。6.2 拟定码头结构方案一6.2.1码头宽度前方桩台宽14.5m，设三个后方桩台，后方桩台总宽27m。6.2.2前方桩台的结构型式纵横梁不等高连接的高桩梁板式结构，面板采用迭合板，横梁断面采用倒T形，上下横梁均为现浇结构，纵梁搁置在下横梁上，预制板搁置在纵梁上，最后浇上横梁与现浇板，使桩基、横梁、纵梁、面板之间整体连接，稳定性较好。横向排架间距7m，桩基布置采用等间距布置，桩距5.25m，前门机梁下为双直桩，中纵梁下为单直桩，后门机梁下为双叉桩。力由面板传给纵梁，再由纵梁传给横梁，最后传给桩基，导入地基中。6.2.3后方桩台的结构型式无纵梁的高桩梁板式结构，后方桩台总宽27m，分为3个桩台，长度方向分成3段，每段66m，横向排架间距3.5m，面板搁置在横梁上，无纵梁，横梁通过桩帽搁在桩上了。6.2.4前方桩台尺寸拟定及验算6.2.4.1面板尺寸拟定及验算 (根据高桩码头荷载规范4.1)6.2.4.1.1基本尺寸面板采用叠合板，具体尺寸见图6.2.4.1.1(cm)图6.2.4.1.1施工期计算跨度L0=Ln+h1=4.65m 但不大于Ln+e=4.6m 取L0=4.6m使用期计算跨度L0=1.1Ln=4.895mL0为计算跨度（m）Ln为净跨（m）, Ln=4.45mh1为预制板厚，h1=0.2m6.2.4.1.2荷载计算（取单宽b=1m）(1)永久作用面板自重:q1=8.75kpa垫层自重:q2=3.6kpa自重叠加:q0=12.35kpa跨中弯矩： M0=37.0kNm(2)可变作用施工荷载:q1=2.5kpa跨中弯矩:M1=6.61kpa堆货荷载: q1=30kpa跨中弯矩： M2=89.65kNm流动机械荷载：考虑了五种荷载情况，分别为起重机垂直于板跨方向开，四支腿对称作用于板上、起重机垂直板跨方向开，两支腿位于跨中位置、起重机平行于板跨方向开，两支腿位于跨中位置、起重机平行于板跨方向开，两支腿位于支座边缘、起重机垂直板跨方向开，两支腿位于支座边缘。跨中最大弯矩：M3=64.1kNm6.2.4.1.3面板尺寸验算由上述计算可知，MaxM1，M2，M3=89.65kN/m,取永久荷载与堆货荷载的组合。 M=M永久+0.7M可变=99.8kNm抗弯模量 W：面板的抗弯模量（m3）B：垂直于板跨方向的板宽（m）,B=1mH：板的厚度（m）,h=0.35m：抗裂安全系数：截面影响系数，查港口工程砼结构设计规范得：砼的轴心抗拉强度，由于采用的是C35号砼，所以=2350kPaW：板的抗弯模量（m3），W=0.0204m3：荷载组合后的跨中弯矩（）, 面板截面尺寸满足要求。6.2.4.2纵梁尺寸拟定及验算6.2.4.2.1门机纵梁 6.2.4.2.1.1基本尺寸 初步取门机梁尺寸见图6.2.4.2.1 总高度为155cm，其中预制高度120cm， 施工期计算跨度L0=Ln+e=6.3m但不大于1.05Ln=6.405m 取L0=6.3m(图6.2.4.2.2) 图6.2.4.2.1使用期计算跨度L0=1.05Ln=6.4m图6.2.4.2.26.2.4.2.1.2荷载计算(1)永久作用面板自重: q1=31.06kN/m垫层自重： q2=12.78kN/m纵梁自重： q3=16.69kN/m跨中弯矩： M1=300.3kN/m(2)可变作用堆货荷载： q1=106.5kN/m跨中弯矩： M2=545.3kNm流动机械荷载：存在门机作用荷载，考虑两种最不利荷载情况，即一台门机作用及两台门机共同作用时，取两者中最大弯矩，M3=1168.2 kNm6.2.4.2.1.3截面尺寸验算按最不利情况，M=M1+0.7(M2+M3)= 1499.7 kNm为简化计算不考虑牛腿部分，则：采用C30砼，截面影响系数 预加应力=8000kpa则：门机纵梁截面尺寸满足要求。6.2.4.2.2中纵梁6.2.4.2.2.1基本尺寸初步取中纵梁尺寸见图6.2.4.2.3总高度为155cm，其中预制高度120cm， 施工期计算跨度L0=Ln+e=6.3m 但不大于1.05Ln=6.405m 取L0=6.3m 使用期计算跨度L0=1.05Ln=6.4m 图6.2.4.2.36.2.4.2.2.2荷载计算 (1)永久作用面板自重: q1=45.94kN/m垫层自重： q2=18.9kN/m纵梁自重： q3=16.69kN/m跨中弯矩： M1=404.49kN/m(2)可变作用堆货荷载： q1=30kN/m跨中弯矩： M2=806.4kNm6.2.4.2.2.3截面尺寸验算按最不利情况计，M=M1+0.7M2= 968.97 kNm 为简化计算不考虑牛腿部分，则：采用C30砼， 截面影响系数 则：中纵梁截面尺寸满足要求。6.2.4.2.3边纵梁6.2.4.2.3.1基本尺寸初步取边纵梁尺寸见图6.2.4.2.4 总高度为95cm，其中预制高度60cm， 施工期计算跨度L0=Ln+e=6.3m 图6.2.4.2.4 但不大于1.05Ln=6.405m 取L0=6.3m 使用期计算跨度L0=1.05Ln=6.4m6.2.4.2.3.2荷载计算(1)永久作用面板自重: q1=9.41kN/m垫层自重： q2=3.87kN/m纵梁自重： q3=5.34kN/m护轮槛重： q4=1.98 kN/m跨中弯矩： M1=102.2kN/m(2)可变作用堆货荷载： q1=30kN/m跨中弯矩： M2=142.08kNm6.2.4.2.3.3截面尺寸验算按最不利情况计，M=M1+0.7M2= 201.66 kNm为简化计算不考虑牛腿部分，则：采用C30砼， 截面影响系数 则：边纵梁截面尺寸满足要求。6.2.4.3横梁尺寸拟定横梁断面尺寸见图6.2.4.3.1 现浇上横梁高155cm，下横梁高80cm总面积S=1.495由于横梁断面面积较大，可满足一般承载要求，故不再进行验算 图6.2.4.3.16.2.4.4靠船构件6.2.4.4.1基本尺寸其尺寸见图6.2.4.4.1 图6.2.4.4.16.2.4.4.2靠船构件自重 W=42.78kN重力作用线距码头前沿距离y=0.35m6.2.4.5 基桩桩力估算及桩长的确定横向排架间距7m，取排架计算宽度7m，计算桩力时采用设计低水位，考虑自重、堆货、门机、系缆力荷载组合，初步设计假定：桩台在中间支撑处无连续性水平荷载由叉桩承受，竖直桩仅承受竖向荷载桩两端铰接，只承受轴向力，无变形6.2.4.5.1荷载计算永久荷载（横梁面板纵梁自重）见计算简图堆货荷载门机荷载船舶力 系缆力见6.1.2.3.3挤靠力见6.1.2.3.4撞击力见6.1.2.3.5 6.2.4.5.2桩力计算按最不利荷载组合情况，得知最大桩力发生在5#（叉桩），为2193.24kN。6.2.4.5.3桩长计算根据港口工程桩基规范，桩基宜选择中密或密实砂土、硬粘性土层、碎石类土或分化岩等良好土层作为桩基持力层。根据地质资料，第四层为灰绿色壤土。通过计算可将该层确定为持力层。采用50cm*50cm方桩，经计算确定，直桩桩长为25.3m，所有桩桩顶高程为+2.3m，桩底高程为-23m6.2.5后方桩台尺寸拟定及验算6.2.5.1面板尺寸拟定及验算 (根据高桩码头荷载规范4.1)6.2.5.1.1基本尺寸面板采用叠合板，具体尺寸见图6.2.5.1.1(cm)图6.2.5.1.1施工期计算跨度L0=Ln+h1=2.8m 但不大于Ln+e=2.75m 取L0=2.75m使用期计算跨度L0=1.1Ln=2.86m6.2.5.1.2荷载计算（取单宽b=1m）(1)永久作用面板自重:q1=8.75kpa垫层自重:q2=1.2kpa自重叠加:q0=9.95kpa跨中弯矩： M0=9.4kNm(2)可变作用施工荷载:q1=2.5kpa跨中弯矩:M1=2.36kpa堆货荷载: q1=80kpa跨中弯矩： M2=81.8kNm6.2.5.1.3面板尺寸验算由上述计算可知，MaxM1，M2=81.8kN/m,取永久荷载与堆货荷载的组合。 M=M永久+0.7M可变=52.35kNm抗弯模量采用C30砼，=2000kpa截面影响系数 则面板厚度验算：面板截面尺寸满足要求。6.2.5.2横梁尺寸拟定及验算6.2.5.2.1基本尺寸具体尺寸见图6.2.5.2.1(cm)计算跨度L0=1.05Ln=4.3m6.2.5.2.2荷载计算 (1)永久作用面板自重:q1=43.75kN/m垫层自重:q2=6 kN/m预制横梁自重：q3=16.69 kN/m 自重叠加:q0=66.44 kN/m跨中弯矩： M0=161.5kNm 图6.2.5.2.1(2)可变作用堆货荷载: q1=80kpa跨中弯矩： M1=972.4kNm6.2.5.2.3横梁尺寸验算取永久荷载与堆货荷载的组合，M= 0.7（M1+M2）=793.73kNm抗弯模量采用C30砼，=2000kpa截面影响系数 则面板厚度验算：横梁尺寸满足要求。6.2.5.3桩力计算考虑自重和堆货荷载，各桩桩力为2219kN。6.2.5.4桩长计算根据港口工程桩基规范，桩基宜选择中密或密实砂土、硬粘性土层、碎石类土或分化岩等良好土层作为桩基持力层。根据地质资料，第四层为灰绿色壤土。通过计算可将该层确定为持力层。采用50cm*50cm方桩，经计算确定，桩长为24.8m，所有桩桩顶高程为+2.8m，桩底高程为-22m。6.3 拟定码头结构方案二6.3.1码头宽度同方案一，即： 前方桩台宽14.5m，设三个后方桩台，总宽27m。6.3.2前方桩台的结构型式纵横梁等高连接的高桩梁板式结构，纵横梁预制，桩帽现浇，纵横梁都放在桩帽上。6.3.3后方桩台的结构型式同方案一，即：无纵梁的高桩梁板式结构。6.3.4尺寸拟定及验算6.3.4.1面板尺寸拟定及验算6.3.4.1.1基本尺寸面板采用叠合板，具体尺寸见图6.3.4.1.1(cm)图6.3.4.1.1施工期计算跨度L0=Ln+h1=4.65m 但不大于Ln+e=4.6m 取L0=4.6m使用期计算跨度L0=1.1Ln=4.895m6.3.4.1.2荷载计算（取单宽b=1m）(1)永久作用面板自重:q1=8.75kpa垫层自重:q2=3.6kpa自重叠加:q0=12.35kpa跨中弯矩： M0=32.67kNm(2)可变作用施工荷载:q1=2.5kpa跨中弯矩:M1=6.61kpa堆货荷载: q1=30kpa跨中弯矩： M2=89.65kNm流动机械荷载：考虑了五种荷载情况，分别为起重机垂直于板跨方向开，四支腿对称作用于板上、起重机垂直板跨方向开，两支腿位于跨中位置、起重机平行于板跨方向开，两支腿位于跨中位置、起重机平行于板跨方向开，两支腿位于支座边缘、起重机垂直板跨方向开，两支腿位于支座边缘。跨中最大弯矩：M3=64.1kNm6.3.4.1.3面板尺寸验算由上述计算可知，MaxM1，M2，M3=89.65kN/m,取永久荷载与堆货荷载的组合。 M=M永久+0.7M可变=102.04kNm抗弯模量采用C35砼，=2350kpa截面影响系数 则面板厚度验算：面板截面尺寸满足要求。6.3.4.2纵梁尺寸拟定及验算6.3.4.2.1门机纵梁 6.3.4.2.1.1基本尺寸 初步取门机梁尺寸见图6.3.4.2.1 总高度为200cm，其中预制高度165cm， 施工期计算跨度L0=Ln+e=6.3m 但不大于1.05Ln=6.405m 取L0=6.3m(图6.3.4.2.2) 图6.3.4.2.1使用期计算跨度L0=1.05Ln=6.4m图6.3.4.2.26.3.4.2.1.2荷载计算(1)永久作用面板自重: q1=31.06kN/m垫层自重： q2=12.78kN/m纵梁自重： q3=21.47kN/m跨中弯矩： M1=334.34kN/m(2)可变作用堆货荷载： q1=106.5kN/m跨中弯矩： M2=545.3kNm流动机械荷载：存在门机作用荷载，考虑两种最不利荷载情况，即一台门机作用及两台门机共同作用时，取两者中最大弯矩，M3=1168.2 kNm6.3.4.2.1.3截面尺寸验算按最不利情况，M=M1+0.7(M2+M3)= 1533.79kNm为简化计算不考虑牛腿部分，则：采用C30砼，截面影响系数 预加应力 =6000kpa则：门机纵梁截面尺寸满足要求。6.3.4.2.2中纵梁6.3.4.2.2. 1基本尺寸初步取中纵梁尺寸见图6.3.4.2.3总高度为200cm，其中预制高度165cm， 施工期计算跨度L0=Ln+e=6.3m 但不大于1.05Ln=6.405m 取L0=6.3m 使用期计算跨度L0=1.05Ln=6.4m 图6.3.4.2.36.3.4.2.2.2荷载计算 (1)永久作用面板自重: q1=45.94kN/m垫层自重： q2=18.9kN/m纵梁自重： q3=17.39kN/m跨中弯矩： M1=420.8kN/m(2)可变作用堆货荷载： q1=30kN/m跨中弯矩： M2=806.4kNm6.3.4.2.2.3截面尺寸验算按最不利情况计，M=M1+0.7M2= 985.3 kNm 为简化计算不考虑牛腿部分，则：采用C30砼， 截面影响系数 则： 中纵梁截面尺寸满足要求。6.3.4.2.3边纵梁6.3.4.2.3.1基本尺寸初步取边纵梁尺寸见图6.3.4.2.4总高度为95cm，其中预制高度60cm， 施工期计算跨度L0=Ln+e=6.3m 但不大于1.05Ln=6.405m 取L0=6.3m 使用期计算跨度L0=1.05Ln=6.4m6.3.4.2.3.2荷载计算 图6.3.4.2.4(1)永久作用 面板自重: q1=9.41kN/m垫层自重： q2=3.87kN/m纵梁自重： q3=5.34kN/m护轮槛重： q4=1.98 kN/m跨中弯矩： M1=102.2kN/m(2)可变作用堆货荷载： q1=30kN/m跨中弯矩： M2=142.08kNm6.3.4.2.3.3截面尺寸验算按最不利情况计，M=M1+0.7M2= 201.66 kNm为简化计算不考虑牛腿部分，则：；采用C30砼， 截面影响系数 则：边纵梁截面尺寸满足要求。6.3.4.3横梁尺寸拟定横梁断面尺寸见图6.3.4.3.1 横梁断面为矩形，分为两部分，现浇部分高35cm，预制部分高165cm，宽50cm，由于横梁断面较大，可不进行验算。图6.3.4.3.16.3.4.4靠船构件同方案一6.3.4.5基桩桩帽设计、基桩桩力估算及桩长的确定6.3.4.5.1基桩桩帽设计根据高桩码头设计与施工规范4.3，1#桩帽2#桩帽3#桩帽尺寸分别为L*B=3.05*0.9，0.9*0.9，3.05*0.9，高度都为0.6m。6.3.4.5.2桩力计算考虑自重和堆货荷载及，各桩桩力为2219kN。6.3.5.4桩长计算根据港口工程桩基规范，桩基宜选择中密或密实砂土、硬粘性土层、碎石类土或分化岩等良好土层作为桩基持力层。根据地质资料，第四层为灰绿色壤土。通过计算可将该层确定为持力层。采用50cm*50cm方桩，经计算确定，桩长为25.3m，所有桩桩顶高程为+2.3m，桩底高程为-23m，和方案一相同。6.4 码头结构方案比选第一种方案由于采用了部分预应力结构，提高了它的承载能力又节省了材料，而且施工又比较简单，整体性也比较好。而第二种方案，梁高度较大，而且还有桩帽，因此采用的材料较多，施工也比较复杂一些，又因为它比第一种方案少了下横梁，纵横梁直接放在桩帽上，这使它的整体性要差一点。综合考虑码头重要性及未来使用等，对码头整体性有较高要求，最终选择了第一种方案纵横梁不等高的高桩码头。7 码头结构技术设计7.1 面板技术设计7.1.1 面板配筋计算7.1.1.1资料 7.1.1.1.1承载力控制情况下的面板弯矩值计算结果见表7.1.1.1-1作用跨中弯矩（KNm）支座弯矩（KNm）剪力（KN）G(Q)永久作用恒载32.67027.481.2可变作用短暂状况施工荷载6.6105.561.4轮胎起重机51-47.196.71.4吊运荷载18.42001.4持久状况堆货荷载58.3-53.866.751.5表7.1.1.1-17.1.1.1.2.承载能力极限状态持久状况M=0(GMGk+QMQk) 短暂状况M=0(GMGk+QMQk)7.1.1.1.3预制板与现浇板、面层的混凝土强度等级分别取C35和C25，由港口工程混凝土结构设计规范表4.1.4.得混凝土轴心抗压强度设计值为fc=17.5MPa.由港口工程混凝土结构设计规范表4.2.3.得级钢筋抗压强度设计值fy=210MPa,级钢筋抗拉强度设计值fy=310MPa7.1.1.1.4该码头为一般港口的主要建筑物,安全级别为级,其结构重要性系数0=1.07.1.1.1.5荷载分项系数由高桩码头设计与施工规范3.2.9.查及,具体数值见表7.1.1-17.1.1.1.6由港口工程混凝土结构设计规范7.1.2.查及,受力钢筋的混凝土保护层厚度为50mm。7.1.1.1.7级钢筋相对界限受压区高度b=0.544,板的纵向钢筋最小配筋率min=0.15%7.1.1.2面板配筋计算结果计算结果见表7.1.1.2-1 表7.1.1.2-1荷载M标（KNm）M设（KNm）h(mm)d(mm)h0(mm)As（mm2）跨中恒载32.6739.2200161420.1110.118946.4施工荷载6.619.92200161420.0280.029228.5吊运荷载18.4227.63200161420.0780.08654.4堆货荷载58.387.45350162920.0590.06996.2支座53.880.7350162920.0540.0569177.1.1.3面板配筋预制板配筋预制板配筋综合考虑短暂状况与持久状况，最后取恒载与堆货荷载两者的配筋总和： As=946.4+996.2=1942.6mm2按水工钢筋混凝土结构学附录三，选用16100(As=2011mm2)，=0.69%>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=0.74<1.0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(As=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）：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